Интегрированный урок по биологии «Клетка - структурная и функциональная единица жизни».
методическая разработка по биологии (10 класс)

Интегрированный урок по химии и биологии

 Тема урока «Клетка - структурная и функциональная единица жизни».

Цели урока.

 Образовательные: - углубить, закрепить и обобщить знания о химической организации клетки; - повторить свойства и биологические функции органических соединений, значение их для организмов.

Развивающие:

- развитие биологического и химического мышления; - развитие монологической речи, умения работы с дополнительной литературой; - развитие навыков применения компьютерных технологий, навыков проведения лабораторных опытов; - создание развивающей среды: - развитие творчества.

 Воспитательные: - пропаганда здорового образа жизни; - формирование экологического мышления; - повышение мотивации к учению.

 Оборудование: Таблицы: 1. Клетка. 2. Структуры белка. 3. Нуклеиновые кислоты. 4. Денатурация белка. 5. Принцип комплементарности.

 Видеофильмы: 1. Нуклеиновые кислоты. 2.Денатурация белка. Слайды: 1.Крахмал. 2.Глюкоза Химические реактивы.

Ход урока

 Учитель химии: Сегодня мы проводим интегрированный урок по химии и биологии для 9 и 11 классов.

 Учитель биологии объявляет цели урока и обращает внимание учащихся на слова о клетке, записанные на доске: И растения, и животные растут, Если клетки в них живут. Ну, а если отмирают, Все живое погибает. Учитель биологии: Давайте вспомним химический состав клетки. Обратимся к «немой» схеме на доске и заполним ее. Схема на доске Химический состав клетки: Заполненная учениками схема.

 Учитель химии: Что означает вода с точки зрения химии? (Жидкость без запаха, цвета и вкуса, помеченная формулой Н2О, которая читается как соединение в молекуле двух атомов водорода и одного атома кислорода)

 Учитель биологии: А с точки зрения биологии? (Это вещество как компонент жизни, без которого невозможны основные процессы в организме)

 Учитель химии: Каково значение воды в жизни живых организмов? Гимном этому необыкновенному веществу, основе всего живого на Земле, звучат строки замечательного французского писателя Сент-Экзюпери.

Учитель биологии: У вас на столах лежат листочки с описанием этого удивительного вещества. Прочитайте их. Читает вслух ученик: «…Вода, у тебя нет ни цвета, ни вкуса, ни запаха, тебя невозможно описать, тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты – сама жизнь. Ты исполняешь нас радостью, которую не объяснишь нашими чувствами. С тобою возвращаются к нам силы, с которыми мы уже простились. По твоей милости в нас вновь начинают бурлить высохшие родники нашего сердца»

 Учитель химии: Какие минеральные вещества входят в состав клетки, каково их значение? (Железо, фтор, соли кальция, магния, натрия.) Мы знаем, что основой всего живого является вода. Полезна ли для организма дистиллированная вода? Обоснуйте свой ответ. (Мы знаем, что для нормальной жизнедеятельности организма ,необходима вода с растворенными в ней минеральными веществами.  Дистиллированная вода  в этом случае вредна)

 Прослушаем сообщение о бутилированной воде. (Было предложено опережающее задание) Учитель биологии: Неорганические вещества Органические вещества вода минеральные белки жиры углеводы вещества нуклеиновые кислоты Ярким примером сказанного о вреде дистиллированной воды является отрывок из стихотворения Л.Мартынова: Вода Благоволила Литься! Она блистала  столь чиста, Что ни напиться, ни умыться. И это было неспроста. Ей не хватало Ивы, тала И горечи цветущих лоз. Ей водорослей не хватало И рыбы, жирной от стрекоз. Ей не хватало быть волнистой, Ей не хватало течь везде. Ей жизни не хватало Чистой Дистиллированной Воде.

Учитель химии: С водой связана актуальная проблема современности - охрана окружающей среды, о чем мы говорим на наших уроках.

