Білок - основа життя

Программа спецкурсу «Білок — основа жизни».

2.1. Пояснювальна записка.

Запропонована програма спецкурсу «Білок — основа життя» варта учнів X-XI класів. Програма побудована з урахуванням наявних знань у учнів по хімії і біології, спрямована в руки, поглиблення цих знань, і навіть формування правдивого розуміння життєвих процесів. Викладання спецкурсу необхідно побудувати залежно від рівня підготовленості учнів. Матеріал для викладання у X класі може бути кілька спрощений, але з зведений тільки в вивченню біологічних функцій белков.

Під час вивчення спецкурсу «Білок — основа життя» в X класі рекомендуємо докладно зупинитися на питаннях, що стосуються особливостей білкових тіл як носіїв життя, аминокислотного складу білків, властивостей білків та його функцій організмі человека.

Під час вивчення спецкурсу в XI класі слід особливу увагу приділяти хімічному будовою, структурам білкових молекул, методам виділення, тож очищення білків, їх біологічному дії живими организмах.

Спецкурс вміщує 30 годин, їх 14 годин відводиться на лекції, 9 годин — виконання лабораторних робіт, 5 годин — на семінарські занятия.

Під час проведення спецкурсу передбачено облік контроль знань учнів. Перевірка знань може здійснюватися з допомогою контрольних робіт, опитування під час занять, індивідуальних розмов, тестових заданий.

У варіант програми можуть бути певні зміни: перестановка тим, включення деяких додаткових питань з вивчення. Зміни у планування спецкурсу можуть бути через відсутність потрібного набору реактивів у кабінеті хімії. Проте внесені нічого не винні порушувати логічний структуру курсу й суттєво відбиватися на об'ємі та рівні знань учнів. Запропонований курсу «Білок — основа життя» можна використовувати як факультативні заняття з хімії, біології чи як межпредметный комплекс.

Розроблений нами спецкурс може призвести до інтеграції хімії коїться з іншими природничонауковими дисциплінами, дозволяє знайомити учнів з процесами, що перебігають у довкіллі, в людини і тварин і звинувачують наближає вивчення хімії до жизни.

2.2. Робоча програма спецкурсу.

I.

Введение

.

Щодо хімічного складу організмів. Загальне ознайомлення з білками. Роль білкових тіл у будівництві живої матерію та у виконанні процесів життєдіяльності. Особливості білкових тіл як носіїв життя. Сучасні ставлення до сутності життя й підвищення ролі білків у її осуществлении.

II. Історія відкриття і вивчення белков.

Впровадження першого препарату білкового речовини. Роботи Я. Б. Беккари. Експерименти з білковими речовинами рослинного походження (И.М.Руэль, А. Пармантье та інших.). Експериментальні роботи з білковими речовинами тваринного походження (Ф. Кене, Ф. Вассерберг, І. Пленк).

Спроби А. Ф. Фукруа для встановлення будівлі білків і порівнянню білкових речовин різних тканин та рідин живого организма.

Перші дані з приводу елементарного складі білків (Гей-Люссак і Тенар).

А роботи з встановленню емпіричних формул білкових речовин (Ш.А.Вюрц, Еге. Бауленхауер, Еге. Фреши й О. Валансьен і др.).

Відкриття амінокислот (Л. Н. Воклен, Н. Р. Волластон, Р. Мульдер, А. Браконно і др.).

Спосіб зв’язку амінокислот в білкової молекулі. Роботи А. Я. Данилевського і Еге. Фішера. Синтез першого дипептида. Розвиток поглядів на структурах білкової молекули (К.У. Линдерстрем-Ланг і др.).

Вітчизняна хімія білка до 1950;х років XX-века. Відкриття Московського біохімічного інституту (1921). Роботи Н. Д. Зелінського як логічне продовження робіт Еге. Фішера.

Фізико-хімічні методи дослідження білків в 30−40 рр. ХХ століття (Д.Л. Талмуд, П.В. Афанасьєв та інших.). Внесок Ф. И. Гизі, А.І. Коднева, П. Т. Ильенкова, А. Я. Данилевського, О. П. Сабанеева, М. М. Любавина та інших вітчизняних вчених у розвиток поглядів на хімічному будову белка.

