Вуглеводи, їх будова, властивості, роль в життєдіяльності організмів. Білки, їх будова, властивості, роль в життєдіяльності організмів

Тема. Вуглеводи, їх будова, властивості, роль в життєдіяльності організмів. Білки, їх будова, властивості, роль в життєдіяльності організмів.

Мета: ознайомитися з органічними сполуками – вуглеводами та білками; вивчити особливості будови, розглянути фізичні властивості, їхні функції,   розглянути класифікацію білків та вуглеводів; визначити поняття моносахариди, дисахариди та полісахариди. Розвивати навички роботи з підручниками та опанувати вміння роботи з інноваційними методами навчання. Виховувати дбайливе ставлення до свого організму.

Обладнання: підручник, робочий зошит, таблиця «Вуглеводи», таблиця «Білки».

Основні терміни та поняття: білки, вуглеводи, первинна, вторинна, третина та четвертинна структури білків, ферменти, ренатурація, денатурація, деструкція, моносахариди, дисахариди, полісахариди.

Тип уроку: комбінований

План уроку:

I.Організаційний етап

II.Перевірка домашнього завдання

III.Актуалізація опорних знань

IV.Мотивація навчальної діяльності

V.Формування нових знань

VI.Узагальнення і систематизація

VII.Підведення підсумку уроку

VIII.Визначення домашнього завдання.

Хід уроку:

І. Організаційний момент

Добрий день. Мене звати Тетяна Вікторівна. І сьогодні заняття з біології проведу у вас я.  Перевірка відсутніх

II. Перевірка домашнього завдання

Перед початком вивчення нового матеріалу перевіримо вашу підготовку до сьогоднішнього заняття. Отже, на минулому занятті ви вивчали органічні речовини. Дали характеристику ліпідам. Піднімаємо руки і даємо повну відповідь на питання.

(Фронтальне опитування)

1. Дайте визначення поняття «Органічні речовини» (речовини, що виникли прямо або непрямо з живої речовини або продуктів їх життєдіяльності) .
2. Назвіть основні властивості Карбону як структурного елемента всіх органічних речовин (Здатний утворювати чотири міцні ковалентні зв'язки. Утворює вуглець — вуглецеві зв'язки, створюючи, таким чином, довгі вуглецеві скелети молекул у вигляді ланцюгів або кілець. Утворює кратні подвійні зв'язки)..
3. Назвіть групи органічних сполук (ліпіди, біополімери, біологічно активні речовини).
4. Назвіть групи біополімерів і назвіть їх мономери (білки-амінокислоти; полісахариди-моносахариди,нуклеїнові кислоти-нуклеотиди,ліпіди-триатомний спирт гліцерин і вищі жирні кислоти).
5. Що називають біологічно активними речовинами? (речовини, що впливають на процеси обміну речовин і перетворення енергії в організмах живих істот)
6. Які речовини відносять до групи біологічно активних? (ферменти, гормони)
7. Що ми називаємо ліпідами? (органічні речовини, нерозчинні у воді і  добре розчининні в органічних розчинниках – спирті, ефірі, хлороформі, ацетоні, бензолі та деяких інших).
8. На які групи поділяються ліпіди (жири, воски, стероїди)?
9. Назвіть основні функції ліпідів і їх значення (структурна, енергетична, терморегуляторна, запасна, захисна, гормональна).

       

 

III. Актуалізація опорних знань

        (Бесіда)

1. Дайте визначення поняття Біологія. (сукупність наук про живі істоти, їхню будову, процеси життєдіяльності, взаємозв’язки між собою та умовами навколишнього середовища,закономірності розповсюдження по земній кулі, походження, різноманітність тощо).
2. Назвіть рівні організації живої матерії (молекулярний, клітинний, організмів, популяційно-видовий, біогеоценотичний, біосферний).
3. Який рівень організації життя ми вивчаємо? (молекулярний).

