Тема уроку:" Білки, їхня структурна організація та основні функції".

 Підготувала вчитель біології та хімії

вищої категорії «старший учитель

 Біляївського НВК Новицька Т. І.

Тема уроку: Білки, їхня структурна організація та основні функції.

Мета: Слайд 1,2

1. навчальна:

• Ознайомити з особливостями будови, властивостями та функціями білків, їхньою різноманітністю;
• Формувати знання про структурні рівні організації білків;
• Розкрити роль білків у життєдіяльності організмів;

  2. дидактична:

• Формувати уявлення про необхідність зовнішніх джерел енергії для існування біологічних систем;
• Формувати знання про необхідність різних продуктів харчування в раціоні людини; 
• Розвивати увагу, уяву, пам’ять, логічне мислення, мову, уміння порівнювати та узагальнювати, систематизувати набуту інформацію;

3. виховна:

• Виховувати дбайливе ставлення до власного організму;
• Виховувати розуміння цінності всіх живих організмів і природи в цілому;
• Формувати науковий світогляд, інтерес до вивчення природничих наук.

Тип: урок засвоєння нових знань

Місце уроку в навчальній темі: поточний

Вид: інтегрований (біологія + хімія)

Міжпредметні зв’язки: хімія, фізика, мистецтво, основи здоров’я, екологія, економіка

Обладнання: таблиці «Структурні рівні організації білків», «Будова білка рибонуклеази», мультимедійний проектор, комп´ютер, презентація «Білки, їхня структурна організація та основні функції».

Компетентності, які формуються в учнів: уміння вчитися, спілкуватися державною мовою, естетична, громадянська, комунікативна, загальнокультурна, екологічна грамотність, здоров’язберігаюча, підприємницька, природничо-наукова

Девіз уроку: «Хто набуває знань, але не користується ними, той подібний до того, хто оре, але не сіє» ( Іспанський вислів)

ХІД УРОКУ

І. Організаційний момент

«Якщо хочеш бути щасливим, будь ним» - говорять в народі. Наш оптимізм допомагає долати труднощі і перепони, оптимісти досягають успіхів у житті.

 Завдання учням.

 Оцініть свій оптимізм. Занесіть до Т – схеми добрі та погані події у вашому житті за останній тиждень.

Мій оптимізм

Добрі події_____________________Погані події                      

Порівняйте їх кількість. Якщо позитивних емоцій більше, то ви оптиміст. Оптимізм потрібен кожному. Поставимось з оптимізмом до сьогоднішнього уроку.               

ІІ.  Актуалізація опорних знань учнів

Інтерактивна вправа «Доміно» Слайд 3

Учні отримують картки з початком і продовженням речень.

• Неорганічних речовин у природі менше ніж органічних.
• Органічних речовин нараховують більше 25млн.
• Органічні речовини поділяються на 4 основні групи.
• До органічних речовин відносяться білки, вуглеводи, ліпіди й нуклеїнові кислоти.
• До складу органічних речовин входять атоми Карбону (С), Гідрогену (Н), Оксигену (О).
• Органічні речовини, крім С, Н і О, можуть містити атоми N, P, S.
• Малі біологічні сполуки, з яких складаються полімери, називаються мономерами.
• Найбільш відомі полімери – це білки, вуглеводи і нуклеїнові кислоти.
• Мономерами білків є амінокислоти, вуглеводів – моносахариди, а нуклеїнових кислот – нуклеотиди.

ІІІ.  Мотивація навчальної діяльності.

Учитель біології:

Життя вирує навколо нас у всіх своїх проявах. Шелест листя дерев, шепіт трави, щебет птахів, дзижчання комах. Життя існує в льодовикових полярних зонах і в пекучих пустелях. Земля насичена життям в такій різноманітності, що навіть тяжко це уявити.

А чи задумувалися ви над тим, що лежить в основі життя. Це одне з основних питань, на яке намагаються відповісти наука протягом історії людства?    Тож давайте пригадаємо основні ознаки живого.

(рух, дихання, розмноження, живлення, ріст та розвиток, обмін речовин та енергії) 
Учитель хімії:Якщо організм висушити, після чого він, як правило, стає неживим тілом, то виявиться, що більше ніж половина його сухої маси припадає на білки.

