Урок по химии на тему Белки (10 класс)

Тема: Белки

Цель: углубить знания о важнейших классах биологически значимых органических соединений - белках; изучить особенности строения белков, их состав, структуру, функции и биологическую роль в жизнедеятельности живых организмов.

Задачи: 1) сформировать представление о белках как непериодических линейных биополимерах, состоящих из различных аминокислотных остатков;

2) охарактеризовать состав и химическое строение полипептидных молекул, первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуру белка;

3) познакомить учащихся с важнейшими функциями белков;

4) сформировать знания о химических свойствах белков, их расщеплении в организме человека;

5) рассмотреть значение белков в природе и жизни человека;

6) углубить знания учащихся о связи строения молекул веществ и их функций на примере белков.

Тип урока: изучение нового материала.

Оборудование: проектор, на столах учащихся пробирки, спиртовки, держатели.

Реактивы: раствор куриного белка, растворы CuSO₄, NaOH, HNO₃, С₂Н₅ОН, шерсть, NH₃ ^. H₂O.

Ход урока

I. Организационный момент (сообщение темы, цели урока - слайд 1).

II. Изучение нового материала.

План (слайд 2)

1.Определение белков.

2.Состав белков.

3.Строение белковых молекул, структуры белка.

4.Физические свойства белков.

5.Химические свойства белков.

6.Функции белков.

7.Содержание белка в продуктах питания. Расщепление белков в организме человека.

Задание на дом: п.17, вопрос 9,10.

Слайд 3

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…

(Семен Надсон)

Что такое жизнь? Этот вопрос волновал человека всегда. Какую формулировку давал жизни Ф. Энгельс? Попытайтесь вспомнить из курса биологии.

Слайд 4.

«Жизнь есть способ существования белковых тел» Ф.Энгельс.

Назовите ключевые слова в этом определении. («жизнь», «белок»)

Не устарело ли определение жизни, данное Энгельсом более ста лет назад? Оказывается, современная наука расширила это понятие. Чтобы понять, что такое жизнь, надо раскрыть тайну веществ, лежащих в ее основе, т.е. ответить на вопрос «Что такое белок?»

Молекула белка - макромолекула или полимер. Ее строение можно сравнить с разноцветными бусинами на нити, скрученной в виде спирали.

Что является мономером молекулы белка? (АМК)

Каково строение АМК? (Слайд 5)

Задание: Записать уравнение реакции получения дипептида из АМК глицина (аминоэтановая кислота) и аланина (2-аминопропановая кислота).

NH₂ - CH₂ - COOH + CH₃ - CH (NH₂) - COOH

^{глицин аланин}

NH₂ - CH₂ - CONH - CH (CH₃) - COOH + H₂O

^{дипептид глицилаланин}

Слайд 6

Большая роль в расшифровке структуры белковой молекулы принадлежит немецкому химику Эмилю Герману Фишеру и русскому биохимику Александру Яковлевичу Данилевскому.

Слайд 7

Большинство полимеров построено из повторяющихся одинаковых участков. Такие полимеры называются периодическими. Например, если А - мономер, то - А - А - А - А - А - полимер.

Полимеры, в которых мономеры различны по строению, называют непериодическими. Например, - А - В - Р - П - А - Г - Р - …

Как вы думаете, к каким полимерам относятся белки? (предположения учащихся).

Слайд 8 1.Определение белков

Белки - непериодические полимеры, мономерами которых являются АМК.

Белки - это высокомолекулярные (молекулярная масса от 5-10 тысяч до 1 млн и более) природные соединения (полимеры), молекулы которых построены из остатков АМК, соединенных амидной или пептидной связью.

Белки относятся к азотсодержащим органическим соединениям.

Слайд 9 2.Состав белков

Белки содержат в среднем около 50-55% С, 21-23% О, 15-17% N, 6-7% H, 0,3- 2,5% S. В составе отдельных белков обнаружены также P, I, Fe, Cu и некоторые другие макро- и микроэлементы в различных количествах.

3.Строение белковых молекул (сообщение учащегося)

В составе белков встречается 20 АМК. Белки разного размера включают в себя от нескольких десятков до нескольких сотен и даже тысяч АМК. В среднем длина белка около 300 АМК. Большинство АМК, входящих в состав белков, могут синтезироваться в организме в процессе обмена (из др. АМК, поступающих в избытке). Они получили название заменимых АМК. Часть АМК не синтезируются в организме и должны поступать с пищей. Это незаменимые АМК. Их 8, они не способны синтезироваться в организме человека, поступают в него с растительной пищей.