 

IV. Мотивація навчальної діяльності

Життя – це спосіб існування білкових тіл (Ф.Енгельс). Є гіпотеза, що першими на Землі з′явилися мікроорганізми, що потрапили разом з метеоритами на нашу планету. Вчені також припускають, що спалахи епідемій грипу пов’язані з падінням метеориту: проходить приблизно 10 років – починаються епідемії. Ці 10 років потрібні для пристосування «чужих» мікроорганізмів до земних умов. Будь-який біологічний об′єкт, починаючи з вірусів закінчуючи людиною, складається в основному з білків. Тому дуже важливо знати будову та властивості цих сполук.

Тема заняття: Вуглеводи, їх будова, властивості, роль в життєдіяльності організмів. Білки, їх будова, властивості, роль в життєдіяльності організмів.

V. Формування нових знань

1. Загальна характеристика вуглеводів (розповідь)

Вуглеводи – органічні сполуки з емпіричною формулою С_n(Н₂О)_m, до складу яких входять тільки Карбон, Оксиген та Гідроген. Вуглеводи є невід′ємною складовою частиною всіх клітин і тканин живих організмів.

В організмі людини і тварин вуглеводи виконують цілий комплекс життєво необхідних функцій. Найважливішими з них є енергетична, структурна і захисна. Деякі вуглеводи (пентози, гексози) використовуються в синтезі біологічно активних речовин, нуклеїнових кислот та деяких інших.

Термін «вуглеводи» вперше був запропонований у 1844р. К.Шмідтом. Ці речовини формально за складом можна розглядати як сполуки вуглецю з водою С_n(Н₂О)_m. Тепер відомо багато речовин, які відносять до вуглеводів, але вони не відповідають наведеній вище формулі. Хоч назва «вуглеводи» і не повністю  відповідає хімічному складу речовин, які до них відносять, вона збереглася до цього часу і стала тривіальною. Вуглеводи ще часто називають сахарами.

У клітинах тварин і людини вміст вуглеводів незначний. Натомість у клітинах рослин їх значно більше (наприклад, у листках, насінні, плодах – майже 70%, у бульбах картоплі – 90%).

2. Класифікація вуглеводів (пояснення з записом основних термінів у робочий зошит)

Залежно від кількості мономерів, що входять до складу молекул, вуглеводи поділяють на прості та складні. До першої групи належать моносахариди, до другої – олігосахариди та полісахариди.

                                     Вуглеводи

 

         Прості                                                           Складні

(моносахариди)                                                   (олігосахариди та полісахариди)

 

Моносахариди або прості цукри, залежно від кількості атомів Карбону, поділяють на тріози (3 атоми), тетрози (4), пентози і гексози і так далі до декоз (10).  Моносахариди не піддаються гідролізу — не розщеплюються водою на простіші вуглеводи, у них число атомів вуглецю дорівнює кількості атомів кисню СnН2nОn. 

У природі найпоширеніші гексози, а саме глюкоза та фруктоза. Солодкий присмак ягід, фруктів, меду залежить від вмісту цих сполук. Глюкозу називають також виноградним цукром, так як вона міститься у великій кількості у виноградному соку. Крім винограду глюкоза знаходиться і в інших солодких плодах і навіть у різних частинах рослин. Поширена глюкоза і в тваринному світі: 0,1%.

Глюкозу знаходять в крові. Глюкоза розноситься по всьому тілу і служить джерелом енергії для організму. Вона також входить до складу сахарози, лактози, целюлози, крохмалю.

У рослинному світі широко поширена фруктоза або фруктовий (плодовий) цукор. Фруктоза міститься в солодких плодах, меді. Витягуючи з кольорових солодких плодів соки, бджоли готують мед, який за хімічним складом являє собою в основному суміш глюкози і фруктози. Також фруктоза входить до складу складних цукрів, наприклад тростинного та бурякового.

Серед пентоз важливе значення мають рибоза і дезоксирибоза, які входять до складу нуклеїнових кислот та адезинтрифосфорної кислоти (АТФ).