Всім відомий вислів: „Життя – це спосіб існування білкових тіл”. Тому , в результаті нашої співпраці на уроці ми повинні вияснити, які саме дані підтверджують цей вислів, а які навпаки – не підтвердять. 
Учитель біології:

А девізом нашого уроку будуть  слова «Хто набуває знань, але не користується ними, той подібний до того, хто оре, але не сіє»

Учитель біології. Сьогодні у нас дуже незвичайний урок. По-перше, це одночасно і урок біології, і урок хімії.

По-друге, властивості та функції білків в живих організмах ми будемо аналізувати на основі знань про їх хімічну будову.

 Ну а, по-третє,  левову долю знань про білки ми вже знаємо з попередніх уроків ботаніки, зоології і нам треба лише пригадати вивчені раніше факти.

Тема нашого уроку: «Білки, їхня структурна організація та основні функції».

IV. Вивчення нового навчального матеріалу.

Учитель біології. Всі живі організми планети Земля побудовані з білків.

Уміст білків в організмі людини становить: у м’язах – 80 %, шкірі – 63%,

                                                                                                                                 18

печінці – 57 %, кістках – 28%. До складу живих організмів входить 2*10 видів білків, із них 5 млн – до складу людини і тварин.

Білки – це великі органічні молекули, біополімери, мономерами яких є амінокислоти, що з’єднані у вигляді ланцюжка.

Учитель хімії. Звідки ж береться нескінченне різноманіття білкових молекул, їх особлива роль у життєвих процесах? Для того, щоб відповісти на ці питання, познайомимося зі  складом і будовою білків.

Склад білків

В склад білків входять атоми Гідрогену (Н), Карбону (С), Нітрогену (N), Сульфуру (S),Оксигену (О) (запис на дошці). Відносні молекулярні маси білків складають від декількох тисяч до 1 млн.

Як з 33 літер алфавіту ми можемо скласти нескінченне число слів, так з 20 амінокислот – нескінченна безліч білків. В організмі людини налічується до 100 000 білків.

Учитель хімії. Будова амінокислот. Слайд 4,5

Амінокислоти – це органічні молекули, до складу яких обов’язково входять дві групи атомів – аміногрупа (-NH₂) з основними властивостями та карбоксильна група (-COOH) з кислотними властивостями. Ці дві групи і атом Гідрогену приєднані до одного атому Карбону. Отже, амінокислоти – це амфотерні органічні речовини, що мають і кислотні, і основні властивості.

Амінокислоти поділяють на замінні і незамінні. Білки з усіма незамінними амінокислотами називають повноцінними на відміну від неповноцінних, до складу яких входять не всі незамінні амінокислоти. Ці групи зв’язані між собою через один атом Карбону, а до нього ще приєднані радикал і атом Гідрогену. Радикал в кожній амінокислоті свій, а ось група атомів                ׀

                                                                         H₂N – C - COOH      

                                                                                    ׀

           H

завжди повторюється. Отже, існує 20 видів амінокислот.

Структурні рівні організації білків.

  Білок – лінійний полімер, який складається з великої кількості амінокислот, з’єднаних у ланцюжок і згорнутих у просторі певним чином. Кожна білкова молекула має свою унікальну, тільки їй притаманну, просторову тривимірну структуру. І тільки в такому вигляді вона може нормально виконувати свої унікальні функції. Для підтримання такої структури, її стабілізації існують певні хімічні зв’язки і взаємодії. Розрізняють чотири рівні структурної  організації білкової молекули: первинна структура є найпростішою, а четвертинна – найскладнішою.

1. Первинна структура білків. Визначається кількістю і порядком з’єднання амінокислот в один ланцюжок. З’єднуються амінокислоти за допомогою пептидного зв’язку, а сам лінійний ланцюжок – поліпептидом. Міцний пептидний зв’язок – ковалентний, найміцніший в молекулі білка. Утворюється він внаслідок хімічної реакції між аміногрупою (-NH₂) однієї амінокислоти і карбоксильною групою (-СООН) другої амінокислоти з виділенням однієї молекули води (уявна молекула – дротина). Слайд 6

2. Вторинна структура білків. Слайд 7 Ця структура забезпечується складанням лінійної молекули білка в більш складну компактну структуру. Білкова молекула може закручуватись в спіраль (α – спіральна структура), або складатись у вигляді складок (β – складчаста структура), або залишатись у вигляді лінійного ланцюжка (дротину накрутити на олівець).

