Лабораторный практикум по биологии в профильных классах с применением ресурсов технопарка. В 2 частях. Ч.1. Сборник учебно-методических материалов

Протеиды —сложныебелки,содержащиебелковыйи небелковыйкомпонент — простетическую группу.

21

Структура белков

Пространственное распоВнутримоложение полипептидной Вторичная лекулярные цепи в виде α-спирали или

водородные β-складчатости

22

Денатурация — потеря белками их естественных свойств (растворимости, гидрофильности и др.) вследствие нарушения пространственной структуры их молекул.

Ренатурация — процесс, обратный денатурации, при котором белки возвращают свою природную структуру.

Гидролиз —этонеобратимоеразрушениепервичнойструктуры в кислом или щелочном растворе с образованием аминокислот.

2

1.3. Лабораторно-практическое занятие «ферменты. обнаружение ферментов в биоЛогическом материаЛе»

Разработано: преподаватель Л. А. Жарких, студенты 3-го, 4-го курсов профиля «Биология и Химия»

Т. Сидорова, А. Сафронова, В. Байдала

Цель — формирование знаний о ферментах как о биокатализаторах.

Планируемые результаты:

•личностные — развитие интереса к познанию, исследовательской деятельности;

•метапредметные — владение навыками самостоятельного

планирования и проведения ученических экспериментов, совершенствование умения наблюдать за ходом процесса, самостоятельно прогнозировать его результат, формулирование обобщения и выводов относительно достоверности результатов исследования, составление обоснованного отчета о проделанной работе;

• предметные — знание свойств, классификации ферментов, механизма действия, функций; овладение системой знаний о естественнонаучных методах познания — наблюдении, измерении, моделировании, эксперименте и умением применять эти знания.

Реактивы/оборудование: фелинговая жидкость, дистиллированная вода, крахмальный клейстер, раствор йода, цилиндр, вата, стеклянные палочки, водяная баня, стеклянная воронка, чашка Петри, одноразовые стаканчики, штатив для пробирок, пробирки, спиртовка, держатель для пробирок, пипетка.

2

организационная структура учебного занятия

2

теоретический материал к учебному занятию

Ферменты представляют собой молекулы белковой природы, которые взаимодействуют с различными веществами, ускоряя их химическое превращение по определенному пути. При этом они не расходуются.В каждомферментеестьактивныйцентр,присоединяющийсяк субстрату,и каталитическийучасток,запускающийтуили иную химическую реакцию. Эти вещества ускоряют протекающие в организме биохимические реакции без повышения температуры.

Основные свойства ферментов:

•специфичность: способность фермента действовать только на специфический субстрат, например липазы — на жиры;

•каталитическая эффективность: способность ферментативных белков ускорять биологические реакции в сотни и тысячи раз;

•способность к регуляции: в каждой клетке выработка и активность ферментов определяется своеобразной цепью превращений, влияющей на способность этих белков вновь синтезироваться.

2

Классификация ферментов

В1961 г. в Москве Международный биохимический союз принял современную классификацию ферментов.

Взависимости от роли в химических реакциях различаются такие классы ферментов:

• Оксидоредуктазы — энзимы, выступающие катализаторами

вразличных окислительно-восстановительных реакциях, происходящих в клетках. В данный класс входит 22 подкласса.

• Трансферазы — класс ферментов с 9 подклассами. В него входят энзимы, обеспечивающие реакции транспорта между разными субстратами, ферменты, принимающие участие в реакциях взаимопревращения веществ, а также обезвреживания различных органических соединений.

• Гидролазы — энзимы, разрывающие внутримолекулярные связи субстрата посредством присоединения к нему молекул воды. В данном классе насчитывается 13 подклассов.

• Лиазы — класс, в составе которого находятся только сложные ферменты. В нем насчитывается 7 подклассов. Энзимы, относящиеся к данному классу, выступают катализаторами в реакциях разрыва С-О, С-С, С-N и прочих типов органических связей. Также ферменты класса лиазы участвуют в обратимых биохимических реакциях отщепления негидролитическим путем.

• Изомеразы — энзимы, выступающие катализаторами в химических процессах изомерных превращений, происходящих в одной молекуле. Как и к предыдущему классу, к ним относятся только сложные ферменты.

•Лигазы, иначе именуемые синтетазами,— класс, включающий 6подклассовипредставляющийэнзимы,катализирующиепроцесссоединениядвухмолекулподвоздействиемаденозинтрифосфата(АТФ).

Вживом организме все ферменты делятся на внутри- и внеклеточные. К внутриклеточным относятся, например, ферменты печени, участвующие в реакциях обезвреживания различных веществ, поступающих с кровью. Они обнаруживаются в крови при повреждении органа, что помогает в диагностике его заболеваний.

Внутриклеточные ферменты, которые являются маркерами

повреждения внутренних органов:

2

•печень — аланинаминотрансефраза, аспартатаминотрансфераза, гамма-глютамилтранспептидаза, сорбитдегидрогеназа;

•почки — щелочная фосфатаза;

•предстательная железа — кислая фосфатаза;

•сердечная мышца — лактатдегидрогеназа.