Олігосахариди – сполуки, в яких кілька залишків молекул моносахаридів з’єднані між собою ковалентними зв’язками. Серед них найпоширеніші дисахариди, які утворюються внаслідок сполучення залишків двох молекул моносахаридів. Наприклад, буряковий або тростинний цукор – сахароза – складається із залишків глюкози і фруктози, а солодовий – мальтоза – лише з залишків глюкози тощо. Дисахариди мають солодкий присмак. Вони, як і моносахариди, добре розчинні у воді.

Полісахариди − вуглеводи, які багато в чому відрізняються від моносахаридів і дисахаридів, не мають солодкого смаку і майже не розчинні в воді.

Важливі представники полісахаридів — крохмаль і целюлоза. Їх молекули побудовані з ланок — (С₆Н₁₀О₅), є залишками шестичленних циклічних форм молекул глюкози, що втратили молекулу води, тому склад крохмалю та целюлози виражається однією формулою (С₆Н₁₀О₅).

Крохмаль синтезується в процесі фотосинтезу в клітинах рослин і складається з залишків глюкози. Крохмаль у значній кількості відкладається в клітин рослин насамперед листків, насіння, бульб тощо.

У клітинних стінках рослин міститься полісахарид – целюлоза – міцний, волокнистий, нерозчинний у воді.

Деревина, кора, бавовна складаються переважно з целюлози.

У грибів, тварин і людини запасним полісахаридом є глікоген. Він відкладається здебільшого в м′язах і клітинах печінки. До складу клітинних стінок деяких   грибів і зелених водоростей, кутикули членистоногих входить полісахарид – хітин.

3. Функції вуглеводів (розповідь, заповнення таблиці)

Функції	Характеристика
Структурна	Беруть участь у побудові різних клітинних структур (напр.. клітинних стінок рослин)
Захисна	У побудові клітинних стінок - захисні шипи, колючки
Пластинчаста	Зберігаються у вигляді запасу поживних речовин, а також входять до складу складних молекул, беруть участь у побудові АТФ, ДНК,РНК
Енергетична	Є основним енергетичним матеріалом. При окисленні 1 грама виділяються 4,1ккал енергії і 0,4г води.
Рецепторна	Багато олігосахаридів сприймає частини клітинних рецепторів

Отже, підведемо підсумок вивченого.

Дайте відповідь на питання:

1. Що таке вуглеводи?
2. На які групи вони поділяються?
3. Назвіть представників моносахаридів.
4. Назвіть представників олігосахаридів.
5. Назвіть представників полісахаридів.

4. Загальна характеристика білків (розповідь з записом в робочий зошит)

З органічних речовин клітини на першому місці за кількістю і значенням стоять білки. Так, у клітинах тварин вони становлять до 40-50% сухої речовини, а рослин – до 20-35%. До складу всіх білків входять атоми вуглецю, водню, кисню, азоту. До багатьох білків входять, крім того, атоми сірки. Є білки, до складу яких входять також атоми металів – заліза, цинку, міді.

На відміну від інших органічних сполук, білки мають ряд особливостей. Передусім у них величезна молекулярна маса. Порівняйте: відносна молекулярна маса спирту – 46, оцтової кислоти – 60, бензолу – 78, а в альбуміну – одного з білків яйця 36000, у гемоглобіну( білка з червоних кров’яних клітин) – 152000.  В побудові білків беруть участь тисячі атомів. Щоб підкреслити велетенський розмір таких молекул, їх називають макромолекулами.

5. Що собою становлять білки? (пояснення з записом міні-лекції).

Білки – це високомолекулярні біополімери, мономерами яких залишки амінокислот.  Серед органічних сполук білки найскладніші. Вони належать до сполук, які називаються полімерами. Молекула полімеру – це довгий ланцюг, у якому багато разів повторюється одна й та сама порівняно проста структура, що називається мономером. Якщо позначити мономер буквою А, то структуру полімеру можна зобразити так: А-А-А-А-А….

Нескінчена різноманітність білкових молекул забезпечується різними комбінаціями залишків лише 20 амінокислот. Кожен білок характеризується постійним складом амшокислотних залишків та їхньою певною послідовністю.