Учитель биологии: Вернемся к схеме. Вспомним, какие вещества называются углеводами и их классификацию (Моносахариды и полисахариды) В образовании каких веществ участвуют пентозы? (РНК, ДНК). Учитель химии: Какое значение имеют углеводы в жизни всего живого? (демонстрация слайдов «Крахмал» «Глюкоза»)

 Учитель биологии: В каких клетках растительного или животного происхождения больше содержится жиров? (Животного). Приведите примеры жиров (Воски, масла, фосфолипиды). Учитель химии:

 Дайте определение жиров с точки зрения органической химии (Жиры - сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот.) Какие бывают жиры? (Твердые - животного происхождения, жидкие – растительного происхождения.) Чем объяснить физическое состояние жиров? (Строением.  В состав твердого жира входят насыщенные кислоты, жидкого - ненасыщенные кислоты).

Учитель биологии: В чем практическое значение жиров? ( Использование при производстве мыла, продукт питания).

Учитель химии: Главной составной частью всего живого на Земле является белок. Докажите это. (После  удаления воды из клетки в сухом остатке на первом месте по количеству и значению стоят белки. Белок в клетке составляет 10-20% от сырого веса и 50-80% - от сухого. Белки-  называются протеинами).

 Учитель биологии: Этим названием подчеркиваем первостепенное значение белков для жизненных процессов. Повсюду, где встречаем жизнь, мы находим, что она связана с каким-либо белковым телом. Кто может дать определение жизни? (Сообщение учащихся) Одна из самых замечательных особенностей жизни состоит в том, что все живые существа характеризуются общностью строения клеток и происходящих в них процессах. Современная биология показала, что в своей основе сходства и различия определяются, в конечном счете, набором белков. Учитель химии: Ни одно из веществ биологического происхождения не обладает столь специфическими и разнообразными функциями организма как белки. Какие соединения называются белками? (Природные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты) Учитель биологии: А как еще называются белки? (Биополимеры)

 Учитель химии: Изучение какого процесса помогло установить строение белка? (Гидролиз) Какие соединения образуются при гидролизе белков? (Аминокислоты) Какие соединения называются аминокислотами, их свойства? ( )

 Учитель биологии: Говоря об аминокислотах, надо помнить о незаменимых аминокислотах, которые должны поступать в составе пищи, так как они не синтезируются в нашем организме, что может отразиться на здоровье людей (открыть учебник – 9 класса, стр. 28, 11 класса – стр.15-18). Найдите незаменимые аминокислоты? (учащиеся называют их).

 Учитель химии: Составьте уравнение реакции между аминокислотами – глицин и аланин.() Учитель биологии: Назовите структуры белковой молекулы? (первичная, вторичная, третичная, четвертичная. Здесь можно рассказать о значении гемоглобина)

 Учитель химии: Демонстрация пленки с уравнением реакции с помощью кодоскопа. Какая связь образуется в процессе реакции и как она называется? (пептидная связь). Как называется полученная структура? (первичная). К какому классу соединений можно отнести белки? (амфотерное соединение). Какие свойства можно ожидать у белков? (свойства оснований и кислот)

Учитель биологии: Одним из свойства белков является денатурация. Вспомните этот процесс (сообщение учащихся, демонстрация видеофильма, таблица)

Учитель химии: Почему нельзя загрязнять окружающую среду солями тяжелых металлов? (Ответ) Учитель биологии: Почему из сваренных яиц наседка никогда не выведет цыпленка? (Ответ) Учитель химии: Ребята, на столах у вас реактивы. Вы должны доказать, что в пробирке у вас действительно находится белок (опыт: белок + NaOH+СuSO4 = фиолетовое окрашивание). Что это за реакция? (качественная цветная реакция).

