4. Биополимеры, белки и их функции

БИОПИЛИМЕРЫ. БЕЛКИ,ИХ СВОЙСТВА И ФУНУКЦИИ.
Урок изучения нового материала с мультимедийным сопровождением
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:
- сформировать представление о белках как непериодических линейных
биополимерах, состоящих из различных аминокислотных остатков;
- охарактеризовать состав и химическое строение полипептидных молекул, а
также первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуру белка;
- ознакомить учащихся с важнейшими функциями белков;
- сформировать знания о химических свойствах белков, их расщепление в
организме человека;
- рассмотреть значение белков в природе и жизни человека;
- углубить знания учащихся о связи строения молекул веществ и их функции на
примере белков.
Тип урока: изучение нового материала.
Оборудование: таблицы «Функции белков», «Строение белковой
молекулы»,«Структура гема», модель структуры молекул белка; реактивы- раствор
куриного белка, растворы NaOH, CuSO4, HNO3; химическая посуда , спиртовка,
держатели.
Предварительная подготовка: несколько учащихся класса готовят сообщения с
презентацией о строении, функциях, значении белков.
Ход урока
I. Организационный момент
- Подготовка учащихся к работе.
- сообщение темы (слайд 1), цели
II. Изучение нового материала
план изучения темы(слайд 2)
План
1. Определение.
2. Состав белков. Аминокислоты – мономерные единицы белков. Их
разновидности, химические свойства, незаменимые аминокислоты.
3. Строение белковых молекул (структуры).
4. Физические свойства белков.
5. Химические свойства белков.
6. Функции белков.
7. Содержание белка в продуктах питания. Пищевая ценность белков.
Расщепление белков в организме человека.
8. Значение белков в природе и жизни человека.
Учитель: Многие органические соединения, входящие в состав клетки,
характеризуются большими размерами молекул. Как называются такие молекулы?
(Мономеры)
Учитель: Они состоят обычно из остатков повторяющихся сходных по строению
низкомолекулярных соединений, связанных между собой ковалентными связями.
Их строение можно сравнить с бусинками на нити . Как называются эти
низкомолекулярные соединения?
(Мономеры)
Учитель: Мономеры образуют полимеры. Большинство полимеров построено из
повторяющихся одинаковых участков. Такие мономеры называются
периодическими. Например, если А- мономер, то –А-А-А-…-А-полимер.
Полимеры, в которых мономеры различны по строению, называются
непериодическими. Например, -А-В-Р-П-А…-Г-Р-П-А-. Как вы думаете, к каким
полимерам относятся белки?
Учащиеся высказывают свои предположения, а затем под диктовку учителя
записываю определение: «Белки – непериодические полимеры, мономерами
которых являются аминокислоты»
(слайд 3)
Учащиеся, которые работали над проектом, по очереди выходят к экрану, где
проецируется презентация проекта, и рассказывают новый материал, остальные
кратко записывают главное в тетрадь.
1. Определение белков
Ученик 1: Белки – это высокомолекулярные (молекулярная масса варьирует от 5-10
тысяч до 1млн и более) природные соединения (полимеры), молекулы которых
построены из остатков аминокислот, соединенных амидной или пептидной связью
(слайд 3). Белки относятся к азотсодержащим
органическим
соединениям.
2.Состав белков ( слайд 4)
Ученик 2:Белки содержат в среднем около 50-55% углерода,
21-23%кислорода, 15-17% азота, 6-7% водорода, 0,3-2,5% серы. В составе
отдельных белков обнаружены такие фосфор, йод, железо, медь и некоторые другие
макро- и микроэлементами в различных количествах.
3. Строение белковых молекул
Ученик 3: Молекула белка напоминает нитку, унизанную разноцветными
бусинами и скрученную в виде спирали. «Бусины» называются аминокислотами. В
белках встречается, как правило, 20аминокислот (слайд 5). Каждая аминокислота
имеет свое название, например глицин, аланин, лейцин, Валин, и т.д. Белки разного
размера включают в себя от нескольких десятков до сотен и даже тысяч
аминокислот. В среднем длина белка- около 300аминокислот. «Бусина» аминокислоты могут связываться друг с другом и образовать цепочку- белок.