Усі амінокислоти мають спільну групу атомів. Вона складається з аміногрупи (-NH₂), якій притаманні лужні властивості та карбоксильної групи (-СООН) з кислотними властивостями. Ці групи, як і атом Гідрогену, зв’язані з одним і тим самим атомом Карбону. Групи атомів, за якими амінокислоти розрізняються між собою називають радикалами, або R-групами.

Двадцять амінокислот, залишки яких входять до складу білків, називають основними.

Амінокислоти

 

           Замінні                                                                     Незамінні

(можуть синтезуватися в                                          (в організмі людини і

організмі людини і тварин                                      тварин не синтезуються)

з продуктів обміну речовин)

Білки, які містять усі незамінні амінокислоти, називають повноцінними, на відміну від неповноцінних, до складу яких не входять ті чи інші незамінні амінокислоти.

6. Будова білків (робота з таблицею «Білки» та розгляд слайдів)

Амінокислотні залишки у молекулі білка сполучаються між собою міцними ковалентним зв’язком, який виникає між карбоксильною групою однієї амінокислоти і аміногрупою іншої. Такий тип зв’язку називають пептидним –  О    Н

                                      −С −  N − 

 Структури, які складаються з великої кількості амінокислотних залишків,  належать до поліпептидів

NH₂ – CH – CO – NH – CH – CO – NH - CH – COOH

                     R₁                        R₂                       R₃

Поліпептиди з високою молекулярною масою (понад 6000) називають білками. Вони складаються з одного або кількох поліпептидних ланцюгів, які можуть містити до кількох тисяч залишків.

Відомо 4 рівні структурної організації білків: первинний, вторинний, третинний і четвертинний.

Первинна структура білків визначається якісним і кількісним складом амінокислотних залишків, а також їхньою послідовністю

Часто молекула білка у вигляді ланцюга, складеного з амінокислотних залишків, нездатна виконувати специфічні функції. Для цього вона має набути складнішої просторової будов.

Вторинна структура характеризує просторову організацію білкової молекули, яка повністю або частково закручується в спіраль. Радикали амінокислот при цьому залишаються ззовні. У підтриманні вторинної будови велика роль належить водневим зв’язкам, які виникають між атомами Гідрогену NН₂-групи одного витка до Оксигену СО-групи іншого.

Третинна структура є проміжним рівнем між вторинною і четвертинною структурами.  Характеризується нелокальними взаємодіями. Поліпептидна спіраль закручується у грудку або глобулу.

Четвертинна структура білків утворюється внаслідок об’єднання окремих глобул, утворюючи функціональну одиницю. Стабілізація четвертинної структури досягається гідрофобними, електронними та іншими взаємодіями.

Під  впливом різних фізичних і хімічних факторів – високої температури, ряду хімічних речовин, опромінення, механічної дії – слабкі зв’язки, які підтримують вторинну і третинну структури білка, рвуться і молекула розгортається. Порушення природної структури білка називається денатурацією. В результаті денатурації властивості білка змінюються. Він втрачає розчинність, стає доступним дії травних ферментів, втрачає властиві йому функції.

•          А хтось з вас спостерігав явище денатурації білка?

Явище денатурації білка, безперечно, відоме всім, бо кожний спостерігав, як прозорий рідкий вміст яйця після нагрівання стає густим і непрозорим.

Процес денатурації оборотний, тобто розгорнутий поліпептидний ланцюг здатний самовільно закрутитися в спіраль, а спіраль – самовільно скластися в третинну структуру. Але це не означає, що всі особливості будови білка зумовлюються його первинною структурою, тобто складом і порядком чергування амінокислот у поліпептидному ланцюзі.

Здатність білків до оборотної зміни своєї структури у відповідь на дію фізичних і хімічних факторів лежить в основі дуже важливої властивості всіх живих систем – подразливості. Явище оборотної зміни своєї структури отримало назву – ренатурації. Процес порушення первинної структури білків називають деструкцією. Він завжди має необоротний характер.

