Поурочные разработки
реклама
Толпыго Ольга Витальевна Ушумунская МСОШ, Магдагачинский район, Амурская область Общая биология Учебник для 10-11 классов под редакцией Д.К. Беляева, 1997 (базовый уровень преподавания) ЗАЯВКА участника Конкурса «Учитель - Учителю» (в номинации «Урок Просвещения») 1. Толпыго Ольга Витальевна, учитель биологии Ушумунской муниципальной средней общеобразовательной школы 2. 676135 Амурская область, Магдагачинский район, п. Ушумун, пер. Школьный, 16 тел. 94-3-51 [email protected] 3. 676135 Амурская область, Магдагачинский район. п. Ушумун, ул. Шуменко, 19 кв. 65 [email protected] 4. Согласна 5. О Конкурсе узнала из газеты для учителей «Открытый урок» 6. 10 сентября 2007 г. Глава «Химический состав клетки» Материал главы формирует знания о химическом составе клетки, значении для клетки неорганических и органических соединений. Изучаются важнейшие группы органических соединений – углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты и низкомолекулярные органические соединения. Дается характеристика важнейшим свойствам и функциям этих веществ. Распределение материала по урокам: 1-й урок. Вещество, которое создало нашу планету 2-й урок. Неорганические вещества в живых организмах 3-й урок. Строение, свойства и функции углеводов 4-й урок. Жиры и липиды 5-6-й урок. Строение и свойства белков 7-й урок. Почему мы не похожи друг на друга 8-й урок. ДНК и РНК – биологические полимеры 9-й урок. АТФ 10-й урок. Углерод – основа всей живой природы Тема: Вещество, которое создало нашу планету Цель: Расширить представление школьников о физико-химических свойствах воды. Задачи: 1. Рассмотреть особенности строения молекул воды в связи с ее важнейшей ролью в жизнедеятельности клетки. 2. Раскрыть роль воды в формировании климата на нашей планете. 3. Показать значение воды в жизни живых организмов. Оборудование: Стакан с водой, лезвие безопасной бритвы, фотографии водомерки, жука-вертячки, личинок комара (Фарб П. Насекомые. М.: Мир, 1976 с. 156-159), таблица «Строение молекулы воды», мультимедийная презентация Структура урока 1. Организационный момент 2. Целеполагание и мотивация 3. Актуализация 4. Рефлексия 5. Домашнее задание Ведущий. «Вода! Ты не имеешь ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать. Тобой наслаждается человек, не понимая, что ты есть на самом деле. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни, ты - сама жизнь. Ты везде и всюду даешь ощущение блаженства, которое нельзя понять ни одним из наших органов чувств. Ты возвращаешь нам силу. Твое милосердие заставляет ожить высохшие источники нашего сердца. Ты - самое большое богатство в мире. Ты богатство, которое легко можно спугнуть, но ты даешь нам такое простое и драгоценное счастье», - этот восторженный гимн воде написал французский писатель и летчик Антуан де Сент-Экзюпери, которому пришлось испытать на себе муки жажды в раскаленной пустыне. Этими замечательными словами мы начинаем урок, целью которого является расширить представление о воде - веществе, которое создало нашу планету. (Представление участников пресс-конференции: климатолог, биолог, физик, химик, историк) Когда астроном направляет телескоп на одну из планет, соседок Земли, его всегда волнует, есть ли там вода и кислород. Интерес этот не случаен. Ведь именно вода создала Землю, сделала нашу планету такой, как сейчас. Вероятно, мало кто из вас задумывается над удивительными свойствами воды, и это, пожалуй, понятно: ведь вода повсюду окружает нас. Вода занимает 75% поверхности Земли. (слайд 1) Даже тело человека на 75 - 80% состоит из воды. (слайд 2) Ну а обычное никогда не кажется удивительным. Однако сама эта обыденность необычна. Вода - единственное вещество на Земле, которое может находиться в 3 агрегатных состояниях. Климатолог. Вода создала климат Земли. Если бы не она, наша планета давно бы остыла и жизнь на ней угасла. Теплоемкость воды необычайно высока. Нагреваясь, она поглощает очень много тепла, зато, остывая, возвращает его обратно. Океаны, моря, все другие водохранилища нашей планеты и водяные пары воздуха выполняют роль аккумуляторов тепла: в теплую погоду они поглощают, а в заморозки отдают тепло, согревая воздух и все окружающее пространство. Космический холод давно бы проник на Землю, если бы она не была одета в теплую шубу. Шуба - это атмосфера планеты, а роль теплой ваты выполняют водяные пары. Над пустынями, где водяных паров в воздухе очень мало, в этой шубе есть дыры. Здесь Земля, ничем не защищенная от Солнца, днем сильно нагревается, а за ночь успевает остыть. Вот почему в пустынях происходят такие резкие колебания температуры. Ведущий. Все же Земля, в конце концов, непременно бы замерзла, если бы вода не обладала еще одним поразительным свойством. Как известно, при охлаждении почти все вещества сжимаются и только вода расширяется. Если бы она сжималась, лед был бы тяжелее воды и тонул. (слайд 3) Постепенно вся вода превратилась бы в лед, и Земля оказалась бы одетой в легонький плащ из газовой атмосферы, лишенной водяных паров. Физик. Еще одно удивительное свойство воды - ее необычайно высокая скрытая теплота плавления и испарения. Лишь благодаря этому возможна жизнь в жарком климате. Только испаряя воду (т.е. отдавая большое количество тепла), животным и человеку удается сохранять температуру своего тела значительно ниже температуры окружающего воздуха. Ведущий. Вода занимает совершенно исключительное положение в природе еще и потому, что без нее была бы невозможна жизнь. Живое вещество образовалось в первобытных морях. И с тех пор все химические реакции в каждой клеточке тела любого животного или растения протекают между растворенными веществами. Физик. Из всех удивительных свойств воды наименее известна, вероятно, ее способность образовывать чрезвычайно прочную поверхностную пленку, возникающую благодаря очень сильному взаимному притяжению молекул ее самых верхних слоев. Сила поверхностного натяжения воды настолько велика, что может удержать предметы, которые, казалось бы, плавать не должны. Если осторожно положить на поверхность воды стальную иголку или лезвие безопасной бритвы так, чтобы неловким движением не разорвать пленку, эти предметы не утонут. (Демонстрация опыта) Биолог. Жизнь многих насекомых связана с поверхностной пленкой. Водомерки живут только на поверхности воды, никогда в нее не погружаясь и не выходя на сушу. (слайд 4) Они не способны ни нырять, ни плавать, и умеют лишь скользить по водной глади на своих широко расставленных лапках, как лыжники по поверхности снега. Воды касаются только самые кончики лапок, густо покрытые волосками. Поверхностная пленка прогибается под тяжестью водомерок, но никогда не рвется. Личинки комаров, водяные жучки, различные улитки прикрепляются к водяной пленке снизу. Улитки не только держаться за нее, но могут по ней ползать ничуть не хуже, чем по поверхности любого твердого предмета. (Демонстрируются фотографии) Физик. Ученые давно заметили, что, чем чище вода, тем больше нужно усилий, чтобы разорвать ее поверхностную пленку. Молекулы растворенных в воде веществ (в первую очередь газов), вклиниваясь между молекулами воды, делают ее менее прочной. Очищенная вода, конечно, не полностью обладает удивительной прочностью. Чтобы разорвать столбик диаметром 2,5 см, нужно приложить силу около 900 кг. Примерно такова прочность некоторых сортов стали. Однако и это не предел. Если бы на Земле существовало озеро чистой воды, по его поверхности можно было бы ходить и даже скользить на коньках, как по настоящему крепкому льду. Ведущий. Знаете ли вы, почему почти все тела при нагревании расширяются? Это нетрудно понять. Движение молекул, из которых состоит тело, усиливается. Им становится тесно, они часто налетают друг на друга, расталкивая своих соседей, и тело расширяется. Почему же вода ведет себя иначе? Химик. Уникальные свойства воды объясняются структурой ее молекул и определяют ее биологические функции. Из курса химии известно, что формула молекулы воды Н2О. Она состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода и при этом электронейтральна. (слайд 5) Но электрический заряд внутри молекулы распределен неравномерно: в области атомов водорода (точнее протонов) преобладает положительный заряд, в области, где расположен кислород, выше плотность отрицательного заряда. Следовательно, частица воды — диполь. (Демонстрируется таблица) Вследствие того, что электронные облака атомов водорода в молекуле воды оттянуты к атому кислорода, ядра водородных атомов способны взаимодействовать с неподеленными парами электронов атомов кислорода соседних молекул воды, т.е. между молекулами воды образуются водородные связи. Каждая молекула воды имеет два атома водорода и две неподеленные пары электронов, значит, она может образовывать водородные связи с четырьмя соседними молекулами воды. Таким образом, молекулы воды соединяются в удвоенные, утроенные и так далее ассоциированные молекулы (гидраты). В итоге, в жидком состоянии вода состоит из отдельных молекул и ассоциантов типа (Н2О)х. Способность молекул воды к образованию водородных связей друг с другом существенно влияет на физические свойства этого вещества. Большая теплоемкость, теплота плавления и теплота парообразования воды объясняются тем, что большая часть по- глощаемого тепла расходуется на разрыв водородных связей между молекулами. Когда температура воды понижается, и тепловые движения молекул уменьшаются, отдельные молекулы начинают объединяться, как бы протягивая друг другу руки: два протона притягивают к себе по электрону из соседних молекул, а их собственные электроны притягиваются протонами соседей. Каждая молекула воды оказывается связанной с четырьмя другими. Образуется очень красивая ажурная кристаллическая сетка с такими большими пустотами внутри, что в каждой из них свободно могла бы разместиться молекула воды. При повышении температуры тепловые движения усиливаются, связи между молекулами рвутся, лед тает. Оторвавшиеся молекулы проваливаются в пустоты, и объем воды уменьшается. Вода способна к когезии, т.е. к сцеплению своих молекул под действием сил притяжения. Вода способна слипаться сама с собой и с другими веществами (можно, например, воду налить в стакан «с верхом» и она не прольется). Это возможно благодаря поверхностному натяжению воды, из-за которого ее поверхность как бы покрыта «кожицей». Эти физические особенности воды позволяют ей выполнять важную биологическую функцию — определение физических свойств клетки: ее объема и упругости. У круглых червей вода полостной жидкости играет роль гидростатического скелета, выполняя опорную функцию. Вода - хороший растворитель. Любые полярные соединения в воде гидратируются (окружаются молекулами воды), при этом молекулы воды участвуют в образовании структуры молекул органических веществ. Если, энергия притяжения молекул воды к молекулам какого-либо вещества больше, чем энергия притяжения между молекулами самого вещества, то вещество растворяется в воде. Ведущий. В последнее время средства массовой информации большое внимание стали уделять вопросу использования замороженной воды для нормализации жизненных процессов. А как на эти невидимые глазу льдинки реагируют организмы? Биолог. Тут ученым пришлось вспомнить множество давно известных, но малопонятных фактов, которым раньше не придавали большого значения. Например, почему в зоне таяния льда бурно растут микроорганизмы? Почему яйца и куколки многих насекомых, живущих в умеренных широтах, нуждаются в сильном охлаждении и без этого не развиваются? Или еще: почему детеныши животных и птиц, которым дают талую воду, быстрее растут и реже болеют? Может быть, не случайно у многих животных детеныши рождаются ранней весной, а птицы из далекой Африки или Индии прилетают выводить птенцов к нам на север? Ведущий. У всех этих, казалось бы, разрозненных загадок появилось теперь связующее звено: холод, лед, талая вода. Живой организм замораживает значительную часть содержащейся в нем воды! Вот где разгадка благотворного влияния холода и талой воды: лед для организма совершенно необходим, вода становится живой, когда заморожена. Биолог. Возможно, одна из причин старения организма — накопление большого количества поврежденных молекул. Если это предположение правильно, то омолаживать организм можно было бы, снабжая его достаточным количеством льдинок. Для этого нужно или сильно понизить температуру организма, чтобы в нем начали образовываться отдельные льдинки, или использовать льдинки готовые - отсюда благоприятное действие талой воды. Поэтому употребление даже просто некипяченой воды для организма полезнее, чем кипяченой. Ведущий. С благотворным влиянием замороженной воды мы немного разобрались. Но хотелось бы знать, откуда взялось выражение «мертвая вода»? Историк. Шла Вторая мировая война. Среди грозных событий тех дней три, очень таинственных, остались неизвестными или не привлекли особого внимания. Первое произошло во Франции. 