Урок по теме: «Белки, строение и функции» 10 класс
план-конспект урока по биологии (10 класс)

Тема урока: «Белки, строение и функции» 10 класс

Цель: развитие и систематизация знаний о природных высокомолекулярных веществах – белках, их строении, свойствах, функциях.

изучить  особенности  строения

белковых  молекул,  физические,  химические  свойства  белков  и  их  биологические

функции.

Задачи урока:

- продолжить расширение и углубление знаний учащихся о важнейших органических веществах клетки на основе изучения строения и функции белков;

-  сформировать понятия «белки или протеины», «аминокислоты», «денатурация»;

- показать важнейшую роль белков в органическом мире, изучить функции белков в клетке;

- развивать у учащихся умения и навыки индивидуальной и групповой работы,

- формировать интеллектуальные умения – анализировать, сравнивать, делать выводы;

- создать условия для развития познавательного интереса к предмету;

- воспитывать коммуникативные качества, умение высказывать собственное мнение, сотрудничать в паре.

Тип урока: урок изучения и закрепления новых знаний с использованием информационно-коммуникативной технологии, технологии проблемного обучения.

Методы обучения: проблемный, частично-поисковый.

Форма работы: самостоятельная индивидуальная работа, работа в парах, группах.

Оборудование: мультимедийный проектор, компьютер, мультимедийная презентация по теме урока, учебный материал с познавательными задачами, учебник.

Планируемые результаты обучения: умение учащихся оперировать следующими  

понятиями: «белки», «протеины», «аминокислоты», «денатурация»;  умение  характеризовать строение, структуру, свойства и функции белков.

Ход урока.

1. Организационный момент
2. Актуализация знаний  

Создание положительной мотивации.

Ассоциативный ряд. Работа с наглядным материалом по определению признаков живых организмов

Работа в парах.

- Посмотрите, на доске представлены разнообразные объекты. Можно ли их сгруппировать по какому либо признаку?

(к доске приглашаются 2 человека)

- Какое отношение эти объекты могут иметь к нашему уроку? Самое непосредственное…

- Жизнь существует на Земле миллиарды лет. Она заполняет все уголки нашей планеты. Но, что же такое жизнь? Этот вопрос волновал людей всегда. Пожалуй, ни одно естественнонаучное явление не вызвало такой острой борьбы мировоззрений, какая всегда сопровождала проблемы живого. А причина этой борьбы – в самом объекте познания, его уникальности, неповторимости и сложности.

- Основу живых клеток составляют органические вещества.

??? С какими из них мы познакомились на прошлом уроке?

(органические вещества – углеводы и липиды)

- Мы продолжаем изучение органических веществ клетки… 

Определение темы и цели урока 

- Обратимся к слайду…

*Слайд. Слова Ф. Энгельса

- Как Вы понимаете слова Ф. Энгельса: “Повсюду, где мы встречаем жизнь, она связана с каким-либо белковым телом, и повсюду, где мы встречаем какое-либо белковое тело, не находящееся в процессе разложения, мы без исключения встречаем и явление жизни”?

- Думаю, что вы уже догадались, о чем сегодня пойдет речь на уроке. Попробуйте сформулировать тему урока…

(учащиеся формулируют, уточняют тему урока)

- Тему нашего урока я бы уточнила…

*Слайд. Тема урока

- Я бы сегодняшний урок назвала так: «Белки: докажите тождество, что жизнь – это белок». Возьмём это утверждение за гипотезу. Чтобы ответить на вопрос: «Что такое жизнь?», необходимо раскрыть тайну веществ, лежащих в ее основе, т.е. узнать - Что такое есть БЕЛОК…

 - Попробуйте сформулировать, с какой проблемой нам предстоит сегодня разобраться?

(доказать или опровергнуть утверждение, что белки – это основа жизни, а для этого выяснить строение и функции белков)

Работа в парах, группах.

- Я предлагаю работать в группах, так легче и эффективнее работать и обсуждать любую проблему. Нам потребуются учебники, а также информационные учебные тексты и рабочие листы, с которыми мы будем работать в течение урока – они у вас на столах.  

Также нам понадобятся ресурсы Интернета.  Для этого необходимо организовать работу медиа-группы (2 человека), который поможет найти необходимую информацию в Интернете по ходу урока.