Залежно від розчинності або нерозчинності у воді білки поділяють на гідрофільні і гідрофобні. Деякі білки стійкі до дії різних факторів (наприклад, температури, хімічних чинників), інші – нестійкі. Наприклад, кератин, який входить до складу волосся, кігтів, нігтів, копит, здатний витримувати високу і низьку температуру. Натомість білок яйця птахів (овальбумін) при нагріванні змінює свою структуру.

7. Функції білків. (робота з підручником, створення таблиці)

Функція	Характеристика
Будівельна	Білки є складовою частиною біологічних мембран. З них складаються структури, які виконують роль скелета клітин.
Захисна	Полягає у запобіганні пошкодженням клітин, органів, проникнення в організм сторонніх сполук, хвороботворних організмів, інших чужорідних тіл.
Сигнальна	Окремі складні білки клітинних мембран, змінюючи свою структуру, передають сигнали із зовнішнього середовища на інші ділянки мембрани або всередину клітини.
Скоротлива	Клітини, тканини, органи або весь організм можуть змінювати форму, рухатись. Скоротливі білки актин, міозин, які входять до складу м’язових клітин, забезпечують їхню здатність до скорочення.
Запасна	Відкладаються у клітинах про запас. Наприклад, білок овальбумін, що накопичується у оболонці пташинних яєць.
Живильна	Овальбумін, наприклад, при його розкладанні спожива зародок для свого розвитку.
Транспортна	Гемоглобін – дихальний пігмент крові людини, хребетних і багатьох безхребетних тварин – переносить кисень і деяку частку вуглекислого газу (10%). Цим забезпечується газообмін у клітинах і тканинах.
Енергетична	При повному розщепленні з 1 г білків у середньому вивільняється 17,2 кДж енергії.
Регуляторна	Деякі білки регулюють процеси обміну речовин, росту, розвитку
Каталітична	Цю функцію в організмі виконують ферменти. Швидка зміна перебігу хімічних реакцій під дією певних сполук.

 

Про величезне значення білків для життя здогадувались давно. Дані сучасної біології цілком підтверджують цей висновок.

VI. Узагальнення та систематизація знань

Для перевірки засвоєння матеріалу виконаємо невеликі тести на аркушах за які кожен отримає оцінку.

Тести

1. Емпіричною формулою вуглеводів є:

а) С_n(Н₂О)_m

              б) С_n(H₂O₂)_m

                        в) С₂(Н₂О₄)_m

         2. Порушення природної структури білка називається:

             а)ренатурація

             б)деструкція

             в)денатурація

         3.  В організмі людини можуть синтезуватися амінокислоти:

            а)замінні

            б)незамінні

        4. Фруктозу інакше називають:

            а) молочним цукром;

            б) фруктовим цукром;

            в) інвертний цукром;

            г) тростинним цукром

5. У грибів, тварин і людини запасним полісахаридом є:

            а) глюкоза

            б)крохмаль

            в)глікоген

6. До пентоз належить:

           а) глюкоза

           б)рибоза

           в)сахароза

7. При окисленні якої органічної сполуки  з 1 грама виділяються 4,1ккал енергії і 0,4г води:

          а)білки

          б)ліпіди

          в)вуглеводи

8. Дисахариди  належать до:

          а)моносахарид

          б)олігосахарид

          в)полісахарид

9. Деревина, кора, бавовна складаються переважно з:

          а)глюкози

          б)целюлози

          в)сахарози

10. термін «вуглеводи» запропонував:

         а)Енгельс

         б)Шван

         в)Шмідт

VI. Підведення підсумків

(Бесіда)

1. Що таке білки?
2. Дайте визначення поняття вуглеводи.
3. Назвіть групи вуглеводів.
4. Перерахуйте основні функції вуглеводів.
5. Назвіть вуглеводи, які належать до олігосахаридів.
6.  Назвіть вуглеводи, які належать до полісахаридів.
7. Що являє собою вторинна структура білків.
8. Що являє собою молекула полімеру?

VII. Визначення домашнього завдання

Опрацювати матеріал параграфа 2,4 та лекційний матеріал.

Підготувати цікавий матеріал про роль вуглеводів та білків в організмі людини.