16 мая 1940 года, когда фашистские войска рвались к Парижу, два французских ученых из лаборатории Жолио-Кюри пробирались на юг Франции. Они везли в запаянных контейнерах 185 кг. воды. На борту судна соорудили плот и к нему прочно прикрепили все контейнеры с водой. И если бы вражеские подводные лодки потопили судно, вода бы не погибла. Однако путешествие прошло благополучно, и груз целым и невредимым был доставлен в Англию. Второе таинственное событие произошло в оккупированной фашистами Дании. В ночь на крохотном судне бежал в Швецию известный физик Нильс Бор. Наиболее ценным предметом его багажа была бутылка пива, которую он охранял как зеницу ока. Однако бутылка из-под пива использовалась лишь для маскировки, внутри была чистейшая вода. Не менее таинственным было и событие, происшедшее в Норвегии. В 1942 году на маленький норвежский городок Рьюкан совершили налет английские парашютисты-десантники. Цель этой загадочной операции долго оставалась тайной. Только после окончания войны выяснилось, что рискованное мероприятие было предпринято для уничтожения маленького заводика и хранящегося там 400-литрового запаса воды. Истинной причиной всех этих непонятных событий была тяжелая вода. Физик. О существовании ее узнали сравнительно недавно. Около 70 лет назад американский ученый Юри обнаружил, что кроме обычного, существует еще тяжелый водород, атомы которого весят в два раза больше нормальных. Это так поразило ученых, что новому водороду присвоили название дейтерий, словно это был не водород, а совсем иное вещество. Позже выяснили, что существует еще более тяжелый водород, названный тритием, и открыли два вида тяжелого кислорода. Из разных комбинаций атомов этих веществ и строятся молекулы воды. Поэтому любая вода представляет собой смесь 18 различных соединений, и 17 из них -разновидности тяжелой воды. Ведущий. Что же представляет собой тяжелая вода? Физик. Лучше всего изучена вода, в молекулы которой включен дейтерий. По цвету, запаху, вкусу она ничем не отличается от обычной воды, но совершенно не пригодна для питья. Вот так совершенно неожиданно воскресли народные предания о живой и мертвой воде. Тяжелая вода в самом прямом смысле оказалась мертвой. Ведущий. Сегодня мы с вами еще раз вспомнили об уникальных свойствах воды, и убедились в том, что для их изучения необходимо было объединение таких наук, как физика, химия и биология. Вода — самая удивительная жидкость на Земле, свойства которой превосходят всякую фантазию. Домашнее задание: Найти в литературных произведениях примеры описания свойств и качеств воды, ее биологического значения. Тема: Неорганические вещества в живых организмах Цель: На конкретных примерах показать значение неорганических веществ в жизни организмов. Задачи: 1. Раскрыть роль катионов и анионов в жизнедеятельности клетки. 2. Доказать, что количественные характеристики влияют на качественные свойства элементов и их соединений. Оборудование: Рисунок, изображающий расположение внутренних органов человека (по количеству учащихся в классе) Структура урока 1. Организационный момент 2. Целеполагание и мотивация 3. Актуализация 4. Осознание и осмысление информации 5. Первичное усвоение материала 6. Домашнее задание «Все есть яд, и ничего не лишено ядовитости; одна лишь доза делает яд незаметным». Парацельс Все клетки, независимо от уровня организации, сходны по химическому составу. В клетке содержится несколько тысяч веществ, которые участвуют в различных химических реакциях. В живых организмах обнаружено около 80 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева. По количественному содержанию в живом веществе элементы делятся на три категории: - макроэлементы (О, С, Н, N, K, Na, Ca, Mg, S, P, Cl, Fe); - микроэлементы (Zn, Mn, Cu, Co, Mo и многие другие); - ультрамикроэлементы (Au, U, Ra и др.) Макро- и микроэлементы присутствуют в живой материи в виде различных соединений, которые подразделяются на органические и неорганические. К неорганическим веществам относится вода и минеральные вещества. Между организмом и окружающей средой постоянно происходит обмен веществ. Сегодня твердо установлено, что для живых организмов, в том числе и для человека необходимы, по крайней мере, 10 металлов, среди которых Fe, Cu, Mg, Co, Zn, Mg, Na, К, Са и др. Их называют металлами жизни. Содержание большинства из них ничтожно мало. Но отсутствие такого микроэлемента приводит к недугам. В нашем организме содержатся почти те же элементы, которые наиболее распространены и в космосе, и в земной коре. О некоторых из них и пойдет речь на уроке. «В наших жилах - кровь, а не водица», - писал В.Маяковский. Слово «руда» когда-то означало кровь. Сегодня мы знаем, что и крови, и руде цвет придает железо, которое содержится в эритроцитах. Недостаток железа вызывает малокровие. Насчитывается несколько сот разновидностей этой самой распространенной болезни крови. Вместе с кровью уходит жизнь. Кровь стали отождествлять со здоровьем, с жизненной силой. В народе считалось, что бледный, хилый человек малокровный. Бледность действительно первый симптом анемии. В обширном арсенале средств современной медицины железо остается неизменным компонентом при лечении малокровия. «Но применение меди скорей, чем железа узнали: Легче ее обработка, а также количество больше. Медью и почву земли бороздили, и медью волнение Войн поднимали, и медь наносила глубокие раны; Ею скот и поля отнимали: легко человекам Вооруженным в бою безоружное все отдавалось». Тит Лукреций Кар Патологическое увеличение уровня меди известно как болезнь Вильсона, названная так по имени английского врача, впервые его описавшего. Количество меди меняется при инфекционных заболеваниях мозга, таких, например, как энцефалит. Уровень меди связан и с шизофренией и эпилепсии. Препараты меди уже с успехом применяют для снижения возбудимости при психических заболеваниях. Медь входит в состав меланина, вызывающего пигментацию кожи. Врожденное отсутствие пигментации называется альбинизмом. Чрезмерное действие фермента, входящего в состав меланина, вызывает раковое заболевание кожи, особенно в области родимых пятен. С патологическим обменом меди связано сравнительно редкое, но очень тяжелое заболевание красная волчанка. Медь также связана с действием ряда витаминов, таких как В6, С. Поделки из нефрита ценились высоко, особенно в средние века, когда свято верили в магическую и целебную силу камней. Вот, например, один из рецептов 12 в.: «Если кто-нибудь носит на пальце перстень с нефритом, это предохраняет его от удара молнии. Если повесят его как талисман на шею, это предохранит от заболевания желудка». Особое значение магний имеет для состояния сердечно-сосудистой системы. Недостаток способствует возникновению инфаркта миокарда. Переутомление и раздражение также зависят от содержания магния: в крови уставших людей концентрация его падает ниже нормы. Любопытный факт установлен статистикой: жители районов с теплым климатом меньше подвержены спазмам сосудов, чем северяне. Это объясняется тем, что южане в большем количестве употребляют овощи и фрукты, содержащие магний. Средневековые саксонские рудокопы своими заклятыми врагами считали зловредных гномов-кобольдов. Настоящая тайна кобальта была связана со страшной болезнью - злокачественным малокровием. Врачи так и называли это заболевание парнициальная анемия, от латинского слова «гибельный». У больных, страдавших анемией, снижалось выделение желудочного сока. Лишь после того, как было изучено строение витамина В12 и определено содержание в нем кобальта, заболевание это стало излечиваться. «В Европе и Америке миллионы людей болеют диабетом, и тысячи из них умирают. Дети, внезапно пораженные диабетом, превращаются в чахлых карликов и гибнут. Молодые мужчины и женщины гибнут во цвете лет, мучимые жаждой, которую они не могут утолить, и голодом, который не могут насытить» (Поль де Крайф) Сейчас на земном шаре диабетом страдают миллионы людей. Диабет возникает при недостатке в организме инсулина. Последний был открыт в 1921 году, и в его составе обнаружили цинк. Сейчас уже убедительно доказана необходимость его для функции эндокринных желез, для синтеза белка, клеточного деления; роль в развитии цирроза печени, лейкемии, атеросклероза, скелета. Увеличение количества цинка приводит к развитию опухолевых тканей, а недостаток замедляет рост. Молибден в малых дозах стимулирует образование гемоглобина, в больших — тормозит этот процесс. Увеличение количества связано с подагрой - отлагаются соли, деформируются суставы, затрудняется передвижение. Повышенное содержание молибдена в нашей коже -пока загадка. Я - мел, который морем был И рыб и птиц имел и побелел. Я меловой период. В глубине Есть отпечатки времени на мне. С. Кирсанов Медики установили: чем мягче питьевая вода, тем чаще встречаются сердечнососудистые заболевания. Особая роль принадлежит кальцию в механизме сердечных сокращений. Для процессов жизнедеятельности клетки наиболее важны катионы калия, натрия, кальция, магния, анионы HPO42-, Cl-, HCO3 -. Концентрации ионов в клетке и среде ее обитания различны. Например, во внешней среде К+ всегда меньше, а Na+ всегда больше, чем в клетке. Существует ряд механизмов, позволяющих клетке поддерживать определенное соотношение ионов в протопласте и внешней среде. Различные ионы принимают участие во многих процессах жизнедеятельности клетки: катионы необходимы для нормального функционирования многих ферментов; буферные свойства клетки поддерживаются анионами слабых кислот (HPO42-, HCO3 -) и слабыми кислотами H2CO3. Организму для нормальной жизнедеятельности неорганические вещества необходимы в определенных количествах, и их недостаток так же вреден, как и избыток. Некоторые неорганические соединения используются в медицине для поддержания нормальной жизнедеятельности организма. Предлагаю вам решить несколько задач на эту тему. Задача 1. При некоторых заболеваниях в кровь вводят 0,85-процентный раствор поваренной соли, называемый физиологическим раствором. Вычислите: а) сколько граммов воды и соли нужно взять для получения 5 кг физиологического раствора; б) сколько граммов соли вводится в организм при вливании 400 г физиологического раствора. Задача 2. В медицинской практике для промывания ран и полоскания горла применяется 0,5-процентный раствор перманганата калия. Какой объем насыщенного раствора (содержащего 6,4 г этой соли в 100 г воды) и чистой воды необходимо взять для приготовления 1 л 0,5-процентного раствора (ρ = 1 г/см3). Человек — он ведь тоже природа, Он ведь тоже закат и восход. И четыре в нем времени года, И особый в нем музыки ход. И особое таинство цвета, То с жестоким, то с добрым огнем. Человек - он зима. Или лето. Или осень с грозой и дождем. И какая в нем брезжит погода? Сколько в нем одиночества? Встреч? Человек - он ведь тоже природа... Так давайте природу беречь! С. Островой Домашнее задание: На рисунках, изображающих расположение внутренних органов человека, показать знаками местонахождение различных химических элементов и минеральных веществ. Строение, свойства и функции углеводов Тема: Цель: Расширить знания учащихся о химическом составе внутриклеточной среды, о строении и значении в жизни клетки углеводов. Задачи: 1. Познакомить учащихся с классификацией углеводов. 