Заседание 7 «Интеграция дисциплин как способ формирования ключевых компетенций учащихся»

Вид материала

Подобный материал:

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 11 ... 20

Конспект урока в 10 классе «Белки»

(химия и биология)

Клюшник О.С., учитель химии МОУ СОШ №90

До урока ребятам было предложено разделиться на 4 группы (по желанию), каждая группа получила задание: представить, что они – группа учёных, разрабатывающих получение различных веществ. Нужно было представить схему реакции получения фрагмента белковой молекулы, состоящей из пяти предложенных аминокислот и доказать, что искусственное получение данного вещества чрезвычайно важно:

Группа 1: натуральный шёлк, основа – белок фиброин

(цистеил – лизил – лейцил – аланил – глицин).

Группа 2: препараты крови, основа – белок гемоглобин

(фенилаланил – тирозил – глутамил – серил – валин).

Группа 3: лекарственный препарат инсулин, основа – белок инсулин

(серил – аспарагил – гистидил – глутамил – серин).

Группа 4: пищевой продукт мясо, основа – белок коллаген

(лейцил – тирозил – цистеил – фенилаланил – аспарагин).

Перед началом урока учебная мебель расставляется таким образом, чтобы ребята сразу сели за столы по группам. На столах расставлены таблички с названиями групп, приборы и реактивы, карточки с заданиями.

На доске записан эпиграф урока: «Единственный путь, ведущий к знанию, -- это деятельность» (Б. Шоу). Также на доске записаны новые понятия: денатурация, ренатурация, ксантопротеиновая реакция, биуретовая реакция.

К уроку учителя совместно с учениками оформили стенд по теме, на котором находятся статьи «Путь синтеза пептидов», «Новое в химии белков», краткие биографические справки и портреты учёных, занимавшихся проблемой изучения белков – Фишера, Данилевского, Меррифилда, Сангера.

Учитель химии: Добрый день, уважаемые ребята. «Жизнь есть способ существования белковых тел» - этими словами Ф. Энгельса можно начать наш урок, тема которого «Белки». Белки – это ещё один класс азотсодержащих органических соединений. А как вы думаете, какова цель нашего сегодняшнего урока?

Ученики самостоятельно формулируют цель урока – узнать, каково строение белков, познакомиться с их свойствами, методами получения, функциями, областями применения.

Учитель химии: Верно. А ещё мы должны проследить связь белкового питания человека с его здоровьем, т. е. доказать, что жизнь – это способ существования белковых тел. А начнём мы наш урок с активизации вашей памяти. Вспомним, что такое аминокислоты.

Ученики: Аминокислоты – это азотсодержащие органические соединения, в составе которых присутствуют две функциональные группы: аминогруппа, придающая им основные свойства и карбоксильная группа, придающая им кислотные свойства. Т. е. аминокислоты – это органические амфотерные вещества.

Учитель химии: Аминокислоты – это вещества, из которых и состоят белки. Таким образом, белки – это полимеры («поли» - много, «мерос» - часть), т. е. «многочастные» молекулы, а аминокислоты являются мономерами белков («моно» - один). Но не все аминокислоты могут входить в состав белков. Мы говорили с вами, что для человека важными являются α-аминокислоты, и, исходя из всего вышесказанного, давайте попробуем сформулировать определение белков, ответим на вопрос – а что же такое – белки?

Ученики пытаются сформулировать определение белков: это природные полимеры, состоящие из остатков α-аминокислот.

Учитель биологии: Молодцы. В тканях и клетках встречается 170 различных аминокислот, в составе белков обнаруживается лишь 26 из них, а обычными компонентами белка можно считать только 20 аминокислот. Много это или мало? Соединяясь друг с другом, эти аминокислоты могут дать свыше 3∙10¹⁸ различных комбинаций. Растения синтезируют все необходимые им аминокислоты из более простых веществ, получаемых ими из воздуха или из почвы, или при расщеплении воды при фотосинтезе. Человеческий организм может синтезировать не все аминокислоты, необходимые ему для нормальной жизнедеятельности. 8 аминокислот он должен получать извне, в готовом виде, т. е. с пищей, поэтому эти аминокислоты называются незаменимыми. При недостатке в пище таких аминокислот задерживаются рост и развитие организма. Эти аминокислоты содержатся в белках молочных продуктов (молоко, сыр, творог), в яйцах, рыбе, мясе, бобах.

