Белок - основа жизни - реферат

Глава II

Про­грамма спец­курса „Бе­лок – ос­нова жизни”.

2.1. Объ­яс­ни­тель­ная за­писка.

Пред­ла­гае­мая про­грамма спецкурса „Белок – основа жизни” предназначена для учащихся X-XI классов. Программа построена с учетом имеющихся знаний у учащихся по химии и биологии, она направлена на рассмотрение, углубление этих знаний, а также на формирование правильного понимания жизненных процессов. Преподавание спецкурса необходимо построить в зависимости от уровня подготовленности учащихся. Материал для преподавания в X классе может быть несколько упрощен, но не сведен лишь к изучению биологических функций белков.

При изучении спецкурса „Белок – основа жизни” в X классе рекомендуем подробно остановиться на вопросах, касающихся особенностей белковых тел как носителей жизни, аминокислотного состава белков, свойств белков и их функций организме человека.

При изучении спецкурса в XI классе следует особое внимание уделять химическому строению, структурам белковых молекул, методам выделения и очистки белков, их биологическому действию в живых организмах.

Спецкурс рассчитан на 30 часов, из них 14 часов отводится на лекции, 9 часов – на выполнение лабораторных работ, 5 часов – на семинарские занятия.

При проведении спецкурса предусмотрен учет и контроль знаний учащихся. Проверка знаний может осуществляться с помощью контрольных работ, опроса на занятиях, индивидуальных бесед, тестовых заданий.

В вариант программы могут быть внесены некоторые изменения: перестановка тем, включение некоторых дополнительных вопросов для изучения. Изменения в планирование спецкурса могут быть внесены из-за отсутствия необходимого набора реактивов в кабинете химии. Однако внесенные изменения не должны нарушать логическую структуру курса и существенно отражаться на объеме и уровне знаний учащихся. Предлагаемый курса „Белок – основа жизни” может быть использован как факультативные занятия по химии, биологии или как межпредметный комплекс.

Разработанный нами спецкурс может способствовать интеграции химии с другими естественнонаучными дисциплинами, позволяет знакомить учащихся с процессами, протекающими в окружающей среде, в организме человека и животных и приближает изучение химии к жизни.

2.2. Рабочая программа спецкурса

I. Введение

Химический состав организмов. Общее знакомство с белками. Роль белковых тел в построении живой материи и в осуществлении процессов жизнедеятельности. Особенности белковых тел как носителей жизни. Современные представления о сущности жизни и роли белков в её осуществлении.

II. История открытия и изучения белков.

Внедрение первого препарата белкового вещества. Работы Я.Б. Беккари. Эксперименты с белковыми веществами растительного происхождения (И.М.Руэль, А. Пармантье и др.). Экспериментальные работы с белковыми веществами животного происхождения (Ф. Кене, Ф. Вассерберг, И. Пленк).

Попытки А. Ф. Фукруа по установлению строения белков и сравнению белковых веществ различных тканей и жидкостей живого организма.

Первые данные об элементарном составе белков (Гей-Люссак и Тенар).

Работы по установлению эмпирических формул белковых веществ (Ш.А.Вюрц, Э. Бауленхауер, Э. Фреши и А. Валансьен и др.).

Открытие аминокислот (Л.Н. Воклен, У.Г. Волластон, Г. Мульдер, А. Браконно и др.).

Способ связи аминокислот в белковой молекуле. Работы А.Я. Данилевского и Э. Фишера. Синтез первого дипептида. Развитие представлений о структурах белковой молекулы (К.У. Линдерстрем-Ланг и др.).

Отечественная химия белка до 50-х годов XX-века. Открытие Московского биохимического института (1921). Работы Н.Д. Зелинского как логическое продолжение работ Э. Фишера.