2. Продолжить развитие у школьников умения выявлять связь между составом, строением молекулы органического вещества и его функциями в клетке. 3. Убедить школьников в том, что углеводы играют очень большую позитивную роль в жизни клетки. Оборудование: Пробирки, 1-процентный раствор глюкозы, 10-процентный раствор гидроксида натрия, 5-процентный раствор медного купороса, крахмальный клейстер, йод, крахмал, компьютерная презентация Структура урока: 1. Организационный момент 2. Целеполагание и мотивация 3. Актуализация 4. Первичное закрепление материала 5. Осознание и осмысление информации 6. Домашнее задание Углеводы — самые распространенные на Земле органические вещества. Они содержатся в клетках всех живых организмов. Название «углеводы» произошло потому, что первые известные вещества этого класса состояли как бы из углерода и воды. Общая их формула Cn(H2O)m. У большинства углеводов число атомов водорода в 2 раза превышает количество атомов кислорода. (слайд 1) Позднее были найдены углеводы, не отвечающие этой общей формуле, но название «углеводы» сохранилось. В животных клетках углеводов немного: 1-2, иногда до 5% (например, в клетках печени). Растительные клетки, напротив, богаты углеводами — там их содержание достигает 90% сухой массы. Углеводы, или сахариды, по особенностям строения делятся на три группы. (По ходу объяснения учителя дети заполняют схему в тетради) Углеводы Моносахариды 1. 2. 3. Олигосахариды 1. 2. 3. Полисахариды 1. 2. 3. Моносахариды (монозы, или простые сахара) — состоят из одной молекулы и представляют собой твердые кристаллические вещества, бесцветные и хорошо растворимые в воде. (слайд 2) Почти все они обладают приятным сладким вкусом. Моносахариды можно рассматривать как производные многоатомных спиртов (в простейшем случае — глицерина). При окислении глицерина получаются два простейших моносахарида — глицериновый альдегид и диоксиацетон, которые играют важную роль в обмене веществ в клетке. В неразветвленном скелете моносахарида все атомы углерода, кроме одного, связаны с гидроксильными группами (—ОН), а один — с карбонильным кислородом (=0). Если карбонильная группа находится в конце цепи, то моносахарид представляет собой альдегид (как, например, глицериновый) и называется альдозой, при любом другом положении этой группы он является кетоном (например, диоксиацетон) и называется кетозой. Моносахариды существуют также и в виде замкнутых циклических форм, которые образуются в результате реакции спиртовой и альдегидной (или кетонной), групп внутри самой молекулы. Из тетроз в процессах жизнедеятельности наиболее важна эритроза. Этот сахар в растениях является одним из промежуточных продуктов фотосинтеза. Наиболее широко распространены в животном и растительном мире пентозы и гексозы. Пентозы представлены такими важными соединениями, как рибоза (С5Н10О5) и дезоксирибоза (С5Н18О4). В дезоксирибозе около одного из атомов углерода отсутствует кислород, отсюда и название этого углевода. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав мономеров нуклеиновых кислот — ДНК и РНК, а также в состав АТФ. Из гексоз наиболее широко распространены глюкоза, фруктоза и галактоза. Их общая формула С6Н12О6. Глюкоза — виноградный сахар. (слайд 3) Она входит в состав важнейших ди- и полисахаридов. Глюкоза — первичный и главный источник энергии для клеток. Фруктоза в большом количестве встречается в плодах, поэтому ее часто называют плодовым сахаром. Особенно много фруктозы в меде, фруктах, сахарной свекле. Галактоза – пространственный изомер глюкозы. Она входит в состав лактозы — молочного сахара, а также некоторых полисахаридов. Олигосахариды (полисахариды первого порядка) составляют промежуточную группу между моносахаридами и высшими полисахаридами (полисахаридами второго порядка). Они содержат от 2 до 10 моносахаридных остатков. В зависимости от количества остатков моносахаридов (количества мономерных звеньев), входящих в молекулы олигосахаров, различают дисахариды, трисахариды и т.д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды, молекулы которых образованы двумя остатками моносахаридов. К ним относятся сахароза, лактоза и мальтоза. Сахароза — хорошо знакомый нам тростниковый или свекловичный сахар; о б щ а я ф о р м у л а С 1 2 Н 2 2 О 1 1 . Сахароза состоит из остатков глюкозы и фруктозы. Она чрезвычайно широко распространена в растениях (семена, ягоды, корни, клубни, плоды) и играет большую роль в питании многих животных и человека. (слайд 4) Этот дисахарид легко растворим в воде. Главное сырье для получения сахарозы — сахарная свекла и сахарный тростник. Лактоза — молочный сахар, имеет в составе глюкозу и галактозу. Этот дисахарид находится в молоке (от 2 до 8,5%) и является основным источником энергии для детенышей млекопитающих. (слайд 5) Используется в микробиологической промышленности для приготовления питательных сред. Мальтоза — солодовый сахар, состоит из двух молекул глюкозы. Мальтоза является основным структурным элементом крахмала и гликогена. Олигосахариды еще называют сахароподобными веществами. Полисахариды второго порядка, или несахароподобные сложные углеводы, в воде не растворяются, сладкого вкуса не имеют. Образуются в результате реакции поликонденсации и состоят из большого числа моносахаридов. Молекулярная масса велика и составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Важнейшими полисахаридами являются крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, муреин. Крахмал является смесью двух полимеров глюкозы: амилозы и амилопектина. Амилоза состоит из остатков глюкозы, соединенных в неразветвленную цепь. В составе амилозы — от 60 до 300 остатков глюкозы. Молекулы амилозы свернуты в спирали. Амилоза способна растворяться в горячей воде и в присутствии йода окрашивается в синий цвет. Амилопектин состоит как из линейных, так и из разветвленных цепей, образованных примерно 1500 остатками глюкозы. Амилопектин окрашивается йодом в сине-фиолетовый цвет. Количество остатков глюкозы в молекуле крахмала исчисляется несколькими тысячами. Его общая формула (С6Н10О5)п. Крахмал содержится в большом количестве, например, в клубнях картофеля, в большинстве семян и во многих плодах. Запасается крахмал в виде крахмальных зерен, наиболее крупные они у картофеля, а самые мелкие — у риса и гречихи. (слайд 6) Гликоген — полисахарид, содержащийся в тканях тела животных и человека, а также грибах, дрожжах и зерне сахарной кукурузы. Гликоген играет важную роль в превращениях углеводов в животных организмах. Он в значительных количествах накапливается в печени, мышцах, сердце и других органах. Гликоген поставляет глюкозу в кровь. Он является полимером глюкозы и по структуре напоминает амилопектин, но разветвлены его полимерные цепи сильнее. Клетчатка (целлюлоза) — главный структурный полисахарид клеточных стенок растений. В ней аккумулировано около 50% всего углерода биосферы. Клетчатка нерастворима в воде. Она представляет собой неразветвленную вытянутую цепочку моносахаридов, представленных глюкозой. Множество линейных молекул целлюлозы уложенными параллельно и «связано в пучки» водородными связями. Поперечная связь между цепями препятствует проникновению воды, поэтому целлюлоза очень устойчива к гидролизу и, следовательно, является прекрасным строительным материалом, идеально подходящим для растений. Хитин является еще одним строительным материалом, которого особенно много в наружном скелете членистоногих и в клеточных стенках грибов. Для подтверждения их химических свойств проведем лабораторную работу. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Опыт 1. Растворимость углеводов в воде В колбу или стакан со 100 мл воды присыпать 20 г глюкозы и перемешать. Тоже самое проделать с крахмалом. Опыт 2. Качественная реакция на глюкозу В пробирку налить 8 мл 1-процентного раствора глюкозы и 4 мл 10-процентного раствора гидроксида натрия. К смеси прибавить при встряхивании несколько капель 5-процентного раствора медного купороса. После появления синего окрашивания пробирку нагреть в верхней части до кипения. Опыт 3. Качественная реакция на крахмал и гликоген В стакан с крахмальным клейстером добавить несколько капель йода. Содержимое пробирки нагреть и наблюдать за происходящими изменениями. Нагревание прекратить и продолжить наблюдения. К раствору гликогена добавить 2-3 капли йода. Результаты внести в таблицу: Объекты исследования 1. Крахмал + йод 2. Гликоген + йод Наблюдаемые изменения Таким образом, углеводы — разнообразная по своему строению, а, следовательно, и по физическим и химическим свойствам, группа веществ. Это многообразие позволяет им выполнять в клетках и организмах многочисленные функции: Со многими функциями этих органических веществ мы уже познакомились выше, поэтому подчеркнем лишь главные функции углеводов. 1. Энергетическая — углеводы служат источником энергии для организма. При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж (4,2 ккал) энергии. Следует отметить, что сахара являются главным источником быстро мобилизуемой энергии, так как в процессе пищеварения они легко переводятся в форму, пригодную для удовлетворения энергетических потребностей клеток. 2.Строительная — целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, хитин обнаруживается в клеточной стенке грибов и в наружном скелете членистоногих, гликопротеиды – соединения углеводов с белками входят в состав хрящевой и костной ткани животных. 3. Запасающая – выражается в том, что крахмал накапливается клетками растений, а гликоген – клетками животных. Эти вещества служат для клеток и организмов источником глюкозы, которая легко высвобождается по мере необходимости. 4. Защитная – гепарин – ингибитор свертывания крови; слизи, выделяемые различными железами и богатые углеводами, предохраняют пищевод, кишечник, желудок, бронхи от механических повреждений, препятствуют проникновению в организм бактерий и вирусов; камеди, выделяющиеся в местах повреждения стволов и ветвей, защищают деревья и кустарники от проникновения инфекций через раны. 5. Составная часть жизненно важных веществ – входят вместе с белками в состав ферментов, ДНК, РНК, АТФ. Домашнее задание: 1 вариант Задача. В растениях встречается углевод арабиноза. Напишите структурную формулу этого углевода, зная, что состав его выражается формулой С5Н10О5 и что по строению он является альдегидоспиртом. 2 вариант Задача. «Мышечный сахар», или инозит, имеет следующее строение: Производным какого циклического углеводорода является инозит? Какие вещества, изомерные инозиту, вам известны? Тема: Жиры и липиды Цель: Расширить представления учащихся о строении и биологической роли жиров и липидов в живой материи. Задачи: 1. Продолжить углубление знаний об особенностях строения органических веществ на примере молекул жиров и липидов. 