Ученик 4: Большинство аминокислот, участвующих в обмене веществ, входящих в
состав белков, могут синтезироваться в организме в процессе обмена( из других
аминокислот, поступающих в избытке). Они получили название заменимых
аминокислот. Некоторые аминокислоты не могут синтезироваться в организме и
должны поступать в наш организм с пищей. Они получили название незаменимых
аминокислот. Их 8, они не способны синтезироваться в организме человека, но
поступают в него с растительной пищей. Какие же это аминокислоты? Это валин,
лейцин, изолейцин, теонин, метионин, лизин, фенилалалин, триптофан. Иногда в их
число включают гистидин и аргинин. Две последние не синтезируются в организме
ребенка. Если количество этих аминокислот в пище будет недостаточным,
нормальное функционирование и развитие организма человека нарушается. При
отдельных заболеваниях организм человека не в состоянии синтезировать и
некоторые другие аминокислоты.
4. Физические свойства
Ученик 5: Белки обладают различными физическими свойствами: они делятся на
нерастворимые и растворимые. Растворимые белки образуют в воде коллоидные
растворы. Белки способны к набуханию, характеризуются оптической активностью
и подвижностью в электрическом поле. Белки имеют изоэлектрическую точку
(слайд 6).
Учитель по ходу объяснения проводится лабораторная работа. Учащиеся
выполняют лабораторную работу и оформляют ее в тетради.
5. Химические свойства(слайд 7)
1. Гидролиз, пенообразование.
Гидролиз белка достигается при помощи кипячения белка сильными
минеральными кислотами(кислотный гидролиз) или основаниями(щелочной
гидролиз). Реакция гидролиза идет под действием ферментов.
2. Денатурация.
3. Ренатурация.
4. Цветные реакции.
5. Горение.
Качественные реакции на белки(слайд 8)
Горение белков: запах жженого пера.
Ксантопротеиновая реакция: белок + концентрированная кислота- появление яркожелтого цвета.
Биуретовая реакция: белок + сульфат меди(II)+ 1 капля щелочи- раствор
фиолетового цвета.
Лабораторная работа
Выполнение и результаты лабораторной работы записывают в таблице.
Опыт №1.
Денатурация белков.
Осторожно нагрейте раствор белка. Сделайте вывод.
Название
Что делал
опыта
Что
Вывод и уравнения
наблюдал
Химических реакций
Опыт №1
Осторожно Белок
сворачивается
Денатурация Нагрели
При нагревании.
белков
Раствор
Происходит процесс денатурациинеобратимого свертывания белков
белка
Опыт№2.
Действие разбавленного этилового спирта на белок.
К раствору белка прилейте этиловый спирт. Полученную смесь растворите в щелочи
( растворе гидроксида натрия). Проведите биуретовую реакцию. Сделайте вывод
Опыт№3.
Ксантопротеиновая реакция.
В пробирку налейте 2 мл раствора белка. Добавьте по каплям 0,5 мл
концентрированного раствора азотной кислоты. Осторожно нагрейте пробирку.
Наблюдайте изменение цвета.
Опыт № 4.
Обнаружение азота и серы в белках.
К раствору белка добавить крепкий раствор щелочи и нагреть. Выделяется аммиак,
который обнаруживается по посинению влажной лакмусовой бумажки. После
нагревания раствор разбавляют в 3-4 раза водой и приливают раствор ацетата
свинца; образуется осадок сульфида свинца.
Опыт №5.
Биуретовая реакция.
К 2-3 мл раствора белка добавить 2-3 мл 10%-ного раствора щелочи (гидроксида
натрия). К смеси прилейте 2-3 мл раствора сульфата меди(II). Пробирку встряхните
и наблюдайте изменение цвета.