Физико-химические методы исследования белков в 30-40 гг. XX века (Д.Л. Талмуд, П.В. Афанасьев и др.). Вклад Ф.И. Гизе, А.И. Коднева, П.Т. Ильенкова, А.Я. Данилевского, А.П. Сабанеева, Н.Н. Любавина и других отечественных ученых в развитие представлений о химическом строении белка.

III. Элементарный состав белков. Методы выделения и фракционирования белков.

Основные химические элементы, входящие в состав белка, их процентное содержание. Понятие о факторе пересчета.

Способы гомогенизации материала: размалывание на специальных мельницах, измельчение в гомогенизаторах Уорринга и Поттера, ультразвуком, попеременным замораживанием и оттаиванием, осмотическим шоком, методом азотной бомбы. Экстракция белков растворами солей, буферными смесями (фосфатный, цитратный, боратный), органическими растворителями (водными растворами одно- и многоатомных спиртов, уксусной и дихлоруксусной кислот, ацетона и др.). Методы фракционирования белков: высаживание, осаждение органическими растворителями (метиловым и этиловым спиртами, ацетоном, диоксаном и др.); осаждение солями тяжёлых металлов (Hg²⁺, Zn²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺, и др.), электрофорез жидкостный, на бумаге и блоке агар-агара.

Лабораторно – практические работы:

1. „Выделение белков из тканей и биологических жидкостей“.

2. „ Реакции осаждения белков“.

IV. Гомогенность и молекулярная масса белков.

Способы очистки белковых препаратов от низкомолекулярных примесей: диализ, электродиализ, кристаллизация и ильфильтрация. Методы определения гомогенности белковых препаратов: по независимости растворимости от количества твердой фазы, по хроматографической, электроогорепической и гравитационной однородности, по кристалличности, по содержанию HS-группы и концевых аминокислот.

Молекулярная масса белков. Понятие о физическом и химическом значениях молекулярной массы белков.

Методы определения молекулярной массы белка: гравитационный (ультрацентрифугирование), вискозометрический, осмометрический, электронно-микроскопический, хроматографический, химический, оптический.

Ультрацентрифуги и их достоинство.

Лабораторно-практическая работа:

2. „Диализ белка“.

V. Аминокислотный состав белков.

Аминокислоты – основные структурные элементы всех белков. Разнообразие аминокислот. Природные аминокислоты. Понятие о рацемических и оптических активных аминокислотах. Особое значение для жизни α-аминокислот.

Заменимые и незаменимые для человека аминокислоты.

VI. Строение белковой молекулы.

Способ связи аминокислот в белковой молекуле. Работы А.Я. Данилевского и Э. Фишера. Пептиды. Методы синтеза пептидов. Синтез пептидов по методу Р. Меррифильда.

Природные пептиды: карнозин, глутатион, офтальмовая кислота, окситоцин, вазопрессин, ораллондин и др.

Структура белковой молекулы. Доказательства полипептидной теории строения белка.

Первичная структура белков. Схема установления первичной структуры белка.

ОпределениеN- и C-концевых аминокислот, расщепление дисульфидных связей и окисление остатков цистеина в цистеиновую кислоту, селективный гидролиз трепсином и химотрипсином, фракционирование пептидов методом электрофореза и хроматографии, расшифровка первичной структуры выделенных пептидов, воссоздание полной структуры полипептидной цепи. Характеристика первичной структуры A- и B-цепей инсулина, α- и β-цепей гемоглобина и других белков. Первичная структура и видовая специфичность белков.

Вторичная структура белков. Понятие об α- и β-конформациях полипептидной цепи. Правые и левые α-спирали, их реализация в белках и пептидах. Силы, удерживающие полипептидную цепь в α-конформации. Связь первичной вторичной структуры белковой молекулы. Степень спирализации полипептидных цепей белков.