Учитель химии: Поговорим о том, как же образуются белки, какая реакция лежит в основе синтеза любого белка? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте вспомним специфическое свойство аминокислот, их способность соединяться друг с другом, образуя длинные полипептидные цепи. Сейчас вы на время превращаетесь в учёных–исследователей, которые работают над проблемой синтеза белка, и работают успешно. А после ваших выступлений мы вместе попытаемся ответить на вопрос: почему синтез белков в условиях лабораторий и химических заводов – весьма и весьма сложная задача. Чтобы ответить на этот вопрос, вам нужно будет внимательно слушать своих коллег, составлять конспект их выступлений и задавать им вопросы по теме.

Идёт работа у доски по группам, каждая группа представляет свои разработки, даёт историческую справку, показывает реакцию пептизации (она записана у каждой группы заранее на листе ватмана) и говорит о важности своей работы. По ходу выступлений групп другие ученики задают вопросы, просят уточнить тот или иной момент.

Учитель химии: Итак, мы с вами повторили реакцию пептизации и теперь знаем, что эта реакция лежит в основе синтеза любого белка. Возвращаемся к вопросу: почему синтез белков – задача очень сложная?

Ученики отвечают, используя знания о составе белков, но не очень убедительно.

Учитель химии: Хорошо, давайте оставим этот вопрос открытым и вернёмся к нему в конце урока. Итак, реакция пептизации. Впервые она была проведена экспериментально в 1902 году немецким химиком Эмилем Германом Фишером. Учёному удалось синтезировать соединения, в молекулы которых входило 18 остатков различных аминокислот, и которые по некоторым свойствам напоминали белки.

Относительная молекулярная масса белков очень большая. Я предлагаю вам посчитать относительную молекулярную массу тех фрагментов белков, над которыми вы работали при подготовке к уроку.

Ученики считают М_r своих фрагментов, сообщают цифру вслух и делают вывод о том, что белки обладают большой относительной молекулярной массой.

Учитель химии: Да, действительно, белки обладают очень большой относительной молекулярной массой. Так например, относительная молекулярная масса каталазы – 250 000, фибриногена – 400 000, яичного альбумина – 36 000, гемоглобина – 65 000, инсулина – 11 500.

Учитель биологии: Белковая молекула может состоять из одной или нескольких полипептидных цепей, каждая из которых содержит различное количество аминокислотных остатков. Учитывая число их комбинаций, разнообразие белков практически безгранично. Последовательность расположения аминокислотных остатков в белковых молекулах определяет их химическое строение или первичную структуру. Мы с вами сами можем смоделировать структуру белковых молекул с помощью кусков проволоки (дети работают вместе с учителем, закручивают проволоку в спираль). Последовательность аминокислот в молекуле белка всецело определяет его строение и свойства. Замена даже одной аминокислоты на другую приводит к образованию нового белка с новыми свойствами. Например, при замене в молекуле гемоглобина глутамина на валин, он кристаллизуется внутри эритроцитов, плохо взаимодействует с кислородом и возникает заболевание крови серповидная анемия.

Учитель химии: Пространственная конфигурация белковой молекулы, напоминающая спираль, образуется благодаря многочисленным водородным связям между пептидными группами:

~ С=О ¨¨¨¨ H-N ~

I I

~ N-H ¨¨¨¨ O=C ~

Учитель биологии: Такая структура белка называется вторичной. Множество водородных связей делает цепочку более устойчивой. В пространстве закрученная в спираль полипептидная цепь образует третичную структуру белка, которая поддерживается взаимодействием различных функциональных групп. (Дети вместе с учителем пытаются свернуть свои «спирали» в клубки).