Учитель биологии: С особенностями строения связаны функции белков. Назовите известные вам функции белка? (строительная, защитная, транспортная, регуляторная и т.д.) Итак, белки в организме имеют большое значение (сообщения учащихся об инсулине и интерфероне) Инсулин- белок, состоящий из 51 аминокислоты. Он выделяется в ответ на повышение уровня глюкозы в крови. Инсулин усиливает обменные процессы во всех органах и тканях тела и вызывает следующие эффекты: 1. увеличение скорости превращения глюкозы в гликоген; 2.ускорение переноса глюкозы через клеточные мембраны в мышцах и жировой ткани; 3.усиление синтеза белка и липидов; 4.повышение скорости синтеза АТФ, ДНК, РНК. Инсулин необходим для жизни, т.к. это единственный гормон, снижающий концентрацию глюкозы в крови. Недостаточная секреция инсулина приводит к нарушению метаболизма, известного под названием сахарный диабет. Препараты инсулина получают из поджелудочной железы крупного рогатого скота. Интерферон. В процессе эволюции живой материи у некоторых клеток в борьбе с вирусами возник защитный белок интерферон. Этот белок выделяется клеткой при вирусных инфекциях. Интерферон обладает большей активностью, чем антибиотики (пенициллин, стрептомицин и др.). Программа образования интерферона закодирована в клеточном ядре и начинает действовать после заражения клеток вирусом. Охлаждение, нервное потрясение, отсутствие витаминов в пище приводит к утрате возможности клеткой вырабатывать интерферон. Интерферон (препарат) готовят из лейкоцитов донорской крови или с помощью генной инженерии. Интерферон используют для предупреждения и лечения гриппа, герпеса, при злокачественных новообразованиях, при опоясывающем лишае.

Учитель биологии: Рассматривая особенности клетки на молекулярно-генетическом уровне, сделайте вывод, чем является клетка (клеточным уровнем организации жизни). Вспомните основные положения клеточной теории (ответ учащихся). Белки разрушаются. Синтез их связан с нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК). ДНК является матрицей, хранительницей наследственной информацией, которая находится в ядре. Хромосомы состоят из отдельных участков – генов. Генофонд нации является богатством государства. Нас волнует состояние здоровья наших людей, нас волнует – проблема будущего – наша жизнь!

Учитель химии: От рождения до смерти каждый из нас воплощает в себе счастье быть на земле человеком. Каждый из нас – продолжение рода людского и всей истории биосферы, каждый связан с жизнью планеты бесчисленными жизнями.

Учитель биологии: Если можешь, посади дерево – отправь свою заботу, свою помощь грядущим поколениям.

 Учитель химии: Если нет – защити посаженное другими.

 Учитель биологии: Если и это трудно тебе, сделай хотя бы так, чтобы оно не нуждалось в защите от тебя

 Учитель химии: Поверь, это не преувеличение, что люди сегодня держат в своих руках не только свои судьбы, судьбы человечества, но и судьбу самой планеты Земля.

Учитель биологии: Сберечь Землю, сберечь жизнь на ней – это бесспорно, задача всеобщая. Учитель химии: Многое на Земле незаменимо!

Учитель биологии: Ничем нельзя заменить потерянную дружбу – даже другой дружбой.

 Учитель химии: Незаменимы любовь, честь, достоинство. Незаменима Родина. Это бесспорно и общеизвестно.

 Учитель биологии: Мы испытываем дефицит нравственности, гражданской позиции, духовности, понимания проблем современности. Такие уроки помогают нам над этим задуматься. 

Тема: Белки-природные полимеры

          Технологии: мультимедийная презентация

I этап урока

Слайд 1 Урок начинается стихами С.Я.Надсона:

“Меняя каждый миг свой образ прихотливый,

капризна, как дитя, и призрачна, как дым,

кипит повсюду жизнь в тревоге суетливой,

великое смешав с ничтожным и смешным…”

Учитель химии: Что такое жизнь? Откуда она взялась на Земле? Эти вопросы волнуют людей всегда. Ни одно естественнонаучное явление не вызывало такой острой борьбы мировоззрений, какая всегда сопровождала проблема живого. А причина этой борьбы – в самом объекте познания, его уникальности, неповторимости и сложности. Постепенно было накоплено много  экспериментального материала, чтобы дать следующее определение жизни: “Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и сама жизнь, что приводит к разложению белка”. (Ф.Энгельс). Современная наука представляет жизнь как переплетение сложнейших химических процессов взаимодействия белков между собой и другими веществами.

Что же такое белок? Учащиеся должны раскрыть тайну веществ, лежащих в основе понятия “жизнь”, т.е. должны ответить на вопрос “Что такое белок?”.

В курсе биологии учащиеся получили первоначальные сведения о белках, их составе, значении в жизни организмов. Эти знания наряду с изученными в курсе органической химии станут опорными при изучении химии белков. Первый рассказ о белках в природе и их функциях в организме в значительной степени может быть построен на ответах учащихся.

