Урок по химии Органические вещества: их строение и роль в клетке

Тема: Органические вещества: их строение и роль в клетке

Цель: изучить особенности строения органических веществ и роль в клетке

Основные задачи изучения темы:

1. Познакомить учащихся с составом, строением, свойствами и биологическими функциями белков.

2. Показать, что белки являются высшей формой организации всего живого, что развитие веществ в природе идет от простых форм к более сложным.

3. Дать понятие о материальной сущности явлений жизни, совершающихся на молекулярном уровне, подчеркнуть важное мировоззренческое значение изучения данной темы.

4. Познакомить учащихся с особенностями строения белковых молекул (четыре уровня организации).

5. Показать, что первичная структура молекулы белка (полипептидная цепь) состоит из остатков ά-аминокислот, а многообразие химических свойств и функций белков объясняется образованием более сложных вторичных и третичных структур белка.

6. Рассказать учащимся об успехах в изучении и синтезе белков, роли микробиологической промышленности в народном хозяйстве.

7. На основе углубления межпредметных связей химии и биологии продолжить развитие интереса к этим предметам, формирование диалектико-материалистического мировоззрения учащихся.

8. Совершенствовать навыки самообразования при систематизации знаний.

9. Совершенствовать умение составлять конспект, оформлять отчет и делать выводы при оформлении лабораторных опытов.

План урока:

1. Актуализация знаний.

2. Постановка проблемы: почему в клетке из органических веществ больше всего белков?

3. Раскрытие темы:
   а) белки в природе
   б) химический состав белков
   в) строение белков
   г) функции белков, ферменты
   д) свойства белков
   е) роль белков и ферментов

4. Обобщение темы, итог урока

Ход урока

2. Учащимся сообщается тема урока.

Почему из органических веществ в клетке больше всего белков?

Белковые вещества играют выдающуюся роль и в построении живой материи, и в осуществлении процессов жизнедеятельности.

Содержание белка: в мышцах человека - 80%, в коже -63%, печени - 57%, мозге - 45%, костях - 28%.

Учащимся сообщается цель проведения урока-семинара и план его проведения.

3. Раскрытие темы.

а) Белки в природе - сообщение учащегося - 1-2 минуты.

Белки - это молекулы жизни. Каждый живой организм содержит большое количество различных белковых молекул, при этом каждому виду присущи особые, свойственные только ему белки. Даже белки, выполняющие у различных видов одну и ту же функцию, отличаются друг от друга. Например, у всех позвоночных животных - рыб, птиц, млекопитающих - красные клетки крови содержат белок гемоглобин, переносящий кислород. Но гемоглобин у каждого вида животных свой, особенный. Молекула гемоглобина лошади отличается от соответствующего белка человека в 26 местах, свиньи - в 10 местах, а гориллы - всего лишь одной аминокислотой.

Функции белков в организме очень разнообразны. Есть белки - переносчики веществ (молекул, ионов) и электронов; есть биокатализаторы, ускоряющие реакции в миллиарды раз и отличающиеся удивительной специфичностью, есть регуляторы различных биологических процессов в организме - гормоны, например, инсулин, вазопрессин, окситоцин. Белки защищают организм от инфекции, они способны узнавать и уничтожать чужеродные объекты: вирусы, бактерии, клетки. Контакты клетки с внешней средой также выполняют разнообразные белки, умеющие различать форму молекул, регистрировать изменение температуры, ничтожные примеси веществ, отличать один цвет от другого.

б) Химический состав белков

Основные сведения о составе и строении белков были получены при изучении их гидролиза (гидролиз белков - необратимое разрушение первичной структуры в кислом или щелочном растворе с образованием аминокислот). Установлено, что в результате гидролиза любого белка получается смесь -аминокислот, причем наиболее часто встречаются в составе белков 20 -аминокислот. Строение 20 стандартных
-аминокислот представлено в таблице

Легко заметить, что строение аминокислот, составляющих белки, можно выразить общей структурной формулой

В составе радикала могут быть открытые цепи, циклы, различные функциональные группы. Молекулы данных аминокислот содержат в радикале группы атомов -SH, -NH₂, некоторые - даже бензольное кольцо (тирозин). В состав белковых веществ входят элементы углерод, водород, азот, кислород, фосфор, сера.

Как же аминокислоты образуют белковую молекулу? Еще в 80-х годах прошлого века русский ученый-биохимик А.Я. Данилевский на основании своих опытов впервые высказал гипотезу о пептидной связи между остатками аминокислот в белковой молекуле. В 1899 году исследованиями белков занялись немецкие химики-органики Эмиль Фишер и Франц Гофмейстер. Они высказали предположение, что в белках аминокислоты связаны за счет аминогруппы одной кислоты и карбоксила другой. При образовании такой связи выделяется молекула воды. Эта гипотеза была блестяще подтверждена экспериментально в 1907 году и получила название "полипептидной теории".

Фишеру удалось синтетически получить полипептиды, в молекулы которых входили различные аминокислотные остатки, соединенные пептидными связями.