Слайд 10. Это валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, лизин, фенилаланин, триптофан. Иногда в их число включают гистидин, аргинин, которые не синтезируются в организме ребенка. Если количество этих АМК в пище будет недостаточным, нормальное функционирование и развитие организма человека нарушается. При отдельных заболеваниях организм человека не в состоянии синтезировать и некоторые др. АМК.

Структура белков

Вспомните из курса биологии структуры белковой молекулы. Дайте понятие каждой структуры.

Выделяют первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры.

Слайд 11,12. Первичная структура - линейная последовательность АМК в составе полипептидной цепи. Она уникальна для любого белка и определяет его форму, свойства и функции.

Слайд 13. Вторичная - закручивание полипептидной линейной цепи в спираль. Возникает за счет образования водородных связей между группами - СООН и - NН₂ внутри молекулы.

Слайд 14. Третичная - упаковка спирали в клубок (глобулу).

Слайд 15, 16. Четвертичная - возникает в результате соединения нескольких глобул в сложный комплекс. Характерна не для всех белков.

Слайд 17 4.Физические свойства (сообщение учащегося)

Белки обладают различными физическими свойствами, они могут быть растворимыми и нерастворимыми. Растворимые белки образуют коллоидные растворы. Белки способны к набуханию, характеризуются оптической активностью и подвижностью в электрическом поле. Имеют изоэлектрическую точку.

Слайд 18. 5.Химические свойства (объяснение, лабораторная работа)

1.Гидролиз, пенообразование.

2.Денатурация.

3.Ренатурация.

4.Цветные реакции: а)биуретовая реакция;

б)ксантопротеиновая реакция.

5.Горение.

Гидролиз белка достигается при помощи кипячения его с сильными минеральными кислотами (кислотный гидролиз) или основаниями (щелочной гидролиз). Реакция идет с образованием АМК. В организме гидролиз идет под действием ферментов. Эта реакция лежит в основе пищеварения. Слайд 19

_{гидролиз}

Белок Аминокислоты

^{поликонденсация}

Например, реакция гидролиза трипептида - глицилсерилаланина протекает следующим образом:

NH₂ - CH₂ - CO - NH - CH (CH₂OH) - CO - NH - CH (CH₃) - COOH + 2H₂O ^{ферменты} NH₂ - CH₂ - COОН + NH₂ - CH (CH₂OH) - COОН +

^{аминоэтановая кислота (глицин) 2-амино-3-гидроксипропановая кислота (серин)}

NH₂ - CH (CH₃) - COOH

^{2-аминопропановая кислота (аланин)}

Под процессом пенообразования понимают способность белков образовывать высококонцентрированные системы «жидкость - газ» (пены).Белки в качестве пенообразователей широко используются в кондитерской промышленности (пастила, зефир, суфле).

Слайд 20

Что такое денатурация? (необратимое свертывание белка под действием высокой температуры или химических веществ)

Большинство белков свертывается при температуре до 100⁰С. Именно поэтому все живое гибнет в огне, при кипячении воды. В привычной для нас форме невозможна жизнь на «горячих» планетах Солнечной системы - Меркурии и Венере.

Слайд 21

Ренатурация - восстановление структуры белка после удаления фактора, вызывающего денатурацию.

Слайд 22-24. Физминутка

Лабораторная работа (выполнение, запись результатов в тетради)Опыт № 1. Денатурация белка. Слайд 25

Налейте в пробирку 2 мл раствора белка. Осторожно нагрейте. Что наблюдаете? Сделайте вывод.

Опыт № 2. Действие этилового спирта на белок. Слайд 26

К раствору белка (1-2 мл) прилейте этиловый спирт. Что наблюдаете? Сделайте вывод.

Опыт № 3. Осаждение белка солями тяжелых металлов Слайд 27

К 2 мл раствора белка добавьте несколько капель раствора сульфата меди (II). Что наблюдаете?

Опыт № 4. Биуретовая реакция. Слайд 28

Налейте 2 мл раствора белка, добавьте 2 мл раствора щелочи, а затем несколько капель раствора сульфата меди (II). Что наблюдаете?

Опыт № 5. Ксантопротеиновая реакция.