Вторинна структура утворюється і утримується водневими зв’язками між атомами Оксигену і Гідрогену різних амінокислотних залишків.

3. Третинна структура білків. (спіраль укладають у просторі) Слайд 8 Виникає в білковій молекулі шляхом стабілізації її у просторі кількома способами:

а) утворення водневих зв’язків – їх роль не така значна і важлива;

б) утворення дисульфідних зв’язків або містків – вони утворюються при взаємодії двох атомів Сульфуру між радикалами цистеїну двох різних амінокислот: ці хімічні зв’язки досить міцні і важливі.

в) утворення йонних зв’язків – виникають між протилежно зарядженими радкалами полярних амінокислот. У водному середовищі ці зв’язки слабші за ковалентні і розриваються при зміні рН середовища.

г) гідрофобна взаємодія – виникає між радикалами гідрофобних амінокислот, які нерозчинні у воді: гідрофобні радикали «ховаються» всередині молекули, а гідрофільні (розчинні) розташовуються ззовні молекули, стикаючись з водним середивищем.

Всі ці чотири способи хімічної взаємодії  всередині молекули білка роблять її більш стійкою, стабільною. Третинна структура білка ще називається глобулою.

4. Четвертинна структура білків, або функціональна одиниця. Ця структура виникає в разі, коли кілька білкових молекул сполучаються між собою, утворюють білковий комплекс, який виконує певні функції (Учні по четверо об’єднують глобули). Слайд 9

Учитель біології.

Властивості білків:

Фізичні властивості

1. Існують білки нерозчинні у воді (фібрилярні) – це білки покривних тканин. Інші розчиняються у воді (глобулярні) – утворюють колоїдні розчини.

Дослід: Через  розчин курячого білка пропускаємо світловий промінь,  розчиняємо білок у воді.

Спостерігаємо в розчині наявність зважених астинок.

Висновок (роблять учні): розчин курячого білка є колоїдним, жовтуватого кольору, напівпрозора, без запаху, розчинна у воді.

2. Молекули нерозчинних білків дуже міцні. Так, людське волосся міцніше міді і може змагатися зі спеціальними видами сталі. Пучок волосся площею 1 см2 витримує вагу до 5 тонн. А на жіночій косі в 200  тис. волосинок можна підняти вантажний камаз вагою 20 тонн.

Хімічні властивості білків

1. Денатурація білка – це послідовне руйнування четвертинної, третинної і вторинної структур білка під впливом різних факторів: зміни температур, хімічного середовища, фізичних факторів. Денатурація – оборотний процес, тому, що зберігається первинна структура білка. При цьому їх біологічні функції повністю знищуються. Слайд 10 

• «До яких продуктів у побуті ми застосовуємо термін «згорнувся»?  (Це білок курячого яйця (альбумін) і молоко).

 Дослід: На білки, що знаходяться в різних пробірках: а) діють розчином кислоти; б) діють етиловим спиртом; в) нагрівають.

  Вміст пробірок біліє і утворюються згустки неправильної форми – згорнувся білок. Учні відмічають, що білок руйнується. Вчитель наголошує на небезпеці на здоров’я від уживання алкоголю та інших хімічних речовин.

Саме тому все живе гине у вогні, при кип’ятінні у воді і на «гарячих» планетах Сонячної системи  неможливе життя.

2. Ренатурація білка – властивість білка після денатурації самостійно відновлювати свою структуру, адже під час денатурації зберігається вцілілою основа білка – первинна структура. Слайд 11

Це можливо, якщо на білок чинився вплив слабким розчином спирту, кислоти, солями легких металів.

Учитель біології: Ренатурація лежить в основі подразливості клітин. Так під дією гормонів регулюється дія ферментів, рецепторів, транспортерів.

Іноді денатурація білка має певне значення. Наприклад, павук виділяє крапельку секрету і приклеює її до якої-небудь опори. Потім продовжуючи виділяти секрет, він злегка натягує ниточку і цього слабкого натягу достатньо, щоб білок денатурувався. З розчинної форми перейшов в нерозчинну, і нитка придбала міцність.

