Интегрированный урок химии и биологии по теме 'Белки' (профильный уровень)

Урок на межпредметной основе (химия и биология) по теме: «Белки-носители жизни». 11 класс

Вид урока: урок-исследование.

Цели урока.

Обучающие: Научить учащихся самостоятельно добывать знания в ходе исследования, углубить знания о природных полимерах на примере белков, уметь проводить реакции на белки и раскрывать особенности протекания этих реакций, определять проблемную ситуацию, направлять пути решения, систематизировать и обобщать изученный материал; конкретизировать знания об обмене веществ, охарактеризовать биологическую роль и применение белков; дать понятие о нормах питания, значение их в здоровом образе жизни человека.

Развивающие: развивать умение прогнозировать, сравнивать, выделять главное, анализировать, развивать умение работы с дополнительной литературой, закрепление навыков экспериментирования.

Воспитательные: воспитывать личности с высоким уровнем культуры, формировать потребность в познавательной деятельности.

Форма организации занятий: урок-исследование.

Оборудование урока: компьютер, мультимедиапроектор, диск «Уроки химии Кирилла и Мефодия, 10-11 классы»; Таблицы: «Обмен веществ», «Элементарный состав белков».

Реактивы: раствор белка, 10% раствор гидроксида натрия, раствор сульфата меди(2), азотная кислота, раствор ацетата свинца, спиртовка и др.

Ход урока

1.Организационный момент (мотивация учебной деятельности учащихся, сообщение темы, цели, задач урока)

2.Опрос и подготовка к восприятию нового материала.

Работа класса по вариантам.

В. 1 Доказать кислотные свойства на примере 2-амино бутановой кислоты. Записать уравнения.

В. 2

Доказать основные свойства на примере аминомасляной кислоты. Записать уравнения.

Фронтальная беседа:

Учитель: какие вы знаете из изученных ранее веществ, которые относят к полимерам?

Ученик № 1: каучук, крахмал, целлюлоза, белки - полимеры.

Учитель: как можно получить аминокислоты? Ученик № 2: Один из синтетических способов получения аминокислот - замещение атома галогена в соответствующих галогенозамещенных карбоновых кислотах на аминогруппу. Выделяющийся при замещении галогеноводород связывается избытком аммиака:

СН₃-СН-СООН + Н- N Н₂ + N Н3  СН₃-СН-СООН + NН₄С1

1 1

Сl N Н₂

Другой способ получения: гидролиз белков

Учитель: Что является мономером белка?

Ученик № 3: Мономером класса «белки» является аминокислота.

Учитель: в чем заключается биологическое значение аминокислот? Ученик № 4: биологическое значение аминокислот определяется тем, что они являются структурными единицами, из которых строятся все растительные и животные белки.

Учитель: назовите химические элементы, входящие в состав белка. Ученик № 5: все природные белки содержат химические элементы: углерод, водород, кислород, азот, иногда серу. Содержание их приведено в таблице № 1.

Таблица № 1: «Элементарный состав белков».

Наименование элемента

Содержание %

Углерод, С

50-55

Водород, Н

6,5-7,3

Азот, N

15-18

Кислород, О

21-24

Ученик № 5 ( Подготовленный учителем ученик) проводит лабораторный опыт № 1: « Определение азота в белке».

Чтобы доказать, что в состав белков входит азот проведем лабораторный опыт. В раствор белка куриного яйца приливаем раствор щелочи и нагреем. Универсальную бумажку, смоченную водой, подносим к отверстию пробирки, бумажка посинела, так как выделяется газ аммиак NH3 .Значит, в состав белка входит азот.

Лабораторный опыт № 2: «Определение серы в белке».

Чтобы доказать, что в состав белка входит сера проведем опыт. После нагревания раствора белка, его разбавляют в 3-4 раза водой и приливают растворимую соль свинца. Образование черного осадка сульфида свинца указывает на наличие в белках серы.

Учитель: в чем особенность структуры белка?

Ученик № 6: каждый белок имеет свое индивидуальное строение. Различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры.

Презентация ученика №6: «Структура белка».

а) первичная - определенная последовательность чередования аминокислотных остатков в линейной полипептидной цепи. Образована пептидными связями между карбонильной и амино - группами ( -С=О и - NН )

б) вторичная структура - конформация полипептидной цепи, закрепленная множеством водородных связей между группами: =С=О и - NН

в) третичная структура -форма закрученной спирали в пространстве, образованная главным образом за счет дисульфидных мостиков ( между атомами серы), водородных связей, связей между карбоксильной и гидроксильной группами (сложноэфирный мостик), между амино и карбоксильной группами (солевой мостик).