Прием “Лови ошибку”

- С белками мы уже знакомились в курсе биологии 9 класса. Давайте проверим, что ваши знания о белках. Вашему вниманию предлагается текст с ошибками. Найдите ошибки в тексте. Назовите номера предложений с ошибками. Ничего не комментируем. Мы запишем их на доске.

*Слайд. Текст с ошибками

1. Все присутствующие в организме белки – ферменты.

2. В состав клеточных белков входят 20 аминокислот, среди них есть незаменимые, т.е. синтезируемые в организме.

3. Для всех аминокислот одинаковыми являются аминогруппа - NH2  и карбоксильная группа – COOH.

4. Первичная структура белковой молекулы поддерживается пептидной связью.

5. Вторичная структура белка – это глобула или фибрилла.

6. Денатурация – это процесс изменения цвета белковой молекулы.

- К найденным ошибкам в тексте мы вернёмся в конце урока.

(После работы с текстом найденные ребятами ошибки записываются на доску, без комментариев и без объяснения правильных ответов. Данная запись сохраняется в течение всего урока для проведения рефлексии).

3. Изучение нового материала

СТРОЕНИЕ БЕЛКОВОЙ МОЛЕКУЛЫ, КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ

- Начнём знакомство с белками. Сначала – историческая справка…  

*Слайд. Историческая справка

Историческая справка

- Начало изучения белков было положено в середине XVIII в. итальянцем

 Я. Беккари, но только через 100 лет ученым удалось систематизировать свойства белков  и сделать вывод, что белки – это главный компонент живых организмов.
Еще в начале 80-х годов (1888 г.) XIX столетия русский биохимик А.Я. Данилевский указал на наличие пептидных групп в белковой молекуле.
В начале 20 века (1903 г.)  Эмиль Герман Фишер выдвинул полипептидную теорию строения белков и синтезировал их.

- Итак, начнём с определения понятия «белки». Медиа-группа, пожалуйста, приступайте к работе.

??? Попробуем сформулировать его самостоятельно, с понятием «белки» мы знакомились раньше.

(учащиеся формулируют)

- Медиа-группа, уточните определение понятия. 

- Итак, белки – это высокомолекулярные органические соединения, представляющие собой биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.

(запись в рабочих листах)

Белки – русское название данного класса органических веществ, международное – протеины.

- Медиа-группа,  переведите слово  «протос» с греч. 

(с греч.  «первый»). Эти названия – синонимы. Названия этого класса веществ неслучайны.  Белковые тела привлекают ученых, интерес к их структуре и функциям непрерывно возрастает. Они обладают рядом особенностей, которые не свойственны другим органическим соединениям.

- Медиа-группа…

- Название подтверждает их первостепенное значение.

- Белки представляют собой высокомолекулярные органические соединения. Химические элементы в составе белков представлены разнообразно

Слайд. Химический состав белков

Среднее содержание химических элементов  в белках

 С (углерод) – 50-55%;

О (кислород) – 19-24%;

N (азот) – 15-18%;

Н (водород) – 6-8 %;

S (сера) – 0,3-2,5%;

Р (фосфор) – до 0-5%.

Кроме углерода, водорода, кислорода и азота в состав белков могут входить хлор, фтор, йод, а также металлы: цинк, магний, железо, медь.

??? Ещё раз, что является мономерами белков?

- Белки построены из мономеров, 

*Слайд. Разнообразие аминокислот

которыми являются аминокислоты. В природе известно свыше 170 различных аминокислот. Но лишь

*Слайд. 20 сминокислот

20 аминокислот из них способны создать белковую молекулу.

??? Вспоминайте, какое строение имеет аминокислота. Чем аминокислоты отличаются друг от друга?

*Слайд. Аминокислота

 (учащиеся рассказывают о наличии одинаковых аминогруппы и карбоксильной группы в аминокислотах, различие – в радикалах)

- В процессе построения белка образуется аминокислотная цепь за счет образования между аминокислотными остатками пептидной связи.

*Слайд. Образование пептидной связи

- Пептидная связь образуется в процессе реакции полимеризации между функциональными группами соседних аминокислот: карбоксильной группой (- СООН) одной аминокислоты и аминогруппой (-NH2) другой.

*Слайд. Образование полипептидной цепи

- Средняя белковая молекула содержит около 300-500 аминокислотных остатков. Многие белки имеют огромную молекулярную массу.

*Слайд. Размеры белковых молекул

- Это молекулы-великаны, их называют макромолекулами.

