Презентация "Строение и функции белков"

Тема УРОКА:

«Белки»

Что такое жизнь ?

Философско-теоретическое представление Ф. Энгельса о сущности жизни: «Повсюду, где мы встречаем жизнь, мы находим, что она связана с каким-либо белковым телом, и повсюду, где мы встречаем какое-либо белковое тело, не находящееся в процессе разложения, мы без исключения встречаем и явления жизни».

Определение жизни

“ Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и сама жизнь, что приводит к разложению белка”. (Ф.Энгельс)

Проблема урока

Сегодня мы должны раскрыть тайну веществ, лежащих в основе понятия “жизнь”, т.е. должны ответить на вопрос “Что такое белок?”

Я приглашаю вас в живой природы мир,

Где интерес – наш главный ориентир.

Узнаем мы, что всё здесь не случайно,

Найдём ответы, разгадаем тайны…

Порой, чтоб разрешились все сомненья,

Достаточно нам будет наблюденья.

Вопрос возник, иль снова сомневаемся –

Тогда к эксперименту обращаемся.

Тема занятия:

«Белки»

Цели занятия:

Образовательные :

• расширить знания о белках - биологических полимерах.
• выяснить строение, состав и свойства белков.
• классифицировать белки по их функциям в организме.
• с помощью межпредметных связей способствовать формированию научной картины мира.

Развивающие:

• формирование основных учебных компетенций: учебной, коммуникативной,  личностной;
• развитие умений и навыков самостоятельного учебного труда с информационными источниками;
• развитие умений анализировать, сравнивать, обобщать, делать выводы, выступать перед аудиторией;
• формирование высокого уровня мыслительной деятельности.

Воспитательные:

• формирование адекватной самостоятельности УЧАЩИХСЯ ;
• воспитание потребности в знаниях, повышения познавательных интересов;
• привитие интереса к естественным наукам.

Вопросы, рассматриваемые на УРОКЕ :

• Понятие о белках. Состав и строение белковых молекул.
• Физико-химические свойства белков.
• Функции белков и их классификация.
• Значение белков в природе, в пищевой промышленности и в жизни человека.

Вопрос № 1

Понятие о белках. Состав и строение белковых молекул

Белки - основа жизни

Химический состав организма человека:

• вода 65%,
• жиры 10%,
• углеводы 5%,
• белки 18%,
• другие неорганические и органические вещества 2%.

Преобладающим компонентом в клетках тканей является белок

• На долю белков приходится более 50% сухой массы клетки.
• Содержание белков в сухой массе различных тканей сильно различается:

- в мышцах — 80%,

- в коже — 63%,

- в печени — 57%,

- в мозге — 45%,

- в костях —20%.

Белки обладают большой молекулярной массой:

Молекулярная масса:

• яичного альбумина составляет 36 000,
• гемоглобина — 152 000,
• миозина (одного из белков мышц) — 500 000.

Это в тысячи и десятки тысяч раз больше молекулярных масс неорганических соединений.

«Жизнь есть способ существования белковых тел…».

Ф. Энгельс

Где есть белки, там есть и жизнь, поэтому второе название белков – протеины (от греческого «первый», «важнейший»).

«Чтобы постичь бесконечное, надо сначала разъединить,

а потом соединить»

Гете

Элементарный состав белков :

• углерод - 50-55%,
• кислород - 21-23%,
• азот - 15-17%,
• водород - 6-7%,
• сера - 0,3-2,5%.
• В составе отдельных белков обнаружены также фосфор, йод, железо, магний и некоторые другие элементы. Белки относят к азотсодержащим органическим соединениям.
•  

Огромная роль в исследовании белков принадлежит:

Я. Беккари

Фредерик Сенджер

Фишер

А.Я.Данилевский

В 1888 году высказал мысль о том, что белки состоят из остатков аминокислот, соединённых пептидной связью.

Первый очищенный белок получен в 1728 г.

Л. Полинг

разработал представления о структуре полипептидной цепи в белках, впервые высказал мысль о ее спиральном строении и дал описание альфа-спирали (1951г., совместно с американским биохимиком Р. Б. Кори).

В 1902 году выдвинул полипептидную теорию строения белков.

