Програма спецкурсу "Білок - основа життя".
2.1. Пояснювальна записка.
Запропонована програма спецкурсу "Білок - основа життя" призначена для учнів X-XI класів. Програма побудована з урахуванням наявних знань в учнів з хімії та біології, вона спрямована на розгляд, поглиблення цих знань, а також на формування правильного розуміння життєвих процесів. Викладання спецкурсу необхідно побудувати в залежності від рівня підготовленості учнів. Матеріал для викладання в X класі може бути трохи спрощений, але не зведений лише до вивчення біологічних функцій білків.
При вивченні спецкурсу "Білок - основа життя" в X класі рекомендуємо детально зупинитися на питаннях, що стосуються особливостей білкових тіл як носіїв життя, амінокислотного складу білків, властивостей білків та їх функцій організмі людини.
При вивченні спецкурсу в XI класі слід особливу увагу приділяти хімічною будовою, структурам білкових молекул, методів виділення і очищення білків, їх біологічній дії в живих організмах.
Спецкурс розрахований на 30 годин, з них 14 годин відводиться на лекції, 9 годин - на виконання лабораторних робіт, 5 годин - на семінарські заняття.
При проведенні спецкурсу передбачений облік і контроль знань учнів. Перевірка знань може здійснюватися за допомогою контрольних робіт, опитування на заняттях, індивідуальних бесід, тестових завдань.
У варіант програми можуть бути внесені деякі зміни: перестановка тим, включення деяких додаткових питань для вивчення. Зміни до планування спецкурсу можуть бути внесені через відсутність необхідного набору реактивів в кабінеті хімії. Проте внесені зміни не повинні порушувати логічну структуру курсу та істотно позначатися на обсязі і рівні знань учнів. Пропонований курсу "Білок - основа життя" може бути використаний як факультативні заняття з хімії, біології чи як міжпредметних комплекс.
Розроблений нами спецкурс може сприяти інтеграції хімії з іншими природничо дисциплінами, дозволяє знайомити учнів з процесами, що протікають в навколишньому середовищі, в організмі людини і тварин і наближає вивчення хімії до життя.

2.2. Робоча програма спецкурсу
I. Введення
Хімічний склад організмів. Загальне знайомство з білками. Роль білкових тіл в побудові живої матерії і в здійсненні процесів життєдіяльності. Особливості білкових тіл як носіїв життя. Сучасні уявлення про сутність життя та ролі білків у її здійсненні.

II. Історія відкриття та вивчення білків.
Впровадження перший препарату білкової речовини. Роботи Я.Б. Беккаріа. Експерименти з білковими речовинами рослинного походження (І. М. Руела, А. Пармантье та ін.) Експериментальні роботи з білковими речовинами тваринного походження (Ф. Кене, Ф. Вассерберг, І. плівки).
Спроби А. Ф. Фукруа щодо встановлення будови білків і порівнянні білкових речовин різних тканин і рідин живого організму.
Перші дані про елементарне складі білків (Люссак і Тенар).
Роботи зі встановлення емпіричних формул білкових речовин (Ш. А. Вюрц, Е. Бауленхауер, Е. фреш і А. Валансьєн та ін).
Відкриття амінокислот (Л. Н. ВОКЛА, У. Г. Волластоном, Г. Мульдер, А. Браконно та ін).
Спосіб зв'язку амінокислот у білкової молекули. Роботи А.Я. Данилевського і Е. Фішера. Синтез першого дипептид. Розвиток уявлень про структури білкової молекули (К. У. Ліндерстрем-Ланг і ін).
Вітчизняна хімія білка до 50-х років XX-століття. Відкриття Московського біохімічного інституту (1921). Роботи Н.Д. Зелінського як логічне продовження робіт Е. Фішера.
Фізико-хімічні методи дослідження білків в 30-40 рр.. XX століття (Д. Л. Талмуд, П. В. Афанасьєв та ін.) Вклад Ф.І. Гізі, А.И. Коднева, П.Т. Ильенкова, А.Я. Данилевського, А.П. Сабанєєва, М.М. Любавіна та інших вітчизняних вчених у розвиток уявлень про хімічний будову білка.

III. Елементарний склад білків. Методи виділення і фракціонування білків.

Основні хімічні елементи, що входять до складу білка, їх процентний вміст. Поняття про фактор перерахунку.
Способи гомогенізації матеріалу: розмелювання на спеціальних млинах, подрібнення в гомогенізатори Уоррінга і Поттера, ультразвуком, поперемінним заморожуванням і відтаванням, осмотичним шоком, методом азотної бомби. Екстракція білків розчинами солей, буферними сумішами (фосфатний, цитратно, боратний), органічними розчинниками (водними розчинами одно-і багатоатомних спиртів, оцтової та діхлоруксусной кислот, ацетону та ін.) Методи фракціонування білків: висаджування, осадження органічними розчинниками (метиловий і етиловий спирти, ацетоном, діоксанів та ін); осадження солями важких металів (Hg2 +, Zn2 +, Ca2 +, Ba2 +, Pb2 +, Cu2 +, тощо), електрофорез рідинний, на папері і блоці агар-агару.
Лабораторно - практичні роботи:
1. "Виділення білків з тканин і біологічних рідин".
2. "Реакції осадження білків".

