Преимуществами химического эксперимента в форме выполнения лабораторной работы являются высокая степень активности и самостоятельности школьников, выработка умений работы с химическими реактивами и навыков обработки результатов наблюдений и измерений, возможность проведения эксперимента или наблюдения по индивидуальному плану и в темпе, определяемом самим учащимся. Не последним по значению является и такой фактор, как устранение посредника между учеником и изучаемым явлением природы.
Выполнение лабораторных работ химического практикума открывает большие возможности для учета индивидуальных интересов и склонностей учащихся, развития их творческих способностей. В практикуме можно поставить работы, различные по уровню сложности и характеру заданий. Одних можно снабдить подробными инструкциями, других - краткими указаниями, третьим - лишь сформулировать задачу, для решения которой ученику необходимо самостоятельно подобрать реактивы и разработать схему выполнения эксперимента.
Простоту и доступность лабораторной работы вовсе не следует рассматривать как отрицательное качество. Именно простые работы по наблюдению химических процессов и явлений позволяют воздействовать не только на разум, но и на чувства учащихся, помогают им понять, чем может химия заинтересовать человека на всю жизнь.
Разработанные в данной работе лабораторные работы по химии высокомолекулярных соединений достаточно просты, но требуют от учащихся осмысленного подхода к выполнению. Для этих работ не нужно сложного оборудования. Но при их выполнении школьники и студенты приобретут теоретические, практические и исследовательские навыки. Эти занятия научат учащихся:
· выполнять задания осмысленно, т.е. действовать с пониманием процедуры, четко, логически последовательно, грамотно и в оптимальном варианте;
· разграничивать известную и неизвестную информацию;
· выдвигать идею и разрабатывать план её осуществления;
· видеть причину события, явления;
· связывать теорию и практику;
· проводить анализ данных и синтез информации, делать выводы.
Прав физик Луи де Броль, сказавший: „Удивление - мать открытия“. Что в обучении химии чаще всего ставит ученика в проблемную ситуацию, которой предшествует удивление? Это химические реакции, которые сопровождается яркими наглядными эффектами, необычными явлениями. Они являются сильнейшими возбудителями познавательного интереса, обостряющими эмоционально - мыслительные процессы при обучении химии. Лабораторная работа, включающая в себя разнообразные химические реакции, создает определенный эмоциональный настрой учеников (поисковый интерес при проведении опытов) и заставляет наблюдать, искать, догадываться, находить выход из возникшей проблемной ситуации. Таким образом, разработка доступных лабораторных работ проблемно-развивающего характера способствует активизации всей познавательной деятельности учащихся, а также развитию мышления и формированию интеллекта.
Глава II. ТЕМА «БЕЛКИ. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ» В КУРСЕ ХИМИИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ И ВУЗА2.1 Программные требования к преподаванию темы «Белки. Нуклеиновые кислоты» в средней школ№ урока | Тема занятия | Вводимые опорные понятияи представления. Формирование специальных навыков | Актуализация опорных знаний, умений, навыков по химии и междисциплинарным наукам | |
1. | Белки - строение и свойства (2 часа) | Знать основные аминокислоты, образующие белки; понятие о первичной, вторичной и третичной структуре белков; свойства белков - гидролиз, денатурация, цветные реакции; превращения белков пищи в организме; иметь представление об успехах в изучении строения и синтезе белков. | Закрепление и углубление знаний об азотсодержащих органических соединениях, изомерии органических соединений, роли белков как биополимеров и нуклеиновых кислот в жизнедеятельности организмов. | |
2. | Нуклеиновые кислоты (1 час) | Знать состав нуклеиновых кислот (ДНК, РНК); строение нуклеотидов; принцип комплементарности в построении двойной спирали ДНК. |
| № пп | Тема лекции | Содержание | Объем в час. | |
1 | Белки. Нуклеиновые кислоты (НК). | Белки и НК как биополимеры. Состав, структура, свойства и функции белков. Ферменты - биокатализаторы. ДНК и РНК, их состав, свойства и функции. Принцип комплементарности. Биосинтез белка. | 2 |
Циклические:
б-амино-в-фенилпропионовая б-амино-в-параоксифенилаланин кислота (фенилаланин) (тирозин)
б-амино-в-имидазолпропионовая б-амино-в-индолилпропионовая пролинкислота (гистидин) кислота (триптофан)
Номенклатура
Названия аминокислот производятся от названий соответствующих кислот с добавлением приставки амино-.
Тривиальная номенклатура. Аминокислоты, входящие в состав белков, имеют исторически сложившиеся практические названия. Например: аминоуксусная кислота - гликокол или глицин H2N-CH-COOH и т.д [48, 49-51].
