Органические вещества клетки.
план-конспект занятия по химии (10 класс) на тему

МБОУ СОШ № 77

Сергучёва Л.П., учитель химии

первая кв. категория

Нивина О.И., учитель биологии,

высшая кв. категория

Конспект урока

Тема: Органические вещества клетки

Предмет: Химия и биология

Класс: 10

Продолжительность: 90 минут

Цель урока: обобщить и углубить знания о важнейших органических веществах клетки: белках, углеводах, жирах, нуклеиновых кислотах.

Задачи:

• установление связи между строением, химическими свойствами и биологическими функциями в классах органических соединений: белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот;
• систематизация знаний по изученной теме.
• развитие логического и пространственного мышления;
• формирование умений обобщать, доказывать и делать выводы;
• формирование навыков толерантного общения; активизация познавательной деятельности по формированию интереса к ЗОЖ.

Тип урока: интегрированный урок повторения и обобщения изученного материала.

Методы обучения: проблемное обучение,  частично-поисковый, репродуктивный.

Образовательная технология: проектная; информационно-коммуникационная; обучение в сотрудничестве.

Ожидаемые результаты:

Учащиеся смогут:

• установить связи между строением, химическими свойствами и биологическими функциями в классах органических соединений: белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот;

Материально-техническое оснащение

• оборудование для лабораторных опытов;
• дидактические материалы
• тетради и учебники.

Формы работы

• Фронтальная;
• Работа в парах;
• Групповая;
• Индивидуальная.

Ключевые понятия

Органические вещества клетки. Структура и свойства белков. Биологические катализаторы- ферменты, их классификация, функции. Углеводы в жизни растений, животных, грибов и микроорганизмов. Структурно-функциональные особенности организации моно- и –дисахаридов. Строение и биологическая роль полисахаридов. Особенности строения  жиров и липидов и их функции. Нуклеиновые кислоты. ДНК, особенности строения и биологическая роль. Генетический код. Свойства кода. Редупликация ДНК. Транскрипция. РНК, структура и функции. Разновидности РНК: информационные, транспортные, рибосомальные и регуляторные.

                                                                  План урока:

1. Организационный момент. Постановка целей и задач урока.
2. Вступительное слово: знакомство с планом урока, критериями оценок.

На уроках биологии и химии вы лишь слегка прикоснулись к раскрытию тайны живого, пытаясь ответить на вопрос: “Что такое жизнь?”. И в первую очередь связываем явление жизни с теми веществами, из которых построены живые организмы —  

• Какие органические вещества клетки вы знаете? (углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты, АТФ,
• Как классифицируются органические вещества (низкомолекулярные соединения: витамины, аминокислоты, органические кислоты и высокомолекулярные или биополимеры).

   Многообразие живых организмов, населяющих нашу планету, обуславливается во многом многообразием белков, жиров и углеводов. Действительно ли они являются основной составной частью всех живых организмов и без них  нет жизни?

Чтобы ответить на этот вопрос мы должны вспомнить строение, свойства и распространение белков, жиров и углеводов в природе и их роль для человека.

Целью нашего урока является обобщить, углубить и проконтролировать ваши знания по теме «Белки, жиры и углеводы».

• Повторение по теме: «Липиды»
• Что такое липиды? Приведите примеры. (Низкомолекулярные орг. Соединения: Жиры, воски, жироподобные вещества)
• Каково содержание липидов в клетке (5-15 % от массы сухого вещества, в клетках подкожной жировой клетчатки до 90 %)
• Какова роль липидов в обеспечении жизнедеятельности клетки?

В природе в основном распространены нейтральные жиры. Что они  собой представляют? (Молекула нейтр жира – соединение высокомолекулярных жирных кислот и 3-атомного спирта глицерина)

Учитель химии: к высокомолекулярным кислотам относятся: стеариновая, олеиновая, линолевая, пальмитиновая кислоты, глицерин – это 3х атомный спирт, поэтому общая формула жиров имеет вид

СН2 – О – СО – R

Ι

СН – О – СО – R

Ι

СН2 – О – СО – R

(Используя пластилин и спички, соберите модель жира.(общую    формулу.) или из виртуальной лаборатории модели молекул)

Каковы формулы и названия жирных кислот, остатки которых частично входят в состав жиров и масел? Чем отличаются по строению твёрдые жиры и масла?

(Твёрдые жиры – это эфиры глицерина С 3Н 5(ОН) 3 и предельных карбоновых кислот, таких как пальмитиновая С 15Н 31СООН и стеариновая С 17Н 35СООН.

Жидкие жиры – это эфиры глицерина и непредельных карбоновых кислот, например олеиновой С 17Н 33СООН)

Найди пару

Свойства и функции жиров

Задание: найти соответствие и доказать его

Задание: используя свои знания, найдите соответствие и объясните его.