Опыт №6.
Горение белков.
Подожгите куриные перья. Наблюдайте появление специфического запаха.
6. Функции белков.
Ученик 1: Белки в организме человека выполняют множество функций(слайд9).
Питательная функция(слайд10-11). Эту функцию осуществляют так называемые
резервные белки, являющиеся источниками питания для развития плода, например
белки яйца. Основной белок молока(казеин) также выполняет, главным образом,
питательную функцию. Ряд других белков используется в организме в качестве
источника аминокислот, которые являются предшественниками биологически
активных веществ, регулирующих процессы обмена веществ.
Ученик 2: Транспортная функция (слайд12). Дыхательная функция крови, в
частности перенос кислорода, осуществляется молекулами гемоглобина- белка
эритроцитов. В транспорте липидов принимают участие альбумины сыворотки
крови. Ряд других сывороточных белков образует комплексы с жирами, медью,
железом, тироксином, витамином А и другими соединениями, обеспечивают
доставку в соответствующие органы-мишени.
Ученик 3: Защитная функция(слайд13). Основную функцию защиты в организме
выполняет иммунная система, которая обеспечивает синтез специфических
защитных белков-антител в ответ на поступление в организм бактерий, токсинов
или вирусов. Высокая специфичность взаимодействия антител с
антигенами(чужеродными веществами) по типу способствует узнаванию и
нейтрализации биологического действия антигенов. Защитная функция белков
проявляется и в способности ряда белков крови к свертываемости. Свертывание
белка плазмы крови фибриногена приводит к образованию сгустка крови, что
предохраняет от потери крови при ранениях.
Ученик 4: Сократительная функция (слайды 14-15). В акте мышечного сокращения
и расслабления участвуют множество белковых веществ. Однако главную роль в
этих жизненно важных процессах играют актин и миозин- специфические белки
мышечной ткани. Сократительная функция присущая не только мышечным белкам,
но и белкам цитоскелета, что обеспечивает тончайшие процессы жизнедеятельности
клеток.( расхождение хромосом в процессе митоза ).
Ученик 5: Структурная функция(слайд16). Белки, выполняют структурные
функции, занимают по количеству первое место среди других белков тела человека.
Среди них важнейшую роль играет коллаген в соединительной ткани, креатин в
волосах, ногтях, комплексы белков тела человека. Среди них важнейшую роль
играет коллаген в соединительной ткани, кератин в волосах, ногтях, коже, эластин в
сосудистой стенке и др.
Можно назвать еще некоторые жизненно важные функции белков, в частности
способность сохранять осмотическое давление в клетках и крови, буферные
свойства, поддерживающие физиологическое значение рН внутренней среды, и др.
Ученик 6: Антибиотики. Большую и чрезвычайно важную в практическом
отношении группу природных органических соединений составляют антибиотикивещества микробного происхождения, выделяемые специальными видами
микроорганизмов и подавляющее рост других, конкурирующих микроорганизмов.
Токсины. Ряд живых организмов в качестве защиты от потенциальных врагов
вырабатывает сильно ядовитые вещества- токсины. Многие из них являются
белками, однако встречаются среди них и сложные низкомолекулярные
органические молекулы. Рецепторная функция. Большое значение в особенности
для функционирования многоклеточных организмов имеют белки-рецепторы,
вмонтированные в плазматические мембрану клеток и служащие для восприятия и
преобразования различных сигналов, поступающих в клетку как от окружающей
среды, так и от других клеток.
Ученик 9: Каталитическая (ферментативная ) функция (слайд18). Многочисленные
биохимические реакции в живых организмах протекают в мягких условиях, при
температурах, близких к 40 С, и значениях рН, близких к нейтральным. В этих
условиях скорость протекания большинства реакций ничтожно мала, поэтому для
их приемлемого осуществления необходимы специальные биологические
катализаторы-ферменты. Как правило, ферменты - это либо белки, либо комплексы
белков с каким-либо кофактором - ионом металла или специальной органической
молекулой. Многие белки ускоряют химические реакции в сотни раз.