Изомерия
Изомерия аминокислот зависит от расположения аминогруппы и строения углеводородного радикала. По расположению аминогруппы (по отношению к карбоксилу) различают: - аминокислоты (аминогруппа находится у 1 атома углерода), - аминокислоты (аминогруппа находится у 2 атома углерода), - аминокислоты (аминогруппа находится у 3 атома углерода) и т.д.
Например: CH3-CH2-COOH пропионовая кислота;
- аминопропионовая кислота; - аминопропионовая кислота.
Изомерия, обусловленная разветвлением углеводородного радикала - например, формулы изомерных соединений состава C3H6(NH2)COOH:
б-аминомасляная кислота в-аминомасляная кислота
в-аминоизомасляная кислота
Все природные аминокислоты не ароматического ряда, за исключением глицина, являются оптически активными и относятся к L-ряду, т.е. все вращают плоскость поляризации света влево:
D-аланин L-аланин
Организм животных и человека усваивает только L-аминокислоты [48, 49-51, 53-57].
Получение аминокислот
1. Общий уровень синтеза аминокислот любого строения - замена на аминогруппу галогена в галогензамещенных кислотах, например:
б-бромпропионовая к-та б-аминопропионовая к-та
-хлормасляная кислота -аминомасляная кислота
2. Удобный метод получения -аминокислот предложен Н.Д. Зелинским. Исходными веществами служат альдегиды или кетоны:
3. Для получения -аминокислот можно воспользоваться присоединением аммиака к двойной связи - , - непредельных кислот:
кротоновая кислота в-аминомасляная кислота
4.Восстановлением оксимов и гидрозонов кетокислот:
ацетоуксусный эфир
5. Ароматические аминокислоты могут быть получены восстановлением нитропроизводных карбоновых кислот аренов:
Физические свойства
Аминокислоты - бесцветные кристаллические вещества с высокой температурой плавления (150 - 330С). Плавятся с разложением, нелетучи. Хорошо растворяются в воде и плохо в органических растворителях.
Химические свойства
Аминокислоты являются амфотерными соединениями, сочетающими в себе свойства кислот и оснований [49-51, 53-57].
Аминокислоты взаимодействуют со щелочами и кислотами с образованием солей:
2. Способность вступать в реакцию конденсации друг с другом с отщеплением воды и образованием линейных, циклических и линейно- циклических полимеров.
а) - аминокислоты могут образовать циклические амиды, построенные из двух молекул - аминокислот, такие соединения называются дикетопиперазинами:
б) - аминокислоты легче других теряют молекулы аммиака и превращаются в непредельные кислоты:
в-аминомасляная кислота кротоновая кислота
в) - аминокислоты образуют внутримолекулярные циклические амиды- лактамы:
-аминомасляная кислота лактам--аминомасляной кислоты
Применение
Аминокислоты необходимы для построения белков живого организма. Человек и животные получают их в составе белковой пищи. Многие аминокислоты применяются в медицине как лечебные средства, а некоторые используются в сельском хозяйстве для подкормки животных. Неразветвленные аминокислоты, как содержащие две функциональные группы, используются для производства синтетических волокон, в том числе капрона и энанта [49-51, 53-57].
2.3.2 БелкиБелки (полипептиды) - биополимеры, построенные из остатков -аминокислот, соединенных пептидными (амидными) связями.Формально образование белковой макромолекулы можно представить как реакцию поликонденсации -аминокислот :При взаимодействии двух молекул -аминокислот происходит реакция между аминогруппой одной молекулы и карбоксильной группы - другой. Это приводит к образованию дипептида. Из трех молекул -аминокислот (глицин+аланин+глицин) образуется трипептид: H2N-CH2CO-NH-CH(CH3)-CO-NH-CH2COOHАналогично происходит образование тетра-, пента- и полипептидов. Молекулярные массы различных белков составляют от 10 000 до нескольких миллионов. Макромолекулы белков имеют стеререгулярное строение, исключительно важное для проявления ими определенных биологических свойств.Несмотря на многочисленность белков, в их состав входят остатки лишь 22 -аминокислот.Функции белков в природе универсальны:· каталитические (ферменты);· регуляторные (гормоны);· структурные (кератин шерсти, фиброин шелка, коллаген);· двигательные (актин, миозин);· транспортные (гемоглобин);· запасные (казеин, яичный альбумин);· защитные (иммуноглобулины) и т.д.Разнообразные функции белков определяются -аминокислотным составом и строением их высокоорганизованных макромолекул. Выделяют 4 уровня структурной организации белков [57 60].Первичная структура - определенная последовательность -аминокислотных остатков в полипептидной цепи. | ||
Вторичная структура - конформация полипептидной цепи, закрепленная множеством водородных связей между группами N-H и С=О. Одна из моделей вторичной структуры - -спираль, обусловленная кооперативными внутримолекулярными Н-связями. Другая модель - b-форма ("складчатый лист"), в которой преобладают межцепные (межмолекулярные) Н-связи. | ||
Третичная структура - форма закрученной спирали в пространстве, образованная главным образом за счет дисульфидных мостиков -S-S-, водородных связей, гидрофобных и ионных взаимодействий. | ||
Четвертичная структура - агрегаты нескольких белковых макромолекул (белковые комплексы), образованные за счет взаимодействия разных полипептидных цепей |
Нуклеиновые кислоты - это биополимеры, макромолекулы которых состоят из многократно повторяющихся звеньев - нуклеотидов. Поэтому их называют также полинуклеотидами. В состав нуклеотида входят три части:
· азотистое основание - пиримидиновое или пуриновое
· моносахарид - рибоза или 2-дезоксирибоза;
· остаток фосфорной кислоты.