2. Способствовать развитию умения раскрывать взаимосвязь строения и функций молекул органических веществ. Оборудование: Вода, бензин, эфир, спирт, растительное масло, твердый жир, раствор судана III, раствор бромной воды, пробирки, компьютерная презентация Структура урока 1. Организационный момент 2. Целеполагание и мотивация 3. Актуализация 4. Первичное закрепление материала 5. Первичное усвоение материала Липиды — обширная группа природных органических веществ. Название их происходит от греческого слова липос — жир, так как они включают жиры (собственно липиды) и жироподобные вещества (липоиды). В каждой клетке животного или растительного организма содержится вполне определенное количество липидов. Животные жиры содержатся в молоке, мясе, подкожной клетчатке, у растений — в семенах, плодах и других органах. Растительные жиры называются маслами. В среднем содержание жира в клетках — около 5— 10% от массы сухого вещества. Существуют, однако, клетки, содержание жира в которых достигает почти 90% от сухой массы. Эти наполненные жиром клетки имеются в жировой ткани. Свободный жир можно условно разделить на две большие группы: протоплазматический (конституционный) и резервный. Протоплазматический жир участвует в построении каждой клетки. Он входит в состав мембранных внутриклеточных структур. Количество протоплазматического жира постоянно и практически не меняется ни при каких состояниях организма. Например, у человека протоплазматический жир составляет около 25% всего жира, находящегося в организме. Резервный жир представляет собой очень удобную форму консервирования энергии. Это связано с тем, что калорийность жира почти в два раза выше калорийности белков и углеводов. Количество резервного жира может меняться в зависимости от различных условий (пол, возраст, характер активности, режим питания и т.д.). У человека депо жира являются подкожная клетчатка, сальник, околопочечная капсула и др. Богаты жиром клетки мозга, спермы, яичников — в них его количество составляет 7,5—30%. В организме наряду со свободным жиром имеется большое количество жира, связанного с углеводами и белками. Липиды — органические соединения с различной структурой, но общими свойствами. По химической структуре жиры представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. R1, R2, R3 — это радикалы жирных кислот. Из них чаще всего встречаются пальмитиновая (СН3— (СН2)15—СООН), стеариновая (СН3-(СН2)6-СООН), олеиновая (СН3-(СН2)7-СН=СН-(СН2)7-СООН) жирные кислоты. Все жирные кислоты делятся на две группы: насыщенные, т.е. не, содержащие двойных связей, и ненасыщенные, или непредельные, содержащие двойные связи. Из приведенных выше формул видно, что к насыщенным кислотам принадлежат пальмитиновая и стеариновая кислоты, а к ненасыщенным — олеиновая. Свойства жиров определяются качественным составом жирных кислот и их количественным соотношением. Растительные жиры богаты непредельными жирными кислотами, они являются легкоплавкими — жидкими при комнатной температуре. Животные жиры при комнатной температуре твердые, так как содержат главным образом насыщенные жирные кислоты. Из формулы жира видно, что его молекула, с одной стороны, содержит остаток глицерина — вещества, хорошо растворимого в воде, а с другой — остатки жирных кислот, неполярные углеводородные цепочки которых в воде практически нерастворимы (атомы углерода и водорода притягивают электроны с приблизительно равной силой). Неполярные цепи жирных кислот поэтому тяготеют к неполярным органическим веществам (хлороформ, эфир, масло). Благодаря этой особенности молекулы липидов располагаются на поверхности раздела между водой и неполярными органическими соединениями или между водой и воздушной фазой, ориентируясь таким образом, чтобы их полярные части были обращены к воде. Такая ориентация молекул липидов по отношению к воде играет очень важную роль. Тончайший слой этих веществ, входящий в состав клеточных мембран, препятствует смешиванию содержимого клетки или отдельных ее частей с окружающей средой. Таким образом, липиды — небольшие молекулы с преобладанием гидрофобных свойств. В живых организмах встречаются разные липиды. По особенностям строения выделяют несколько групп липидов. /. Простые липиды (жиры, воска). Их молекулы сострят из жирных кислот в соединении с глицерином — жиры или другими одноатомными спиртами — воска. Воска образуют защитную смазку на коже, шерсти и перьях, покрывают листья и плоды высших растений, а также кутикулу наружного скелета у многих насекомых. Эти вещества очень гидрофобны. 2. Сложные липиды — состоят из глицерина, жирных кислот и других компонентов. К этой группе относятся: фосфолипиды (производные ортофосфорной кислоты, входят в состав всех клеточных мембран); гликолипиды (содержат остатки Сахаров, их много в нервной ткани); липопротеиды (комплексы липидов с белками). 3. Стероиды — небольшие гидрофобные молекулы, являющиеся производными холестерина. К ним относятся многие важные гормоны (половые гормоны и гормоны коркового слоя надпочечников), терпены (эфирные масла, от которых зависит запах растений), некоторые пигменты (хлорофилл, билирубин), часть витаминов (A, D, Е, К) и др. Охарактеризуем важнейшие биологические функции липидов. /. Строительная (структурная) — липиды принимают участие в образовании клеточных мембран. В составе мембран, находятся фосфолипиды, гликолипиды, липопротеиды. (слайд 1) Липиды также принимают участие в образовании многих биологически важных соединений. 2. Энергетическая — при их окислении выделяется большее количество энергии. При расщеплении 1 г жира до СО2 и Н2О энергии выделяется 38,9 кДж (9,5 ккал), что примерно в два раза больше по сравнению с белками и углеводами. Липиды обеспечивают 25—30% энергии, необходимой организму, 3. Запасающая — высокая калорийность и нерастворимость в воде делают жиры и масла идеальными компонентами для накопления энергии. Это особенно важно для животных, впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные миграции через местность, где нет источников питания. (слайд 2) Семена многих растений содержат жир, необходимый для обеспечения энергией прорастающего зародыша. 4. Терморегуляторная — жиры плохо проводят тепло, поэтому подкожный жировой слой теплокровных животных помогает им сохранять тепло. Например, у кита слой подкожного жира достигает 1м. (слайд 3) 5. Защитно-механическая — амортизирующие свойства подкожного жира защищают органы, например такие, как почки, от механического повреждения. 6. Каталитическая — связана с жирорастворимыми витаминами (A, D, Е, К), молекулы которых имеют липидную основу. Сами по себе витамины не обладают каталитической активностью, но они входят в состав ферментов, и без них 24 последние не могут выполнять свои функции. 7. Источник метаболической влаги — одним из продуктов окисления жиров является вода. Эта метаболическая влага очень важна для обитателей пустынь. Так, жир, которым заполнен горб верблюда, служит в первую очередь не источником энергии, а источником воды (при окислении 1 кг жира выделяется 1,1 кг воды). Поэтому некоторые животные способны не пить по 1012дней. (слайд 4) 8. Защита от обводнения и чрезмерных потерь воды — жировые выделения сальных желез помогают коже и шерсти быть водонепроницаемыми. ( слайд 5) Восковая кутикула насекомых и растений уменьшает испарение воды, т.к. вода не может пересечь нерастворимый липидный слой. 9.Привлечение опылителей — пахучими веществами растений являются производные жирных кислот, которые привлекают насекомых, опыляющих растения. (слайд 6) 10. Регуляторная —. важная группа гормонов (кортизон, эстроген, тестостерон) являются стероидами, т.е. имеют липидную основу. //. Электрическая изоляция — миелин, выделяемый шванновскими клетками, изолирует некоторые нейроны таким образом, что передача импульсов происходит значительно быстрее. 12. Участие в процессах питания — желчные кислоты и витамин D (участвует в переваривании жиров и всасывании Са2+) образуются из стероидов. Таким образом, липиды выполняют многие жизненно важные функции в клетках и организмах. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Опыт 1. В четыре пробирки налить воду, бензин, эфир, спирт и затем в каждую прилить одинаковое количество растительного масла. Полученные результаты внести в таблицу: Объекты исследования 1. Вода + растительное масло 2. Бензин + растительное масло 3. Эфир + растительное масло 4. Спирт + растительное масло Наблюдаемые изменения Сделать вывод о растворимости жиров в различных средах. Опыт 2. В пробирку с растительным маслом добавить несколько капель раствора судана III. Масло окрасится в различные оттенки красного цвета. Опыт 3. В две пробирки налить по 5 – 7 мл эфира и растворить в одной несколько капель растительного масла, а в другой – кусочек твердого жира. Прилить в каждую пробирку по 2 мл бромной воды и сильно встряхнуть. В пробирке с растительным маслом бромная вода обесцвечивается, что доказывает наличие двойной связи в молекуле растительного масла. 1. Благодаря гидрофобности молекул жира А) цитоплазма представляет собой полужидкую среду Б) они имеют высокую теплопроводность В) плазматическая мембрана обладает полупроницаемостью Г) плазматическая мембрана хорошо проницаема для воды 2. Жиры защищают организм от переохлаждения за счет их А) высокой теплопроводности В) низкой теплопроводности Б) высокой калорийности Г) гидрофобности 3. Какие функции выполняют липиды? А) структурную Г) запасающую Б) энергетическую Д) регуляторную В) теплоизолирующую Е) ферментативную 4. При полном сгорании 1 г вещества выделилось 17,6 кДж энергии. Какое вещество сгорело? А) углевод Б) липид В) или углевод, или липид – при их полном окислении выделяется 17,6 кДж энергии. Г) не углевод и не липид – при их полном окислении выделяется 38,9 кДж энергии. Тема: Строение и свойства белков (урок рассчитан на 2 часа) Цель: Углубить знания учащихся об уникальных особенностях строения и свойствах молекулы белка. Задачи: 1. Обеспечить усвоение учащимися знаний о составе и строении аминокислот, принципе их объединения в полипептидную цепь. 2. Продолжить развивать у старшеклассников умение сравнивать состав и строение различных органических соединений. 3. Способствовать формированию у школьников убежденности в познаваемости строения и состава органических веществ с помощью научных методов. Оборудование: Пробирки, вода, лизин, глицин, глутаминовая кислота, лакмус, раствор белка, 30-процентный раствор щелочи, 1-процентный раствор медного купороса, проволочные отрезки длиной по 15-20 см, куски пластилина разного цвета. Структура урока 1. Организационный момент 2. Целеполагание и мотивация 3. Актуализация 4. Первичное усвоение материала 5. Осознание и осмысление информации 6. Первичное закрепление материала 7. Домашнее задание Из органических веществ живого вещества на первом месте по количеству и значению стоят белки, или протеины (от греч. протос — основной, первичный). В составе ныне живущих на Земле организмов содержится около 1 трлн. т белков. От массы, например животной, клетки белки составляют 10—18%, т.