Слайд 2.Как правило учащиеся дают информацию о структурах и функциях белка. Целесообразно продолжить повторение по вопросам:

• Какое количество структур присуще белкам?
• Каким образом образуется первичная, вторичная, третичная структура белка? (Покажите с помощью бус).
• Составьте схему превращения белков в организме.
• Функции белков.

К вопросу о выяснении состава и строения белков подходят по аналогии с выяснением подобного вопроса для других известных учащимся природных полимеров – целлюлоза и крахмал. Учащиеся могут высказать мысль о гидролизе, Здесь важно подчеркнуть, что в отличие от углеводов при гидролизе белков образуется не одно вещество, а несколько веществ, относящихся к классу аминокислот. Обращаемся к таблице аминокислот, образующих белки  (см.  стр. 204 учебник Органическая химия, автор Л.А. Цветков), предлагая дополнить двумя формулами: гистидина, чтобы показать возможное наличие гетероциклов в радикалах, и валина, ссылка на который потребуется при обсуждении первичной структуры белка. Проводится обсуждение вопросов. Учащиеся выступают,  имеют право дополнять, исправлять, задавать вопросы.

СЛАЙД 3 – основные вопросы, положенные в основу изучения нового материала.

Далее учитель дает информацию о белках:

• Получение белков - СЛАЙД 4 – работа по слайду.

(Структуры аминокислот целесообразно изобразить именно таким образом. Это поможет понять, как образуются пептиды при взаимодействии аминокислот).

Опираясь на изученные ранее химические свойства аминокислот как амфотерных соединений, составляем уравнение образования трипептида. Обращаем внимание на возможность образования длинных цепей – полипептидов: ведь остатки разных аминокислот могут сочетаться в различной последовательности и каждая аминокислота может входить в макромолекулу многократно – это определяет возможность существования огромного множества белков.

• Определение, классификация– 
• СЛАЙД 5 – работа по слайду.

Для характеристики разнообразия белков обычно приводят сравнение с безграничными возможностями образования слов из ограниченного числа букв алфавита. Возможно и другие примеры. Если взять только 12 аминокислот и считать, что они образуют в полипептиде 288 звеньев. То могло бы получиться 10300 различных белков. Если бы наша планета состояла только из этих веществ и каждое из них было бы представлено лишь одной молекулой, то масса Земли составляла бы около 10280 г. В действительности она равна  всего 1027 г. Можно сделать вывод, что в природе существует только малая часть теоретически возможного количества белков.

• Элементарный состав–
•  СЛАЙД 6 – работа по слайду.

Итогом обсуждения этих вопросов будет понятие о первичной структуре белка.

• Структуры белка – 
• СЛАЙД 7

Каждый белок имеет свое специфическое (индивидуальное и постоянное) строение. Структуры белка (первичная, вторичная, третичная, четвертичная).

По окончанию обсуждения вопросов ученики формируют общий вывод по I этапу работы:

Белки очень разнообразны, т.к. каждый из них характеризуется последовательностью аминокислотных звеньев: белки – это высшая, самоорганизующаяся форма развития вещества, в которой первичная структура определяет его биологическую активность; белки полифункциональны, это биополимеры, полипептиды. Белки различаются по составу аминокислот, числу аминокислотных остатков по порядку их последовательности в белковой цепи. Белки всех организмов построены из одних и тех же аминокислот – это доказательство единства живого мира на Земле.

II этап урока:

Слайд 8 Химические свойства белков (учитель).

Этот аспект темы следует рассматривать с возможно большей опорой на строение белков, что послужит закреплению предыдущего материала и выявлению причинно-следственных связей в изучаемых явлениях.

Обсуждение амфотерности белков можно начать с вопроса: аминокислоты – соединения амфотерные, будет ли присуще это свойство белкам?

1.Растворимость белков. Различная растворимость белков в воде связана, прежде всего, с их молекулярной массой. Растворимость в большей степени зависит также от природы радикалов аминокислотных звеньев.