IV. Гомогенність і молекулярна маса білків.
Способи очищення білкових препаратів від низькомолекулярних домішок: діаліз, електродіаліз, кристалізація і ільфільтрація. Методи визначення гомогенності білкових препаратів: за незалежності розчинності від кількості твердої фази, за хроматографічне, електроогорепіческой і гравітаційної однорідності, за кристалічності, за змістом HS-групи та кінцевих амінокислот.
Молекулярна маса білків. Поняття про фізичному та хімічному значеннях молекулярної маси білків.
Методи визначення молекулярної маси білка: гравітаційний (ультрацентріфугірованіе), віскозометріческій, осмометріческій, електронно-мікроскопічний, хроматографічний, хімічний, оптичний.
Ультрацентрифугу і їх гідність.
Лабораторно-практична робота:
3. "Діаліз білка".

V. Амінокислотний склад білків.

Амінокислоти - основні структурні елементи всіх білків. Різноманітність амінокислот. Природні амінокислоти. Поняття про рацемічну і оптичних активних амінокислотах. Особливе значення для життя?-Амінокислот.
Замінні і незамінні для людини амінокислоти.

VI. Будова білкової молекули.
Спосіб зв'язку амінокислот у білкової молекули. Роботи А.Я. Данилевського і Е. Фішера. Пептиди. Методи синтезу пептидів. Синтез пептидів за методом Р. Мерріфільда.
Природні пептиди: карнозін, глутатіон, офтальмовая кислота, окситоцин, вазопресин, ораллондін та ін
Структура білкової молекули. Докази поліпептидного теорії будови білка.
Первинна структура білків. Схема встановлення первинної структури білка.
ОпределеніеN-і C-кінцевих амінокислот, розщеплення дисульфідних зв'язків та окислення залишків цистеїну в цистеїнових кислоту, селективний гідроліз трепсіном і хімотрипсину, фракціонування пептидів методом електрофорезу та хроматографії, розшифровка первинної структури виділених пептидів, відтворення повної структури поліпептидного ланцюга. Характеристика первинної структури A-і B-ланцюгів інсуліну,? - І?-Ланцюгів гемоглобіну та інших білків. Первинна структура і видова специфічність білків.
Вторинна структура білків. Поняття об? - І?-Конформаціях поліпептидного ланцюга. Праві та ліві?-Спіралі, їх реалізація в білках і пептидах. Сили, що утримують поліпептидних ланцюг в?-Конформації. Зв'язок первинної вторинної структури білкової молекули. Ступінь спіралізаціі поліпептидних ланцюгів білків.
Третинна структура білків. Методи її виявлення. Роботи Дж. Кендра, М. Петруца і Філіпса з рентгеноструктурного аналізу третинної структури гемоглобіну. Типи зв'язків, що забезпечують підтримку структури білкової молекули. Гідрофобні зони в молекулах глобумерних білків. Пріоритет вітчизняних дослідників (Д. Л. Талмуду, Б. Н. Талмуду і П. В. Афанасьєва) у розробці вчення про орієнтацію гідрофобних і гідрофільних радикалів у процесі згортання поліпептидного ланцюга в глобул. Динамічність третинної структури білків.
Четвертинна структура білків. Субодиниці, протомери і епімолекули (мультімери). Конкретні приклади четвертинної структури білків (інсулін, гемоглобін, вірус тютюнової мозаїки і т.п.). Типи зв'язків між субодиниця в епімолекуле.
Лабораторно-практичні роботи:
4. "Кислотний і ферментативний гідроліз білка".
5. "Біуретовая і мінгідріновая реакції на білки".

VII. Властивості білків
Реакційна здатність білків. Хімічні властивості білків. Оптичні властивості білків. Амфотерності. Гезоелектіческое стан білкової молекули. Нативні і денатуровані білки. Механізм денатурації білків.
Лабораторні роботи:
6. "Якісні реакції на білки".

VIII. Номенклатура і класифікація білків.
Прості (протеїни) і складні (протеіди) білки. Класифікація протеїнів за формою білкової молекули, за походженням, за амінокислотним складом. Характеристика деяких простих білків (клупеін, натурального шовку, яєчний і сироватковий альбуміни). Класифікація протеідов. Білковий компонент і прстепіческая? Група в протеідах. Металопротеїни (ферріпін). Фосфопротеіни (казеїн, фосфопротеіди яйця, пепсин). Глікопротеїди, хромопротеїдів, мепопротеіди? Нуклеотиди; тонка організація їх структури.