г) четвертичная структура -комплекс нескольких белковых макромолекул за счет взаимодействия разных полипептидных цепей.

Таблица № 1 «Структура белка».

Структура белка

Характеристика структуры

Тип связи, определяющий структуру.

Первичная

Порядок чередования аминокислот в полипептидной цепи - линейная структура.

Пептидная связь

О Н

| | 1

- С - N-

Открыта в 1888 г. проф. А. Я. Данилевским

Вторичная

Закручивание полипептидной линейной цепи в спираль- спиралевидная структура.

Внутримолекулярная водородная связь

=CO…HN-

1

Третичная

Упаковка вторичной спирали в глобулу-глобулярная структура зависит от первичной структуры.

Дисульфидные (-S-S-) связи, гидрофобные, ионные.

Четвертная (например, гемоглобин)

Встречается редко. Комплекс, объединяющий несколько третичных структур органической природы и неорганическое вещество - гемоглобин (Fe).

Ионные, водородные, гидрофобные.

Учитель: Назовите примеры глобулярных фибриллярных белков. Чем они отличаются? Ученик: «По растворимости белки подразделяют на 1) глобулярные, образующие в воде коллоидные растворы (альбумин-белок куриного яйца) и 2) фибриллярные, нерастворимые в воде (кератин).

3. Изучение нового материала

Учитель

Должны мы на уроке истину установить, При этом формулы, законы не забыть. Эксперимент сначала проведем. Подумаем, помыслим и теорию учтем. И постепенно нужное усвоим.

Учитель: к какому классу можно отнести белки и зачем они нужны ? Прослушаем сообщение ученика № 7: Белки - важнейшие компоненты нашей жизни пищи. Они составляют ¼ часть человеческого тела, единственным источником их образования в организме являются аминокислоты белков в пище. Вот почему белки незаменимы в питании человека.

Белки - высокомолекулярные соединения, масса их колеблется от 5000 до 1000 000 и выше. Состоят из остатков 22 аминокислот. В природе существует только малая часть теоретически возможного количества белка.

Белки - основа жизни клетки. В теле нет участка, где бы не было белков. В крови и мышцах белки составляют 1/5 от их общей массы, в мозгу 1/12, 1/100 от общей массы эмали зубов - белки. В разных органах белки составляют 45-85% сухого вещества.

Учитель: белки - это высшая форма жизни. Белки - это высшая форма существования органических соединений. Их нельзя отнести к определенному классу. Это полифункциональные соединения. Их молекулы содержат аминогруппы и карбоксильные группы и подобно аминокислотам они обладают амфотерными свойствами.

1.Образуют соли при взаимодействии с кислотами и со щелочами.

+ NаОН

----------Н₂N -СН-COONа

1

H₂N-CH-COOH-----------.> R

+HCl

----------Сl(Н₃N-СН-СООН]

1

R

Учитель: второе химическое свойство - это денатурация ( нарушение естественной структуры белка под влиянием высокой температуры, воздействия химических веществ, радиации) Денатурация-разрушение вторичной и третичной структуры белка с сохранением первичной структуры. Необратимо протекает денатурация при нагревании до 60-100 С, при радиации, при действии солей тяжелых металлов, кислот и щелочей. Учитель: происходит ли денатурация белка «на кухне»? Ученик: да, при варке мяса и яиц.

Практическая часть. Лабораторный опыт «Денатурация белка при нагревании».

В пробирку поместили 5 капель раствора яичного белка, нагрели. Наблюдение: при нагревании яичный белок осаждается.

Лабораторный опыт: «Денатурация белка под действием солей тяжелых металлов»

В пробирку поместили 5 капель раствора яичного белка и добавили 1 каплю раствора сульфата меди (2) Наблюдение: в пробирке помутнение раствора. Белок «сворачивается»

Учитель: объясните, почему при отравлении солями тяжелых металлов, кислотами, другими ядовитыми соединениями пострадавшему предлагают выпить сырое яйцо?

Ученик № 9: белок взаимодействует с данными соединениями, осаждая их. Тем самым способствует нейтрализации и выводу из организма.