В 1945 г. установил структуру инсулина, а

в 1953 г синтезировал его

Белки- это высокомолекулярные природные соединения (полимеры), молекулы которых построены из остатков аминокислот, соединенных пептидной связью

• В клетках и тканях обнаружено свыше 170 различных аминокислот. В составе всех белков входит только

20 α -аминокислот.

• из них может быть образовано 2 432 902 008 176 640 000 комбинаций различных белков, которые будут обладать совершенно одинаковым составом, но различным строением и …

Строение аминокислот:

у всех аминокислот, входящих в состав белковых молекул, аминогруппа находится в α -положении, т.е. у второго углеродного атома.

Задание.

• Напишите формулу трипептида, образованного аминокислотами: валином, цистеином, тирозином .

При взаимодействии трех аминокислот происходит реакция конденсации и образуются две пептидные связи

Схема образования полипептида

Аминокислоты в белках связаны пептидными связями

Аминокислоты, входящие в состав белков

Большинство аминокислот, входящих в состав белков, могут синтезироваться в организме в процессе обмена (из других аминокислот, поступаю­щих в избытке). Они получили название заменимых аминокислот. Некоторые аминокислоты не могут синтезироваться в организме и должны поступать в наш организм с пищей. Они получили назва­ние незаменимых аминокислот. Их 8, они не способны синтезиро ваться в организме человека, но поступают в него с растительной пищей. Какие же это аминокислоты? Это валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, лизин, фенилаланин, триптофан. Иногда в их число включают гистидин и аргинин. Две последние не синтезируются в организме ребенка.

Большинство аминокислот, входящих в состав белков, могут синтезироваться в организме в процессе обмена (из других аминокислот, поступаю­щих в избытке). Они получили название заменимых аминокислот. Некоторые аминокислоты не могут синтезироваться в организме и должны поступать в наш организм с пищей. Они получили назва­ние незаменимых аминокислот. Их 8, они не способны синтезиро ваться в организме человека, но поступают в него с растительной пищей. Какие же это аминокислоты? Это валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, лизин, фенилаланин, триптофан. Иногда в их число включают гистидин и аргинин. Две последние не синтезируются в организме ребенка.

Большинство аминокислот, входящих в состав белков, могут синтезироваться в организме в процессе обмена (из других аминокислот, поступающих в избытке). Они получили название заменимых аминокислот .

Некоторые аминокислоты не могут синтезироваться в организме и должны поступать в наш организм с растительной пищей. Они получили название незаменимых аминокислот . Их 8. Это валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, лизин, фенилаланин, триптофан . Иногда в их число включают гистидин и аргинин . Две последние не синтезируются в организме ребенка

Выполнение белками определенных специфических функций зависит от пространственной конфигурации их молекул.

Выделяют 4 уровня структурной организации белка

Первичная структура

Первичной структурой белка называют последовательность аминокислотных остатков, связанных пептидными связями

Вторичной структурой белка называют упорядоченно свернутую полипептидную цепь. Основным вариантом вторичной структуры является α -спираль, имеющая вид растянутой пружины. Она образуется за счет внутримолекулярных водородных связей

Третичная структура

В образовании третичной структуры большая роль

принадлежит радикалам, за счёт которых образуются дисульфидные мостики, сложноэфирные связи, водородные связи.

Четвертичная структура

Четвертичная структура – это объединение нескольких трёхмерных структур в одно целое.

Классический пример: гемоглобин, хлорофилл.

В гемоглобине гем - небелковая часть, глобин - белковая часть.

Характеристика трех структур белковых молекул

Структура белковой молекулы

Первичная — линейная

Характеристика структуры

Порядок чередования аминокислот в полипептидной цепи — линейная структура

Вторичная — спиралевидная

Тип связи, определяющий структуру

Пептидная связь

— NH— СО-

Закручивание полипептидной линейной цепи в спираль — спиралевидная структура

Графическое изображение

Третичная — глобулярная

Упаковка вторичной спирали в клубок — клубочковидная (глобулярная) структура или фибриллы

Внутримолекулярные водородные связи

Дисульфидные и ионные связи

Задание

Отметьте в таблице характеристики, соответствующие структурам молекул белков.