- Классификация белков разнообразна. Среди белков различают протеины и протеиды. Белки делятся на простые и сложные. Выделяют белки глобулярные и фибриллярные.

Исследовательская работа по теме урока.

Работа в группах.

- Давайте подробнее  разберёмся  в таком сложном явлении как белки. Сейчас каждая группа (их три), используя различные информационные источники, работает по заданиям

Прокомментировать задания групп!!!

1 группа. Задание «Образование белковой молекулы»

2 группа. Составление схемы «Классификация белков»

3 группа. Задача. Размеры белковых молекул, их молекулярная масса и длина.

- Проанализируйте данную информацию и сделайте выводы. Время работы – 5-7 мин.

??? Какая группа готова? Прошу к доске…

(запись уравнения реакции, заполнение схемы)

*Слайд. Классификация белков

Схема «Классификация белков» - запись в рабочем листе

- Ни одно из природных соединений не обладает такими безграничными потенциальными возможностями изменению, как белки. Именно так реализуется в природе бесконечное разнообразие структуры белковых тел, дающее начало миллионам растительных и животных видов. Белковые молекулы очень велики.  

Группа №3 представляет решение задачи…

УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ БЕЛКА. ДЕНАТУРАЦИЯ

- Вернёмся к задаче. Мы определили, что длина молекулы гемоглобина составляет 258,4 нм.

??? Где находится белок гемоглобин?

(в клетках крови - эритроцитах)

- Медиа-группа,  нужны статистические данные – размеры эритроцита, количество молекул гемоглобина в одном эритроците

- Длина молекулы гемоглобина составляет 258,4 нм, переводим в мкм - 258 400 мкм.

( размеры эритроцита- 7-8 мкм, в одном эритроците – 340 000 000 молекул гемоглобина )

??? Но как тогда они помещаются в эритроцитах? В каждой клетке находится более 3 тыс. молекул белков. Предлагаю посмотреть  видеосюжет…

- Каждому белку свойственна своя особая геометрическая форма, или конформация. Существует несколько уровней организации белковой молекулы.

(демонстрация видеофильма «Уровни организации белковой молекулы»,

комментарии, заполнение рабочего листа)

Первичная структура белка определяется генотипом. Определяющее значение в формировании более высоких уровней организации белковых молекул имеет именно она. Первичная структура белка – это последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

Мы с ней уже знакомы – уравнение реакции на доске…

??? Какой связью поддерживается эта структура? Какова её форма в пространстве?

(связь - пептидная, структура - линейная)

(заполнение рабочего листа)

 Вторичная структура белка образуется для того, чтобы придать аминокислотной цепи более компактную форму. Это промежуточная структура, наиболее часто принимает  форму спирали.  Вторичную структуру  поддерживают водородные связи, образующиеся между функциональными группами разных витков спирали.

(заполнение рабочего листа)

Третичная структура - это конечная структура у большинства белков, образующаяся с целью придания молекуле белка максимально компактной формы в виде клубка (глобулы), а может иметь вытянутую форму пучка (фибриллы). В образовании данной структуры участвуют самые слабые связи: дисульфидные, ионные, водородные, гидрофобные.

(заполнение рабочего листа)

В случае образования связи между несколькими простыми белками образуется четвертичная структура белка (например, так построен гемоглобин). Несколько отдельных полипептидных цепей способны укладываться в более сложные образования. При этом каждая цепь, сохраняя характерную для неё первичную, вторичную и третичную структуры. Такой комплекс представляет собой единое целое и выполняет биологическую функцию, не свойственную отдельно взятым субъединицам. Четвертичная структура закрепляется  за счёт водородных связей и гидрофобных взаимодействий между субъединичными полипептидными цепями. Четвертичная структура характерна лишь для некоторых белков, например гемоглобина.

(заполнение рабочего листа)

- Вернёмся к классификации белков.

(показать схему на доске)

*Слайд. Глобулярные и фибриллярные белки

- По пространственной структуре белки делятся на два больших класса – глобулярные и фибриллярные. Для глобулярных белков более характерна α-спиральная структура на уровне вторичной структуры, цепи их изогнуты в пространстве и макромолекула приобретает форму сферы (глобулы). Примеры глобулярных белков – альбумин (яичный белок), миоглобин, почти все ферменты.

Для фибриллярных белков характерна β-структура в виде гармошки, складчатая структура. Как правило, они имеют волокнистое строение. К ним относятся широко распространённые белки – β-кератин (волосы, роговая ткань), β-фиброин шёлка, миоинозин (мускульная ткань), коллаген (соединительная ткань).