е. половину сухого веса клетки. Белковых молекул в каждой клетке содержится, по меньшей мере, несколько тысяч. Белки — это высокомолекулярные полимеры (макромолекулы) с молекулярной массой от 6 тыс. до 1 млн. и выше. По сравнению с молекулами спирта или органических кислот белки выглядят просто великанами. Так, молекулярная масса инсулина — 5700, яичного альбумина - 36 000, миозина - 500 000. В состав белков входят атомы С, Н, О, N, S, Р, иногда Fe, Cu, Zn. Для выяснения химического строения белков знаний их элементарного состава недостаточно. Например, эмпирическая формула гемоглобина — C3032H4816O872S8Fe4 — ничего не говорит о характере расположения атомов в молекуле. Необходимо познакомиться с особенностями строения белковых молекул подробней. По своей химической природе белки являются непериодическими полимерами. Мономерами белковых молекул являются аминокислоты. Вообще аминокислотой можно назвать любое соединение, содержащее одновременно аминогруппу (—NH2) и группировку органических кислот — карбоксильную группу (-СООН). Число возможных аминокислот очень велико, но белки образуют только 20 так называемых золотых, или стандартных, аминокислот (8 из них являются незаменимыми, т.к. не синтезируются в организмах, животных и человека). Именно сочетание этих 20 9 аминокислот и дает все многообразие белков. После того как молекула белка собрана, некоторые аминокислотные остатки в ее составе могут подвергаться химическим изменениям, так что в «зрелых» белках можно обнаружить до 30 различных аминокислотных остатков (но строятся все белки исходно все равно только из 20!). Аминокислоты, образующиеся в результате модификации стандартных аминокислот уже после их включения в полипептидную цепь, называются нестандартными. В клетке находятся свободные аминокислоты, составляющие аминокислотный фонд, за счет которого происходит синтез новых белков. Этот фонд пополняется аминокислотами, постоянно поступающими в клетку вследствие расщепления пищеварительными ферментами белков пищи или распада собственных запасных белков. В зависимости от аминокислотного состава белки бывают полноценными, содержащими весь набор аминокислот, и неполноценными, в составе которых отсутствуют какие-то аминокислоты. группа —NH2 а в верхней — карбоксильная группа — СООН. Группа —NH2 имеет основные свойства, группа — СООН — кислотные свойства. Таким образом, аминокислоты — амфотерные соединения, совмещающие свойства кислоты и основания. Аминокислоты отличаются своими радикалами (R), в роли которых могут быть самые разные соединения (работа с рисунками учебника с. 17-20). Это обусловливает большое разнообразие аминокислот. Амфотерными свойствами аминокислот обусловлена их способность взаимодействовать друг с другом. Две аминокислоты соединяются за счет реакции конденсаций в одну молекулу путем установления связи между углеродом кислотной и азотом основной групп с выделением молекулы воды. В основном же белки, входящие в состав живых организмов, включают в себя сотни и тысячи аминокислот (чаще всего от 100 до 300), поэтому их называют полипептидами. Аминокислоты в составе белковой полипептидной цепи называют аминокислотными остатками. Пептиды различаются числом, природой, порядком или последовательностью своих аминокислотных остатков. Их можно сравнить со словами разной длины, в написании которых использован алфавит, состоящий из 20 букв. Из 20 аминокислот можно теоретически получить 10 20 возможных вариантов цепей, длиной каждая не менее чем 10 аминокислотных остатков. Белки же, выделенные из живых организмов, образованы сотнями, а иногда и тысячами аминокислотных остатков. В этом кроется источник бесконечного разнообразия белковых молекул, что является важной предпосылкой эволюционного процесса. Как показало изучение свойств белков в растворах, макромолекулы белков имеют форму компактных шаров (глобул) или вытянутых структур — фибрилл. Исследования показали, что в укладке пептидной цепи нет ничего случайного или хаотичного. Она свертывается упорядоченно, для каждого белка определенным образом. Полярные боковые группы аминокислот стремятся расположиться на поверхности глобулы, где могут взаимодействовать с водой, а неполярные группы располагаются внутри. Для того, чтобы разобраться в замысловатой укладке (архитектонике) белковой макромолекулы, следует рассмотреть в ней несколько уровней организации. Первичной структурой белков называется полная последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. (Нанизать на проволоку кусочки пластилина, скатанные в шарики. Цветовое сочетание на усмотрение учащихся.) Она определяется генотипом, т.е. генами организма. В первичной структуре все связи между аминокислотными остатками являются ковалентными и, следовательно, прочными. Разные белки отличаются друг от друга по первичной структуре: кератин имеет одну последовательность аминокислот, пепсин — другую, соматотропин (гормон роста) — третью и т.д. В первичной структуре белка можно различить N-конец цепочки, содержащий свободную NH2 –группу, и С-конец, содержащий свободную СООН-группу. Первым белком, у которого была выявлена аминокислотная последовательность, стал гормон инсулин. Исследования проводились в Кембриджском университете Ф.Сэнгером в 1944—1954 гг. Было выявлено, что молекула инсулина состоит из двух полипептидных цепей (из 21 и 30 аминокислотных остатков), удерживаемых друг около друга дисульфидными мостиками. Однако молекула белка в виде цепи аминокислот, последовательно соединенных пептидными связями, еще не способна выполнять специфические функции. Для этого необходим более высокий уровень структурной организации, выражающийся в усложнении пространственного расположения мономеров. Вторичная структура белка представлена спиралью, в которую закручивается полипептидная цепь. (Обвить проволоку с пластилиновыми шариками вокруг карандаша в виде спирали.) Одной из разновидностей вторичной структуры является α-спираль, где каждый атом кислорода связан с атомом водорода четвертой по ходу спирали NH –группы. Любопытно, что эта сложная красивая структура сперва была предсказана известным биохимиком Л.Полингом теоретически и лишь потом обнаружена экспериментально. Альтернативная вторичная структура β-слой (или складчатый слои) имеет водородную связь, между звеньями соседних полипептидных цепей.. Третичная структура белка представляет собой сложную трехмерную пространственную упаковку α-спиралей и β-слоев. (Скрутить проволочную спираль в бесформенный комок.) Эта трехмерная структура устанавливается за счет взаимодействия радикалов аминокислот, между которыми могут возникнуть связи несколько типов: 1) ионные, возникающие за счет электростатического взаимодействия между отрицательно и положительно заряженными боковыми группами; 2) гидрофобные («не любящие воду»), устанавливающиеся за счет стремления, неполярных радикалов объединяться друг с другом, а не смешиваться с окружающей их водной средой; 3) дисульфидные, которые образуются между атомами серы SH-групп двух остатков аминокислоты цистеина. Эти S—S связи по своей природе являются ковалентными; 4) водородные, которые также возникают за счет взаимодействия между атомами радикалов. Третичная структура белка не является конечной. Для некоторых белков, чаще всего регуляторных, характерна четвертичная структура, необходимая им для эффективного выполнения функции. Четвертичная структура представлена ассоциантом, состоящим из нескольких полипептидных цепей. Например, сложная молекула гемоглобина состоит из двух α-субъединиц (141 аминокислотный остаток) и двух β-субъединиц (146 аминокислотных остатков). Каждая субъединица связана с молекулой железосодержащего гема. В результате их объединения образуется функционирующая молекула гемоглобина. Только в такой упаковке гемоглобин работает полноценно, то есть способен переносить кислород. Четвертичная структура стабилизируется теми же связями, что и третичная. Пространственная конфигурация белка т.е. третичная и четвертичная структуры называется конформацией. Конформация белка определяется его первичной структурой: белковая цепочка с определенной последовательностью аминокислот самопроизвольно укладывается с образованием природной пространственной конфигурации. Это получило название «самосборка белковой молекулы». Если полипептидную цепь взять за концы, растянуть ее и затем отпустить, то она всякий раз будет свертываться в одну и ту же структуру, характерную для этого вида полипептида. В то же время из сказанного, очевидно, следует, что, изменив всего лишь одну аминокислоту в каком-либо полипептиде, мы получим молекулу с совершенно иной структурой, а значит и с иными свойствами, Сложность строения белковых молекул и чрезвычайное разнообразие их функций крайне затрудняет создание единой четкой классификации белков на какой-либо одной основе. Поэтому рассмотрим несколько классификаций белков. 1. Классификация белков по составу. Простые белки (протеины) – состоят только из аминокислот (аль6умины, глобулины, гистоны, склеропротеины). Сложные белки (протеиды) состоят из глобулярных белков и небелкового материала. Небелковую часть называют простетической группой (фосфопротеиды, гликопротеиды, нуклеопротеиды, хромопротеиды, липопротеиды, металлопротеиды, флавопротеиды). . 2. Классификация белков по их структуре. Фибриллярные — образуют длинные волокна или слоистые структуры (коллаген, миозин, фиброин, кератин). Они нерастворимы в воде. Глобулярные — их полипептидные, цепи свернуты, в компактные глобулы (ферменты, антитела, гормон инсулин). Промежуточные – фибриллярной природы, но растворяются в воде (фибриноген). 3.Классификация белков по функциям. Структурные — входят в различные структуры клетки и организма. Ферменты — являются биологическими катализаторами. Гормоны — являются регуляторами биологических функций. Транспортные — переносят различные вещества. Защитные — обеспечивают иммунные реакции организма. Сократительные — участвуют в сокращении мышечных волокон. Запасные — служат резервными веществами клетки и организма. Токсины — являются ядами, используемыми живыми существами в целях защиты или нападения. Белки чрезвычайно разнообразны по своим физическим и химическим свойствам. 1. Есть белки, растворимые (например, фибриноген) и нерастворимые (например, фибрин) в воде. 2. Есть белки очень устойчивые (например, кератин) и неустойчивые (например, фермент каталаза с легко изменяющейся структурой). 3. У белков встречается разнообразная форма молекул — от нитей (миозин - белок мышечных волокон) до шариков (гемоглобин) и т.д. Но всегда структура и свойства белка соответствуют выполняемой им функции. В основе важнейшего свойства всех живых систем - раздражимости, лежит способность белков к обратимому изменению структуры в ответ на действие физических и химических факторов. Поскольку вторичная, третичная и четвертичная структуры белка создаются, в общем, более слабыми связями, чем первичная, то они оказываются менее стабильными. Например, при нагревании они легко разрушаются. При этом, хотя у белка и сохраняется в целости первичная структура, он не может выполнять свои биологические функции, становится неактивным. Процесс разрушения природной конформации белка, сопровождающийся потерей активности, называется денатурацией. Разрыв части слабых связей, изменения конформации и свойств происходят и под действием физиологических факторов (например, под действием гормонов). Таким образом регулируются свойства белков — ферментов, рецепторов, транспортеров. Эти изменения структуры обычно легко обратимы. Обратный денатурации процесс называется ренатурацией. Это свойство белков широко используется в медицинской и пищевой промышленности для приготовления некоторых медицинских препаратов, например антибиотиков, вакцин, сывороток, ферментов; для получения пищевых концентратов, сохраняющих длительное время в высушенном виде свои питательные свойства. Если восстановление пространственной конфигурации белка невозможно, то денатурация считается необратимой. Обычно это происходит при разрыве большого количества связей, например при варке яиц. Для проверки первичного усвоения материала проводится тестовая работа. 