Ответ: 

• Строительная: нерастворимы в воде (входят в состав биологических мембран – фосфолипиды, по своей структуре сходны с жирами, но вих молекуле 1 или 2 остатка жирных кислот замещены на остатки фосфорной кислоты)
• Регуляторная: гормоны – производные липидов
• Защитная: низкая теплопроводность и высокая тепловодность
• Запасающая: наличие богатых энергетических связей
• Энергетическая: окисление до углекислого газа и воды

Уч. химии:  Жиры служат источником метаболической воды, из 1 г жира образуется 1,1 г воды (в основе этого процесса лежит гидролиз жиров)

Приведите примеры организмов, для которых характерны эти процессы?

СООБЩЕНИЕ УЧАЩЕГОСЯ:

По теме: «Роль жиров в организме человека».

Важную роль в жизнедеятельности играют жироподобные вещества – холестерин (СООБЩЕНИЕ из учебника биологии стр. 40)

Вывод:  Мы повторили  материал о низкомолекулярных органических веществах, а далее поговорим о высокомолекулярных соединениях или биополимерах.

Что такое полимеры, мономеры, регулярные и нерегулярные полимеры

• Что такое полимеры, мономеры, регулярные и нерегулярные полимеры?

Углеводы:

Какая общая формула характерна для углеводов? (Сn (Н2О)m )

На какие группы делятся углеводы? (Интерактив Углеводы СД)

Какова формула глюкозы, к какой группе органических веществ  она относится?

Молекулярная формула: С6 Н12О6

Структурная формула.  Согласно этой формуле, к каким классам веществ относится глюкоза?

Лабораторный опыт № 1. 

Оборудование: Пробирки, раствор глюкозы, Мg, CuSO4, NaOH, Ag2O, спиртовка, держатель.

Инструктивная карточка:

1. В пробирку с набольшим количеством раствора глюкозы добавим немного магния. Что наблюдаете?
2. В пробирку к 3-4 каплям раствора сульфата меди двухвалентного прилейте 2-3 мл раствора гидроксида натрия. К полученному осадку прилейте равный объём раствора глюкозы и смесь взболтайте. Как изменилась окраска раствора?
3. К аммиачному раствору оксида серебра, налитому в чистую пробирку, добавьте в два раза меньше раствора глюкозы. Нагрейте смесь. Объясните наблюдаемое явление.
4. На основании проведенных опытов, поясните, какие функциональные группы входят в состав глюкозы.

Вывод: глюкоза является альдегидоспиртом.

Вывод: Глюкоза – это альдегидоспирт.

Учитель биологии: Ребята, давайте вспомним, в каких продуктах питания больше всего содержится углеводов? (Больше всего углеводов содержится в продуктах растительного происхождения). Почему? Какова судьба углеводов в пищеварительной системе человека? Что произойдет с хлебом, если его долго жевать во рту. В ротовой полости сложные углеводы под действием ферментов слюны превращаются в глюкозу, поэтому хлеб становится сладким.

Вывод: Значит, крахмал состоит из глюкозы. Чем отличается крахмал от глюкозы?

Учитель химии: Познакомимся с физическими свойствами углеводов на примере глюкозы и крахмала.

Лабораторный опыт № 2. 

Оборудование: пробирки, стаканы с водой, спиртовка, держатели, раствор йода, крахмал, глюкоза.

Инструктивная карточка: Сравните цвет глюкозы и крахмала. Положите в две пробирки равное количество глюкозы и крахмала. Прилейте воду, взболтайте, наблюдайте за растворимостью в холодной воде. Подогрейте обе пробирки. Что наблюдаете? Растворите глюкозу, и крахмал в холодной воде добавьте по капле йодной настойки. Наблюдайте за изменением цвета. Сделайте вывод о качественной реакции на крахмал.

Наблюдения и выводы оформите в виде таблицы.

Вывод: полисахариды в отличие от моносахаридов теряют сладкий вкус и способность растворяться в воде.

Каковы функции углеводов?

Учитель биологии: Изучая биологию, мы выяснили, что углеводы - основной источник энергии, а какова потребность организма человека в углеводах? Сколько углеводов нужно потреблять человеку для сохранения здоровья?

Сообщение учащегося: Углеводы для человека являются основным источником энергии. Человек получает углеводы в основном из продуктов растительного происхождения. Ежедневно человеку необходимо до 440 граммов углеводов. Попадая в организм человека, поли- и дисахара, распадаются до глюкозы. Глюкоза всасывается в кровь, её количество в крови должно составлять 4,4 – 7,0 ммоль/л.