3. Деструкція білка – руйнування всіх структур білка: четвертиної, третинної, вторинної і первинної. Це необоротний процес. Слайд 12

Демонстраційний дослід: При горінні білки видають характерний запах паленого рогу. Підпалюємо вовняну нитку. Цей запах визначається вмістом в білках атома сірки.

4. Кольорові реакції – білки змінюють своє забарвлення від дії різних     хімічних реагентів. Кольорові реакції часто використовують для знаходження і визначення білків. Слайд 13

А) біуретова реакція (на виявлення пептидних зв’язків –СОNH-) .

Досвід. Учні до розчину білка доливають трохи лугу натрію NaOH і по краплях додають розчин сульфату міді (II) CuSO4 .

Розчин білка + NaOH + CuSO4 > червоно-фіолетове фарбування

Спостерігають червоно-фіолетове забарвлення.

Б) ксантопротеїнову реакція (на бензольні кільця, що містяться в деяких амінокислотах.

Досвід. Учні до розчину білка доливають концентровану азотну кислоту HNO3 .

Спостерігають жовте забарвлення.

Харчова цінність білків

Учитель біології. Яка ж цінність білків для організму людини?

Повідомлення учня. Білок – важливий компонент їжі людини. Основні джерела харчового білка: м’ясо, молоко, продукти переробки зерна, хліб, риба, овочі. Потреба в білку залежить від віку, статі, виду діяльності. Необхідно пам’ятати, що деякі амінокислоти при тепловій обробці, тривалому зберіганні продуктів можуть утворювати сполуки, які не засвоюються  організмом, тобто ставати «недоступними». Це знижує цінність білка.

Тваринні і рослинні білки засвоюються організмом неоднаково. Якщо білки молока, молочних продуктів, яєць засвоюються на 96%, м’яса і риби на 93-95%, то білки хліба – на 62-86%, овочів – на 80%, картоплі і деяких бобових – на 70%. Однак суміш цих продуктів може бути біологічно більш повноцінною.

Добова потреба дорослої людини в білку різного виду 1-1,5 г на 1 кг маси тіла, тобто приблизно 85-100 гр. Частка тваринних білків повинна складати приблизно 55% від загальної його кількості в раціоні.

Учитель біології. Білки є основою всього живого на Землі і виконують в організмі різноманітні функції.

Класифікація білків.

За складом білки розділяються на прості та складні. Слайд 14

1. Прості білки, або протеїни – до них входять тільки амінокислоти (гістони – основа хромосом, альбуміни і глобуліни в плазмі крові).

2. Складні білки, або протеїди – до них входять крім залишків амінокислот ще й небілкова частина – простетична група: органічна або неорганічна молекула.

(В нуклеопротеїдах = амінокислоти + нуклеїнові кислоти,

В глікопротеїдах = амінокислоти + вуглеводи,

В ліпопротеїдах = амінокислоти + ліпіди).

За формою білки поділяють на глобулярні і фібрилярні. Слайд 15

1. Глобулярні білки мають вигляд грудочки, розчинні у воді (ферменти).

2. Фібрилярні білки мають вигляд нитки, вони не розчинні у воді – гідрофобні (кератин в епідермісі, колаген та еластин в дермі шкіри).

Функції білків. Слайд 16

1. Енергетична функція. Слайд 17

При повному розщепленні 1г білків виділяється в середньому 17,2 кДж енергії.

2. Захисна функція. Слайд 18

Антитіла або імуноглобуліни здатні розпізнати і знешкодити бактерії, віруси і чужеродні тіла в організмах хребетних тварин. Інтерферон пригнічує життєдіяльність і розмноження вірусів. Лізоцим слини  знешкоджує хвороботворні агенти їжі в ротовій порожнині. Тромбін приймає участь у зсіданні крові.

3. Рухова функція, або скорочувальна. Слайд 19

Актин і міозин – забезпечують скорочення м’язів.  Скорочувальні білки перетворюють хімічну енергію на механічну роботу, забезпечуючи рухливість організму. Тубулін входить до складу джгутиків, вієчок і мікротрубочок.