Из букв, соответствующих правильным ответам, вы составите название качественной реакции на белки :

реакция

• реакция

Характеристика структур молекул белка

ХАРАКТЕРИСТИКА

первичная

Структура, образующаяся за счет внутримолекулярных водородных связей

вторичная

К

Разрушается при гидролизе белка

Глобулярная структура

третичная

Б

И

Изменяется при денатурации

К

А

С

Н

П

Ю

Линейная структура

У

Р

Т

Порядок чередования аминокислот в полипептидной цепи

Е

М

О

Спиралевидная структура

З

К

Т

Не изменяется при денатурации

Структуру определяют ионные и дисульфидные связи

Г

В

А

Р

Ы

Е

С

И

Я

Правильный ответ

ХАРАКТЕРИСТИКА

первичная

Структура, образующаяся за счет внутримолекулярных водородных связей

вторичная

Разрушается при гидролизе белка

К

третичная

И

Глобулярная структура

Б

С

А

К

Изменяется при денатурации

П

Ю

Линейная структура

Н

Порядок чередования аминокислот в полипептидной цепи

У

Р

Т

Спиралевидная структура

О

Е

М

З

К

Т

Не изменяется при денатурации

Структуру определяют ионные и дисульфидные связи

Г

В

А

Р

Е

Ы

С

И

Я

реакция

• реакция

Б

И

У

Р

Е

Т

О

В

А

Я

Физико-химические свойства белков

Белки – амфотерные электролиты. При определённом значении рН среды (она называется изоэлектрической точкой) число положительных и отрицательных зарядов в молекуле белка одинаково. Это одной из свойств белка. Белки в этой точке электронейтральны, а их растворимость в воде наименьшая. Способность белков снижать растворимость при достижении электронейтральности их молекул используется для выделения их из растворов, например в технологии получения белковых продуктов.

Процесс гидратации означает связывание белками воды, при этом они проявляют гидрофильные свойства:

• Набухают, их масса и объём увеличиваются.

Набухание белка сопровождается его частичным растворением.

• При ограниченном набухании концентрированные белковые растворы образуют сложные системы, называемые студнями.
• Глобулярные белки могут полностью гидратироваться, растворяясь в воде (например, белки молока).
• Фибриллярные белки не растворяются в воде.

Денатурация белка

• Денатурация белка - нарушение природной вторичной и третичной и четвертичной структур белка под действием различных факторов (температуры, радиации, химических веществ, и т.д.)

Виды денатурации :

• обратимая

(т.е.высаливание)

• необратимая

Фильм1

Фильм2

Фильм3

Денатурированный белок теряет свои биологические свойства.

Процесс восстановления вторичной и третичной структур белка называется ренатурацией.

Под процессом пенообразования понимают способность белков образовывать высококонцентрированные системы «жидкость –газ», называемые пенами.

Белки в качестве пенообразователей используются в кондитерской промышленности (пастила, зефир, суфле).

Структуру пены имеет хлеб, а это влияет на его вкусовые свойства.

Для пищевой промышленности можно выделить два очень два очень важных свойства белков:

1) Гидролиз белков под действием ферментов;

2) Реакция меланоидинообразования.

Реакцию гидролиза с образованием аминокислот в общем виде можно записать так:

Превращение белков в организме

В организмах животных и человека под влиянием ферментов ( пепсин, трипсин, эрипсин и т. д.) происходит гидролиз белков. В результате этого образуются аминокислоты, которые всасываются ворсинками кишечника в кровь. При этих процессах в организме выделяется энергия.

Проведение эксперимента

Меланоидинообразование

Под меланоидинообразованием понимают взаимодействие восстанавливающих сахаров (монозы и восстанавливающие дисахариды, как содержащиеся в продукте, так и образующиеся пи гидролизе более сложных углеводов) с аминокислотами, пептидами и белками, приводящее к образованию темноокрашенных продуктов — меланоидинов

Топленое молоко

Ряженка, варенец, кефир, йогурт из топленого молока

Белки горят с образованием азота, углекислого газа и воды, а также некоторых других веществ. Горение сопровождается характерным запахом жжёных перьев.