1. Двигательная функция клетки связана с деятельностью А) белков Б) крахмала В) липидов Г) гликогена 2. К структурным белкам относится А) инсулин Б) кератин В) трипсин Г) гемоглобин 3. Избирательный транспорт веществ в клетку и из клетки обеспечивают молекулы А) углеводов Б) воды В) белка Г) аминокислот 4. По химической структуре большинство рецепторов А) белки Б) аминокислоты В) углеводы Г) жиры 5. Фермент дезоксирибоза выполняет в клетке функцию А) структурную Б) транспортную В) каталитическую Г) двигательную 6. Расщепление белков в клетке до аминокислот с участием ферментов происходит в А) митохондриях Б) лизосомах В) аппарате Гольджи Г) рибосомах 7. К сократительным белкам относятся А) актин Б) миозин В) актин, миозин Г) актин, миозин, кератин 8. У большинства белков полипептидные цепи А) спиралевидны Б) глобулоподобны В) прямолинейны Г) разорваны на участки 9. Денатурация белка – это А) утрата трехмерной конформации Б) переход из первичной структуры во вторичную В) переход из вторичной структуры в третичную Г) переход из третичной структуры в первичную 10. В процессе гидролиза белка А) уменьшается количество СООН-групп Б) увеличивается количество свободных аминокислот В) образуются пептидные связи Г) выделяется свободный азот Таким образом, белки имеют сложное строение, разнообразные формы и состав. Это делает их свойства многообразными. А это, в свою очередь, позволяет белкам выполнять многочисленные биологические функции. А пока давайте вспомним основные свойства белков и выполним лабораторную работу. ЛАБОРАТОРНАЯРАБОТА Опыт 1. Растворимость аминокислот В три стакана налить равное количество воды (приблизительно по 15 — 20 мл). На кончике скальпеля в одни стакан добавить глицин, в другой глутаминовую кислоту, а в третий — лизин. Содержимое перемешать. В каждый стакан опустить по кусочку лакмусовой бумаги. В стакане № 1 с глицином изменений не происходит. В стакане № 2 с раствором глутаминовой кислоты бумага краснеет, а в растворе с лизином синеет. Такие качественные реакции указывают на амфотерные, кислые и основные свойства данных аминокислот. Эти свойства обусловлены разным соотношением групп NH 2 , придающим соединениям основные свойства, а также СООН, определяющим их кислотность в аминокислотах. Опыт 2. Качественная реакция на белок В химический стакан налить 10 мл раствора белка и добавить такой же объем 30-процентного раствора щелочи. Жидкость хорошо перемешать и осторожно прилить к ней 1 мл 1-процентного раствора медного купороса. Домашнее задание Приведены два факта. Первый – молекула белка в клетке делиться не может, новые молекулы могут синтезироваться только на молекулах нуклеиновой кислоты (ДНК). Второй – молекула ДНК может самоудваиваться, создавать две собственные копии с такой же структурой. Сопоставьте эти факты и выскажите свое мнение: а) Чем отличается структура молекулы ДНК от белка? б) Как и почему молекула ДНК может самоудваиваться? Тема: Цель: Систематизировать функциях белков. Почему мы не похожи друг на друга и углубить знания учащихся о строении, свойствах и Задачи: 1. Расширить представления о функциях белков, их роли в поддержании защитных свойств организма. 2. Содействовать толерантности у учащихся как общественной потребности. 3. Содействовать развитию творческих способностей, духовному совершенствованию личности в процессе общения. Оборудование: Мультимедиа-проектор, мультимедиа-презентация, таблицы «Некоторые функции белков» на столах, толковые словари Структура урока 1. Организационный момент 2. Целеполагание и мотивация 3. Актуализация 4. Систематизация и обобщение 5. Применение учебного материала 6. Рефлексия «Нам друг от друга нужно так немного — щепотку нежности да горсточку тепла...» Г. Георгиев Среди более 6 млрд. человеческих индивидуальностей, одновременно живущих на нашей планете, нет двух одинаковых не только по творческому почерку и суждениям, но и по анатомическому строению. Неповторим «рисунок» подушечек пальцев, ладоней, губ каждого человека. Нет двойников по расположению вен на руках и ногах, по рельефу уха, узору сетчатки глаз, архитектуре костного скелета. У каждого человека индивидуально строение микроструктуры зубной эмали, химический состав волос, содержание микроэлементов в крови, баланс гормонов. Одинаковых в физиологическом отношении людей тоже нет. И каждый оставляет свой неповторимый след на земле. У каждого человека существует определенная комбинация атомов и молекул, которая принадлежит только ему. Она и дает организму уникальный стереотип. Именно эти атомы и молекулы входят в состав опознавательных знаков, которыми отмечены все клетки тела человека. Разные знаки совместить в одном теле нельзя. Этими знаками являются специфические белки. 2. Систематизация и углубление знаний учащихся (слайд 1) Вы относитесь к тем 6 млрд. и посмотрите, насколько вы разные. Мы начали знакомство с наукой генетикой. Что она изучает? Одним из направлений, которое рассматривает эта наука, является изменчивость. Вот сегодня на уроке мы и попытаемся ответить на вопрос «Почему мы не похожи друг на друга?» (слайд 2) В первую очередь мы отличаемся своей внешностью, телосложением. А что является строительным материалом наших тел? Ученик. Среди множества веществ, содержащихся в живом организме, особое место занимают белки. Их доля от сухой массы клеток млекопитающих составляет 60% - больше, чем для всех остальных вместе взятых химических соединений, (слайд 3) Каждый из сотен тысяч разных белков обладает уникальной химической и пространственной структурой, которые определяют его специфические функции. Каждый год публикуется несколько десятков тысяч научных работ, посвященных белковым веществам, многие тысячи ученых из более чем 50 стран ежедневно работают над их изучением. В последние годы сформировалась даже специальная наука протеомика, посвященная именно белкам. Слово белок появилось в русском языке задолго до того, как была выяснена химическая природа этого вещества. Что это слово может означать? Синонимом белка является слово «протеин», которое используется во всей научной литературе. Каков его смысл? (слайд 4) - Почему мы с уверенностью можем утверждать, что белки — полимеры? - Сколько различных аминокислот входит в их состав? - Какие связи лежат в основе образовании я пептидных цепей? - Что собой представляет вторичная структура белка? Чем удерживается? - Как в пространстве выглядит третичная структура? Какие связи ее удерживают? Многообразие структурных форм белков лежит в основе многообразия и их биологических функций. Они изучаются уже довольно давно. На уроке мы говорили лишь о некоторых функциях, хотя их значительно больше, (слайд 5) Известны примеры совершенно удивительных явлений и процессов, осуществляемых с участием природных белков. Все знают об антибиотиках. Раньше они рассматривались как чужеродные человеку и большинству животных. Однако в последнее время выяснилось, что в крови млекопитающих, в коже амфибий, в гемолимфе многих насекомых образуются собственные антибиотики, обладающие антибактериальной активностью. Также всем хорошо известен функциональный класс наркотических веществ. Среди них опий, представляющий собой высохший млечный сок из надрезов на незрелых коробочках опийного мака. В нем содержится около 20 различных алкалоидов, из которых морфин является основным в наркотическом действии на человеческий организм. А в 1975 г. группа английских ученых обнаружила в мозге быка и человека присутствие своих собственных веществ, названных энкефалинами. Они обладают морфиноподобным действием. Более того, природные фрагменты белков молока и мяса также обладают этим свойством. Интересно, какова их физиологическая роль? Всем известно, что грудные младенцы, питающиеся в основном молоком матери, большую часть начальной жизни проводят во сне. Не эти ли вещества являются причиной такого поведения? По-видимому, белки участвуют чуть ли не во всех физиологических процессах. Это и феромоны, привлекающие особей противоположного пола, и пептиды, участвующие во вкусовом восприятии и многие другие. (Работа с таблицами) Пожалуй, одна из главных функций белков - защитная. У организма человека много врагов. Врагов внешних и внутренних. В понятие внешней среды входит и окружающий нас микромир. Патогенность микробов зависит от их способности размножаться в организме хозяина, образовывать токсины и соединяться в единый комплекс с его белками. При этом у человека развивается болезнь, спровоцированная данным микробом или вирусом. (слайд 6) Ученик. Царица грозная, Чума Теперь идет на нас сама И льстится жатвою богатой; И к нам в окошко день и ночь Стучит могильною лопатой... Что делать нам? И чем помочь? В лето от воплощения сына божия триста сорок восьмого, в красе итальянских городов, в славном городе Флоренции, случился чумной мор. Народ бедный, да и среднего достатка, имел самую жалкую участь; заболевали они тысячами и почти все умирали. Люди умирали днем и ночью прямо среди улиц; иные в своих домах. Соседи только по трупному зловонию догадывались об их смерти, выволакивали мертвые тела из жилищ и клали у входов, где прохожие могли их видеть во множестве, особенно по утрам. Приходили люди с носилками, а если не было их, то клали трупы на первые попавшиеся доски; случалось, что на одни носилки накладывали по три трупа, а бывало и так, что на одни носилки попадали муж и жена, двое и трое братьев, отец с сыном. Их не сопровождали ни свечи, ни рыдания, ни люди, собравшиеся отдать последний долг усопшему. Дошло, наконец, до того, что мертвый человек стал пользоваться отнюдь не большим вниманием, чем издохшая коза. На переполненных кладбищах рыли огромные ямы, в которые и валили трупы целыми сотнями, как тюки товаров на торговом судне, пересыпая их землей, пока ямы не наполнялись доверху. Чума легко передавалась от больных здоровым подобно тому, как передается огонь в куче горючих предметов. У всех было одно беспощадное стремление насколько возможно избегать всякого общения с зачумленными; это казалось единственным способом спасения. Даже отцы и матери бросали своих детей. В истории человечества было огромное число эпидемий и пандемий. Почему ни одна из них не уничтожила все человечество? Что такое иммунитет? Ученик.У млекопитающих первую линию обороны против чужеродных патогенных факторов представляет кожа, ее поверхностный слой - эпителий. Только преодолев этот барьер, бактерии или другие вредные агенты встречаются с лейкоцитами, (слайд 7) Разрушение эпителиального барьера ведет к активизации стоящих на страже лейкоцитов, которые способны быстро изолировать чужеродный материал путем его фагоцитоза, (слайд 8) Далее запускается цепь межклеточных процессов, приводящих в конечном итоге к иммунному ответу. Таким образом, иммунитет выступает свойством живого оберегать неизменность белкового состава собственного организма. Иммунная система реагируем эффектом возмущения не на факт наличия чужеродного материала, а на угрозу изменения собственных белков. С давних пор кожный покров тела толщиной всего в несколько миллиметров относили к органам иммунной защиты с некоторыми оговорками. Он действительно служит механическим барьером. Благодаря антибактериальным жидкостям, вырабатываемым кожными железами, кожа самоочищается от большинства инфекционных агентов. Однако несколько лет назад ученым пришлось убедиться, что эти представления о коже во многом наивны. Всему виной маленькая вилочковая железа, размещающаяся под нижним участком грудины, (слайд 9) Она продуцирует клетки - лимфоциты, которые и обеспечивают иммунную реакцию организма, (слайд 10) А помогает им белок иммуноглобулин, который обнаружен в плазме крови человека и теплокровных животных. Синтезируется он в лимфоидной ткани под воздействием различных антигенов. Большим разрушительным воздействием по отношению к иммунной системе обладает СПИД. Что это за заболевание и в чем оно проявляется? Вот такое избирательное поведение белков со всей уверенностью можно назвать толерантностью. Это слово в последнее время очень часто можно слышать и видеть в средствах массовой информации. Используя словари, найдем его значение. Толерантность (лат. толеранция - терпение) 1. 