- Давайте познакомимся важным свойством белковой молекулы…

(демонстрация видеофильма «Денатурация»)

*Слайд. Денатурация белка

 (заполнение рабочего листа)

- Денатурация может быть обратимой (ренатурация) и необратимой. Ренатурация приводит к легко восстанавливаемому изменению в структуре. Необратимая денатурация связана с разрушением первичной структуры белковой молекулы, часто происходит при тепловом воздействии. У денатурированных белков снижается растворимость, а главное – исчезает биологическая активность.

??? Приведите примеры ренатурации и деструкции…

 Поиск путей решения проблемы

ФУНКЦИИ БЕЛКОВ В КЛЕТКЕ

- Итак, мы выяснили, что в живых клетках белки разнообразны по строению, пространственной структуре, их достаточно много, и  они имеют гигантские размеры.

??? Достаточно ли этой информации, чтобы подтвердить утверждение: «Белок есть жизнь»? Обратимся к слайду…

Слайд. Высказывание А. Я. Данилевского о роли белков в клетке 

"Как инструменты, исполняющие главную роль, и суть основной части оркестра, так белки ведут главный мотив цитоплазматической гармонии"

- Мы обязательно должны рассмотреть функции белков в клетке…

- Белки выполняют ряд функций: строительную, ферментативную, транспортную, двигательную, защитную, регуляторную, рецепторную, энергетическую.

(Работа с презентацией, заполнение рабочего листа)

- Проанализировав информацию, полученную на уроке, как вы считаете, верно ли утверждение: «Белок есть жизнь»?

- Какие аргументы можно привести в пользу этого утверждения?

(Белки представляют собой природные вещества, построенные из аминокислот. Все ферменты, некоторые гормоны и антибиотики, некоторые токсины относятся к белкам. Белки являются важнейшей составной частью живых организмов и выполняют различные биологические функции. Важное свойство белков – денатурация, которая имеет физиологическое значение).

- Понятия “жизнь” и “белок” неразрывно связаны. Насколько многообразны белки, настолько сложна, загадочна и многолика сама жизнь.

4. Рефлексия

           - А мы вернёмся к тексту с ошибками…

1. Все присутствующие в организме белки – ферменты.

2. В состав клеточных белков входят 20 аминокислот, среди них есть незаменимые, т.е. синтезируемые в организме. 

3. Для всех аминокислот одинаковыми являются аминогруппа - NH2  и карбоксильная группа  - COOH.

4. Первичная структура белковой молекулы поддерживается пептидной связью.

5. Вторичная структура белка – это глобула или фибрилла.

6. Денатурация – это процесс изменения цвета белковой молекулы.

 5. Информация о домашнем задании

§11; выписать в тетрадь функции белка дополнительно;

творческое задание:

1. Почему жители крупных мегаполисов имеют проблему с кожей-дерматиты, полиносы?

2. Почему нельзя сушить кожаную обувь, прислонив ее непосредственно к батарее?

ЗАДАНИЕ ДЛЯ ГРУППЫ №1

«ОБРАЗОВАНИЕ БЕЛКОВОЙ МОЛЕКУЛЫ»

Пользуясь рисунком 12 страницы 41 учебника, напишите уравнение реакции с образованием пептидной связи между глутаминовой кислотой, цистеином, лизином. Назовите все возможные трипептиды из предложенных аминокислот. Назовите полученный белок.

Справочный материал.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ ГРУППЫ №2

«КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ»

Используя текст §11, страница 42, пункт «Классификация белков», информационный материал, заполните схему «Классификация белков»

 КЛАССИФИКАЦИЯ  БЕЛКОВ

Классификация белков в значительной мере условна и построена на различных, часто случайных, признаках. Белки разделяют на животные, растительные и бактериальные, на фибриллярные и глобулярные, мышечные, нервной ткани и т. п. Существуют несколько подходов к классификации белков: по форме белковой молекулы, по составу белка, по функциям.

Классификация по форме белковых молекул

По форме белковых молекул различают фибриллярные белки и глобулярные белки.

Фибриллярные белки представляют собой длинные нитевидные молекулы, полипептидные цепи которых вытянуты вдоль одной оси и скреплены друг с другом поперечными сшивками (рис. 18,б). Эти белки отличаются высокой механической прочностью, нерастворимы в воде. Они выполняют главным образом структурные функции: входят в состав сухожилий и связок (коллаген, эластин), образуют волокна шелка и паутины (фиброин), волосы, ногти, перья (кератин).