III. Елементарний склад білків. Методи виділення, тож фракционирования белков.

Основні хімічні елементи, що входять до склад білка, їх відсотковий вміст. Поняття чинник пересчета.

Способи гомогенізації матеріалу: розмелювання на спеціальних млинах, здрібнення в гомогенизаторах Уорринга і Поттера, ультразвуком, попеременным заморожуванням і оттаиванием, осмотическим шоком, методом азотної бомби. Екстракція білків розчинами солей, буферними сумішами (фосфатне, цитратный, боратный), органічними розчинниками (водними розчинами однеі багатоатомних спиртів, оцтової і дихлоруксусной кислот, ацетону та інших.). Методи фракционирования білків: висаджування, осадження органічними розчинниками (метиловым і етиловим спиртами, ацетоном, диоксаном та інших.); осадження солями важких металів (Hg2+, Zn2+, Ca2+, Ba2+, Pb2+, Cu2+, та інших.), електрофорез рідинний, на папері та блоці агар-агара.

Лабораторно — практичні работы:

1. «Виділення білків з тканин та біологічних жидкостей».

2. «Реакції осадження белков».

IV. Гомогенність і молекулярна маса белков.

Способи очищення білкових препаратів від низькомолекулярних домішок: діаліз, электродиализ, кристалізація і ильфильтрация. Методи визначення гомогенності білкових препаратів: по незалежності розчинності кількості твердої фази, по хроматографічної, электроогорепической і гравітаційної однорідності, по кристалличности, за змістом HS-группы і кінцевих аминокислот.

Молекулярна маса білків. Поняття фізичному і хімічному значеннях молекулярної маси белков.

Методи визначення молекулярної маси білка: гравітаційний (ультрацентрифугирование), вискозометрический, осмометрический, электронно-микроскопический, хроматографический, хімічний, оптический.

Ультрацентрифуги та його достоинство.

Лабораторно-практическая работа:

3. «Діаліз белка».

V. Амінокислотний склад белков.

Амінокислоти — основні структурні елементи всіх білків. Розмаїття амінокислот. Природні амінокислоти. Поняття рацемических і оптичних активних амінокислотах. Особливого значення не для життя ?-аминокислот.

Замінні і незамінні в людини аминокислоты.

VI. Будова білкової молекулы.

Спосіб зв’язку амінокислот в білкової молекулі. Роботи А. Я. Данилевського і Еге. Фішера. Пептиди. Методи синтезу пептидів. Синтез пептидів методом Р. Меррифильда.

Природні пептиди: карнозин, глутатион, офтальмовая кислота, окситоцин, вазопрессин, ораллондин і др.

Структура білкової молекули. Докази полипептидной теорії будівлі белка.

Первинна структура білків. Схема встановлення первинної структури белка.

ОпределениеNі C-концевых амінокислот, розщеплення дисульфидных зв’язків і окислювання залишків цистеина в цистеиновую кислоту, селективний гідроліз трепсином і химотрипсином, фракціонування пептидів методом електрофорезу і хроматографії, розшифровка первинної структури виділених пептидів, відтворення повної структури полипептидной ланцюга. Характеристика первинної структури Aі B-цепей інсуліну, ?- і ?-ланцюгів гемоглобіну та інших білків. Первинна структура і видова специфічність белков.

Вторинна структура білків. Поняття про ?- і ?-конформациях полипептидной ланцюга. Праві й ліві ?-спіралі, їх реалізація в білках і пептидах. Сили, утримують полипептидную ланцюг в ?-конформації. Зв’язок первинної вторинної структури білкової молекули. Ступінь спирализации полипептидных ланцюгів белков.

Третинна структура білків. Методи її виявлення. Роботи Дж. Кендрю, М. Петруца і Філіпса по рентгеноструктурному аналізу третинної структури гемоглобіну. Типи зв’язків, які забезпечують підтримку структури білкової молекули. Гидрофобные зони в молекулах глобумерных білків. Пріоритет вітчизняних дослідників (Д.Л. Талмуда, Б. М. Талмуда і П.В. Афанасьєва) з розробки вчення орієнтацію гидрофобных і гидрофильных радикалів у процесі згортання полипептидной ланцюзі у глобулу. Динамічність третинної структури белков.

