Неорганические вещества. Белки: состав и строение белков
Цели и задачи
- Цель урока по SMART: к концу урока учащиеся смогут объяснить значение воды и солей для клетки, назвать структурные части аминокислоты, описать образование пептидной связи и различать четыре уровня организации белка, аргументируя ответы не менее чем в 3 учебных заданиях.
- Сформировать представление о полярности воды, водородных связях, диссоциации воды и биологической роли важнейших ионов.
- Раскрыть состав аминокислот, роль радикала, принцип образования полипептидной цепи и значение последовательности аминокислот.
- Научить применять понятия «гидрофильные вещества», «гидрофобные вещества», «пептидная связь», «первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры» при анализе биологических ситуаций.
- Развивать умение работать с учебником, схемами презентации и заданиями разной сложности; формировать научно обоснованное отношение к информации о здоровье.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение научных знаний о воде, ионах и белках для понимания процессов жизнедеятельности организма.
- Проявляют ответственное отношение к оценке сообщений о питании, микроэлементах и свойствах белков.
- Понимают ценность доказательного объяснения биологических явлений и признают необходимость проверки предположений по научным данным.
- Осознают связь биологических знаний с будущей профессиональной деятельностью в области медицины, биотехнологии, химии и экологии.
Метапредметные
- Сравнивают свойства воды и солей, выделяют причины и следствия, устанавливают связь между строением белка и его функцией.
- Извлекают информацию из текста учебника, таблицы, схемы аминокислоты и изображений презентации.
- Моделируют образование полипептидной цепи условными обозначениями и используют модель для объяснения структуры белка.
- Формулируют аргументированный вывод, распределяют задания по уровню сложности и осуществляют самопроверку по эталону.
Предметные
- Знать состав молекулы воды, понятия «полярность», «водородная связь», «диссоциация воды», «гидрофильные» и «гидрофобные вещества».
- Знать основные ионы клетки и их роль в проведении нервных импульсов, сокращении мышц, свёртывании крови и поддержании постоянства pH.
- Уметь показывать общую часть аминокислоты и радикал, объяснять различия аминокислот.
- Уметь описывать образование пептидной связи с выделением молекулы воды и характеризовать четыре уровня организации белка.
- Уметь объяснять, почему последовательность аминокислот определяет пространственную форму и функцию белка.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осмысливают практическое значение воды, солей и белков для поддержания жизнедеятельности.
- Проявляют готовность корректировать ошибочные представления на основании научных фактов.
- Связывают изучаемые понятия с интересами будущего обучения и профессионального самоопределения.
- Принимают право одноклассника на ошибку и используют обсуждение для совместного уточнения ответа.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель изучения состава и строения белков на основе проблемного вопроса.
- Планируют последовательность действий: анализ воды и солей, строение аминокислоты, образование цепи, уровни структуры белка.
- Проверяют самостоятельную работу по предложенному эталону и фиксируют понятие, требующее повторения.
- Оценивают соответствие полученного вывода исходной проблеме и корректируют неточные формулировки.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки полярной молекулы воды, аминокислоты и белка.
- Сравнивают гидрофильные и гидрофобные вещества, гомо- и гетерополимеры, уровни организации белка.
- Устанавливают причинно-следственные связи между свойствами радикалов, сворачиванием белка и его функцией.
- Создают знаковую модель полипептида и используют её для объяснения пептидной связи.
Коммуникативные УУД
- Участвуют во фронтальном диалоге, формулируют полный ответ с использованием биологических терминов.
- Работают в парах при проверке утверждений и согласуют общий вывод.
- Задают уточняющие вопросы о строении аминокислот и уровнях организации белка.
- Аргументируют позицию и корректно дополняют ответы одноклассников.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию с материалами о воде, водородных связях, растворяющей способности воды, диссоциации, ионах, строении аминокислоты и четырёх уровнях организации белка.
- Вывести на доску проблемный вопрос: «Как строение молекул воды и белков определяет их значение для клетки?»
