Введение
Цель: распространение опыта работы учителя по моделированию на уроках биологии.
План проведения:
1. Краткое обоснование основных идей метода моделирования.
2. Описание системы занятий при использовании метода моделирования.
3. Работа с моделью
3. Рефлексия
Краткое обоснование основных идей технологии моделирования
Моделирование - построение и изучение моделей реально существующих предметов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений
Модель - материальный или воображаемый объект, замещающий оригинал, сохраняя только некоторые важные его свойства
Модель – это схема какого-нибудь физического объекта или явления. Она используется в качестве его заместителя для выяснения или уточнения каких-либо его признаков. С различными моделями люди сталкиваются в своей жизни. В детстве это всевозможные игрушки (машины, куклы, конструкторы). А в последующие годы – учебные модели в школе, модели одежды, чертежи, схемы и др.
Классификация моделей: по характеру объекта, по сферам деятельности субъекта, по учету фактора времени, по сущности.
Элементы моделирования: Субъект (Кто исследует? - ученик), Объект (что исследуется - молекула белка), Модель - продукт (результат) деятельности ученика. 3
Выделим четыре этапа моделирования:
I. Вычленение существенных признаков объекта - изучение строения молекулы белка
II. Построение модели - четвертичной структуры белка
III. Исследование модели - изучение свойств белка
IV.Перенос полученных на моделях знаний на изучаемый объект - определение содержания белка в белке куриного яйца
Результаты исследования
I. Вычленение существенных признаков объекта - изучение строения молекулы белка
Первый белок, очищенный от примесей был получен в 1728 г. Я. Беккари.
Это был белок пшеничного зерна - клейковина
Впервые термин белковый (albumineise) применительно ко всем жидкостям животного организма использовал, по аналогии с яичным белком, французский физиолог Ф. Кене в 1747 г.
В 1777 году французский химик Пьер Джозеф Маке объединил все вещества, которые при нагревании свертывались (коагулировали) в отдельный класс, и обозначил их как белковые вещества, или белки (по аналогии с яичным белком).
Белки стали называть - протеинами (от греческого protos – первый? главный) -они составляют 10-20% от сырой массы и 50-80% от сухой массы.
«Жизнь есть форма существования белковых тел, и эта форма существования заключается по существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел» Ф.Энгельс
Это высокомолекулярные природные молекулы, нерегулярные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты.
- что значит полимер?
- это многозвеньевая цепь, звеном которой является мономер, с греческого «поли» - много, «мерос» часть.
- что такое мономер?
- с греческого «моно» - один, «мерос» - часть, структурная единица полимера.
- что значит нерегулярные?
- нет определенной закономерности в повторяемости мономеров.
Белок - полимер. Мономер - аминокислота. В состав живых организмов входит 20 аминокислот. В них имеются одинаковые группировки: аминогруппа и карбоксильная группа. В молекуле есть участки, по которым аминокислоты отличаются друг от друга - это радикалы.
Соединение аминокислот происходит через аминогруппу одной аминокислоты и карбоксильную группу другой аминокислоты, при этом выделяется молекула воды. Между соединившимися аминокислотами возникает связь, называемая ковалентной, пептидной. Соединение 2-х аминокислот в одну молекулу называется дипептидом, 3-х - трипептидом, а соединение нескольких аминокислот - полипептидом. 1
II. Построение модели - первичной, вторичной, третичной и четвертичной структуры белка
Сейчас мы соберем с вами полипептидную цепочку, условно принимая за аминокислоту- бусинку. Работаем по группам (2).
- И так, что мы получили?
- Бусы.
-Это модель чего?
- полипептидной цепочки белка.
- Да. Бусинка - это 1 аминокислота, которая является мономером полипептидной цепи - полимера.
При установке структуры белка определяют, какие из 20 аминокислот входят в его состав. Белки: казеин молока, миозин мышц, альбумин яйца, содержит все 20 аминокислот, в белке-ферменте рибонуклеазе их 19, в инсулине - 18, а в сальмине (белок из молок рыб) - всего 7.
Для того чтобы разобраться в замысловатой укладке (архитектонике) белковой молекулы, следует рассмотреть в ней несколько уровней организации. Первичной, самой простой структурой является полипептидная цепь, которую мы сейчас собрали.
Следующий, более высокий уровень организации - это вторичная структура белка. 2
Она имеет вид спирали - это L - структура, или складчатого слоя - «гармошки» - B-структура.
Образуется она путем образования водородных связей между кислородом остатка карбоксильной группы и водородом остатка аминогруппы. Связи эти слабее ковалентной в 25 раз, но так как их очень много, структура спирали удерживается.
Сейчас мы с вами смоделируем вторичную структуру белка. Кто-то создаст модель L-цепочки, кто-то B-цепочки. За водородные связи, мы условно примем обыкновенные скрепки. И так модель вторичной структуры у нас готова. Но ее часто недостаточно для приобретения характерной биологической активности.
Часто, только молекула, обладающая третичной структурой, может выполнять свою функцию. Спираль свертывается, образуя либо клубок - глобулу, либо фибриллу (пучки нитей). Удерживает эту структуру несколько слабых связей:
- гидрофобные, между гидрофобными радикалами, которые в водной среде сближаются, «слипаются»;
- электростатическими связями, которые возникают между электроотрицательными и электроположительными радикалами аминокислотных остатков;
- S-S- связями, дисульфидными мостиками.