2. Гидролиз белков – разрушение первичной структуры. В лаборатории этот процесс проводится в присутствии кислот и щелочей при нагревании. В организме он проходит под действием ферментов.

3. Денатурация белков. Необратимая - полное разрушение пространственной структуры белка. Денатурация происходит под действием солей тяжелых металлов, высокой температуры, излучения – демонстрация видеофрагмента.

Обратимая денатурация - частичное разрушение пространственной структуры белка. Обратный процесс называется ренатурация.

СЛАЙД 9

• Цветные реакции белков.

Цветные реакции применяются для установления белковой природы веществ, идентификации белков и определение их аминокислотного состава в различных биологических жидкостях. В клинической лабораторной практике эти методы используются для определения количества белка в плазме крови, аминокислот в моче и крови, для выявления наследственных и приобретенных патологий обмена у новорожденных.

Демонстрация опытов

(Биуретовая реакция на пептидную связь; Ксантопротеиновая реакция.

Горение белков. Учащиеся поджигают шерстяную нитку и делают вывод.

Учитель химии: Денатурация приводит к нарушению антигенной чувствительности белка, а иногда и к полному блокированию ряда иммунологических реакций, к и активации ферментов и нарушению обмена веществ. Ученые предполагают, что процессы старения связаны с медленно протекающей денатурацией. Реакция гидролиза белков приводит к образованию аминокислот, из которых в клетках организма образуются белки, характерные для данного организма.

III этап урока:

Учитель: Белки – основная структурная часть любого живого организма, а также неотъемлемая часть пищи животных и человека. При исключении из рациона белкового компонента, несмотря на достаточную калорийность пищи, у живых организмов наблюдаются патологические явления: остановка роста, изменение состава крови и т.д. С чем же связано огромное значение белков для живых организмов?

СЛАЙД 10

С сообщением “Функции белков в организме” выступают учащиеся

- каталитическая функция,

- защитная функция,

- строительная функция,

- сигнальная функция,

- транспортная,

- двигательная.

Вывод: приоритетная роль белков в клетке объясняется многообразием их функций. Поэтому они являются основой жизни.

Учащиеся составляют краткий конспект по выступлениям.

Каталитическая функция белков. Опыт проводит учитель.

Прилейте по 2 мл. Н2О2 в пробирке с кусочками мяса, картофелем (сырой, вареный).

Запишите наблюдаемые вами явления в таблицу. Предлагает записать уравнение, выполненной реакции.

Дайте объяснения вашим наблюдениям.

Что брали?

Что делали?

Что наблюдали?

Объяснения

Живые клетки растительной ткани

Мертвые клетки растительной ткани

Живые клетки животной ткани

Мертвые клетки животной ткани

Вывод: При варке картофеля, мяса произошла денатурация белка фермента каталазы, разрушилась 3-ая структура белка и это привело в разрушению активного центра фермента. Выделение кислорода при действии Н2О2 на сырой картофель и мясо свидетельствует о проявлении каталитической функции белка – фермента каталазы.

2Н2О2 = 2Н2О + О2

СЛАЙД 11 Выступление учащегося - превращение белков в организме. В качестве дополнения слово предоставляется специалистам врачебной практики (учащиеся заранее готовят сообщения, опираясь не только на учебную литературу, но и через беседы с врачами – практиками районной поликлиники):

• Врач генетик

Сообщение о том, что генетическими болезнями страдают не только жертвы этих болезней, но и их семьи. Родителей часто мучает чувство вины.

Генетические консультации врачей генетиков могут помочь супругам определить, на сколько велик риск рождения у них больного ребенка.

В ряде случаев медико-генетические консультации выявляют у новорожденных или у грудных детей наследственное предрасположение к наследственным болезням, возникновение которых в очень сильной степени зависит от определенных внешних условий.

• Врач эндокринолог

Сообщение о биохимии опухолей желудочно–кишечного тракта и их влиянии на процесс белкового обмена.

• Врач косметолог

Беды нашего организма отражаются на коже, а особенно на коже лица – самой уязвимой части тела.

Сообщение о влияние кремов на кожу.