- Подготовить схему аминокислоты с обозначенными аминогруппой, карбоксильной группой, центральным атомом углерода и радикалом.
- Распечатать карточки для самостоятельной работы: карточки 1–5 с определениями атома, молекулы, макроэлементов, микроэлементов, химической и ковалентной связи, биополимеров, гомо- и гетерополимеров — по одной карточке на пару.
- Распечатать карточки с заданиями разной сложности: базовый уровень — классификация понятий; повышенный — исправление ошибочных утверждений; высокий — объяснение связи структуры белка и функции.
- Подготовить таблицу «Ион — место действия — биологическая роль» для фронтального заполнения.
- Подготовить учебник, тетради, маркеры, стикеры трёх цветов и таймер на 2–3 минуты.
- На доске заранее оставить место для итоговой схемы: вода и соли → среда и регуляция; аминокислоты → пептидная связь → полипептид → белок.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и создать проблемную ситуацию, связанную со строением молекул.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, пожалуйста, готовность к уроку: учебник, тетрадь, ручка и карточка для работы должны лежать на столе. Сегодня мы будем рассматривать вещества, без которых клетка не может существовать, и белки, определяющие множество её свойств." | Проверяют оборудование, записывают дату, готовят тетради и карточки. |
2 мин | Учитель показывает на экране изображение молекул воды и схему белковой цепи: "Перед вами два объекта. Вода кажется простой молекулой, а белок — сложной цепью. Почему небольшое изменение строения может изменить свойства вещества? Достаточно ли знать только химический состав? Запомните свои предположения: к ним мы вернёмся в конце урока." | Рассматривают изображения, формулируют предположения: "важно взаимное расположение атомов", "свойства зависят от связей и формы молекулы", "последовательность аминокислот влияет на белок". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что одного перечня атомов недостаточно для объяснения свойств вещества. Сначала актуализируем знания о химических связях и молекулах, затем последовательно разберём воду, соли и белки."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о молекулярном уровне, химических элементах и биополимерах.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель проводит фронтальный опрос: "Что называют атомом и молекулой? Какие частицы участвуют в образовании ковалентной связи? Чем мономер отличается от полимера? Назовите примеры биополимеров. Почему одинаковый набор элементов не гарантирует одинаковых свойств?" Учитель фиксирует ключевые слова на доске. | Отвечают: "атом сохраняет свойства химического элемента", "молекула состоит из связанных атомов", "в ковалентной связи участвуют валентные электроны", "белки и нуклеиновые кислоты — биополимеры". |
2 мин | Учитель предлагает мини-задание «Верно — неверно»: "Белки являются мономерами. Все липиды — биополимеры. Свойства полимера зависят от последовательности звеньев. Исправьте ошибочные утверждения." | Отмечают верные утверждения, исправляют ошибки: "белки — полимеры аминокислот", "не все липиды имеют повторяющиеся мономерные звенья". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что строение и взаимодействие частиц определяют свойства вещества. Теперь сформулируем, какие именно вопросы необходимо решить сегодня."
Этап 3. Постановка цели и планирование работы (2 мин)
Цель этапа: сформулировать учебную задачу и определить последовательность освоения нового материала.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель: "Сформулируйте тему урока по материалам на экране. Какие вопросы должны войти в план? Верно ли начать с воды и солей, а затем перейти к белкам? Запишите тему: «Неорганические вещества. Белки: состав и строение белков». Цель можно выразить так: объяснить, как состав и строение воды, солей и белков связаны с их функциями. План: вода; соли и ионы; аминокислоты; пептидная связь; уровни организации белка." | Формулируют тему и цель, записывают их в тетрадь, предлагают план: "сначала свойства воды, потом роль ионов, затем строение белка и его уровни организации". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "План принят. Двигаемся от простого к сложному: от молекулы воды и отдельных ионов — к аминокислотам, цепи и пространственной организации белка."
