Биохимия клетки

Тема. Биохимия клетки.

Авторы: Козленко А.Г., Гомулина Н.Н.

Тип урока. Комбинированный урок (интерактивная доска).

Цель урока.

• Дать первоначальные представления о биохимии клетки, составе и роли отдельных органических веществ.

• Продолжить формирование целостной естественнонаучной картины мира на основе связи между классами органических веществ в живых организмах.

• Продолжить формирование навыков использования мультимедиа-объектов в качестве источников информации и тренажеров.

Основные понятия. Химический состав клетки. Углеводы. Липиды. Аминокислоты. Белки. Функции молекул органических веществ в клетке.

Мировоззренческий и развивающий аспекты урока. Формирование научного мировоззрения о сущности биологических процессов и явлений: обмен веществ и превращения энергии в клетке.

Демонстрационный материал. Белок яйца. Растительное масло. Мед в сотах. Стеариновая свеча. Фрукты.

Межпредметные связи на уроке.

• Химия: органические молекулы.

Использование новых информационных технологий. Интерактивная доска (планшеты), мультимедийный проектор, компьютер, курс «Открытая Коллекция. Биология: молекулярная и клеточная биология, 10–11 классы»(Windows,Linux).

План урока.

Методические указания.

Отметить важнейшее значение углерода для жизни. Вступая в химические реакции, углерод образует прочные ковалентные связи, обобществляя четыре электрона. Атомы углерода, соединяясь между собой, способны образовывать стабильные цепи и кольца, служащие каркасом макромолекул. Кроме того, углерод может образовывать кратные ковалентные связи с другими углеродными атомами, а также с азотом и кислородом. Все эти свойства обеспечивают уникальное разнообразие органических молекул.

Все процессы, протекающие в клетках живых организмов, являются следствием сложнейшего комплекса множества взаимозависимых химических реакций.

I. Организационный момент. Актуализация знаний

При актуализации знаний обратить внимание на элементарный состав клетки: почему количество углерода в клетке наибольшее? Какие остальные элементы присутствуют в больших количествах? Именно о них, их соединениях в органических молекулах и пойдет речь на уроке.

II. Изучение нового материала. Углеводы. Липиды. Аминокислоты. Белки. Функции молекул органических веществ в клетке.

Краткий очерк основных органических веществ – углеводов, липидов и белков; опора на объекты коллекции (разделы 1.1. Химические элементы в клетке, 1.2. Углеводы, 1.3. Липиды, 1.4. Аминокислоты и белки).

• 1. Углеводами называют вещества с общей формулой C_x(H₂O)_y, где x и y – натуральные числа. Название «углеводы» говорит о том, что в их молекулах водород и кислород находятся в том же отношении, что и в воде. В животных клетках содержится небольшое количество углеводов, а в растительных – почти 70 % от общего количества органических веществ. Углеводы делятся на простые (моносахариды) и сложные (дисахариды и полисахариды). Моносахариды имеют общую формулу (CH₂O)_n, где n изменяется от 3 до 9. Самые распространенные моносахариды – глюкоза и фруктоза, имеющие формулу (CH₂O)₆. Все моносахариды (как и дисахариды) имеют сладкий вкус, кристаллизуются и легко растворяются в воде (их объединяют под тривиальным названием «сахара»).

• 1. Липидами обычно называют нерастворимые в воде органические вещества, являющиеся сложными эфирами жирных кислот и спиртов (например, глицерола). Липиды — наиболее важный из всех питательных веществ источник энергии.

При пояснении материала используется «Маркер» (интерактивной доски или «Открытой коллекции»), позволяющий показать особенности структуры молекул, влияющих на из свойства.

Рисунок Коллекции «Триглицерид» с выделением глицерина (синий маркер) и условно нарисованным углеводородным скелетом жирной кислоты (красный маркер).

Липиды:

• образуют энергетический резерв организма;

• участвуют в передаче нервного импульса;

• участвуют в создании водоотталкивающих и термоизоляционных покровов и др.

Типичными мембранными липидами являются фосфолипиды, гликолипиды и холестерин. Из фосфолипидов строятся все плазматические мембраны живых клеток. мембраны не содержат жиров.

Некоторые липиды выполняют в организме специальные функции. Стероиды, эйкозаноиды и некоторые метаболиты фосфолипидов выполняют сигнальные функции. Они служат в качестве гормонов медиаторов и вторичных переносчиков (мессенджеров).

Жиры животного происхождения обычно твердые и содержат преимущественно насыщенные жирные кислоты. Растительные жиры (масла) обычно содержат ненасыщенные жирные кислоты в цис-форме относительно двойной связи. Двойных связей может быть одна в олеиновой кислоте C₁₇H₃₄COOH (кукурузное масло), две в линолевой кислоте C₁₇H₃₂COOH (хлопковое масло), три в линоленовой кислоте C₁₇H₃₀COOH (льняное масло). При гидрировании из жидких растительных масел получают твердые жиры (маргарин, различные растительные жиры).

Поскольку некоторые липиды не синтезируются в организме человека, они должны поступать с пищей в виде незаменимых жирных кислот (полиненасыщенные жирные кислоты) и жирорастворимых витаминов.