• биуретовая , при которой происходит взаимодействие слабощелочных растворов белков с раствором сульфата меди( II ) с образованием комплексных соединений между ионами Cu 2+ и полипептидами. Реакция сопровождается появлением фиолетово-синей окраски.

Доказывает наличие пептидных связей в белках

Фильм

• ксантопротеиновая , при которой происходит взаимодействие ароматических и гетероатомных циклов в молекуле белка с концентрированной азотной кислотой, сопровождающееся появлением жёлтой окраски;

Фильм

• Цистеиновая реакция (сульфгидрильная):

Наличие в белках серы доказывается действие раствора щелочи и ацетата свинца. Выпадение черного осадка свидетельствует о присутствии в полученном растворе сульфид-аниона:

Амфотерность

-

COOH

COO

R

R

+

NH 3

NH 2

Проведение экспериментальной исследовательской работы

Задание группам:

Номер группы

Объект исследования

Группа №1

Содержание эксперимента

Белки пищи

Группа №2

Белки шелка и шерсти

1.Доказать наличие белков в молоке и молочных продуктах.

2.Определить массовую долю белков в молоке.

3. Сделать анализ содержания белков в молочных продуктах.

Группа №3

1. Исследовать состав и свойства белков шелка и шерсти.

2. Изучите данные таблицы и ответьте на вопрос: «Какие изменения происходят в шерсти и шелке при эксплуатации изделий из них?»

Белки кожи

1. Исследовать белки кожи.

2. Изучите данные таблицы и ответьте на вопрос: «Какие изменения происходят в коже при эксплуатации изделий из нее?»

Функции белков и их классификация

Запасающая (резервная)

Накопление белков в организме в качестве запасных питательных веществ

Энергетическая

Способность молекул белков к окислению с освобождением необходимой для жизнедеятельности организма энергии. При расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии

Транспортная

Например, гемоглобин – белок, входящий в состав эритроцитов и обеспечивающий перенос кислорода и углекислого газа

Защитная

Антитела, фибриноген, тромбин – белки, участвующие в выработке иммунитета и свертывания крови

Двигательная (сократительная)

Актин и миозин – белки, входящие в состав мышечных волокон и обеспечивающие их сокращение.

Строительная

Белки – элементы всех тканей и органов, плазматической мембраны клетки, а также костей, хрящей, перьев, ногтей, волос

Гормональная

Гормоны – вещества, обеспечивающие на ряду с нервной системой гуморальную регуляцию функций в организме

Каталитическая или ферментативная

Белки -катализаторы, увеличивающие скорость химических реакций в клетках организма

Рецепторная

Реакция на внешний раздражитель

Функции белков в клетке

Название функции

Пояснения

Каталитическая

Большинство ферментов - белки

Строительная

Основа клеточных органоидов, волос, сосудов

Двигательная

Жгутики простейших - сократительные белки; белки мышц - актин и миозин

Транспортная

Гемоглобин - транспорт кислорода и углекислого газа

Защитная

Антитела (обеспечение иммунитета к заболеваниям)

Энергетическая

Некоторые белки служат источником энергии

Задание

Используя знания из химии, биологии и повседневной жизни, соотнесите типы белков и их функции в организме человека.

На столах листы с отпечатанными на них типами белков. В среднем столбике определите их функции, а в правом- подберите пример того или иного типа белков.

ТИП

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ

Структурные белки мышц

ПРИМЕР БЕЛКОВ

Двигательная

Белки соединительных тканей

Миозин, актин

Строительная

Хромосомные белки

Кератин (кожа, волосы, ногти); коллаген (сухожилия)

Строительная

Контролирующие белки

Переносчики кислорода и других веществ

Контроль за потоком веществ внутрь и вовне организма, передача информации внутри организма (рецепторная)

Гистоны (часть структуры хромосом)

Белки-рецепторы мембран

Транспортная

Ферменты

Гемоглобин

Каталитическая

Гормоны

Протеазы

Регуляция процессов жизнедеятельности (регуляторная)

Защитные белки

Инсулин, половые гормоны

Защитная

Гаммаглобулин , антитела

Критерии оценок:

8 - 10 правильных ответов - «3»

11 - 13 правильных ответов - «4»

