Интегрированные уроки и внеурочная деятельность эколого-биологического содержания (стр. 14 )

4.  Учитель химии добавляет в пробирку с раствором белка (альбумин) раствор сульфата меди (II). Раствор белка сворачивается, приобретая белое окрашивание.

Учитель биологии. Влияние на организм тяжелых металлов – актуальная экологическая проблема. Наиболее сильному воздействию подвержены жители мегаполисов в связи с повышенным антропогенным загрязнением этими металлами. Типичный пример: – тетраэтилсвинец, который добавляется в бензины для повышения их октанового числа. В то же самое время соли (катионы) легких металлов (Na, К, Са, Мg) – не вызывают денатурацию белка: проводится тот же самый опыт, но с раствором хлорида натрия – изменений не происходит. Причина такого отличия - в большей химическая активности катионов тяжелых металлов. Так, Cu2+ проявляет слабовыраженные окислительные свойства и является хорошим комплексообразователем. Для катионов щелочных и щелочноземельных металлов такие свойства не характерны.

Кроме того, есть ряд других факторов, вызывающих денатурацию белков, это различные виды излучения, в том числе радиоактивное и ультрафиолетовое.

5.  Проведение качественных реакций. К исследуемому раствору приливают NaOH и по каплям добавляют раствор СuSO4. Характерная фиолетовая или красно-фиолетовая окраска появляется в том случае, если вещество содержит пептидные связи. Наличие пептидных связей как раз характерно только для белковых молекул (биуретовая реакция).

6.  При горении белки издают характерный запах «жженого рога». В этом легко убедиться, если поджечь шерстяную нитку.

Учитель биологии. Подводя итог экспериментальной части, хотелось бы дать несколько советов хозяйкам.

Если нужно сварить бульон для первого блюда, в какую воду следует положить мясо - в горячую или холодную? При погружении мяса или рыбы в холодную воду в раствор переходит больше белков и экстрактивных веществ, бульон будет концентрированнее. Правда часть белков при этом сворачивается и в виде серой пены поднимается на поверхность. Ее необходимо удалить, чтобы она не портила внешний вид и вкус бульона.

Если нужно сварить мясо для второго блюда, его опускают в кипяток. При соприкосновении с горячей водой мясо моментально становится серым, зато хлопьев образуется мало. Тот белок, что находился на поверхности, под действием высокой температуры сразу свернулся и закупорил многочисленные поры, пронизывающие мясо. Экстрактивные вещества, в том числе белки, уже не могут перейти в раствор. Они остаются внутри мяса, придавая ему вкус и аромат. Бульон, разумеется, получается несколько хуже. Эти же правила нужно соблюдать и при жарке мяса: кусочки, положенные на раскаленную сковороду, теряют меньше мясного сока и получаются более сочными. При жарке теряется меньше питательных веществ, чем при варке.

На биологическую ценность белка влияет также продолжительность тепловой обработки. Так, сваренное вкрутую яйцо усваивается организмом труднее, чем сваренное всмятку. Пережаренное мясо жестко, невкусно и плохо усваивается организмом.

Учитель биологии. Функции белков разнообразны:

1. Строительная. Белки участвуют в образовании всех мембранных и немембранных структур клетки, а также внеклеточных структур. У высших животных, например, из белков состоят стенки кровеносных сосудов, сухожилия, хрящи, белки образующие волокна, навитые друг на друга или уложенные плоским слоем, выполняют опорную или защитную функцию, скрепляют между собой биологические структуры организмов и придают им прочность (кератин, коллаген). Главным компонентом хрящей и сухожилий является фибриллярный белок коллаген, имеющий очень высокую прочность на разрыв. Связки содержат эластин - структурный белок способный растягиваться в двух измерениях. Волосы ногти и перья состоят почти исключительно из прочного нерастворимого белка кератина. Главным компонентом шелковых нитей и паутины служит белок фиброин.