Учитель: третье химическое свойство белков - это гидролиз.

Ученик № 10: «Обмен белков в организме» (сообщение).

Все белки растительные и животные состоят из аминокислот. Белки, поступающие с пищей под влиянием ферментов, подвергаются гидролизу. Учитель: вспомним, что называют гидролизом?

Гидролиз - это разложение веществ водой. В организме человека гидролиз протекает под влиянием ферментов (пепсина, трипсина). В желудке, в кишечнике белки расщепляются до аминокислот. Аминокислоты всасываются ворсинками кишечника в кровь и поступают во все ткани организма. Затем основная масса аминокислот идет на синтез собственных белков. Синтез идет с поглощением энергии. Такие реакции называются эндотермическими. Часть аминокислот подвергаются распаду и окислению, при этом азот отщепляется в виде аммиака, который превращается в мочевину и выводится с мочой. Углерод и водород окисляются до углекислого газа и воды. Эти реакции идут с выделением энергии и являются экзотермическими.

Схема расщепления белков пищи.

Белки пищи

|

Аминокислоты

|

Белки организма

/ | \

Вода Углекислый газ

Аммиак

Учитель: при нагревании белка с растворами кислот или щелочей по месту пептидных связей происходит разрушение первичной структуры с образованием аминокислот. В организме гидролиз протекает селективно, то есть ферменты расщепляют строго определенные участки цепи. Поэтому изучением продуктов гидролиза белков устанавливают их качественный и количественный состав, а также последовательность соединения остатков аминокислот в макромолекуле.

Белок----Полипептиды-----Дипептиды------Аминокисоты

Учитель: мы частично рассмотрели химические свойства белков, изучая их биологическое значение. Однако необходимо дополнение.

Белки - основа жизнедеятельности любого организма на Земле. Это сложные высокомолекулярные природные соединения. Но ни одно из веществ не может сравниться с белками по разнообразию своих функций. Белки-носители жизни!

Мономерами белков являются аминокислоты. Умение определять аминокислоты важно и в теоретическом, и в практическом аспекте. Определение аминокислот сопровождается написанием уравнений качественных реакций, что способствует углублению знаний по органической химии. Это умение имеет большое значение при заболеваниях, связанных с ослаблением иммунной системы людей (аллергические заболевания, нарушение функционирования ферментных систем и т.д.), при которых основную роль играют белки. В данной ситуации необходимо оперативно и грамотно определять аминокислоты (белки).

Надо помнить, что все качественные реакции- реакции не собственно на белки, а на определенные аминокислоты, входящие в их состав.

Учитель: вспомним общую формулу белковых аминокислот

Ученик: Н2N -СН-СООН

1

R

Учитель: вспомним, какие аминокислоты называют незаменимыми?

Ученик: аминокислоты, необходимые для синтеза белков, которые синтезироваться не могут в организме и должны поступать только извне, являются незаменимыми.

Учитель: «Как распознать белок? Рассмотрим качественные реакции на белки».

Четвертое химическое свойство: цветные качественные реакции на белки.

Лабораторный опыт (подготовленный ученик № 11)

Универсальная биуретовая реакция - это качественная реакция на пептидную группу

- NH-CO-. В щелочной среде раствор белка в присутствии солей меди(II) приобретает сине-фиолетовую окраску :

раствор белка +NaOH+ CuSO4 -> фиолетовое окрашивание.

Лабораторный опыт (подготовленный ученик № 12) Специфическая ксантопротеиновая реакция - это реакция на белки, содержащие остатки ароматических аминокислот, например фенилаланина. Такой белок при действии концентрированной азотной кислоты дает желтое окрашивание (продукт нитрования бензольных колец). Эту реакцию можно наблюдать на коже рук при неосторожном обращении с азотной кислотой:

раствор белка +HNO₃(конц)-> желтое окрашивание.

Именная качественная реакция на присутствие в белке триптофана. Реакция ВУАЗЕТ (делает учитель) Если к 1 мл 5%-го раствора белка в 30%-м растворе едкого калия прибавить одну каплю 1,25%-го раствора формальдегида, 10 мл концентрированной соляной кислоты и через 10 минут прибавить 5-7 капель 0,05%-го раствора нитрита натрия, то появляется фиолетовое окрашивание, обусловленное присутствием в белке триптофана.