14 - 16 правильных ответов - «5»

Классификация белков

По составу (по степени сложности) различают белки:

• простые белки - протеины, состоящие только из аминокислот
• сложные белки - протеиды – содержащие небелковую часть , которая может включать углеводы (гликопротеиды), липиды (липопротеиды), нуклеиновые кислоты (нуклеопротеиды), фосфорную кислоту (фосфопротеиды) (казеин)
• полноценные – содержат весь набор аминокислот
• неполноценные – какие–то аминокислоты в их составе отсутствуют

По форме молекул :

• глобулярные
• фибрилярные

По растворимости в отдельных растворителях:

• водорастворимые, растворимые в слабых солевых растворах (альбумины)
• спирторастворимые (проламины)
• растворимые в щелочах (глютелины)

По выполняемым функциям

Вопрос № 4

Значение белков в природе, в пищевой промышленности и в жизни человека

Белки составляют примерно 20 % массы человеческого тела и 50 % сухой массы клетки. В тканях человека белки не откладываются «про запас», поэтому необходимо ежедневное их поступление с пищей.

Название продукта

Содержание белка

Мясо

18–22%

Название продукта

Сыр

Рыба

Содержание белка

Горох

20–36%

17–20%

26%

Яйца

Картофель

Молоко

13%

1,5–2%

Ржаной хлеб

7,8%

3,5%

Яблоки

Рис

Пшено

8%

0,3–0,4%

Капуста

1,6%

10%

Морковь

Свекла

0,8–1%

Макароны

1,6%

9–13%

Гречневая крупа

11%

Решение задач с практическим содержанием

Задача . Больше всего белка в сыре (до 25%), мясных продуктах (в свинине 8 – 15, баранине – 16-17, говядине 16 – 20%), в птице (21%), рыбе (13 – 21%), яйцах (13%), твороге (14%). Молоко содержит 3% белков, а хлеб – 7-8%.Рассчитайте массу каждого из этих продуктов, обеспечивающую дневную потребность взрослого человека в белках, равную 200г.

Белки – обязательная составная часть всех живых клеток, они играют важную роль в живой природе, являются главным и незаменимым компонентом питания. Это связанно с той огромной ролью, которую они играют в процессах развития и жизни человека. Белки являются основой структурных элементов и тканей, поддерживают обмен веществ и энергии, участвуют в процессах роста и размножения, обеспечивают механизмы движения, развитие иммунных реакций, необходимы для функционирования всех органов и систем организма.

Можно без преувеличения сказать, что белок играет в организме самую важную роль. Из белков строится все наше тело. Каждый белок определяет какое-нибудь свойство организма: цвет глаз, волос, строение внутренних органов и т. д. Есть белки воспринимающие также тепло, запах, вкус, механические колебания. Раздражители «дергают» за кончик белкового «клубка», начиная его разматывать. В результате возбуждение передается нервным клеткам. По такому же принципу работает белок гемоглобина, разносящий по нашему телу кислород.

Белковые вещества составляют громадный класс органических углеродисто-азотистых соединений, неизбежно встречаемых в каждом организме. Роль белков в организме огромна.

Закрепление нового материала:

Ответить на вопросы теста

Ответы к тесту

Вариант 1:

• 1 - б,
• 2 - б,
• 3 - а,
• 4 - г,
• 5 - б,
• 6 – 1 -а,в; 2 -б,г,
• 7 -б,
• 8 -а,
• 9 -б,
• 10 -в

Вариант 2 :

• 1 - б,
• 2 - г,
• 3 - а,
• 4 - а,
• 5 - в,
• 6 – 1б, 2 -б, 3 -а, 4 -а;
• 7 - г,
• 8 - б,
• 9 - в,
• 10 - г

Критерии оценок:

6 – 7 правильных ответов - «3»

8 - 10 правильных ответов - «4»

11 - 13 правильных ответов - «5»

« Я всегда говорил и не устаю повторять, что мир не мог бы существовать, если бы был так просто устроен.»

Гете

Домашнее задание:

• Изучить страницы учебника:

А.П. Нечаев «Органическая химия» стр. 291-296

2 . Подготовиться к лабораторной работе.