Четвертичная структура білків. Субъединицы, протомеры і эпимолекулы (мультимеры). Конкретні приклади четвертичной структури білків (інсулін, гемоглобін, вірус тютюнової мозаїки тощо.). Типи перетинів поміж субъединицами в эпимолекуле.

Лабораторно-практические работы:

4. «Кислотний і ферментативний гідроліз белка».

5. «Биуретовая і мингидриновая реакцію белки».

VII. Властивості белков.

Реакційна здатність білків. Хімічні властивості білків. Оптичні властивості білків. Амфотерность. Гезоэлектическое стан білкової молекули. Нативні і денатуровані білки. Механізм денатурації белков.

Лабораторні работы:

6. «Якісні реакцію белки».

VIII. Номенклатура і класифікація белков.

Прості (протеїни) складні (протеїди) білки. Класифікація протеїнів формою білкової молекули, з походження, по аминокислотному складу. Характеристика деякі прості білків (клупеин, фиброин шёлка, яєчний і сироватковий альбумины). Класифікація протеидов. Білковий компонент і прстепическая? Група в протеидах. Металлопротеиды (феррипин). Фосфопротеины (казеїн, фосфопротеиды яйця, пепсин). Гликопротеиды, хромопротеиды, мепопротеиды? Нуклеотиди; тонка організація їх структуры.

IX. Біологічні функції белков.

Бєлки — ферменти. Бєлки — гормони. Бєлки — антибіотики, і ін. Характеристика найбільш вивчених представників білків і полипептидов: окситоцин, вазопрессин, інсулін, гормон зростання, рибонуклеаза, інтерферони та інших. Перетворення білків в организме.

X. Сучасні дослідження у сфері хімії белка.

Органічна хімія і біохімія: підходи до вивчення складних природних сполук. Синтез амінокислот і білків. Формування энзимологии. Вивчення хімічної природи биокатализаторов.

Хімія та клітинка. Хімічні методи вивчення клітини. Цитохимия і біохімія, проблема організації клетки.

Біохімічні дослідження, у медицине.

Створення біохімічних кафедр і лабораторий.

2.3. Планування спецкурсу «Білок — основа життя» вивчення в XI класі середньої школы.

При плануванні спецкурсу ми враховували рекомендації дані в методичної літературі [7,18,22,28].

Оскільки учні мали дуже обмежені знання з визначеної проблемі, ми відібрали вивчення найцікавіші теми про те, щоб зацікавити їх, розвинути навички експериментальної роботи у шкільній хімічній лабораторії і розвинути вміння самостійної роботи з литературой.

Нами також враховувався рівень підготовленості учнів, і тому вважали за потрібне розробити планування спецкурсу для XI класів середньої школы.

Таблиця. Тематичну планування спецкурсу «Білок — основа жизни».

№.

занятия.

Зміст досліджуваного матеріалу.

Теми методи і засоби обучения.

Кількість часов.

I.

Введение

.

Щодо хімічного складу організмів. Загальне ознайомлення з білками. Особливості білкових тіл як носіїв жизни.

Лекция.

Словесні: розповідь, беседа.

Наочні: демонстрація наочних посібників (ілюстрацій, фотографій, таблиц).

II. Історія відкриття і вивчення белков.

Виділення першого препарату білкового походження. Спроби встановлення будівлі білків. Відомості про елементарному складі білків. Роботи зарубіжних учёных-химиков.

Лекция.

Словесні: розповідь, беседа.

Наочні: демонстрація фотографій, таблиць, білкових препаратов.

Вітчизняна хімія білка до 1950;х років ХХ століття. Роботи вітчизняних учёных-химиков.

Семинар.

Словесні: розповідь вчителя, доповіді і содоклады учащихся.

Наочні: демонстрація фотографій, схем, таблиц.

III. Елементарний склад білків. Методи виділення, тож фракционирования белков.

Основні хімічні елементи що входять до склад білка. Способи гомогенізації і екстракція белков.