В пробирку с 2 мл белка добавьте несколько капель азотной кислоты. Что наблюдаете? Нагрейте содержимое пробирки. Что наблюдаете? Охладите смесь и добавьте к ней по каплям 2-3 мл нашатырного спирта. Что наблюдаете?

Опыт № 6. Горение белков.

Подожгите шерстяную нить. Что наблюдаете?

Денатурация белков.

Налейте в пробирку 2 мл раствора белка. Осторожно нагрейте.

Появляются хлопья свернувшегося белка.

При нагревании происходит необратимое свертывание белка - денатурация под воздействием высокой температуры.

Это объясняет, почему шерстяные вещи (шерсть содержит разнообразные белки) нельзя стирать в очень горячей воде

2. Действие этилового спирта на белок.

К раствору белка (1-2 мл) прилейте этиловый спирт

Появляются хлопья свернувшегося белка.

Происходит необратимое свертывание - денатурация

3. Осаждение белка солями тяжелых металлов.

К 2 мл раствора белка добавьте несколько капель раствора сульфата меди (II)

Образование труднорастворимых солеобразных соединений белка

Происходит осаждение белка солями металлов. Белок можно применять как противоядие при отравлении солями тяжелых металлов

4.Биуретовая реакция.

Налейте 2 мл раствора белка, добавьте 2 мл раствора щелочи и несколько капель раствора сульфата меди (II)

Появляется вначале красноватая окраска,

которая переходит в красно-фиолетовую и далее в сине-фиолетовую

Данная реакция является качественной на белки

5.Ксантопротеиновая реакция.

В пробирку с 2 мл белка добавьте несколько капель азотной кислоты. Нагрейте содержимое пробирки. Охладите смесь и добавьте по каплям 2-3 мл нашатырного спирта

При добавлении кислоты образуется желтый осадок. При добавлении наш.спирта окраска переходит в оранжевую

Данная реакция является качественной на белки. Доказывает наличие ароматических циклов в молекуле белка (реакция основана на образовании ароматических

нитросоединений из АМК тирозина и триптофана).

Эта реакция обнаруживается на коже рук при неосторожном обращении с азотной кислотой

6. Горение белков.

Подожгите шерстяную нить

Запах жженых перьев

Запах объясняется содержанием в белках серы

Слайд 29. 6.Функции белков (беседа с учащимися)

Вспомните из курса биологии, какие функции выполняют белки в организме человека?

1.Транспортная функциия. (Слайд 30) Молекулы белков осуществляют перенос др.молекул или ионов по тканям и органам. Так белок эритроцитов - гемоглобин - участвует в переносе кислорода. В транспорте липидов принимают участие альбумины сыворотки крови. Др.белки сыворотки транспортируют в органы-мишени жиры, медь, железо, тироксин, витамин А.

2.Защитная функция. (Слайд 31) Белки-антитела уничтожают бактерии, попавшие в организм (антитела соединяются с антигенами - чужеродными веществами - по типу «белок - белок» и нейтрализуют их действие). Белки-антитоксины нейтрализуют яды, образующиеся в результате жизнедеятельности бактерий. Их действие определяет такое защитное свойство организма, как иммунитет. Свертывание белка плазмы крови фибриногена приводит к образованию сгустка крови, что предохраняет от потери крови при ранениях.

3.Сократительная (двигательная) функция. (Слайд 32) Белки мышечной ткани - актин и миозин - участвуют в сокращении и расслаблении мышц. Белки цитоскелета обеспечивают расхождение хромосом к полюсам клетки в процессе митоза и мейоза.

4.Структурная функция. (Слайд 33) Белки, выполняющие структурную функцию, занимают по количеству первое место в теле человека. Это коллаген в соединительной ткани, кератин в волосах, ногтях, коже, эластин в сосудистой стенке. Мембрана клеток образована фосфолипидами и белками.

5.Гормональная (регуляторная) функция. (Слайд 34) Ряд гормонов представлен белками или полипептидами (гормоны гипофиза, поджелудочной железы).

6.Каталитическая (ферментативная) функция. (Слайд 35) Ферменты - это биологические катализаторы, представленные белками или комплексами белков с ионами металла или органическими молекулами. Они ускоряют реакции в миллиарды раз. Но, в отличие от химического катализатора, обладают селективность (ускоряют один тип превращений), действуют при температуре 36-40⁰С. В организме человека обнаружено более 2000 ферментов.