Демонстрационный эксперимент. Продемонстрировать некоторые углеводы и липиды: жиры, стеарин, воски и т. п.

• 1. Белки аминокислот живых организмов состоят из a-аминокислот с общей формулой:

Общая формула аминокислот (трехмерная модель молекулы).

В составе белков встречается 20 основных аминокислот (с химическими модификациями это число увеличивается до 25), но только десять из них не синтезируются живым организмом. Это так называемые незаменимые аминокислоты: аргигин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, валин. Их поступление в организм с пищей необходимо.

Молекулы аминокислот в белках связаны пептидной связью. Разнообразие белков обусловлено различной последовательностью аминокислот в первичной структуре белковой молекулы.

Аминокислоты – бесцветные кристаллические вещества, обычно растворимые в воде. Благодаря пептидным связям аминокислоты объединяются друг с другом, образуя полипептиды (белки). Дисульфидными связями полипептиды могут соединяться как между собой, так и между различными участками одной и той же цепи. Белки – высокомолекулярные соединения, образующиеся в результате связывания отдельных полипептидных цепей водородными связями.

Белки в клетках выполняют самые разнообразные функции: транспортные, структурообразующие, защитные, двигательные, запасные и каталитические.

В зависимости от выполняемых функций белки разделяются на несколько классов.

• Структурные белки (коллаген, кератин) выполняют опорную функцию и участвуют в формировании клеточного скелета. Вместе с липидами они входят в состав клеточных мембран.

• Двигательные белки (актин, миозин) обеспечивают сокращение мышц и движение организма или его отдельных частей, а также входят в состав ресничек и жгутиков одноклеточных организмов (тубулин).

• Защитные белки (иммуноглобулины, фибриноген, тромбин) играют важную роль в формировании иммунитета, а также активно участвуют в восстановлении поврежденных тканей и органов.

• Белки-катализаторы, или ферменты (пепсин, трипсин, липаза, нуклеаза) ускоряют протекающие в организме химические реакции.

• Транспортные белки (гемоглобин, карбоангидраза, Na⁺, K⁺ – АТФ-аза) связывают различные органические и неорганические соединения и ионы, перенося их с током крови и лимфы, а также осуществляют активный транспорт веществ через биологические мембраны.

• Регуляторные белки (инсулин, глюкагон) участвуют в поддержании физиологической активности организма, а также отдельных органов и клеток.

• Сигнальные белки (родопсин, клеточные рецепторы, например, адренорецепторы) воспринимают физиче6ски или химические сигналы окружающей клетку среды.

III. Обобщение знаний. Формирование умений и навыков

Для создания устойчивых умений по рассмотренному материалу рекомендуется воспользоваться интерактивно моделями «Молекула аминокислоты», «Сборка белковой молекулы».

Модель «Молекула аминокислоты»

Модель «Сборка белковой молекулы»

Первая модель представляет собой конструктор молекул, с помощью которого можно собрать молекулу аминокислоты (в общем виде – используя недетализированный радикал R). При нажатии на кнопку справа можно посмотреть подсказку.

Вторая модель, более сложная, представляет собой конструктор молекул, с помощью которого можно собрать основу белковой молекулы – дипептид, состоящий из двух аминокислот, соединенных между собой пептидной связью.

Можно вызвать учащихся и попросить собрать данные молекулы с помощью этих конструкторов (на интерактивной доске или возможно использование планшета).

Далее рекомендуется организовать ответы учащихся на вопросы.

1. Какие химические элементы входят в состав углеводов? Липидов? Аминокислот?

2. Какие вещества называют липидами?

3. Чем отличаются растительные жиры от животных?

4. Из каких веществ строятся все плазматические мембраны живых клеток?

5. Какие жиры вы знаете?

6. Какие аминокислоты встречаются в составе белков?

7. Какие аминокислоты являются незаменимыми и почему они так называются?

8. Какие функции выполняют в клетках белки?

9. Чем обусловлено разнообразие белков? Подсказка: различная последовательность аминокислот в первичной структуре белковой молекулы.

10. Известно, что из фосфолипидов строятся все плазматические мембраны живых клеток. Содержат ли мембраны жиры?

IV. Первичная проверка усвоения знаний.

Рекомендуется воспользоваться интерактивными заданиями по данному вопросу. Данный раздел урока – самый продолжительный, тем не менее из 16 заданий рекомендуется на уроке рассмотреть решение примерно 10 заданий. Обратить внимание на то, что некоторые задания являются параметризованными, то есть при новом включении дистракторы перемешиваются и встают на новые места.

Выполнение заданий возможно как в режиме самопроверки (учащиеся выполняют задания на листочках, потом проверяют по проецируемым на доске решениям), так и в режиме коррекции ошибок, когда учитель/один из учеников выполняют задание неправильно, получают об этом программное уведомление, а отдельный ученик (или все) исправляют решение.

Пример задания на классификацию (соответствует типу В4-В6 ЕГЭ)

V. Домашнее задание

В дополнение к параграфу учебника (по используемой линии) и заданий к нему можно предложить мини-сообщения об отдельных соединениях (разных аминокислотах с собственной ролью, некоторых редких углеводах, интересных липидах и т.п.).