Ученик 10: Структура белков. Каждый белок имеет очень сложную структуру.
Выделяют первичную, вторичную, третичную, четвертичную структуры(слайд 19).
Линейная последовательность аминокислот в составе полипептидной цепи
представляет первичную структуру белка(слайд20). Она уникальна для любого
белка и определяет его форму, свойства и функции. Вторичная структура белков
возникает в результате образования водородных связей между группами- СООН и –
NH2, разных аминокислотных остатков полипептидной цепи(слайд 21). Третичная
структура представляет собой причудливую., но для каждого белка специфическую
конфигурацию – глобулу, имеющую вид клубка (слайд 22). Четвертичная
структура(слайд23) характерна не для всех белков. Она возникает в результате
соединения нескольких глобул в сложный комплекс.
7. Пищевая ценность белков. Содержание белка в продуктах
питания. Потребность в белках.
Учитель: Белок- важный компонент пищи человека. Основные источники
пищевого 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. Для оценки белкового обмена введено
понятие белкового баланса. В зрелом возрасте у здорового человека существует
азотное равновесие, т.е. количество азота, полученного с булками пищи, равно
количеству выделяемого азота. В молодом, растущем организме идет накопление
белковой массы, поэтому азотный баланс будет положительный, т.е. количество
поступающего азота превышает количество выводимого из организма. У людей
пожилого возраста, а также при некоторых заболеваниях наблюдается
отрицательный азотный баланс. Длительный отрицательный азотный баланс ведет к
гибели организма.
Необходимо помнить, что некоторые аминокислоты при тепловой обработке,
длительном хранении продуктов могут образовывать неусваиваемые организмом
соединения, т.е. становиться « недоступными». Это снижает ценность белка.
Животные и растительные белки усваиваются организмом неодинаково. Если белки
молока, молочных продуктов , яиц усваиваются на 96%, мяса и рыбы- на 93-95%, то
белки хлеба- на 62-86%,овощей- на 80%, картофеля и некоторых бобовых- на 70%.
Однако смесь этих продуктов может быть биологически более полноценной. На
степень усвоения организмом белков оказывает влияние технология получения
пищевых продуктов и их кулинарная обработка. При умеренном нагревании
пищевых продуктов , особенно растительного происхождения, , усваиваемость
белков несколько возрастет. При интенсивной тепловой обработке усваиваемость
снижается. Суточная потребность взрослого человека в белке разного вида – 1- 1,5 г
на 1 кг массы тела , т.е. приблизительно 85-100г. Доля животных белков должна
составлять приблизительно 55% от общего его количества в рационе.
Содержание белка в продуктах питания(слайды24-28)
Название Содержание Название
Содержание
продукта белка
продукта
Белка
Мясо
18-22%
Горох
26%
Сыр
20-36%
Картофель
1,%-2%
Рыба
17-20%
Ржаной хлеб 7,8%
Яйца
13%
Яблоки
0,3-0,4%
Молоко
3,5%
Капуста
1,6%
Рис
8%
Морковь
0,8-1%
Пшено
10%
Макароны
9-13%
Свекла
1.6%
Гречневая
11%
крупа
Учитель: Белки, распадаясь в организме , так же, углеводы и жиры, источником
энергии. Энергия, полученная при распаде белков, может быть без всякого ущерба
для организма компенсирована энергией распада жиров и углеводов. Однако очень
важно, что организм человека и животных не может обходиться без регулярного
поступления белков извне.
Опыт показывает, что даже довольно длительное выключение жиров и углеводов из
питания животного не вызывает тяжелого расстройства здоровья. Но прием в
течении нескольких дней пищи, не содержащей белков, приводит к серьезным
нарушениям, а продолжительное безбелковое питание кончается смертью
животного.
Без белков или их составных частей- аминокислот- не может быть обеспечено
воспроизводство основных структурных элементов органов и тканей, а также
образование ряда важнейших веществ, как, например, ферментов и гормонов.