7.Запасающая (энергетическая) функция. (Слайд 36) Это белки семян бобовых растений и яйцеклетки животных. Они обеспечивают энергией развитие новых организмов. При расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии.

8.Сигнальная функция. Белки-рецепторы мембраны клеток воспринимают и передают сигналы, поступающие из соседних клеток или окружающей среды (фоторецептор родопсин воспринимает действие света на сетчатку глаза).

9.Антибиотики - вещества микробного происхождения, подавляющие рост других микроорганизмов.

По содержанию такие белки занимают первое место в организме:

Кератин - компонент волос, ногтей, кожи;

Коллаген - компонент волокон соединительной ткани;

Липопротеиды - составная часть мембран клеток.

7. Содержание белка в продуктах питания. Расщепление белков в организме человека (сообщение учащегося)

Слайд 37, 38. Белок - важный компонент пищи человека. Основные источники белка - мясо, молоко, продукты переработки зерна, хлеб, рыба, овощи. Потребность в белке зависит от возраста, пола, вида деятельности. В организме здорового человека должен быть баланс между количеством поступающих белков и выделяющимися продуктами распада. В зрелом возрасте существует азотное равновесие между количеством азота, полученным с белками пищи, и выделяемым азотом. В растущем организме идет накопление белковой массы, и количество поступающего азота превышает количество выводимого из организма. У людей пожилого возраста и при некоторых заболеваниях количество выводимого азота больше, чем поступающего.

Животные и растительные белки усваиваются организмом неодинаково. Белки молочных продуктов, яиц - на 96%, мяса и рыбы - на 93-95%, хлеба - на 62-86%, овощей - на 80%, картофеля и бобовых - на 70%. Суточная потребность взрослого человека в белке разного вида - 1-1,5г на 1 кг массы тела. Доля животных белков должна составлять примерно 55% от общего количества. Белки могут превращаться в жиры и углеводы, но те превращаться в белки не могут. Почему? Поэтому белковое голодание особенно опасно для живого организма.

Слайд 39. Задание: посчитайте, сколько г белка должен съедать каждый из вас в сутки.

Слайд 40. Содержание белка в продуктах питанияСлайд 41. Как же происходит расщепление белков в организме человека? Белки начинают перевариваться в желудке. На питательные вещества действуют ферменты пепсин и трипсин. Полное расщепление происходит в тонком кишечнике под влиянием поджелудочного сока. АМК всасываются в кровь, переносятся кровью сначала в печень, а потом во все клетки.

Вывод: человеку всегда хотелось чуда. Одним из чудес считалось и остается возникновение жизни, превращение неживой материи в живой организм. На сегодняшнем уроке мы с вами обосновали, что жизнь и белки неразрывно связаны.

Белки - обязательная составная часть всех живых клеток. Это объясняется их ролью. Белки составляют громадный класс органических, углеродисто-азотистых соединений, встречающихся в каждом организме.

Подведение итогов, выставление оценок.

Тестирование (5 минут) + проверка.

Вариант 1

1.Мономерами молекул белка являются:

а)глюкоза, б)глицерин, в)жирные кислоты, г)аминокислоты.

2.В первичной структуре молекул белка мономеры соединены связью:

а)водородной, б)ионной, в)пептидной, г)дисульфидной.

3.При последовательной обработке белка растворами щелочи и сульфата меди (II) появляется:

а)желтое окрашивание, б)красно-фиолетовая окраска,

в)черный осадок, г)голубой осадок.

4.Белки-антитела выполняют функцию:

а)каталитическую, б)сократительную, в)иммунную, г)энергетическую.

5.Сократительную функцию выполняет белок:

а)гемоглобин, б)миозин, в)кератин, г)родопсин.

Вариант 2

1.Структурная особенность молекул аминокислот, отличающая их друг от друга:

а)радикал, б)аминогруппа, в)карбоксильная группа, г)нитрогруппа.

2.Синтез белков происходит в органоидах:

а)хлоропластах, б)рибосомах, в)митохондриях, г)лизосомах.

3.Процесс необратимого свертывания белка называется:

а)ренатурация, б)полимеризация, в)гибридизация, г)денатурация.

4.Биологическими катализаторами являются:

а)гормоны, б)витамины, в)ферменты, г)углеводы.

5.Транспортную функцию выполняет белок:

а)коллаген, б)актин, в)гемоглобин, г)казеин.

12