Потребность организма в глюкозе зависит от характера и вида деятельности человека. Излишек глюкозы при ведении малоподвижного образа жизни приводит к ожирению. Ожирение может привести к заболеванию сахарным диабетом. Декстрины, которые образуются при жарении картофеля, могут вызвать у человека развитие злокачественных опухолей. Для сохранения здоровья необходимо рациональное питание.

Исходя из вышеизложенного объясните: почему на завтрак полезно кушать кашу.

К каким переход к белкам

2 УРОК

Почему из органических веществ в клетке больше всего белков?

Белковые вещества играют выдающуюся роль и в построении живой материи, и в осуществлении процессов жизнедеятельности.

Содержание белка: в мышцах человека – 80%, в коже -63%, печени – 57%, мозге – 45%, костях – 28%..

3. Раскрытие темы.

1) Понятие и история исследования белков -  сообщение учащегося – 1–2 минуты. Открытие молекулы инсулина.стр.405

Каков атомарный состав белков?

Почему белки называют биополимерами, макромолекулами? (Состоят из аминокислот)

Какие функциональные группы входят в состав аминокислот?

Запишите общую формулу аминокислот, Какие функциональные группы выделяются в молекулах кислот (карбоксильная и аминогруппа)

Какие свойства могут проявлять аминокислоты (кислот и оснований)

Вывод: аминокислоты это амфотерные соединения.

Амфотерные свойства белков – сообщение учащегося.

Очень важным для жизнедеятельности живых организмов является буферное свойство белков, т.е. способность связывать как кислоты, так и основания, и поддерживать постоянное значение рН различных систем живого организма.

Каким образом происходит соединение аминокислот в белковую молекулу?

Запишите уравнение реакции взаимодействия аминокилот.

Как называется эта реакция? Посредством какой связи образуется молекула дипептида?

Сколько аминокислот может входить в состав молекулы белка?(таблица аминокислот раздать на столы)

Что называется  первичной, вторичной, третичной структурой белка? (Покажите с помощью бус).

ФОРМУЛА ГЕМОГЛОБИНА НА ДОСКЕ  (С738Н1166N203О208S2Fe)4

Белки – это молекулы жизни. Каждый живой организм содержит большое количество различных белковых молекул, при этом каждому виду присущи особые, свойственные только ему белки. Даже белки, выполняющие у различных видов одну и ту же функцию, отличаются друг от друга. Например, у всех позвоночных животных – рыб, птиц, млекопитающих – красные клетки крови содержат белок гемоглобин, переносящий кислород. Но гемоглобин у каждого вида животных свой, особенный. Молекула гемоглобина лошади отличается от соответствующего белка человека в 26 местах, свиньи – в 10 местах, а гориллы – всего лишь одной аминокислотой.

д) Учитель химии. Свойства белков.

Свойства белков весьма разнообразны и определяются их строением.

Сообщение учащегося о свойствах  фибриллярных белков (стр. 409)

Рассмотрим свойства белков в ходе выполнения лабораторного опыта.

Приложение 4.

Лабораторная работа

Химические свойства белков

 Цель: показать многообразие химических свойств полипептидов, действие вредных веществ на белки.

    Оборудование и реактивы: спиртовка, держатель для пробирок, спички, пипетка, растворы: 2%-ный сульфат меди (II), 10%-ный ацетат свинца, 20%-ный гидроксид натрия, концентрированная азотная кислота, этиловый спирт, концентрированный раствор аммиака, раствор яичного белка.

Опыт 1. Свертывание белков при кипячении.

В пробирку поместите 5 капель раствора яичного белка и нагрейте до кипения. Содержимое пробирки охладите и попытайтесь растворить в воде.

Ответьте на вопросы:

- какие изменения происходят в структуре белка при нагревании? Меняется ли первичная структура?

- как называется процесс свертывания белка?

- почему свернувшийся белок не растворяется в воде?

Опыт 2. Осаждение белка.

В четыре пробирки поместите по 10 капель раствора яичного белка. В одну пробирку добавьте воду, во вторую – несколько капель спирта, в третью – 2-3 капли раствора сульфата меди (II), в четвертую – 2-3 капли раствора ацетата свинца. В каких пробирках выпадает осадок?

Ответьте на вопросы:

- к каким последствиям приводит действие на живой организм ионов тяжелых металлов,  спиртов?

- почему при отравлении солями тяжелых металлов, кислотами, другими ядовитыми соединениями пострадавшему предлагают выпить сырое яйцо или молоко?

Опыт 3. Ксантопротеиновая реакция.