Третичная структура белков. Методы её выявления. Работы Дж. Кендрю, М. Петруца и Филипса по рентгеноструктурному анализу третичной структуры гемоглобина. Типы связей, обеспечивающих поддержание структуры белковой молекулы. Гидрофобные зоны в молекулах глобумерных белков. Приоритет отечественных исследователей (Д.Л. Талмуда, Б.Н. Талмуда и П.В. Афанасьева) в разработке учения об ориентации гидрофобных и гидрофильных радикалов в процессе свёртывания полипептидной цепи в глобулу. Динамичность третичной структуры белков.

Четвертичная структура белков. Субъединицы, протомеры и эпимолекулы (мультимеры). Конкретные примеры четвертичной структуры белков (инсулин, гемоглобин, вирус табачной мозаики и т.п.). Типы связей между субъединицами в эпимолекуле.

Лабораторно-практические работы:

2. „Кислотный и ферментативный гидролиз белка“.

3. „Биуретовая и мингидриновая реакции на белки“.

VII. Свойства белков

Реакционная способность белков. Химические свойства белков. Оптические свойства белков. Амфотерность. Гезоэлектическое состояние белковой молекулы. Нативные и денатурированные белки. Механизм денатурации белков.

Лабораторные работы:

2. „Качественные реакции на белки“.

VIII. Номенклатура и классификация белков.

Простые (протеины) и сложные (протеиды) белки. Классификация протеинов по форме белковой молекулы, по происхождению, по аминокислотному составу. Характеристика некоторых простых белков (клупеин, фиброин шёлка, яичный и сывороточный альбумины). Классификация протеидов. Белковый компонент и прстепическая? Группа в протеидах. Металлопротеиды (феррипин). Фосфопротеины (казеин, фосфопротеиды яйца, пепсин). Гликопротеиды, хромопротеиды, мепопротеиды? Нуклеотиды; тонкая организация их структуры.

IX. Биологические функции белков.

Белки – ферменты. Белки – гормоны. Белки – антибиотики и др. Характеристика наиболее изученных представителей белков и полипептидов: окситоцин, вазопрессин, инсулин, гормон роста, рибонуклеаза, интерфероны и некоторые другие. Превращение белков в организме.

X. Современные исследования в области химии белка.

Органическая химия и биохимия: подходы к изучению сложных природных соединений. Синтез аминокислот и белков. Формирование энзимологии. Изучение химической природы биокатализаторов.

Химия и клетка. Химические методы изучения клетки. Цитохимия и биохимия, проблема организации клетки.

Биохимические исследования в медицине.

Создание биохимических кафедр и лабораторий.

2.3. Планирование спецкурса „Белок – основа жизни“ для изучения в XI классе средней школы.

При планировании спецкурса мы учитывали рекомендации данные в методической литературе [7,18,22,28].

Поскольку учащиеся имели весьма ограниченные знания по обозначенной проблеме, мы отобрали для изучения наиболее интересные темы с тем, чтобы заинтересовать их, развить навыки экспериментальной работы в школьной химической лаборатории и развить умение самостоятельной работы с литературой.

Нами также учитывался уровень подготовленности учащихся, и поэтому мы сочли нужным разработать планирование спецкурса для XI классов средней школы.

Таблица. Тематическое планирование спецкурса „Белок – основа жизни“.

2.4. Учебно-материальная база организации учебного процесса.

Для проведения спецкурса „Белок – основа жизни“ необходима соответствующая учебно-материальная база, включающая основные химические реактивы, оборудование.

Также нами подобраны наглядные пособия в виде схем, таблиц, рисунков, где отражены структуры белковой молекулы, аминокислотный состав белков, фрагмент первичной структуры молекулы инсулина и др.

Кроме имеющихся в продаже нами использовались и рекомендованы пособия, которые могут быть выполнены учителем или учащимися. (Примеры некоторых таблиц, используемых при проведении занятий. См. в приложении № ).

Нами составлена таблица, в которой отражен перечень реактивов, оборудования и дополнительного материала для проведения лабораторного эксперимента.