4. Запасаюча функція, або резервна. Слайд 20

Казеїн – це білок молока для живлення потомства ссавців. Яєчний альбумін – це білок яйця для побудови і життєдіяльності зародка. А в організмі людини про запас відкладається Ферум у комплексі з білковим феритіном (у селезінці). За необхідності для синтезу нового гемоглобіну Ферум береться з цього своєрідного депо.

5. Транспортна функція. Слайд 21

Гемоглобін – це білок крові, який переносить кисень і вуглекислий газ по тілу хребетних тварин.

Гемоціанін – білок молюсків і членистоногих для транспорту О₂ і СО₂.

6.Сигнальна функція. Слайд 22

Рецепторні білки мембран – сприймають інформацію із середовища та передають її до клітини.

7. Токсична функція. Слайд 23

Зміїна отрута, дифтерійний токсин – це засіб захисту або засіб нападу для організму.

8. Структурна, або будівельна функція. Слайд 24

Колаген – білок, з якого побудовані шкіра, кістки, хрящі, зуби, сухожилля, кровоносні судини.

Кугатин – з цього білка побудовані волосся, нігті, кігті, дзьоби, пір’я, шипи, панцирі.

Фіброїн надає шовковому волокну міцності.

Еластин – з цього білка побудовані легені, артерії, зв’язки та інші еластичні органи.

9. Регуляторна функція. Слайд 25

Гормони – речовини білкової природи.

Інсулін та глюкагон – гормони білкової природи, які виробляються підшлунковою залозою (островками Лангерганса) і регулюють вміст глюкози в крові на рівна 0,12%.  Гормон гіпофізу – гормон росту, тиреоглобулін – гормон щитовидної залози, регулює обмін речовин.

10. Каталітична функція, або ферментативна. Слайд 26

Притча: Якось король Данії Крістіан Х вручив біохіміку Лондерстраму Лангу високу наукову нагороду – медаль Ерстеда – за дослідження і вивчення будови та властивостей білків і ферментів. Після урочистої церемонії він попросив розповісти ученого, що таке ферменти і почув таку розповідь: „Помирав старий араб. Усе його багатство складалося з 17 прекрасних білих верблюдів. Він зібрав своїх синів і оголосив їм останню волю: старший – опора сім’ї і після моєї смерті забере половину верблюдів; середньому заповідаю третину, але мій найменший мусить отримати 1/9 частину отари. Поховали батька сини і почали ділити тварин. Але виконати волю батька їм не вдалося. Саме тоді через пустелю проходив бідний дервіш. Він вів за собою чорного верблюда навантаженого книгами. Брати звернулися до нього з по допомогу і той сказав; „Виконати волю вашого батька дуже просто. Я дарую вам свого верблюда, а ви спробуйте розділити багатство.”

У братів стало 18 верблюдів, яких легко поділити. Старший син одержав половину верблюдів – 9, середній – 1/3 – 6 верблюдів, а молодший – 1/9 – 2 верблюди.

Після поділу одна тварина виявилася зайвою і дервіш сказав: ”Віддайте мені назад мого верблюда, який виявився зайвим”.

Дайте відповідь на запитання: „Який принцип дії каталізатора (ферменту)?”

(Прискорюють швидкість реакції, але самі при цьому не витрачаються)

Трипсин – білок підшлункового соку, який каталізує, прискорює реакції розщеплення білків у дванадцятипалій кишці.

Пепсин – білок шлункового соку, який каталізує розщеплення білків у шлунку.

Всі білки є ферментами, вони каталізують свої хімічні реакції, а самі в них участі не приймають. Саме вони забезпечують життєдіяльність організму. Кожен фермент прискорює свою певну реакцію. Вони працюють в певному середовищі, з певним рН, температурою, тиском. Кожний фермент має свій активний центр з особливою просторовою будовою і матричним механізмом дії. Іноді до складу ферменту входить і небілковий компонент – кофактор. Найчастіше кофакторами ферментів є вітаміни.

 Висновок 
     Отже, без білка не обходиться жодне життєве явище. Чи переливаються барви на не пелюстках квітки, чи миготить світляк у траві, чи спортсмен підіймає штангу або поет складає вірші – за всім цим  стоїть перетворення білкових молекул.

Родопсин під дією світла змінює свою структуру – денатурує, а в темряві відновлюється

Ми вдихаємо повітря, щоб гемоглобін розніс по тілу кисень, віддавши його тим молекулам, які потребують цього елемента для своїх перетворень.