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 4. Освоение нового материала: вода и соли (8 мин)
Цель этапа: раскрыть связь полярности воды и свойств ионов с их биологической ролью.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель демонстрирует слайды о строении воды: "Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода: $H_2O$. Кислород сильнее притягивает электроны, поэтому получает частичный отрицательный заряд, а водород — частичный положительный. Такая молекула является диполем. Между молекулами воды образуются водородные связи. Как это объясняет растворение солей и сахаров?" | Записывают формулу $H_2O$, показывают на схеме частичные заряды, отвечают: "полярные молекулы воды ориентируются вокруг заряженных частиц и помогают им перейти в раствор". |
3 мин | Учитель: "Сравните гидрофильные и гидрофобные вещества. К первым относятся соли, сахара, аминокислоты, белки и нуклеиновые кислоты; ко вторым — липиды. Почему липиды участвуют в образовании мембран? Назовите ещё две функции воды в клетке." | Составляют сравнение, отвечают: "гидрофильные вещества хорошо взаимодействуют с водой, гидрофобные — почти не растворяются"; называют воду средой реакций, транспортной системой и участником реакций. |
2 мин | Учитель выводит на экран запись: $H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^-$. "Это диссоциация воды — обратимый распад молекул на ионы. Теперь рассмотрим соли. Какие ионы участвуют в нервных импульсах, сокращении мышц, поддержании pH и свёртывании крови?" | Записывают определение диссоциации, заполняют таблицу: $K^+$ и $Na^+$ — нервные импульсы; $Ca^{2+}$ — кровь и мышцы; $HCO_3^-$ и фосфатные ионы — поддержание pH. |
Запись в тетрадях
- Вода — полярная молекула-диполь; между её молекулами образуются водородные связи.
- Гидрофильные вещества взаимодействуют с водой, гидрофобные — почти не растворяются в ней.
- Диссоциация воды: $H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^-$.
- Ионы обеспечивают нервные импульсы, сокращение мышц, свёртывание крови и поддержание постоянства pH.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Итак, свойства воды определяются её полярностью и водородными связями, а соли действуют через ионы. Теперь перейдём к белкам и выясним, из каких мономеров они построены."
Этап 5. Открытие нового знания: аминокислоты и образование белковой цепи (9 мин)
Цель этапа: сформировать представление о составе аминокислоты, радикале, пептидной связи и полипептиде.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает схему аминокислоты: "Рассмотрите общую часть молекулы. В каждой аминокислоте есть аминогруппа, карбоксильная группа и центральный атом углерода. Что различается у разных аминокислот?" Учитель подчёркивает на слайде радикал и демонстрирует примеры радикалов. | Показывают общие части молекулы, отвечают: "различается боковая цепь, или радикал"; делают вывод, что свойства радикала влияют на свойства аминокислоты и белка. |
4 мин | Учитель: "Аминогруппа одной аминокислоты соединяется с карбоксильной группой другой. Образуется пептидная связь, а молекула воды выделяется. Несколько соединённых аминокислот образуют полипептидную цепь. Почему последовательность аминокислот имеет значение?" Учитель записывает на доске: аминокислоты → пептидная связь → полипептид → белок. | Рассматривают схему, проговаривают этапы образования цепи, отвечают: "последовательность определяет последующее сворачивание и функцию белка". |
2 мин | Учитель предлагает мысленную модель: "Представьте цепь из аминокислот А–Б–В. Если заменить порядок на В–Б–А, будет ли пространственная форма обязательно прежней? Обоснуйте." | Формулируют вывод: "нет, другая последовательность может привести к другому сворачиванию и другой функции". |
Запись в тетрадях
Аминокислота содержит аминогруппу, карбоксильную группу, центральный атом углерода и радикал. Пептидная связь — ковалентная связь между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксильной группой другой, образующаяся с выделением молекулы воды. Белки — полимеры аминокислот.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы установили, что белок начинается не с готовой пространственной формы, а с последовательности аминокислот. Следующий вопрос: какие уровни организации возникают, когда цепь сворачивается?"