2. Каталитическая. В каждой живой клетке непрерывно происходят сотни биохимических реакций. От чего зависит скорость химических реакций? (От свойств реагирующих веществ, от их концентрации, от температуры). Химическая активность веществ в клетке небольшая, концентрации незначительны, температура клеточной среды невысокая, т. е. реакции в клетке должны протекать медленно. Но это не так. Почему? Подобные результаты достигаются благодаря наличию катализаторов. Клеточные катализаторы называются ферментами. Они ускоряют реакции в миллионы раз. По химической природе почти все ферменты - белки. В последние годы стало известно, что некоторые молекулы РНК имеют свойства ферментов. Представление о том, что ферменты - белки, утвердилось не сразу.. Для этого нужно было научиться выделять их в высокоочищенной кристаллической форме. Впервые это сделан Самнер в 1926 году, выделив уреазу - фермент, расщепляющий мочевину. Потребовалось еще I0 лет, в течение которых были получены несколько ферментов в кристаллической форме, чтобы представление о белковой природе этих веществ стало доказанным и получило всеобщее признание. Каждая молекула фермента способна осуществить от нескольких тысяч до нескольких миллионов операций в минуту. Известно более 2000 ферментов и количество их продолжает увеличиваться. Каталитическая активность характеризуется определенным участком - активным центром. Благодаря определенной пространственной структуре молекулы белка и определенному расположению аминокислот в нем фермент узнает свой субстрат, присоединяет ею и ускоряет его превращение. В белковой молекуле есть участки, которые узнают еще и конечный продукт, сходящий с биологического конвейера. Если такого продукта слишком много, то активность самого начального фермента тормозится им, и, наоборот, если продукта слишком мало, то фермент активируется. Это обратные связи, которые обеспечивают процессы саморегуляции. Такие принципы лежат в основе современной техники, в создании автоматических устройств. Подобные же принципы используются во многих природных механизмах, в живой клетке. Активность биологических катализаторов, в отличие от химических, в том, что их активность зависит от реакции среды и температуры. Вспомните, какая реакция среды в ротовой полости человека? Какой фермент в ней активен?

Ученик. В ротовой полости человека образуется слабо-щелочная реакция среды, в ней активна амилаза, расщепляющая углеводы, в кислой реакции среды желудка активен пепсин, расщепляющий белки.

3. Сигнальная. В поверхностную мембрану клетки встроены молекулы белков, способных изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды. Так происходит прием сигналов из внешней среды и передача команд в клетку (родопсин, рецепторы вкуса).

4. Двигательная. Движение, как известно, одно из проявлений жизненной активности. Все виды движений, к которым способны клетки у высших животных, в том числе и сокращение мышц, а также мерцание ресничек, движения жгутиков выполняют особые сократительные белки (актин, миозин и др.). Транспортные белки связывают и переносят вещества в одной клетке и во всем организме.

5. Транспортная. Транспортные белки - белки, которые выполняют функцию транспорта, специфически связывают и переносят те или другие молекулы и ионы через мембраны клеток (как внутрь клетки, так и извне), а также от одного органа организма к другому. Гемоглобин, содержащийся в эритроцитах, при прохождении крови через легкие связывает кислород и доставляет его к периферическим тканям, где кислород высвобождается и используется для окисления компонентов пищи – процесса, в ходе которого производится энергия. Плазма крови содержит липопротеины, осуществляющие перенос липидов из печени в другие органы. В клеточных мембранах присутствует типы транспортных белков, способных связывать глюкозу, аминокислоты и переносить их внутрь клеток.

6. Защитная. При введении чужеродных белков или клеток в организм в нем происходит выработка особых белков, которые связывают и обезвреживают чужеродные клетки и вещества. В лимфоидных тканях (лимфатические железы, селезенка, вилочковая железа) производятся клетки-лимфоциты, способные синтезировать огромное разнообразие защитных белков антител. Такие антитела носят название иммуноглобулинов. Их молекулы имеют участок, узнающий "пришельца" и участок осуществляющий "расправу" с ним. Самое удивительное то, что лимфоциты способны ответить синтезом соответствующих антител на любой антиген, с которым клетка и организм даже никогда не встречались. В клетках человека и животных синтезируются также специальные противовирусные белки - интерфероны. Синтез таких белков начинается после встречи клетки с вирусной нуклеиновой кислотой. Он блокирует аппарат синтеза вирусных белков.

7. Регуляторная функция связана с регуляторами физиологических процессов - гормонами. Многие из них также по природе своей белки. Гормоны роста, адренокортикотропный, тиреотропный гормоны, инсулин, глюкагон и другие являются белками. Успехи в области генной инженерии привели к тому, что многие из числа гормонов-белков производятся уже в больших количествах как исключительно важные лекарственные средства. Для лечения больных сахарным диабетом получают инсулин из поджелудочной железы животных. Поскольку бычий инсулин несколько отличается по первичной структуре от человеческого, то не все больные переносят его. Синтез человеческого инсулина генно-инженерными методами открыл новые возможности для лечения таких больных.

8. Энергетическая. При распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется около 17 кДж энергии. Однако белки используются, как источник энергии крайне редко, лишь в случаях, когда истощаются иные источники, такие как углеводы и жиры.

Мы сегодня с вами говорим о самых сложных молекулах белков, входящих в состав живых организмов. Давайте вспомним наиболее известные нам белки:

-  альбумин - яичный белок

-  кератин - рога, шерсть

-  коллаген - кожа

-  гемоглобин - кровь

-  фибрин, фибриноген - кровь

-  пепсин - желудочный сок

-  трипсин - поджелудочный сок

-  миозин - мышцы

-  глобулин - вакцина

-  родопсин - зрительный пурпур

-  лизоцим - слюна

-  инсулин - поджелудочная железа