Лекция.

Словесні: розповідь, беседа.

Наочні: демонстрація таблиць, демонстраційний експеримент. Лабораторно-практическая работа.

5−6.

Лабораторно-практическая работа:

«Виділення білків з тканин біологічних жидкостей».

— виділення казеїну з молока;

— отримання розчину яєчного альбумина;

— білки мяса;

— рослинні альбумины.

Словесні: беседа.

Наочні: демонстрація приладів, схем, таблиц.

Наглядно-действенные: виконання практичної работы.

Методи фракционирования білків. Способи очищення білкових препаратів від низькомолекулярних примесей.

Лекция.

Словесні: розповідь, беседа.

Наочні: демонстрація схем, таблиць, демонстраційний эксперимент.

8−9.

Лабораторно-практическая работа:

«Реакції осадження белков».

— при нагревании;

— концентрованими мінеральними кислотами;

— солями важких металлов;

— фенолом;

— спиртом.

Лабораторно-практическая работа:

Словесні: беседа.

Наочні: демонстрація схем, таблиць, приборов.

Наглядно-действенные: виконання практичної работы.

10−11.

IV. Гомогенність і молекулярна маса белков.

Методи визначення гомогенності білкових препаратів. Методи визначення молекулярної маси білка. Ультрацентрифуги та його устройство.

Лекция.

Словесні: розповідь, фронтальна беседа.

Наочні: демонстрація таблиць, малюнків, схеми «Пристрій центрифуги».

Лабораторно-практическая работа:

«Діаліз белка».

Лабораторно-практическая работа:

Словесні: беседа.

Наглядно-действенные: виконання практичної работы.

13−14.

V. Склад белков.

Амінокислотний склад білків. Розмаїття амінокислот. Природні амінокислоти. Особливого значення життю ?-амінокислот. Замінні і незамінні в людини аминокислоты.

Лекция.

Словесні: розповідь, беседа.

Наочні: демонстрація таблиць «Амінокислоти, постійно які у складі білка для дорослого організму», малюнків, схем.

Семінарське заняття «Методи виділення, тож фракционирования білків. Природні амінокислоти. Замінні і незамінні в людини аминокислоты».

Семинар.

Словесні: розповідь вчителя, доповіді і содоклады учнів, беседа.

Наочні: демонстрація таблиць, схем, фотографий.

Контрольна работа.

Контроль знаний.

Словесні: беседа.

Наочні: таблиці, схемы.

VI. Будова білкової молекулы.

Спосіб зв’язку амінокислот в білкової молекулі. Роботи А. Я. Данилевського і Еге. Фішера. Пептиди. Доказ полипептидной теорії будівлі белка.

Лекция.

Словесні: розповідь, беседа.

Наочні: демонстраційний експеримент, таблиці, схеми установок.

Лабораторно-практическая работа:

«Гідроліз белка».

— кислотний гидролиз;

— ферментативний гидролиз.

Лабораторно-практическая работа.

Словесні: беседа.

Наглядно-действенные: виконання практичної работы.

Первинна структура білків. Схема встановлення первинної структури білка. Характеристика первинної структури Аі В-цепей інсуліну; ?- і ?- ланцюгів гемоглобина.

Лекция.

Словесні: розповідь, беседа.

Наочні: демонстрація таблиць, малюнків, схеми установки первинної структури белка.

Вторинна структура білків. Поняття про ?- і ?-конформациях полипептидной ланцюга. Праві й ліві ?-спіралі, їх реалізація в пептидах і белках.

Лекция.

Словесні: розповідь, беседа.

Наочні: демонстрація таблиць, рисунков.

Третинна структура білків. Методи її виявлення. Типи зв’язків, які забезпечують підтримку структури білкової молекулы.

Четвертичная структура білків. Конкретні приклади четвертичной структури білків (інсулін, гемоглобін, вірус тютюнової мозаїки і др.).

Лекция.

Словесні: лекция.

Наочні: демонстрація фотографій «Третинна структура білка», «Четвертичная структура білка». Демонстрація моделей білків: інсуліну, гемоглобіну і др.

22−23.