Сейчас мы с вами смоделируем третичную структуру белка. Все связи третичной структуры мы условно примем........
Многие белки, обладающие третичной структурой, могут выполнять свою биологическую роль в клетке. Однако 5% белковых молекул образуют более высокоорганизованную структуру - четвертичную. Она представляет собой функциональное объединение нескольких (двух, трех и более) молекул белка третичной структуры.
Пример: гемоглобин - состоит из 2-х L - цепей и 2-х B-цепей, каждая из которых соединена с железосодержащим гемом. Гормон поджелудочной железы - инсулин, состоит и 2-х молекул третичной структуры.
Сейчас мы с вами смоделируем четвертичную структуру. 4
3) Работа с моделью.
III. Исследование модели - изучение свойств белка
Белки обладают следующими физико-химическими свойствами:
1. В растворах белки обнаруживают очень низкое осмотическое давление
2. Незначительная способность к диффузии
3. Высокая вязкость
4. Набухание в очень больших пределах с образованием гелей и студней
5. Способность к адсорбции
6. Амфотерность
7. Ионизация, наличие заряда, электрофоретическая подвижность
8. Гидрофильность
9. Склонность к денатурации, осаждению
10. Способность к гидролизу с расщеплением пептидных связей
11. Растворы белков обладают способностью к светорассеянию и способностью к поглощению УФ - излучения при 280 нм1
Рассмотрим подробнее свойство «денатурация» - утрата белковой молекулой своей структурной организации. Разрушение четвертичной, третичной, вторичной а иногда и первичной структуры белка. Денатурация бывает термическая (при нагревании) и химическая, под воздействием химических веществ.
- Сейчас понаблюдаем, как происходит термическая денатурация с белком куриного яйца - альбумином. Аналогично денатурирует белок человека при высокой температуре. Критическая температура - 41-42, при дальнейшем повышении человек умирает.
- Проведем опыт химической денатурации альбумина при воздействии на него этилового спирта. Мы видим, что белок свернулся. Сейчас мы можем сделать вывод - полезен ли алкоголь?
А теперь давайте покажем денатурацию на наших моделях.
Если изменение условий среды не приводит к разрушению первичной структуры молекулы, то при восстановлении нормальных условий среды полностью воссоздается структура белка и его функциональная активность. Такой процесс носит название - ренатурация. Это свойство широко используется в медицинской и пищевой промышленности для приготовления: антибиотиков, вакцин, сывороток, ферментов, для пищевых концентратов. Демонстрирую таблетки Мезим форте, Фистал, антибиотики. 2
IV.Перенос полученных на моделях знаний на изучаемый объект - определение содержания белка альбумине в белке куриного яйца
Сейчас мы проведем качественные реакции на определение белка:
n Биуретовая
Белок + Cu(OH)2 → фиолетовая окраска → реакция на пептидные связи
n Ксантопротеиновая
Белок + HNO3(к) → желтая окраска →реакция на ароматические циклы
Инструктивная карточка по практической работе прилагается. 3
Заключение
Рефлексия
- Давайте подведем итоги, о чем мы сегодня говорили?
Отвечая на заданные вопросы, и заполняя кроссворд, мы не только подведем итоги, но и узнаем фамилию ученого, получившего Нобелевскую за изучение вторичной структуры белка
1.Связь, образующая первичную структуру белка?
2.Белки имеют большую атомною массу, т.к. представляют собой…
3.Растворимый в воде белок куриного яйца?
4.Мономер для синтеза белка?
5.Разрушение молекулы белка до первичной структуры?
6.Растворимый в воде белок?
Фамилия ученого -Полинг
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
П |
Е |
П |
Т |
И |
Д |
Н |
А |
Я |
|
|
|
|
|
2 |
П |
О |
Л |
И |
М |
Е |
Р |
|
|
|
|
|
|
3 |
А |
Л |
Ь |
Б |
У |
М |
И |
Н |
|
|
|
|
4 |
А |
М |
И |
Н |
О |
К |
И |
С |
Л |
О |
Т |
А |
|
5 |
Д |
Е |
Н |
А |
Т |
У |
Р |
А |
Ц |
И |
Я |
|
|
|
|
6 |
Г |
Л |
О |
Б |
У |
Л |
И |
Н |
|
|
- Модель чего мы собрали сегодня, и к какой группе моделей мы можем ее отнести?
- Мы собрали модель белка, это модель структуры, относится к группе моделей
«По характеру объекта»
ИТОГ - работа по схеме:
Библиографическая ссылка
Клиндухова Л.П. МАСТЕР - КЛАСС НА ТЕМУ: МОДЕЛИРОВАНИЕ - КАК МЕТОД ПОЗНАНИЯ НА УРОКАХ БИОЛОГИИ. ИЗУЧЕНИЕ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ БЕЛКА // Международный школьный научный вестник. – 2021. – № 5. ;URL: https://school-herald.ru/ru/article/view?id=1478 (дата обращения: 26.04.2024).