Таблица. Перечень необходимых реактивов и оборудования для проведения лабораторно-практических работ и демонстрационного эксперимента.

Выводы по II главе:

1. Впервые разработана и предложена программа спецкурса „Белок – основа жизни“.

2. В объяснительную записку включены цели и задачи спецкурса, а также общее количество часов отводимых на его изучение.

3. В рекомендованной нами рабочей программе раскрыто содержание изучаемых вопросов по десяти основным разделам.

4. Тематическое планирование спецкурса распределяет материал по часам с указанием форм, методов и средств обучения.

Глава III.

Апробация некоторых дидактических материалов спецкурса в лабораторных и школьных условиях.

3.1. Задачи и организация апробации.

Не претендуя на исчерпывающее решение рассматриваемой проблемы формирования у учащихся знаний о химической природе белков и особенностях белковых тел как носителей жизни, мы выделили для исследования следующие вопросы:

• Разработать программу спецкурса „Белок – основа жизни“.

• Отработать её содержание на основе тематического планирования.

• Апробировать некоторые материалы спецкурса в лабораторных и школьных условиях.

• Показать эффективность предлагаемых форм, методов и средств изучения белков на примере некоторых тем курса.

При составлении программы и разработке тематического планирования спецкурса мы поставили и реализовали следующие задачи.

1. Дать учащимся представление о химической природе белков.

2. Познакомить их с особенностями белковых тел, как носителей жизни.

3. Углубить, расширить и актуализировать имеющиеся у учащихся знания по химии, биологи с помощью рассмотрения теоретических вопросов, касающихся строения, способов выделения, свойств и функций белков, подтверждая их химическим экспериментом.

4. Познакомить с некоторыми методическими приёмами, используемыми при выделении белков из различных тканей и биологических жидкостей.

5. Способствовать овладению методами анализа аминокислотного состава белков с помощью цветных реакций.

6. Акцентировать внимание учащихся на биологической ценности белков по аминокислотному составу.

7. Выработать у школьников правильное отношение к своему здоровью, дать рекомендации по повышению их осведомленности в области влияния рационального питания на нормальное функционирование организма.

При отборе материала, для апробации некоторых тем спецкурса, наряду с углублением теоретических вопросов большое внимание нами уделялось демонстрационному эксперименту, практическим и лабораторным работам, благодаря которым формируется твердое убеждение в истинности научных фактов. Эксперимент проводился в естественных условиях, в нем участвовали учащиеся X, XI классов.

Введение

Ни одно вещество из всех веществ биологического происхождения не имеет столь большого значения и не обладает столь многообразными функциями в жизни организма, как белки.

Во-первых, белки обладают рядом особенностей, которые несвойственны никаким другим органическим соединениям. Эти особенности обеспечивают функционирование белковых тел как носителей жизни. К их числу относятся:

1. Бесконечное разнообразие структуры и вместе с тем высокая видовая специфичность её;

2. Способность к внутримолекулярным взаимодействиям;

3. Способность отвечать на внешнее воздействие закономерным изменением конфигурации молекулы;

4. Наличие биокаталитических свойств и ряд других качеств.

Во-вторых, наша пища – это белки, жиры, углеводы, витамины, соли, вода. Все эти компоненты жизненно важны, необходимы, у каждого свои функции в организме. Но только белки используются для построения тела организма, для создания своих собственных белковых веществ. Однако, если организму не хватаем энергии, он сжигает аминокислоты белков.

Белки являются основной составной частью протоплазмы клетки; существование живой клетки, не содержащей белковых веществ, невозможно.

Сложная совокупность явлений, которая характерно для живого организма, имеет в своей основе процессы синтеза и разложения белковых веществ. Упрощенно можно представить построение белка организмом таким образом, что из кишечника аминокислоты всасываются в кровь, которая разносит их по всем клеткам организма. В клетках аминокислоты снова синтезируются в белки, но ухе другие, необходимые именно этим клеткам. Из этой упрощенной схемы видно, насколько необходимо поступление в организм человека полноценной белковой пищи.