Содержание белка в пищевом рационе взрослого человека, необходимое для
поддержания азотистого равновесия
Источника белка
Потребность
В белках
Яичный белок
19,9%
Говядина
26,0%
Молоко
27,6%
Картофель
30,0%
Хлеб из пшеничной муки 67,0%
Учитель: Ученые пришли к выводу, что взрослый человек должен потреблять
ежедневно при трате энергии в 1500 ккал белка. Эти нормы соответствуют
умственную труду или труду физическому. Растущий организм испытывает
потребность в белке в зависимости от возраста. Потребность человека в белке
зависит от его возраста, пола, характера трудовой деятельности. В организме
здорового взрослого человека должен быть баланс между количеством
поступающих белков и выделяющимися продуктами их распада. Изучение
аминокислотного состава различных продуктов показало, что белки животного
происхождения больше соответствует структуре человеческого тела. Более того,
аминокислотный состав белков яиц был принят за идеальный, поскольку их
усвоение организмом человека приближается к 100%. Многие растительные
продукты, особенно злаковые, содержат белки пониженной биологической
ценности: в кукурузе, например, обнаружен дефицит лизина и триптофана, в
пшенице- лизина и треонина.
Недостаток белков в питании вызывает у детей замедление роста и развития, у
взрослых - глубокие изменения в печени нарушение деятельности желез внутренней
секреции, изменение гормонального фона, ухудшение усвоение питательных
веществ, проблемы с сердечной мышцей, ухудшение памяти и работоспособности.
Всё это связанно с тем, что белки участвуют практически во всех процессах
организма. Также дефицит белка уменьшает устойчивость организма к инфекциям,
так как снижается уровень образования антител.
Если количество белка в рационе незначительно превышает необходимое для
поддерживания азотистого баланса, то вреда от этого нет. Избыток аминокислот в
данном случае просто используется как источник энергии. Например, эскимосы,
которые потребляют мало углеводов и примерно в десять раз больше белка, чем
требуется для поддержания азотистого баланса.
Однако для большинства людей при отсутствии интенсивных физических нагрузок
потребление более 1,7г на кг веса может привести к неблагоприятным
последствиям. Избыточное поступление белков с пищей не приносит пользу,
поскольку они не могут накапливаться в организме.
Для удовлетворения потребностей организма существенным является не только
количество, но и качество белков в пище. Различные белки отличаются друг от
друга процентным содержанием аминокислот. В зависимости от аминокислотного
состава организму требуется одного белка больше, а другого меньше. В этом
смысле можно говорить о различной биологической ценности белков.
Биологическая ценность белка определяется также степенью усвоения его
организмом. Белки, находящиеся в продуктах питания, потребляемых человеком.,
содержат в тех или иных количествах все аминокислоты.
Как же происходит расщепление белков в организме человека?(слайд29). Белки
начинают перевариваться в желудке. На питательные вещества действуют
ферменты пепсин и трипсин. Полное расщепление происходит в тонком кишечнике.
На превращение влияет поджелудочный сок. Аминокислоты всасываются в кровь,
переносятся потоком крови сначала в печень, а потом во все клетки.
7.Значение белков в природе и жизни человека(слайды 30-32)
Учитель: Белки - обязательная составная часть всех живых клеток - играют
исключительно важную роль в живой природе, являются главным, наиболее
ценным, незаменимым компонентом питания. Это связанно с той ролью, которую
они играют в процессах развития и жизни человека. Белки являются основой
структурных элементов и тканей, поддерживают обмен веществ и энергии,
участвуют в процессах роста иммунных реакций, необходимы для
функционирования всех органов и систем организма.
Используемая литература
О.С.Габриелян, И.Г.Остроумов – Настольная книга учителя химии С. 406 - 413
Аминокислоты – это анаболики! Сила и красота. -1997., № 7. С. 88.
Сила и красота. – 1998., № 4 – С.98.