Внеклеточные ферменты выделяются железами во внешнюю среду. Основные из них секретируются клетками слюнных желез, желудочной стенки, поджелудочной железы, кишечника и активно участвуют в пищеварении.

Пищеварительные ферменты

Пищеварительные ферменты — это белки, которые ускоряют расщепление крупных молекул, входящих в состав пищи. Они разделяют такие молекулы на более мелкие фрагменты, которые легче усваиваются клетками. Основные типы пищеварительных ферментов — протеазы, липазы, амилазы.

Основная пищеварительная железа — поджелудочная. Она вырабатывает большинство этих ферментов, а также нуклеаз, расщепляющих ДНК и РНК, и пептидаз, участвующих в образовании свободных аминокислот. Причем незначительное количество образующихся ферментов способно «обработать» большой объем пищи.

При ферментативном расщеплении питательных веществ выделяется энергия, которая расходуется для процессов обмена веществ и жизнедеятельности. Без участия ферментов подобные процессы происходили бы слишком медленно, не обеспечивая организм достаточным энергетическим запасом.

Кроме того, участие ферментов в процессе пищеварения обеспечивает распад питательных веществ до молекул, способных проходить через клетки кишечной стенки и поступать в кровь.

Амилаза

Амилаза вырабатывается слюнными железами. Она действует на крахмал пищи, состоящий из длинной цепи молекул глюкозы. В результате действия этого фермента образуются участки, состоящие из двух соединенных молекул глюкозы, т. е. фруктоза и другие короткоцепочечные углеводы. В дальнейшем они метаболизируются до глюкозы в кишечнике и оттуда всасываются в кровь.

2

Слюнные железы расщепляют только часть крахмала. Амилаза слюны активна в течение короткого времени, пока пища прожевывается. После попадания в желудок фермент инактивируется его кислым содержимым. Большая часть крахмала расщепляется уже в 12-перстной кишке под действием панкреатической амилазы, вырабатываемой поджелудочной железой.

Амилаза начинает расщепление крахмала.

Короткие углеводы, образовавшиеся под действием панкреатической амилазы, попадают в тонкий кишечник. Здесь с помощью мальтазы, лактазы, сахаразы, декстриназы они расщепляются до молекул глюкозы. Нерасщепляющаяся ферментами клетчатка выводится из кишечника с каловыми массами.

Протеазы

Белки, или протеины, — существенная часть человеческого рациона. Для их расщепления необходимы ферменты — протеазы. Они различаются по месту синтеза, субстратам и другим характеристикам. Некоторые из них активны в желудке, например пепсин. Другие вырабатываются поджелудочной железой и активны в просвете кишечника. В самой железе выделяется неактивный предшественник фермента — химотрипсиноген, который начинает действовать только после смешивания с кислым пищевым содержимым, превращаясь в химотрипсин. Такой механизм помогает избежать самоповреждения протеазами клеток поджелудочной железы.

Протеазы расщепляют пищевые белки на более мелкие фрагменты — полипептиды. Ферменты — пептидазы разрушают их до аминокислот, которые усваиваются в кишечнике.

Липазы

Пищевые жиры разрушаются ферментами-липазами, которые также вырабатываются поджелудочной железой. Они расщепляют молекулы жира на жирные кислоты и глицерин. Такая реакция требует наличия в просвете 12-перстной кишки желчи, образующейся в печени.

Механизм действия ферментов

Действие ферментов можно разделить на несколько этапов, в частности:

2

•первыйэтапподразумеваетприсоединениесубстратак энзиму, вследствие чего формируется фермент-субстратный комплекс;

•второй этап заключается в преобразовании полученного комплекса в один или сразу несколько переходных комплексов;

•третий этап — образование комплекса фермент-продукт;

•четвертый этап подразумевает разделение конечного продукта реакции и фермента, остающегося в неизменном виде.

1.4. Лабораторно-практическое занятие «коЛичественное опредеЛение витамина с»

Разработано: преподаватель Л. А. Жарких, студенты 3-го, 4-го курсов профиля «Биология и Химия»

Т. Сидорова, А. Сафронова, В. Байдала, профиля «Биоэкология» Е. Павликова

Цель — углубить и обобщить знания о значении витаминов, содержании их в продуктах питания, роли витаминов в обмене веществ.

Планируемые результаты:

•личностные — развитие интереса к познанию, исследовательской деятельности;

•метапредметные — владение навыками самостоятельного

планирования и проведения ученических экспериментов, совершенствование умений наблюдать за ходом процесса, самостоятельное прогнозирование его результата, формулирование обобщения и выводов относительно достоверности результатов исследования, составление обоснованного отчета о проделанной работе;

• предметные — знание понятия «Витамины», их биологической роли; количественное определение витамина С; овладение системой знаний о естественнонаучных методах познания — наблюдении, измерении, моделировании, эксперименте — и умением применять эти знания.

0