• Врач невропатолог

Сообщение о том, что эндокринная и нервная системы действуют координировано, поддерживая постоянство внутренней среды организма. Взаимодействие между нервной и эндокринной системами осуществляется в основном посредством гипоталамуса. Оказывают стрессы, поэтому здоровый образ жизни, снижение стрессов является залогом здоровья.

• Врач терапевт

Белки в иммунной системе

Иммунная система – это самостоятельная система организма, представленная своими функциями и органами.

Основные функции иммунной системы:

1) распознать “чужое”, разрушить, нейтрализовать, вывести из организма.

2) обеспечить препятствие внедрению и размножению чужеродных антигенов.

3) Запомнить строение, свойства “чужого”, быстрее встречать его как “чужое” и сохранять в иммунологической памяти.

Начальные события в клеточном взаимодействии включают два этапа:

Прямое физическое взаимодействие между клетками, либо действие лиманда (антигена) – этого белка на клетку. В результате следует второй этап.Синтез и секреция биологически активных веществ на клетку-мишень. Это обеспечивает формирование иммунных реакций. Белки в крови обеспечивают защитные реакции организма. Например, антитела участвуют в формировании иммунных реакций. Тромбин обеспечивает свертываемость крови. Иммунная система состоит из В-системы и Т-системы, иначе происходят сбои в реализации иммунных реакций. Пагубное влияние на состояние иммунной системы оказывают внешние условия (природно-климатические, промышленное воздействие, изменение места жительства) и факторы риска (алкоголь, наркотики, курение).

Новости из области синтезирования нового вида белка

 СЛАЙД 12 – сообщение учителя.

США: учёные создали самоорганизующиеся белки

Исследователи из университета Джона Хопкинса создали новый класс белков, которые способны самостоятельно собираться в гель.

Этот гель представляет собой макромолекулярные белковые сети, погружённые в воду. При добавлении белков в ёмкость их подключение к растущей сети происходит автоматически, за счёт специальных концевых молекул-модулей, обеспечивающих стыковку.

Эти концевые модули могут быть трёх разных видов, и "сконструированы" так, чтобы притягивать друг друга. Так что каждая молекула в сети соединена с тремя соседями.

В середине нового искусственного белка учёные научились размещать произвольный набор аминокислот, способных выдавать определённые биохимические сигналы живым клеткам. В частности, это сигналы для поощрения дифференциации и роста клеток нужного типа.

Эта работа, как рассчитывают американцы, поможет найти новые методы восстановления повреждённых (или больных) тканей человека.[3]

IV этап урока: СЛАЙД 13

Для закрепления новых понятий проводится логический брифинг. Учащимся в течение 3-х мин. необходимо заполнить таблицу.

Другие названия белка.

Мономеры белка.

Группы атомов, обуславливающие амфотерные свойства белков.

Связь, поддерживающая I структуру белков.

Структура белка, представляющая спираль.

Полное разрушение пространственных структур белков.

Реакция, лежащая в основе получения белков.

Гормон поджелудочной железы.

Биологические катализаторы.

Болезнь, вызываемая недостатком инсулина в организме.

Связи, поддерживающие вторичную структуру белка?

Структура белка, определяющая биологическую активность белка.

Процесс взаимодействия белков с водой.

Структура белка, которая разрушается при нагревании белка с водой.

Структура белка, которая поддерживается  бисульфитными мостиками.

Учитель предлагает учащимся самостоятельно сделать вывод.

Итак, понятие “жизнь” и “белок” неразрывно связаны. Чтобы ответить на вопрос “что такое жизнь?”, надо знать, что такое белок. Чем больше о белках мы узнаем, тем глубже проникаем в понятие “жизнь”. Насколько многообразны белки, настолько сложна, загадочна и многолика жизнь. Подтверждением служат слова Гете: “Я всегда говорил и не устаю повторять, что мир бы не мог существовать, если бы был так просто устроен”.

Оценивание работы учащихся.

Домашнее задание:  §44.

Осуществить переход:

Пропан------пропен -------- пропанол-------- пропановая кислота------

аминопропановая  кислота -----  дипептид.

Положительные аспекты урока:

– интерес к предмету;

– взаимосвязь с другими предметами;

– умение делать обобщения, сравнение (логическое мышление);

– практические навыки для учащихся;

– применение в жизни.