2. Способность организмов выносить отклонение экологических факторов от оптимальных для себя условий. Полное или частичное отсутствие иммунологических реакций потеря или снижение организмом человека способности вырабатывать антитела. В биологии о толерантности организма говорят тогда, когда он не отторгает, но принимает и использует во благо, поступающие извне медикаментозные средства, усиливает их, улучшая собственную жизнедеятельность. А также толерантность - возможность пересадки органов, возвращающей человека к полноценному существованию. Специфические белки, о которых было сказано в самом начале урока, впервые были открыты в опытах именно по трансплантации органов и тканей. О них биология узнала сравнительно недавно. Поначалу казалось, что эти белки лишь препятствуют приживлению чужих тканей при искусственном их соединении с другим организмом. Но далее стало ясным, что эти белки отражают самые глубинные процессы, характерные для жизнедеятельности каждой индивидуальности. Ученик. Ныне широко распространена пересадка органов и тканей. Понятие донор расширилось. Трансплантация известна с давних пор. В Индии пересаживали кожу уже 3500 лет назад. Существовал особый состав, которым кожу приклеивали. Барнио, живший в Италии, описал публичную пересадку, которую он наблюдал в 1804 г.: некая дама на глазах публики отрезала у себя лоскут кожи и с помощью снадобий прикрепила его на прежнее место. В жизни У. Черчилля был случай, когда он отдал лоскут кожи своему брату-офицеру, получившему ранение в бою. Давно известна пересадка костей. В 1590 г. француз Паре пересадил принцессе зуб ее камеристки. В 1925 г. в России В.П. Демихов пересадил голову одной собаки на шею другой, (слайд 11) Пересаженная голова облизывалась при виде блюдечка с водой, лакала молоко, кусала за палец экспериментатора и лаяла на лампочку. Голова жила 10 дней. Это была сенсация. Опыт послужил сюжетом к известным произведениям А. Беляева «Голова профессора Доуэля» и М. Булгакова «Собачье сердце». Врачи стремились к пересадке мозга. Доктор медицины Хейт, ученик Демихова, стал одним из лучших в мире специалистов по пересадке костного мозга, которая показана при белокровии, раке костей, заражении крови. Основная проблема, с которой сталкиваются трансплантологи - отторжение донорских органов. Поэтому самый лучший вариант - родственное донорство, но и в этом случае велик риск противостояния организма. Ведь даже у родственников, как мы теперь знаем, белки индивидуальны. Но ведь и в жизни мы часто отвергаем людей, которые нам не симпатичны, вызывают отрицательную реакцию. Часто такие отвергнутые люди совершают преступления. В трудную минуту им очень не хватает участия, сопереживания, поддержки. Нашему уроку толерантности созвучны слова Г. Молодцова Когда беда унизит человека, Буди его. Буди истошным криком, В бараний рог согнув его судьбу, Предельно негодуя и любя: И человек решит, что он - калека, Ты - человек, ты был рожден великим. Навеки не способный на борьбу, Не смей не быть похожим на себя! А теперь давайте вернемся к теме сегодняшнего урока. Так почему мы не похожи друг на друга? Я надеюсь, что урок помог вспомнить изученный материал, узнать что-то новое и подругому посмотреть на людей, которые вас окружают. (слайд 12) - Сегодня на уроке я закрепил и углубил знания по ... - Сегодня на уроке я узнал ... - После сегодняшнего урока я буду относиться ... Тема: ДНК и РНК – биологические полимеры Цель: Углубить знания об особенностях строения и функционирования нуклеиновых кислот. Задачи: 1. Раскрыть роль нуклеиновых кислот в хранении и передаче наследственной информации. 2. Развивать умения учащихся схематично изображать участки нуклеиновых кислот, строить комплементарную цепь. 3. Способствовать развитию логического мышления. Оборудование: Рабочие листы Структура урока: 1. Организационный момент 2. Целеполагание и мотивация 3. Первичная проверка знаний 4. Актуализация 5. Первичное закрепление знаний 6. Первичное усвоение материала 7. Домашнее задание Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты, в отличие от белков, липидов и углеводов стали известны относительно недавно – со второй половины 19 века. Это связано с тем, что содержание этих веществ в живых организмах относительно невелико – от 0,1 до 5%. Первоначально их выделяли лишь из наиболее богатых ими источников, таких как лейкоциты, тимус, молоки рыб, зародыши пшеницы, дрожжи. Прошло более 70 лет, прежде чем стало ясно, что эти соединения присутствуют во всех живых организмах и играют в них важнейшую роль. С особенностями строения и биологической ролью этих веществ вы знакомились в прошлом году. Поэтому сегодня вам предстоит самостоятельно проработать предоставленную информацию. Для этого каждый получает рабочий лист с планом работы на уроке. № УЭ Учебный материал с указанием заданий УЭ – 0 Интегрирующая цель: углубить знания об особенностях строения и функционирования нуклеиновых кислот; раскрыть их роль в хранении и передаче наследственной информации; развивать умение схематично изображать участки ДНК, строить комплементарную цепь. Изучить самостоятельно УЭ – 1 Первичная проверка знаний Выберите признаки, характерные для: 1 в. – ДНК, 2 в. – РНК: 1) состоит из двух нитей; 2) состоит из одной нити; 3) мономером является нуклеотид; 4) есть углевод рибоза; 5) есть углевод дезоксирибоза; 6) участвует в передаче наследственной информации. Работайте индивидуально тетради Цель: углубить первичное представление о строении и функциях ДНК. 1. Рассмотрите в учебнике рис. 7 с. 25 и ответьте на вопросы: А) Почему ДНК относят к полимерам? Б) Что входит в состав нуклеотида? В) В чем проявляется комплементарность молекулы ДНК? Г) Чем удерживаются нити ДНК друг против друга? 2. Изучите фрагмент текста, характеризующий функции ДНК; внесите соответствующие сведения в таблицу: Функции ДНК Сущность функции, особенность ее осуществления Работайте устно, обсудите вопросы в парах УЭ – 2 УЭ – 3 Цель: Углубить первичное представление о строении и функциях РНК. 1. Найдите в тексте информацию о РНК. Сравните строение и функции РНК и ДНК. 2. Дополните схему, представляющую различные виды РНК и их функции: Что и как делать в Выполните работу в тетради Виды РНК УЭ - 4 Цель: закрепить материал, изученный на уроке. 1. Впишите в схему названия компонентов нуклеотидов ДНК и РНК. ? ? ? ? ? Работайте в тетради ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2. Решите задачи. На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности: А-А-Г-Т-Ц-Ц-Т-Г-Г. Нарисуйте соответствующий участок двухцепочечной молекулы ДНК. Какова длина (в ангстремах) этого фрагмента, если каждый нуклеотид имеет длину 3,4 ангстрем? Химическое исследование показало, что 30% от общего числа нуклеотидов данной и-РНК приходится на урацил, 26% - на цитозин и 24% на аденин. Что можно сказать о нуклеотидном составе соответствующего участка двухцепочечной ДНК, «слепком» с которого является исследованная РНК? 3. Вставьте слово, чтобы завершить логическую последовательность. Нитка Ткань Платье ДНК Хромосома ? Нуклеотид ДНК Гены ? Буквы Слова Смысл Домашнее задание: Задача. В молекуле ДНК обнаружено 880 гуаниловых нуклеотидов, которые составляют 22% от общего числа нуклеотидов этой ДНК. Определите: а) сколько содержится других нуклеотидов в этой молекуле ДНК; б) Какова длина ДНК. Тема: Цель: АТФ Задачи: Оборудование: Структура урока: 1. Организационный момент 2. Целеполагание и мотивация 3. Актуализация 4. Первичное усвоение материала 5. Осознание и осмысление информации 6. Первичное закрепление материала 7. Домашнее задание Кроме белков, нуклеиновых кислот, жиров и углеводов в живом организме синтезируется большое количество других органических соединений. Среди них важную роль в биоэнергетике клетки играет АТФ. Она содержится во всех клетках растений и животных. В клетках АТФ чаще всего присутствует в виде солей, называемых аденозинтрифосфатами. Количество АТФ колеблется и в среднем составляет 0,04%. Наибольшее количество содержится в мышцах (0,20,5%). Молекула АТФ состоит из азотистого основания – аденина, пентозы – рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, т.е. АТФ – особый адениловый нуклеотид. Из состава АТФ под действием ферментов АТФаз отщепляется остаток фосфорной кислоты. АТФ имеет устойчивую тенденцию к отделению своей концевой фосфатной группы, т.к. это приводит к исчезновению энергетически невыгодного электростатического отталкивания между соседними отрицательными зарядами. Образовавшийся фосфат стабилизируется за счет образования энергетически выгодных водородных связей с водой. Распределение заряда в системе АДФ + Фн становится более устойчивым, чем в АТФ. В результате этой реакции высвобождается 30,5 кДж (при разрыве обычной ковалентной связи высвобождается 12 кДж). Для того, чтобы подчеркнуть высокую энергетическую «стоимость» фосфорно-кислородной связи в АТФ, ее принято обозначать знаком ~ и называть макроэнергетической связью. При отщеплении одной молекулы фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорная кислота), а если отщепляются две молекулы фосфорной кислоты, то АТФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Отщепление третьего фосфата сопровождается выделением всего 13,8 кДж, так что собственно макроэргических связей в молекуле АТФ только две. Запас АТФ в клетке невелик. Например, в мышце запасов АТФ хватает на 20-30 сокращений. Но ведь мышца способна работать часами и производить тысячи сокращений. Поэтому наряду с распадом АТФ до АДФ в клетке должен непрерывно идти обратный синтез. Существует несколько путей синтеза АТФ в клетках. Познакомимся с ними. 1. Анаэробное фосфорилирование. Фосфорилированием называют процесс синтеза АТФ из АДФ и низкомолекулярного фосфата (Фн). В данной случае речь идет о бескислородных процессах окисления органических веществ (например, гликолиз — процесс бескислородного окисления глюкозы до пировиноградной кислоты). Примерно 40% выделяемой в ходе этих процессов энергии (около 200 кДж/моль глюкозы), расходуется на синтез АТФ, а остальная часть рассеивается в виде тепла: С6Н12О6+ 2АДФ + 2Фн = 2С3Н4О3 + 2АТФ + 4Н. 2. Окислительное фосфорилирование — это процесс синтеза АТФ за счёт энергии окисления органических веществ кислородом. Этот процесс был открыт в начале 1930-х гг. XX в. В.А. Энгельгардтом. Кислородные процессы окисления органических веществ, протекают в митохондриях. Примерно 55% выделяющейся при этом энергии (около 2600 кДж/моль глюкозы) превращается в энергию химических связей АТФ, а 45% рассеивается в виде тепла. Окислительное фосфорилирование значительно эффективнее анаэробных синтезов: если в процессе гликолиза при распаде молекулы глюкозы синтезируется всего 2 молекулы АТФ, то в ходе окислительного фосфорилирования образуется 36 молекул АТФ. 3.Фосфорилирование – процесс синтеза АТФ за счет энергии солнечного света. Этот путь синтеза АТФ характерен только для клеток, способных к фотосинтезу. 