Актуальность нашей работы заключается в том, что в современном обществе отмечается общее ухудшение условий жизни и, в частности, питания, что приводит к голоданию большого числа людей. Особенно не дополучают необходимое количество пищи за счёт её белковых компонентов (мяса, яиц, молочных продуктов).

Разработанный нами спецкурс „Белок – основа жизни“ помогает учащимся понять важность белковых тел для процессов жизнедеятельности и необходимость полноценного питания для нормального функционирования организма.

Поэтому проблема изучения белков, особенно в вопросе замены традиционной белковой пищи другими природными продуктами с высоким содержанием белка является в настоящее время актуальной.

Целью нашего исследования из всего сказанного выше является разработка спецкурса для средне школы „Белок – основа жизни“ для углубленного изучения этой темы старшеклассниками.

Для достижения поставленной цели нами были сформулированы следующие задачи:

• изучить и составить обзор литературы по обозначенной проблеме.

• На основании изученной научной, научно- и учебно-методической литературы разработать рабочую программу и провести тематическое планирование спецкурса.

3.2. Формы, методы и средства обучения, используемые при изучении спецкурса.

Ознакомившись с методической литературой по организации факультативных курсов [17, 18, 39], пособиям по методике преподавания химии в средней школе [10, 11, 16, 28, 39, 53], мы пришли выводу о том, что спецкурс занимает промежуточное положение между уроками и внеурочной работой. От уроков он отличается тем, что учащиеся занимаются на спецкурсе по желанию в зависимости от своих индивидуальных запросов, интересов, но по определенной программе и расписанию.

В методической литературе по химии нет единство в определении этой формы, что по-видимому, связано с большим разнообразием различных вариантов организации спецкурса. Основная педагогическая цель спецкурса – развитие учащихся, их интересов и склонности к какой-либо науке.

Занятия на спецкурсе меньше ограничены программой, временем, чем факультативные занятия. Это позволяет значительно полнее удовлетворять индивидуальные запросы учащихся, особенно в отношении эксперимента.

На спецкурс принимаются как учащиеся с уже определившимся стойким интересом к химии, так и учащиеся, ещё не проявившие особых наклонностей к занятиям химией.

Спецкурс по химии является продолжением учебно-воспитательного процесса, начатого на уроке. Он способствует закреплению расширению и углублению знаний учащихся по данной дисциплине. Занятия на спецкурсах развивают умение самостоятельно работать с литературой и экспериментировать, воспитывают дисциплинированность, настойчивость в работе, наблюдательность, точность, аккуратность, развивают чувство взаимопомощи и коллективизма.

В.А. Сухомлинский писал: „Логика учебного процесса таит в себе опасность замкнутости и обособленности, потому что в школе на каждом шагу подчёркивается (иначе не возможно): достигай успеха собственными усилиями, не надейся на кого-то и результаты умственного труда оцениваются индивидуально. Чтобы школьная жизнь была проникнута духам коллективизма, она не должна исчерпываться уроками“.¹

При выборе форм организации учебного процесса и методов работы на спецкурсе необходимо учитывать содержание спецкурса, интерес учащихся к предмету, а также уровень развития и подготовленности школьников.

Одно из главнейших требований к формам и методам обучения состоит в том, что они должны стимулировать активную работу мысли учащихся, развивать самостоятельность мышления а также способность творческой разносторонней деятельности.

Тщательный анализ литературы [10, 16, 17, 18, 19, 20, 26, 28, 30, 39, 49], позволил нам выбрать те необходимые методы, формы, средства, с помощью которых можно достигнуть выполнение поставленных задач.

Из словесных методов наиболее часть применяется нами лекция.

Лекция должна быть построена таким образам, чтобы вызвать у учащихся интерес к её содержанию, привести к