Этап 6. Уровни организации белка и первичное закрепление (7 мин)
Цель этапа: различить четыре уровня организации белка и связать форму молекулы с функцией.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель показывает схему четырёх уровней: "Первичная структура — точная последовательность аминокислот. Вторичная — альфа-спираль или бета-складчатый слой. Третичная — сворачивание всей цепи в объёмную форму. Четвертичная — объединение нескольких полипептидных цепей. Какие взаимодействия удерживают форму?" | Заполняют схему, отвечают: "водородные, гидрофобные и ионные взаимодействия, дисульфидные мостики"; приводят пример гемоглобина как белка с несколькими цепями. |
3 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Почему кератин образует прочные структуры, а гемоглобин выполняет транспортную функцию? Сначала подумайте 30 секунд, затем обсудите в паре 1 минуту и подготовьте одно объяснение." | Обсуждают в парах, формулируют: "различия формы и пространственной организации позволяют белкам выполнять разные функции"; озвучивают выводы классу. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Белки различаются не только составом, но и порядком аминокислот, способом сворачивания и числом цепей. Проверим, умеете ли вы самостоятельно применять новые понятия."
Этап 7. Самостоятельная работа с дифференциацией и самопроверкой (7 мин)
Цель этапа: проверить усвоение терминов и умение исправлять биологические ошибки.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель: "Выберите уровень по готовности: базовый — карточка с определениями; повышенный — исправление ошибочных утверждений; высокий — объяснение связи последовательности аминокислот и функции белка. Можно начать с базового и перейти выше. Работаем 4 минуты, затем сверяемся с эталоном." | Выбирают карточку с учётом своих возможностей, записывают фамилию и начинают выполнение. |
4 мин | Учитель раздаёт карточки 1–5 из самостоятельной работы. Дополнительно предлагает задания: "Исправьте утверждения: белки являются мономерами; аминокислоты соединяются водородными связями; при образовании пептидной связи выделяется кислород; первичная структура — это пространственная форма." | Заполняют определения: атом, молекула, макроэлементы, микроэлементы, химическая связь, ковалентная связь, биополимеры, гомополимеры, гетерополимеры. Исправляют: белки — полимеры; образуется пептидная связь; выделяется вода; первичная структура — последовательность аминокислот. |
2 мин | Учитель выводит эталон: "Сверьте не только ответ, но и объяснение. За каждое точное определение — 1 балл; за каждое исправленное утверждение с причиной — 1 балл; за развёрнутый причинный ответ — 2 балла. Отметьте зелёным выполненное, жёлтым — требующее уточнения." | Проверяют работу, подсчитывают баллы, исправляют ошибки, записывают понятие, которое нужно повторить. |
Эталон решения
Атом — наименьшая частица химического элемента, сохраняющая его химические свойства. Молекула — частица вещества, состоящая из связанных атомов. Биополимеры — полимеры живых организмов. Гомополимеры построены из одного типа мономеров, гетерополимеры — из нескольких типов. Белки являются полимерами аминокислот. При образовании пептидной связи выделяется молекула воды. Первичная структура — последовательность аминокислот; пространственная форма относится к последующим уровням организации.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что термины нужно не просто узнавать, а применять в объяснении. Теперь свяжем знания с межпредметной задачей и практической ситуацией."
Этап 8. Межпредметное применение знаний (2 мин)
Цель этапа: применить знания химии и биологии для объяснения роли воды и белков.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель: "Используйте знания химии. Объясните, почему молекулы воды образуют водородные связи и почему белки могут терять пространственную форму при нагревании или изменении кислотности среды. Ответ должен включать строение молекулы, вид взаимодействий и биологическое следствие." | Формулируют ответы: "вода полярна, поэтому частично заряженные участки притягиваются"; "при изменении условий нарушаются взаимодействия, удерживающие вторичную, третичную и четвертичную структуры; это может привести к денатурации и потере функции". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Химические связи и взаимодействия объясняют биологические свойства. Теперь объединим материал в одну логическую схему и вернёмся к проблемному вопросу."