33 АТФ находится в центре обменных процессов в клетке, являясь связующим звеном между реакциями биологического синтеза и распада. Роль АТФ в клетке можно сравнить с ролью аккумулятора, т.к. в ходе гидролиза выделяется энергия. Тема: Углерод - основа всей живой природы Цель: Обобщить и систематизировать знания о характерных особенностях углерода и его соединений. Задачи: 1. Углубить знания учащихся, полученные из курса биологии, о физиологических процессах, лежащих в основе работы кровеносной и дыхательной системы человека. 2. Развивать самостоятельность учащихся в работе с учебником, в группах. 3. Продолжить формирование умений наблюдать, сравнивать, делать выводы на основе результатов собственных исследований; развивать познавательную активность учащихся в работе. Структура урока 1. Организационный момент 2. Целеполагание и мотивация 3. Актуализация 4. Систематизация и обобщение 5. Применение учебного материала 6. Проверка уровня обученности 7. Рефлексия Учитель биологии: Сегодня мы проводим интегрированный урок биологии и химии. Эти две науки очень тесно связаны между собой и позволяют совместными усилиями ответить на ряд вопросов, которые интересуют людей вот уже на протяжении многих веков. Парадокс: разнообразие и единство живого мира. Сколько загадок, легенд, заблуждений веками циркулирует вокруг понятий «живое», «жизнь». Это не удивительно, жизнь - поистине чудо, созданное природой, а чудо - всегда таинственно. Проблема живого - одна из центральных в биологии, химии, философии и религии. Микроорганизмы и рыбы, растения и пресмыкающиеся, звери, птицы, человек... Жизнь необычайно разнолика! Однако не менее удивительная, хотя и менее очевидная особенность всего живого, - принципиальное сходство, единство проявлений жизнедеятельности. Учитель химии: И виной всех этих чудес и превращений - химический элемент углерод. Углерод считается царем живой природы, хотя в природе его находится только 0,35%... Сегодня на уроке нам предстоит выяснить, что же делает его таким «царствующим». Учитель биологии: Для начала я вам предлагаю заглянуть в прошлое. Нашей планете уже около 5 млрд. лет. Вероятно, прежде она представляла собой раскаленный газовый шар. Позднее возникли металлы, камень, а потом и вода. В те далекие времена в атмосфере не было чистого кислорода, но было много углекислого газа. Растения - так же, как и теперь - строили из него и из влаги сложные органические соединения. При этом в атмосферу выделялся свободный кислород. Так постепенно образовалась современная атмосфера, содержащая много кислорода и совсем мало углекислого газа. Соединения углерода, которые накапливались в растениях ранних эпох, большей частью подвергались превращениям под действием анаэробных бактерий. Из остатков отмерших растений образовались торф и уголь. А в живых организмах шел очень сложный процесс усложнения организации строения: формирования тканей и органов. И все эти события осуществлялись при непосредственном участии углерода как химического элемента, входящего в состав органических и неорганических соединений. Учитель химии: Сама жизнь - это всевозможные превращения множества разнообразных крупных молекул, главным элементом в которых является углерод. И сейчас я предлагаю вам вспомнить все, что нам известно о нем. - положение в периодической системе; - физические свойства; - аллотропные видоизменения (зависимость между строением кристаллической решетки и свойствами); - демонстрация образцов простых веществ; - химические свойства; - наиболее распространенные соединения. Учитель биологии: Оксиды углерода оказывают токсическое воздействие на организм человека. (Отрывок из сказки В. Д. Одоевского «Мороз Иванович» с. 84) Оксид углерода (II)- сильный яд! - Чем это объясняется? - Какова первая помощь при отравлении угарным газом? В бытовых условиях отравление угарным газом происходит, если преждевременно закрыть дымоход. - Какие химические реакции при этом происходят? Неверно думать, что при недостатке кислорода уголь сгорает до угарного газа, а при избытке — до углекислого. Все зависит не только от концентрации кислорода, но и от температуры угля. При недостаточно высокой температуре образуется углекислый газ. Угарный газ менее ядовит, чем другие газы, но спустя 2 часа после вдыхания такого воздуха человек теряет сознание и вскоре умирает. Потеря сознания происходит постепенно и сопровождается упадком физических сил. - Что является причиной потери сознания? - Почему на свежем воздухе пострадавший приходит в себя? Однако и свободный углерод в виде сажи токсичен для человека. Длительный контакт с ней или угольной пылью вызывает рак кожи («болезнь трубочистов», как ее называли раньше). Мельчайшая угольная пыль вызывает изменение структуры легких, нарушает их деятельность. Но, если быть до конца справедливыми, то вновь сталкиваемся с парадоксом. Углекислый газ не поддерживает дыхание, более того, он является результатом окислительных процессов, протекающих в организме. Но врач из Новосибирска Константин Павлович Бутейко установил, что приступы одышки, повышенное артериальное давление, боли в сердце и другие отклонения в здоровье - результат недостатка углекислого газа в крови. Каждый человек может очень легко и быстро определить свой уровень этого вещества в организме. Проба по Бутейко - сядьте удобно, расслабьтесь; - сделайте спокойный вдох и неполный выдох; - зажмите нос пальцами и заметьте, сколько секунд вы сможете не дышать. 40 секунд - здоров; 20-40 - здоровье ослаблено; менее 20 - имеются какие-то заболевания. Учитель химии: Уникальная роль углерода в химии жизни связана со строением его атомов. Один атом углерода способен образовывать четыре ковалентные связи, а большое число таких атомов может объединяться в длинные цепи. Иногда концы углеродных цепей соединяются так, что возникают кольцевые структуры. (Демонстрация структур, написание формул изомеров, решение задач.) Углерод - единственный химический элемент, способный образовывать достаточное количество разного рода сложных и стабильных соединений, чтобы обеспечить многообразие молекул, обнаруживаемое у живых существ. Нам уже известно, что к органическим веществам живой материи относятся углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты, белки, АТФ. И сейчас нам предстоит охарактеризовать их роль в «химии» жизни. - Какие вещества называются органическими? - Что образуется при их сгорании? (Демонстрация опытов: горение сахара, хлеба; работа в группах по сборке шаростержневых моделей.) Учитель биологии: На уроках биологии мы рассматривали с вами вопросы значения различных органических веществ в жизни живых организмов, особенности их строения, изменение в пищеварительном тракте. Сейчас перед вами стоит задача обобщить весь имеющийся материал и подготовить краткую характеристику каждого из веществ по плану. Работа в группах. Учащиеся из предложенных слов должны выбрать те, которые необходимы для характеристики определенного органического вещества. План характеристики 1. 2. 3. 4. 5. 6. Состав Функции В какой пище содержится Где и под действием чего расщепляется Где всасывается Как проявляется недостаток и избыток в организме человека Липиды - обширная группа природных органических веществ. Название их происходит от греческого липос - жир, т.к. они включают жиры и жироподобные вещества. В каждой клетке животного или растительного организма содержится вполне определенное количество липидов. Богаты жиром клетки мозга, половые клетки - в них его количество составляет 7,530%. Углеводы - самые распространенные на Земле органические вещества. Они содержаться в клетках всех живых организмов. В животных клетках углеводов немного: 1-2, иногда до 5% (например, в клетках печени). Растительные клетки, напротив, богаты углеводами - там их содержание достигает 90% сухой массы. Из органических веществ в живой материи на первом месте по количеству и значению стоят белки, или протеины. Белки - это высокомолекулярные полимеры с молекулярной массой от 6 тыс. до 1 млн. По сравнению с молекулами спирта или органических кислот белки выглядят просто великанами. Мы говорим спокойно: жир, А, между прочим, он - эфир, Он из кислот и глицерина. Такая вот у нас картина. Если ты, придя с мороза, Наливаешь крепкий чай, Хорошенько сахарозу В чашке ложкой размешай. Виноградную глюкозу И медовую фруктозу И молочную лактозу Любят взрослый и малыш. Но крахмалом и клетчаткой, Что совсем-совсем несладки, Тоже нас не удивишь. Так устроена природа Это тоже углеводы. И конечно мы не можем оставить без внимания нуклеиновые кислоты. Ведь одно дело, многообразие живой природы, другое дело — ее единство. Оно обеспечивается за счет того, что генетический код обладает универсальностью - он одинаков для всех живых существ. А в основе его лежит кодирование белковых молекул, которые в виде участков молекул ДНК и РНК несут информацию об определенных молекулах белков. Учитель химии: Но помимо положительной роли органические вещества могут стать причиной различных проблем. Речь идет о спиртах. Сейчас я вам предлагаю провести химический эксперимент «Влияние этанола на молекулы белков». Учитель биологии: Как вы знаете, обезвреживание ядовитых веществ, поступающих в кровь, происходит в печени. Этот орган врачи называют мишенью для алкоголя, т.к. 90% этанола обезвреживается именно в ней. В печени происходит химическое окисление этилового спирта. До конечных продуктов распада этиловый спирт окисляется в том случае, если суточное потребление его не превышает 20 г. В противном случае наблюдается ряд побочных отрицательных эффектов: - повышенное образование жира и накопление его в клетчатке; - цирроз печени; - алкоголь нарушает процесс клеточного деления. Об этом можно судить по результатам следующего опыта. В культуру с делящимися клетками добавляли некоторое количество этилового спирта. В результате хромосомы теряли правильную ориентацию, и распределение хроматид происходило неравномерно. Многие клетки погибали, а выжившие имели нетипичный набор хромосом. Употребление родителями алкоголя отрицательно влияет на половые клетки, а, следовательно, и на потомство. Учитель химии: Сегодня на уроке было приведено очень много доказательств того, что углерод действительно является основой всего живого. В качестве заключения - тест. 1. Где происходит механическая обработка пищи у человека? A) в желудке; Б) в ротовой полости; B) в толстой кишке; Г) в ротовой полости и желудке. 2. Для расщепления крахмала в ротовой полости помимо температуры тела необходим: A) фермент слюны; Б) фермент желудочного сока; B) фермент поджелудочной железы; Г) фермент желчи. 3. В щелочной среде и при температуре тела ферменты поджелудочного сока действуют на: A) белки и жиры; Б) жиры и углеводы; B) белки, жиры и углеводы; Г) углеводы и белки. 4. Какие продукты образуются при расщеплении белков? A)жирные кислоты и глицерин; Б) глюкоза; B) аминокислоты и глюкоза; Г) аминокислоты. 5. Какие продукты образуются при расщеплении сложных углеводов - крахмала и целлюлозы? A) жирные кислоты и глицерин; Б) глюкоза; B) аминокислоты; Г) аминокислоты и глюкоза. 6. Какие продукты конечного распада всасываются в кровь? A)жиры; Б) глюкоза, жирные кислоты и глицерин; B) аминокислоты и глюкоза; Г) жиры и глюкоза. 7.Тривиальное (исторически сложившееся) название оксида углерода (4): А) угарный газ Б) болотный газ В) углекислый газ; 8.Агрегатное состояние при обычных условиях оксид углерода (2): А) твёрдое вещество Б) жидкость В) газ 9.Молекулярная формула метана: А) СО, Б) СО2, В) СН4 10.Молекула метана имеет формулу: А) линейную Б) плоскую В) тетраэдрическую