VI. Властивості белков.

Хімічні, фізичні. Аморфність. Изоэлектрическое стан білкової молекули. Механізм денатурації белков.

Лабораторна работа:

«Денатурація белков».

Лекция.

Словесні: розповідь, беседа.

Наочні: демонстраційний експеримент, який ілюструє хімічні властивості белков.

Наглядно-действенные: виконання лабораторної работы.

24−25.

Лабораторно-практическая работа:

«Якісні реакцію белки».

Лабораторно-практическая работа.

Словесні: беседа.

Наглядно-действенные: виконання практичної работы.

VII. Номенклатура і класифікація белков.

Лекция.

Словесні: розповідь, беседа.

Наочні: таблицы.

Характеристика деякі прості і складних белков.

Семинар.

Словесні: доповіді учащихся.

Наочні: демонстрація фотографій і моделей.

VIII. Біологічні функції белков.

Семинар.

Словесні: розповідь вчителя, доповіді учащихся.

Наочні: демонстрація білкових препаратів, схем, таблиц.

IX. Сучасні дослідження у сфері хімії белка.

Семинар.

Словесні: розповідь вчителя, доповіді учащихся.

Наочні: демонстрація схем, фотографій, моделей.

Контрольна работа.

Контроль знаний.

Словесні: беседа.

Наочні: таблиці, схемы.

2.4. Учебно-материальная база організації навчального процесса.

Для проведення спецкурсу «Білок — основа життя» потрібна відповідна учебно-материальная база, куди входять основні хімічні реактиви, оборудование.

Також нами підібрані наочне приладдя як схем, таблиць, малюнків, де відбиті структури білкової молекули, амінокислотний склад білків, фрагмент первинної структури молекули інсуліну і др.

Крім наявних у продажу нами використовувалися і рекомендовані посібники, які можна виконані вчителем або учнями. (Приклади деяких таблиць, використовуваних під час проведення занять. Див. при застосуванні №).

Нами складена таблиця, у якій відбито перелік реактивів, устаткування й додаткового матеріалу щодо лабораторного эксперимента.

Таблиця. Перелік необхідних реактивів і устаткування проведення лабораторно-практических робіт і демонстраційного эксперимента.

№.

п/п.

Назва лабораторно — практичних робіт.

Реактивы.

Оборудование.

Матеріал, у якому белок.

1.

«Виділення білків з тканин та біологічних жидкостей».

— виділення казеїну з молока;

10% розчин HCl;

10% розчин NaOH;

конц. HNO3; 1% розчин CuSO4, молибденовый реактив; лакмусовий папірець, дистильована вода.

Хімічні склянки (V=50 мл); мірні циліндри, скляні палички і воронка; бюретка, фільтри паперові, пробірки зі зворотним холодильником, штативи з пробірками, піщані бани.

Молоко.

— отримання розчину яєчного альбумина;

дистильована вода.

хімічні склянки (500 і 100 мл); циліндри (500 і 250 мл); мірна колба (100 мл); воронка, скляна паличка з гумовим наконечником, складчасті фильтры.

білок курячого яйца.

— білки мяса;

10% розчин NaCl;

хімічні склянки; скляна паличка; паперовий складчастий фільтр (чи подвійний шар марли).

знежирене мясо.

— рослинні альбумины;

100 мл дистильованої води.

хімічні склянки, центрифуга, воронка, складчастий фільтр; колбы.

пшенична мука.

«Реакція осадження белков».

— свёртывание білків при нагревании;

1% розчин оцтової кислоти; 10% розчин оцтової кислоти, насичений розчин NaCl;

5 пробірок, спиртівка, пипетки.

розчин белка.

— осадження білків концентрованими мінеральними кислотами.

Концентровані HNO3; H2SO4; HCl;

3 пробірки; піпетки; скляні палочки.

розчин белка.

— осадження білків органічними кислотами.

5% розчин трихлоруксусной кислоты;

20% розчин сульфосалициловой кислоты.

2 пробірки; пипетки.

розчин белка.

— осадження білків солями важких металлов.

розчин CuSO4, розчин ацетату свинца.

2 пробірки; пипетки.

розчин белка.