Спожита їжа віддає нам свою енергію, бо білки-ферменти розщеплюють її на придатні для використання складові частини. А їжу ми варимо для того, щоб ослабити зв’язки між окремими молекулами, зробити їх доступними для ферментів.

Але одне білкам усе ж таки „не під силу”: амінокислоти „знають”, як їм зчіплюватися одна з одною – так щоб це було енергетично вигідно, але „не відають”, в якій послідовності їм треба стати одна за одною, аби виконати ту чи іншу функцію. Ця інформація записана в нуклеїнових кислотах. Це інформація на всі випадки життя організму й навіть для його нащадків.

Коли учені висунули припущення, що синтезувати білки можна і в пробірці, один з найвидатніших біологів 19 століття Геккель вигукнув „Якщо ви, хіміки, створите справжній білок, то він заворушиться!”

Відтоді синтезовано багато білків, однак в пробірці нічого не заворушилося. На те є дві причини.

По-перше, життя – не просто структура, а впорядкований у просторі і часі багаторівневий процес, а не тільки речовина.

По-друге, органічна молекула – лише перший рівень упорядкованості – молекулярний. А наступні – надмолекулярні, субклітинна структури і нарешті – клітина.. Відстань від білкової молекули до клітини така велика як від крихітної амеби до людини.

Без ДНК білок утворитися не може. Це так неймовірно, як складання розбитого літака внаслідок того, що над сміттєзвалищем, де він лежав, пронісся ураган 

V. Осмислення учнями нового матеріалу.

 Запитання вчителя до класу:

- Чому білки називають біополімерами?

- Що є мономером білків?

- Чому 20 амінокислот, з яких побудовані всі білки, називають «чарівними»?

- Чому білки є основою життя на Землі?

4. Розв’язування задачі. Слайд 27

Білок рибонуклеаза  складається зі 124 амінокислотних залишків. Знайдіть довжину первинної структури цього білка та його молекулярну масу, якщо відомо, що довжина однієї амінокислоти становить 0,34 нм, а її молекулярна маса – 100 Да

VІ.  Рефлексія. Продовжити речення

Сьогодні на уроці я повторив…

Сьогодні ми дізналися нового…

Сьогодні ми навчилися…

Найважливішим відкриттям для мене стало…

VІІ. Домашнє завдання:  Слайд 28

Біологія: опрацювати §4,5 за підручником К.М.Задорожного.

Задача: У гемоглобіну α-ланцюг має 141 амінокислотний залишок, а β-ланцюг – 146. Знайдіть довжину і молекулярну масу двох α і β-ланцюгів, які разом утворюють одну молекулу гемоглобіну.

Хімія: опрацювати § 38 за підручником О.В. Григоровича.

Виконати завдання № 476, 479 с.224

1. Неорганічних речовин у природі………. ніж органічних.
2. Органічних речовин нараховують більше ……...
3. Органічні речовини поділяються на ….. основні ……...
4. До органічних речовин відносяться…………………………………………….
5. До складу органічних речовин входять атоми Карбону (С), …………..), ………………….
6. Органічні речовини, крім С, Н і О, можуть містити атоми…..,….,…...
7. Малі біологічні сполуки, з яких складаються полімери, називаються ………………...
8. Найбільш відомі полімери – це білки, …………..і…………………………….
9. Мономерами білків є…………………, вуглеводів –……………………, а нуклеїнових кислот – …………………….

          1.Неорганічних речовин у природі………. ніж органічних.

          2.Органічних речовин нараховують більше ……...

          3.Органічні речовини поділяються на ….. основні ……...

          4.До органічних речовин відносяться…………………………………………….

         5. До складу органічних речовин входять атоми Карбону (С), …………..), ………………….

6. Органічні речовини, крім С, Н і О, можуть містити атоми…..,….,…...
7. Малі біологічні сполуки, з яких складаються полімери, називаються ………………...
8. Найбільш відомі полімери – це білки, …………..і…………………………….
9. Мономерами білків є…………………, вуглеводів –……………………, а нуклеїнових кислот – …………………….

                                                             Мій оптимізм

Добрі події_____________________Погані події

Мій оптимізм

Добрі події_____________________Погані події