В глобулярных белках одна или несколько полипептидных цепей свернуты в плотную компактную структуру – клубок (рис. 18,а). Эти белки, как правило, хорошо растворимы в воде. Их функции многообразны. Благодаря им осуществляются многие биологические процессы.

Рис. 18. Форма белковых молекул:

а – глобулярный белок, б – фибриллярный белок

Классификация по составу белковой молекулы

Белки по составу можно разделить на две группы: простые (протеины) и сложные (протеиды) белки. Простые белки состоят только из аминокислотных остатков и не содержат других химических составляющих. Сложные белки, помимо полипептидных цепей, содержат другие химические компоненты.

К простым белкам относятся РНКаза и многие другие ферменты. Фибриллярные белки коллаген, кератин, эластин по своему составу являются простыми. Запасные белки растений, содержащиеся в семенах злаков, – глютелины, и гистоны – белки, формирующие структуру хроматина, принадлежат также к простым белкам.

Среди сложных белков различают металлопротеиды, фосфопротеиды, гликопротеиды, липопротеиды и др. Рассмотрим эти группы белков подробнее.

 Металлопротеиды

К металлопротеидам относят белки, в составе которых имеются ионы металлов. В их молекулах встречаются такие металлы, как медь, железо, цинк, молибден, марганец и др. Некоторые ферменты по своей природе являются металлопротеидами.

Хромопротеиды

В составе хромопротеидов в качестве простетической группы присутствуют окрашенные соединения. Типичными хромопротеидами являются зрительный белок родопсин,  принимающий участие в процессе восприятие света, и белок крови гемоглобин (Hb).  

Фосфопротеиды

Фосфопротеиды в своем составе содержат остатки фосфорной кислоты, связанные с гидроксильной группой аминокислотных остатков сложноэфирной связью (рис. 20). 

К фосфопротеидам относится белок молока казеин. В его состав входят не только остатки  фосфорной кислоты, но и ионы кальция. Фосфор и кальций необходимы растущему организму в больших количествах, в частности, для формирования скелета.

Липопротеиды

К липопротеидам относятся белки, содержащие ковалентно связанные липиды. Эти белки встречаются в составе клеточных мембран. К липопротеинам относят также белки крови, участвующие в транспорте липидов.

 Гликопротеиды

Гликопротеиды содержат в качестве простетической группы ковалентно связанный углеводный компонент.

Гликопротеиды широко распространены в природе. Они встречаются в секретах (слюне и т.д.), в составе клеточных мембран, клеточных стенок, межклеточного вещества, соединительной ткани и т.д. Многие ферменты и транспортные белки являются гликопротеидами.

 Интересно знать! В плазме некоторых антарктических рыб содержатся белки со свойствами антифриза, предохраняющие рыб от замерзания, а у ряда насекомых в местах прикрепления крыльев находится белок резилин, обладающий почти идеальной эластичностью. В одном из африканских растений синтезируется белок монеллин с очень сладким вкусом.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ ГРУППЫ №3

«РАЗМЕРЫ БЕЛКОВЫХ МОЛЕКУЛ.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА И ДЛИНА»

Решите задачу. Молекула белка гемоглобина имеет молекулярную массу 68 000. Определите длину молекулы гемоглобина.

Справочный материал.

В среднем молекулярная масса аминокислоты равна 100. Для подсчёта необходимо знать количество аминокислот, входящих в состав белковой молекулы:

масса белка = масса аминокислоты х количество аминокислот.

Для подсчёта длины белковой молекулы используется средняя величина длины аминокислоты. Она равна 0,38 нм. Эту величину умножают на количество аминокислот, входящих в данный белок:

длина белка = длина аминокислоты х количество аминокислот.

РАБОЧИЙ ЛИСТ

Тема: «Белки. Докажите тождество: белок есть жизнь»

Белки ____________________________________________________________________
__________________________________________________________________________

Классификация белков

БЕЛКИ

Уровни организации белковой молекулы

Физические свойства

Химические свойства

Денатурация – это разрушение белка до _____________________   структуры под действием ___________________________ , а также под действием растворов различных веществ (___________________ ,  ___________________, солей) и радиации.

ФУНКЦИИ БЕЛКОВ