Нуклеотид - фосфорный эфир нуклеозида. В состав нуклеозида входят моносахарид (рибоза или дезоксирибоза) и азотистое основание [57].
Ди- и полинуклеотиды
При конденсации под действием катализаторов (или ферментов) из двух нуклеотидов образуется динуклеотид:
Поликонденсация различных нуклеотидов приводит к образованию полинуклеотидов (нуклеиновых кислот). Полинуклеотиды относят к кислотам, т.к. в каждом структурном звене их макромолекул содержится остаток ортофосфорной кислоты, определяющий кислотные свойства за счет диссоциации связи О-Н. В зависимости от того, какой моносахарид содержится в структурном звене полинуклеотида - рибоза или дезоксирибоза, различают рибонуклеиновые кислоты (РНК) и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК). Так, главная (сахарофосфатная) цепь в ДНК содержит остатки 2-дезоксирибозы:
Молекулярная масса ДНК достигает десятков миллионов. Молекулярная масса РНК ниже - десятки тысяч и менее [56-58].
ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты)
Макромолекула ДНК представляет собой две параллельные неразветвленные полинуклеотидные цепи, закрученные вокруг общей оси в двойную спираль.
Такая пространственная структура удерживается множеством водородных связей, образуемых азотистыми основаниями, направленными внутрь спирали.
Водородные связи возникают между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи. Эти основания составляют комплементарные пары (от лат. complementum - дополнение).
Образование водородных связей между комплементарными парами оснований обусловлено их пространственным соответствием. Пиримидиновое основание комплементарно пуриновому основанию:
Водородные связи между другими парами оснований не позволяют им разместиться в структуре двойной спирали. Таким образом,
· ТИМИН (Т) комплементарен АДЕНИНУ (А),
· ЦИТОЗИН (Ц) комплементарен ГУАНИНУ (Г).
·
Способность ДНК не только хранить, но и использовать генетическую информацию определяется следующими ее свойствами:
молекулы ДНК способны к репликации (удвоению), т.е. могут обеспечить возможность синтеза других молекул ДНК, идентичных исходным
молекулы ДНК могут направлять совершенно точным и определенным образом синтез белков, специфичных для организмов данного вида [57].
2.4 Анализ учебного материала в школьной программеВ курсе биологии учащиеся получили первоначальные сведения о белках и нуклеиновых кислотах. Эти знания, наряду со знаниями, полученными в курсе органической химии, станут опорными при изучении химии белков и нуклеиновых кислот.Раздел «Нуклеиновые кислоты» изучается с целью подготовки учащихся к усвоению роли нуклеиновых кислот в биосинтезе белков и передачи организмами признаков наследственности. Эти вопросы, изучаемые в курсе общей биологии, имеют большое значение для формирования материалистических представлений о сущности явлений жизни.На уроках органической химии учащиеся знакомятся с составом и строением нуклеотидов, узнают, как из нуклеотидов образуется первичная структура нуклеиновых кислот, в чем заключаются особенно дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), как происходит удвоение двойной спирали ДНК при делении клеток. Такие знания позволяют им понять, как в последовательности нуклеотидов кодируется последовательность аминокислотных звеньев в синтезируемом белке, как считывается информация об этом с макромолекул ДНК, какова роль других нуклеиновых кислот в синтезе белковых молекул, осуществляемом на рибосомах в клетке [52-54].При обсуждении двойной спирали ДНК обогащаются знания учащихся о водородной связи. Здесь они встретятся с примерами установления связи чрез водородные атомы не только с атомами кислорода, но и с атомами азота, несущими достаточный отрицательный заряд. Это позволяет объяснить ряд новых для учащихся явлений химии.Анализ материала по теме «Белки. Нуклеиновые кислоты», представленный в различных учебниках [47, 48], показал, что в учебнике [50] материал дан доступно, логически последовательно и в то же время развернуто. Однако на сегодняшний день в школах республики наиболее распространен комплект учебников авторов Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. [49, 53].Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