Этап 9. Систематизация, рефлексия и домашнее задание (2 мин)
Цель этапа: обобщить знания, оценить достижение цели и определить дальнейшую работу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель: "Дополните цепочку на доске: вода и соли → ...; аминокислоты → ... → белок → функция. Ответьте на исходный вопрос: почему строение вещества определяет его свойства?" | Дополняют: "вода и соли обеспечивают среду и регуляцию; аминокислоты соединяются пептидными связями в полипептид; последовательность определяет сворачивание и функцию". |
1 мин | Учитель: "Закончите одну фразу: «Сегодня я могу объяснить…», «Мне нужно уточнить…», «Связь химии и биологии стала понятной, когда…». Затем запишите домашнее задание." | Заполняют устную или письменную рефлексию, называют конкретное достижение или затруднение, записывают домашнее задание. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — выполнены задания выбранного уровня без содержательных ошибок; определения точные, исправления сопровождаются объяснением; верно раскрыта связь последовательности аминокислот со структурой и функцией белка.
- «4» — выполнено не менее 75% заданий; допущена одна содержательная неточность в определении или объяснении, исправленная после самопроверки.
- «3» — выполнено не менее половины заданий базового уровня; основные понятия узнаются, но есть ошибки в различении пептидной связи и уровней организации белка.
- Ниже базового уровня — работа дорабатывается по карточке с опорными словами: аминокислота, радикал, пептидная связь, последовательность, форма, функция.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о полярности воды и водородных связях? | Выявление понимания связи строения молекулы воды с её свойствами. |
Какие ионы участвуют в работе нервной системы, мышц и поддержании pH? | Проверка усвоения функций солей и ионов. |
Чем первичная структура белка отличается от вторичной, третичной и четвертичной? | Выявление понимания уровней организации белка. |
Какое утверждение из самостоятельной работы оказалось самым трудным? | Определение индивидуальных точек затруднения и планирование коррекции. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы увидели, что вода и соли обеспечивают условия для протекания процессов в клетке, а белки выполняют множество функций благодаря сложной организации. Важно не путать пептидную и водородную связи: пептидная соединяет аминокислоты в цепь, а другие взаимодействия помогают цепи свернуться. Свойства белка зависят от последовательности аминокислот и пространственной формы. На следующем уроке мы подробнее рассмотрим свойства белков, денатурацию и значение белков для организма."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Повторить материал урока и составить словарь из 9 понятий: вода как диполь, водородная связь, диссоциация, ион, гидрофильные вещества, гидрофобные вещества, аминокислота, пептидная связь, белок. Для каждого понятия записать краткое определение и один пример. | Закрепляет предметную терминологию; при проверке обратить внимание на точность различения связи, частицы и процесса. |
Средний (повышающий) | Составить таблицу «Уровень организации белка — характеристика — что удерживает — пример». Включить первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры. Отдельно объяснить в 4–5 предложениях, почему изменение последовательности аминокислот может изменить функцию белка. | Развивает сравнение и причинно-следственное объяснение; проверить наличие всех четырёх уровней и правильное описание последовательности аминокислот. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить краткое научное сообщение или одну инфографику на тему «Почему лёд плавает на воде?» либо «Как строение белка связано с его функцией». Использовать не менее трёх понятий урока и завершить выводом о значении явления для живых организмов. | Развивает исследовательское и межпредметное мышление; проверить корректность фактов, связь строения и функции, наличие аргументированного вывода. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что делает молекулу воды полярной?», «Какие ионы участвуют в проведении нервных импульсов?», «Что соединяет аминокислоты в полипептидную цепь?», «Что обозначает первичная структура белка?», «Почему изменение формы белка может привести к потере его функции?»