— осадження білків фенолом і формалином.

насичений водний розчин фенолу, формалин.

2 пробірки; пипетки.

розчин белка.

— осадження білків спиртом.

кристалічний NaCl.

пробірка; пипетка.

розчин белка.

3.

«Діаліз белка».

насичений розчин (NH4)2SO4; 5% розчин BaCl2; 1% розчин CuSO4;

10% розчин NaOH.

склянки (100 мл); целофан як квадратів 150×150 мм; скляні палички; гумові каблучки; штатив з пробірками; піпетки з делениями.

3% розчин яєчного альбумина.

4.

«Гідроліз белка».

— кислотний гидролиз;

Концентрована HCl;

10% розчин NaOH;

1% розчин CuSO4.

Штатив з пробірками, круглодонная колба з повітряним холодильником; капельницы.

розчин яєчного белка.

ферментативний гидролиз.

дистильована вода;

1% розчин пепсина.

2 пробірки; водяний лазня; колба (V=100 мл).

розчин яєчного белка.

5.

«Денатурація белков».

насичений розчин (NH4)2SO4; концентрована HNO3; етиловий спирт; 1% розчин оцтової кислоти; 10% розчин NaOH.

6 пробірок; піпетка; спиртівка; подвійний шар марлі; затиск для пробирок.

розчин яєчного белка.

6.

«Якісні реакцію белки».

— Биуретовая реакція (виявлення в молекулах білків пептидних связей).

30% розчин NaOH;

1% розчин CuSO4.

пробірки, пипетка.

розчин белка.

— Нингидриновая реакция.

1% розчин мингидрина в 95% -ом розчині ацетона.

пробірки, колби, піпетка, водяний баня.

розчин белка.

— Ксантопротеиновая реакция.

концентрована HNO3;

3 пробірки; піпетка; спиртівка; затиск для пробирок.

розчин яєчного білка, миозина, желатина.

— Реакція на тирозин (реакція Миллона).

реактив Миллона.

4 пробірки; піпетки, спиртівка; затиск для пробирок.

розчин яєчного білка, миозина, желатину, тирозина.

— Реакція на цистеин (реакція Фоля).

30% розчин NaOH; 5% розчин ацетату свинца.

3 пробірки; піпетки; спиртівка; затиск для пробирок.

розчин яєчного білка, миозина, желатина.

— Реакція на аргінін (реакція Саканути).

Кристалічний резорцин; 3% розчин H2O2; концентрована H2SO4.

3 пробірки, піпетка, скляна ложечка.

розчин яєчного білка, миозина, желатина.

— Реакція на триптофан (реакція Шульца-Распайля).

розчин сахарози; концентрована H2SO4.

пробірка, пипетка.

розчин яєчного белка.

— Реакція на гистидин і тирозин.

(реакція Паули).

1% розчин сульфаниловой кислоти; 10% розчин NaNO2; 10% розчин Na2CO3.

пробірка, піпетка, скляна палочка.

розчин яєчного белка.

— Реакція на триптофан (реакція Адамкевича).

крижана оцтової кислоти; глиоксиловая кислота, концентрована H2SO4;

пробірки; піпетка; скляна паличка, спиртівка; затиск для пробірок, лёд.

нерозбавлений яєчний белок.

— Реакція Вуазене.

2,5% розчин формальдегіду, концентрована HCl; 0,5% розчин NaNO2.

пробірка; піпетка; скляна палочка.

розведений розчин белка.

— Нитропруссидная реакция.

насичений розчин (NH4)2SO4; 5% розчин нитропруссида натрію; концентрований розчин аммиака.

пробірка, піпетка, скляна палочка.

розчин белка.

Висновки по II главе:

1. Вперше розроблено й запропонована програма спецкурсу «Білок — основа жизни».

2. У пояснювальну записку включені цілі й завдання спецкурсу, і навіть загальна кількість годин відведених з його изучение.

3. У рекомендованої нами робочої програмі розкрито зміст досліджуваних питань стосовно десяти основним разделам.

4. Тематичну планування спецкурсу розподіляє матеріал за годинником із зазначенням форм, методів і коштів обучения.