Упрощенный синтез полипептидов можно представить так:

Вспомните: связь между остатками аминокислот, а именно: между группами С = О одной кислоты и N-H другой кислоты - называется пептидной (амидной), группа атомов -СО─NH ─ называется пептидной (амидной) группой.

Пептидная или белковая цепь представляет собой продукт поликонденсации аминокислот. Один из концов цепи, где находится остаток аминокислоты со свободной аминогруппой, называется N-концом, сама аминокислота - N-концевой; другой конец цепи с остатком аминокислоты, имеющим карбоксильную группу, называется С-концом, кислота - С-концевой.

Пептидную цепь всегда записывают, начиная с N-конца. В названии пептида за основу принимают С-концевую кислоту, остальные аминокислоты указывают как заместители с суффиксом -ил-, перечисляя их последовательно, начиная с N-конца. Название полученного дипептида: ГЛИЦИЛАЛАНИН.

Итак, белки - очень длинные молекулы, которые состоят из звеньев аминокислот, сцепленных пептидными связями. Это - природные полимеры, молекулярная масса белков колеблется от нескольких тысяч до нескольких десятков миллионов. Например, альбумин молока имеет молекулярную массу 17400, фибриноген крови - 400.000, белки вирусов - 50.000.000. Каждый пептид и белок обладают строго определенным составом и последовательностью аминокислотных остатков в цепи, это и определяет их уникальную биологическую специфичность.

Задание: пользуясь формулами и названиями аминокислот, приведенными в таблице, запишите реакцию поликонденсации трипептида ГЛИЦИЛСЕРИЛЦИСТЕИНА, укажите в нем пептидные связи, N- и С-концы. Правильность выполнения задания проверяется с помощью мультимедийного проектора.

Вывод: белок - полимер, мономерами которого являются аминокислоты, соединенные между собой пептидными связями.

Вывод: тот факт, что белки всех организмов построены из одних и тех же аминокислот - еще одно доказательство единства живого мира на земле.

в) Строение белков - учитель химии.

Каждый живой организм содержит большое число различных, только ему присущих белков. Каждый индивидуальный белок имеет свою строгую последовательность аминокислотных звеньев. Подобно тому, как из определенного числа букв алфавита составляются разнообразные слова, так из набора двадцати аминокислот может быть образовано практически безграничное количество белков.

О том, какие существуют уровни организации белковой молекулы, и с помощью каких связей поддерживается тот или иной уровень организации, вы узнаете из сообщений..

Функции белков. Ферменты.

Белки в природе выполняют важные и многообразные функции. Статью "Функции белков" вам предлагается проработать самостоятельно по учебнику Общей биологии (Захаров В.В., Мамонтов С.Г., Сонин Н.И.) стр. 95-99. Результатом вашей работы должна стать схема, которую вы начертите в своей тетради. По окончании работы с учебником, вы также должны уметь ответить на вопросы: а) Почему белки занимают приоритетное место среди других органических веществ клетки? б) Что такое ферменты?

Вывод:

а) приоритетная роль белков в клетке объясняется многообразием их функций. Поэтому они являются основой жизни.
б) ферменты (энзимы) - это биологические катализаторы, они ускоряют многочисленные реакции, лежащие в основе обмена веществ в организме.

Ферментативные реакции на примере превращений крахмала в сахаристые вещества впервые были открыты в 1814 г. русским академиком К.С.Кирхгофом.

Лабораторные опыты учащиеся выполняют парами по инструкции (инструкция на каждой парте и на экране). В лабораторном опыте пероксид водорода подвергается разложению ферментом пероксидазой, содержащейся в сыром картофеле. Для сравнения - тот же опыт с вареным картофелем.

е) Сообщение учащегося. Роль белков и ферментов. Абсолютно все химические реакции в организме протекают в присутствии катализаторов - ферментов. Даже такая простая реакция как гидратация углекислого газа катализируется ферментом карбоангидразой. Все известные ферменты представляют собой белковые молекулы. Белки - это очень мощные и, самое главное, селективные катализаторы. Они ускоряют реакции в миллионы раз, причем для каждой реакции существует свой фермент.

IV. Обобщение темы.

Вопрос классу: Почему именно белки являются материальным субстратом жизни?

Учащиеся выдвигают различные гипотезы. Останавливаемся на следующих моментах.

Белки являются материальным субстратом жизни, потому что обладают рядом особенностей, не свойственных никаким другим органическим соединениям. К ним относятся:

1. Бесконечное разнообразие структуры.

2. Способность к внутримолекулярным взаимодействиям.

3. Крайнее многообразие физических и химических превращений.

4. Способность отвечать на внешнее воздействие закономерным изменением структуры и восстанавливать исходную структуру.

5. Наличие биокаталитических свойств и ряд других качеств.

Белки не могут быть отнесены к какому-либо известному нам классу органических соединений, так как содержат различные функциональные группы. Это характеризует их как высшую форму развития вещества.

V. Итог урока.

Подводятся итоги урока, оценивается работа учащихся в парах и индивидуальная работа учащихся, выставляются отметки.