Учитель химии: К таким взаимодействиям можно отнести образование дисульфидного мостика

--S – S --;

сложноэфирного мостика

~ CH₂ – C – O – CH₂ ~ ;

II

O

или солевого мостика

~ CH₂ – C – O ^{- +}NH₃ – CH – CH₂ ~

II I

O CH₃

Учитель биологии: Третичная структура белка во многом обуславливает специфическую биологическую активность белковой молекулы. Некоторые белковые макромолекулы могут соединяться друг с другом и образовывать крупные агрегаты. Подобные образования называются четвертичными структурами. Такая структура характерна для гемоглобина. (Учитель берёт у групп «клубки» из проволоки и складывает их вместе).

Учитель химии: В зависимости от структуры некоторые белки проявляют различные химические свойства. Вы, наверное, уже догадались, что сейчас мы с вами поведём речь о химических свойствах белков. Одно из свойств, характерное для белков – это гидролиз. Вспомните пожалуйста, что такое гидролиз.

Ученики: Гидролиз – это обменное взаимодействие молекул веществ с молекулами воды, приводящее к разрушению молекул вещества.

Учитель химии: Верно. Способность белков к гидролизу под действием ферментов – одно из важнейших свойств белков. При этом белковая молекула разрушается и образуются исходные аминокислоты. Как запишется уравнение реакции гидролиза?

Ученики: Уравнение реакции электролиза обратно уравнению реакции пептизации.

Учитель химии ставит на одном из плакатов, с которыми выступали ребята, стрелку в обратном направлении и предлагает одному ученику выйти к доске и записать уравнение реакции гидролиза любого трипептида

Ученик записывает. Например:

NH₂ – CH – C – N – CH₂ – C – N – CH – C = O ферменты NH₂– CH – C = O +

│ ║ │ ║ │ │ │ │ │

CH₂ O H O H CH₃ OH CH₂ OH серин

│ │

OH серил – глицил - аланин OH

+ NH₂ – CH₂ – C = O + NH₂ – CH – C = O

│ │ │

глицин OH CH₃ OH аланин

Учитель химии: Изучением реакций гидролиза белков занимался русский учёный академик Данилевский. А сейчас вы самостоятельно изучите остальные химические свойства белков. Работаем по группам. На столах лежат карточки для самостоятельной работы, внимательно прочитайте задания, выполните их, и через 3 – 4 минуты расскажете о результатах своей работы остальным ребятам.

Ученики самостоятельно работают по группам, задание у каждой группы своё, приборы и реактивы – на столах.

Группа 1: Пронаблюдать за изменениями, протекающими при механическом воздействии

белок. Для этого взбить белок миксером. Сделать вывод.

Группа 2: Пронаблюдать за изменениями, протекающими при тепловом (температурном)

воздействии на белок. Для этого в две пробирки влить белок, одну из них нагреть,

вторую оставить для сравнения. Сделать вывод.

Группа 3: Пронаблюдать за изменениями, протекающими при химическом воздействии на

белок. Провести ксантопротеиновую реакцию. Для этого в две пробирки влить

раствор белка, в одну добавить немного концентрированной азотной кислоты,

вторую оставить для сравнения. Сделать вывод.

Группа 4: Пронаблюдать за изменениями, протекающими при химическом воздействии на

белок. Провести биуретовую реакцию. Для этого в две пробирки влить раствор

белка, в одну добавить немного раствора гидроксида калия, затем – раствор

сульфата меди (II), вторую оставить для сравнения. Сделать вывод.

Затем группы озвучивают результаты своей работы, делают выводы. После этого все результаты обобщаются и делается общий вывод по работе: при всех типах воздействий происходит разрушение белковых молекул, т. е. химическая реакция.

Учитель биологии: Такое разрушение белковых молекул носит название денатурация. Денатурация – это утрата трёхмерной структуры, присущей данной белковой молекуле. При денатурации молекула белка теряет способность выполнять свою обычную биологическую функцию. Белки денатурируют также при воздействии солей тяжёлых металлов (железа, свинца, ртути и пр.). А как вы думаете, процесс этот обратим или нет?

Ученики: Скорее всего, это необратимый процесс, ведь варёное яйцо нельзя вновь превратить в сырое.