Реакция Миллона (делает учитель)

Это реакция на аминокислоту тирозин. Реактив Милона (раствор НgNO₃ и Нg(NO₂)₂ в разбавленной НNO₃, содержащей примесь HNO₂₎ взаимодействует с тирозином с образованием ртутной соли нитропроизводного тирозина, окрашенной в розовато-красный цвет:

К 2 мл концентрированного раствора тирозина прибавляют 1 мл реактива Милона, встряхивают и осторожно нагревают пробирки на пламени спиртовки. Образуется красное окрашивание.

Учитель: название темы урока: «Белок - носитель жизни.»

Действительно ни одно из веществ не может сравниться с белками по разнообразию своих функций. Вспомним их из курса биологии.

1. Каталитическая функция белков - ускорение биохимических реакций в клетке.

Белки - ферменты.

2. Энергетическая.

При расщеплении 1 грамма белка выделяется 17, 6 кДж теплоты.

3. Сократительная.

Осуществление всех типов движения ( актин).

4. Запасающая.

Резерв для организма, плода (яичный альбумин).

5. Строительная.

Белки служат строительным материалом клеток (из них построены опорные, мышечные, покровные ткани).

.

6. Транспортная.

Белки служат транспортным средством (например, белок крови гемоглобин доставляет к тканям кислород, а из тканей выносит углекислый газ).

7. Защитная от инфекций.

Некоторые специфические белки - антитела - способны обезвреживать вирусы, бактерии, чужие клетки.

7. Двигательная.

( в состав мышечной ткани, органоидов движения у простейших; миозин - белок мышц).

7. Регуляторная.

Белки регулируют обменные процессы (например, инсулин регулирует обмен глюкозы).

10. сигнальная ( в мембраны встроены молекулы белков, изменяющие третичную структуру под воздействием факторов внешней среды). 11. токсическая ( токсические белки в яде змей, насекомых, грибов). Следовательно, благодаря белкам организм имеет возможность двигаться, расти, усваивать пищу, размножаться, реагировать на внешние воздействия и т.п. Поэтому белки жизненно необходимы любому организму и являются важнейшим компонентом пищевых продуктов.

4. Закрепление.

Учитель: в организме человека около 5 млн. белков. Что определяет видовую специфичность белков? Ученик: Видовая специфичность белков определяется набором аминокислот, их количеством и последовательностью расположения в полипептидной цепи.

Учитель: Белки служат строительным материалом клеток (из них построены опорные, мышечные, покровные ткани).

.

6. Транспортная.

Белки служат транспортным средством (например, белок крови гемоглобин доставляет к тканям кислород, а из тканей выносит углекислый газ).

7. Защитная от инфекций.

Некоторые специфические белки - антитела - способны обезвреживать вирусы, бактерии, чужие клетки.

7. Двигательная.

( в состав мышечной ткани, органоидов движения у простейших; миозин - белок мышц).

7. Регуляторная.

Белки регулируют обменные процессы (например, инсулин регулирует обмен глюкозы).

10. сигнальная ( в мембраны встроены молекулы белков, изменяющие третичную структуру под воздействием факторов внешней среды). 11. токсическая ( токсические белки в яде змей, насекомых, грибов). Следовательно, благодаря белкам организм имеет возможность двигаться, расти, усваивать пищу, размножаться, реагировать на внешние воздействия и т.п. Поэтому белки жизненно необходимы любому организму и являются важнейшим компонентом пищевых продуктов.

4. Закрепление.

Учитель.

В организме человека около 5 млн. белков. Что определяет видовую специфичность белков? Ученик. Видовая специфичность белков определяется набором аминокислот, их количеством и последовательностью расположения в полипептидной цепи.

Учитель. Что является причиной отторжения трансплантатов - пересаженных органов? Ученик. Белковая индивидуальность является причиной отторжения трансплантатов. Невосприимчивость к чужеродному белку - лежит в основе иммунитета.

Практическое применение знаний .

Учитель проводит опыт: К пробам раствора белка добавляет немного раствора нитрата свинца или соли другого тяжелого металла. О чем свидетельствует образование осадка? Ученик. Образующиеся осадки свидетельствуют о том, что соли ядовиты для организма.

5. Домашнее задание: повторить тему: Белки», задание2-6.

6. Итоги урока (выставление оценок) Рефлексия. Вывод по теме урока (делают учащиеся): « Белки - основа жизнедеятельности любого организма».

.