В пробирку поместите 10 капель раствора яичного белка и 2 капли концентрированной азотной кислоты. Смесь осторожно нагрейте до появления жёлтого осадка и охладите. Добавьте по каплям концентрированный раствор аммиака до появления оранжевой окраски. (Делает учитель)

Ответьте на вопросы:

- какие аминокислоты можно обнаружить с помощью данной реакции?

- можно ли считать данную реакцию качественной на белок?

Опыт 4. Биуретовая реакция.

В пробирку поместите 5 капель раствора яичного белка и столько же 20%-ного раствора гидроксида натрия. Добавьте 1-2 капли раствора сульфата меди (II), появится красно-фиолетовая окраска.

Ответьте на вопросы:

- наличие какого структурного фрагмента в молекуле необходимо для положительной биуретовой реакции?

- можно ли считать эту реакцию качественной на белок?

Правила техники безопасности при выполнении

лабораторной работы:

1. Запрещается брать вещества руками
2. Не оставляйте открытыми склянки с жидкостями.
3. Кислота – едкое вещество! Разрушает и раздражает кожу, слизистые оболочки. При попадании на кожу капель кислоты, смойте их тщательно сильной струей холодной воды, а затем обработайте пораженную поверхность 2%-ным раствором питьевой соды.
4. Щелочь – едкое вещество! Разрушает и раздражает кожу, слизистые оболочки. При попадании на кожу капель  щелочи, смойте их тщательно сильной струей холодной воды, а затем обработайте пораженную поверхность 2%-ным раствором  уксусной кислоты.
5. Зажигайте спиртовку спичкой или лучиной. Гасите спиртовку, только накрывая пламя колпачком или крышкой.
6. Пробирку надо закреплять в пробиркодержателе у отверстия, а не на середине. Нагревайте осторожно сначала всю пробирку, затем, не вынимая её из пламени, ту часть, где находится вещество.

По растворимости в воде белки делятся на два класса:

глобулярные белки – растворяются в воде или образуют коллоидные растворы; фибриллярные белки – в воде нерастворимы.

При нагревании, изменении кислотности среды происходит разрушение вторичной и третичной структуры белка с сохранением первичной. Это явление называют денатурацией. Пример денатурации – свертывание яичных белков при варке яиц. Денатурация бывает обратимой и необратимой. Необратимая денатурация может быть вызвана радиацией, при отравлении организма солями тяжелых металлов, спиртами и рядом других веществ. (Обращается особое внимание на денатурацию белковой молекулы, происходящую под действием спирта, учащиеся должны сами осознать, насколько вредно употребление алкоголя).

Гидролиз белков – это необратимое разрушение первичной структуры в кислом или щелочном растворе с образованием аминокислот. Анализируя продукты гидролиза, можно установить количественный состав белков.

Для белков известно несколько качественных реакций. Все соединения, содержащие пептидную связь, дают фиолетовое окрашивание при действии на них солей меди (II) в щелочном растворе. Эта реакция называется биуретовой.

Белки, содержащие остатки ароматических аминокислот (фенилаланин, тирозин) дают желтое окрашивание при действии концентрированной азотной кислоты – ксантопротеиновая реакция.

Познакомимся со свойствами белков при выполнении лабораторной работы. Инструкция по выполнению лабораторной работы и необходимые правила техники безопасности – на столах и на экране (Приложение 4).Амфотерные свойства белков – сообщение учащегося.

Очень важным для жизнедеятельности живых организмов является буферное свойство белков, т.е. способность связывать как кислоты, так и основания, и поддерживать постоянное значение рН различных систем живого организма.

Функции белков в организме очень разнообразны.

РАБОТА СО СХЕМОЙ стр.45, рис.17

Если время позволит, вопросы проблемные

В конце рефлексия

Есть белки – переносчики веществ (молекул, ионов) и электронов; есть биокатализаторы, ускоряющие реакции в миллиарды раз и отличающиеся удивительной специфичностью, есть регуляторы различных биологических процессов в организме – гормоны, например, инсулин, вазопрессин, окситоцин. Белки защищают организм от инфекции, они способны узнавать и уничтожать чужеродные объекты: вирусы, бактерии, клетки. Контакты клетки с внешней средой также выполняют разнообразные белки, умеющие различать форму молекул, регистрировать изменение температуры, ничтожные примеси веществ, отличать один цвет от другого.

В заключение урока ответьте на вопросы по углеводам:. 1. Как называется процесс расщепления углеводов в клетке при дыхании? 2. Углевод, содержащийся в соке сахарной свеклы. 3. Процесс преобразования солнечной энергии в химическую. 4. Молочный сахар. 5. Высокомолекулярные углеводы. 6. Промежуточные продукты гидролиза крахмала. 7. Углевод, входящий в состав нуклеиновых кислот. 8. Заменитель сахара для диабетиков