Учитель биологии: Чтобы точно ответить на этот вопрос, прочитайте информацию на странице 20 учебника химии.

Ученики читают текст, и вновь отвечают на поставленный вопрос. Теперь уже говорят, что в зависимости от степени воздействия процесс этот либо обратим, либо необратим.

Учитель биологии: Иногда денатурированный белок в подходящих условиях вновь приобретает свою вторичную или третичную структуру. Так например, белок рибонуклеаза под действием восстановителей утрачивает третичную структуру и теряет каталитическую функцию. Как только белок попадает в кислую среду, ферментативная активность восстанавливается. Такие же процессы характерны для белков мышц: они постоянно меняют свою структуру, обеспечивая подвижность мышц. Согнули сустав – денатурация, разогнули – обратный процесс, который, кстати сказать, называется ренатурация.

Учитель химии: Уже первое знакомство с белками даёт некоторое представление о чрезвычайно сложном строении их молекул. И можно предположить, что и функции белков крайне сложны и многообразны.

Учитель биологии: Сейчас мы с вами заполним небольшую табличку, которая так и называется: «Функции белков». Вам предлагается активизировать свою память, вспомнить соответствующий материал из курса биологии и помочь учителю записать некоторые функции белков.

Ученики работают вместе с учителем, идёт заполнение таблицы. Некоторые ячейки в таблице пустые, ребята дополняют записи.

Вид белков	Пример	Локализация, функция
структурные	коллаген склеротин кератин	компонент соединительной ткани костей, сухожилий, хрящей наружный покров насекомых кожа, перья, рога, волосы, ногти
транспортные	гемоглобин	переносит кислород в крови позвоночных
переносчики	белки мембраны	осуществляют перенос некоторых катионов в клетке через мембрану
защитные	антитела фибриноген тромбин	образуют комплексы с инородными белками предшественник фибрина при свёртывании крови участвует в свёртывании крови
сократительные	миозин	подвижные нити миофибрилл мышц
гормоны	инсулин, глюкагон	регулируют обмен глюкозы
запасные	яичный альбумин	белок куриного яйца
сигнальные	белки синапсов	передают импульс от рецепторов к нейрону, к рабочему органу
ферменты	трипсин панкреатин	катализирует гидролиз белков улучшает работу желудочно – кишечного тракта

Учитель биологии: И в заключение нашего сегодняшнего общения мы с вами проведём практическую работу по доказательству наличия белков в живых тканях. Называется работа «Расщепление пероксида водорода ферментом каталазой». Цель данной работы – пронаблюдать воздействие фермента каталазы на пероксид водорода и выяснить, сохраняется ли каталаза в клетках после их тепловой обработки.

На столах находятся карточки с заданиями, приборы и реактивы. Учащиеся выполняют работу: в две пробирки наливают раствор пероксида водорода. В одну помещают кусочек сырого картофеля и наблюдают бурную реакцию расщепления пероксида водорода на воду и кислород, т. е. выделение газа. В другую помещают кусочек варёного картофеля, признаков реакции не наблюдается. Затем делается вывод по работе: в живых тканях белки присутствуют в естественном состоянии, а при тепловой обработке структура белка изменяется, он денатурируется, поэтому не выполняет свою защитную функцию по обезвреживанию пероксида водорода.

Учитель химии: Итак, на сегодняшнем уроке мы с вами познакомились с природными полимерами – белками, выяснили, как они образуются, какую структуру имеют, какие химические свойства и функции для них характерны. Как вы думаете, цель урока достигнута?

Ученики: Да, мы выполнили всё, что было намечено.

Учитель химии: Запишите домашнее задание. Дома читать § 1 из главы 12, ответить на вопросы 1 – 5, 7, 8. Если вы претендуете на отметку «хорошо», то дополнительно выполняете задание 28.42 из сборника задач Хомченко, а если на «отлично», то задания 28.42 и 28.43.

Blog

Заседание 7 «Интеграция дисциплин как способ формирования ключевых компетенций учащихся»

Конспект урока в 10 классе «Белки»

(химия и биология)

Клюшник О.С., учитель химии МОУ СОШ №90