IX. Біологічні функції білків.
Білки - ферменти. Білки - гормони. Білки - антибіотики та ін Характеристика найбільш вивчених представників білків і поліпептидів: окситоцин, вазопресин, інсулін, гормон росту, рибонуклеазу, інтерферони і деякі інші. Перетворення білків в організмі.

X. Сучасні дослідження в галузі хімії білка.
Органічна хімія та біохімія: підходи до вивчення складних природних з'єднань. Синтез амінокислот і білків. Формування ензимології. Вивчення хімічної природи біокаталізаторів.
Хімія і клітина. Хімічні методи вивчення клітини. Цітохімія і біохімія, проблема організації клітини.
Біохімічні дослідження в медицині.
Створення біохімічних кафедр і лабораторій.

2.3. Планування спецкурсу "Білок - основа життя" для вивчення в XI класі середньої школи.
При плануванні спецкурсу ми враховували рекомендації дані в методичній літературі [7,18,22,28].
Оскільки учні мали дуже обмежені знання з означеної проблеми, ми відібрали для вивчення найбільш цікаві теми з тим, щоб зацікавити їх, розвинути навички експериментальної роботи в шкільній хімічній лабораторії і розвинути вміння самостійної роботи з літературою.
Нами також враховувався рівень підготовленості учнів, і тому ми вважали за потрібне розробити планування спецкурсу для XI класів середньої школи.
Таблиця. Тематичне планування спецкурсу "Білок - основа життя".
№
заняття
Вміст досліджуваного матеріалу
Теми методи і засоби навчання
Кількість годин
1
I. Введення
Хімічний склад організмів. Загальне знайомство з білками. Особливості білкових тіл як носіїв життя.
Лекція.
Словесні: розповідь, бесіда.
Наочні: демонстрація наочних посібників (ілюстрацій, фотографій, таблиць).
1
2
II. Історія відкриття та вивчення білків.
Виділення перший препарату білкового походження. Спроби встановлення будови білків. Дані про елементарне складі білків. Роботи зарубіжних учених-хіміків.
Лекція.
Словесні: розповідь, бесіда.
Наочні: демонстрація фотографій, таблиць, білкових препаратів.
1
3
Вітчизняна хімія білка до 50-х років XX століття. Роботи вітчизняних учених-хіміків.
Семінар.
Словесні: розповідь учителя, доповіді та співдоповіді учнів.
Наочні: демонстрація фотографій, схем, таблиць.
1
4
III. Елементарний склад білків. Методи виділення і фракціонування білків.
Основні хімічні елементи входять до складу білка. Способи гомогенізації та екстракція білків.



Лекція.
Словесні: розповідь, бесіда.
Наочні: демонстрація таблиць, демонстраційний експеримент. Лабораторно-практична робота.
1
5-6
Лабораторно-практична робота:
"Виділення білків з тканин біологічних рідин".
- Виділення казеїну з молока;
- Отримання розчину яєчного альбуміну;
- Білки м'яса;
- Рослинні альбуміни.
Словесні: бесіда.
Наочні: демонстрація приладів, схем, таблиць.
Наочно-дієві: виконання практичної роботи.
2
7
Методи фракціонування білків. Способи очищення білкових препаратів від низькомолекулярних домішок.
Лекція.
Словесні: розповідь, бесіда.
Наочні: демонстрація схем, таблиць, демонстраційний експеримент.

1
8-9
Лабораторно-практична робота:
"Реакції осадження білків".
- При нагріванні;
- Концентрованими мінеральними кислотами;
- Солями важких металів;
- Фенолом;
- Спиртом.
Лабораторно-практична робота:
Словесні: бесіда.
Наочні: демонстрація схем, таблиць, приладів.
Наочно-дієві: виконання практичної роботи.
2
10-11
IV. Гомогенність і молекулярна маса білків.
Методи визначення гомогенності білкових препаратів. Методи визначення молекулярної маси білка. Ультрацентрифугу і їх будову.
Лекція.
Словесні: розповідь, фронтальна бесіда.
Наочні: демонстрація таблиць, малюнків, схеми "Пристрій центрифуги".
2
12
Лабораторно-практична робота:
"Діаліз білка".
Лабораторно-практична робота:
Словесні: бесіда.
Наочно-дієві: виконання практичної роботи.
1
13-14
V. Склад білків.
Амінокислотний склад білків. Різноманітність амінокислот. Природні амінокислоти. Особливе значення для життя?-Амінокислот. Замінні і незамінні для людини амінокислоти.
Лекція.
Словесні: розповідь, бесіда.
Наочні: демонстрація таблиць "Амінокислоти, постійно зустрічаються у складі білка для дорослого організму", малюнків, схем.
2
15
Семінарське заняття "Методи виділення і фракціонування білків. Природні амінокислоти. Замінні і незамінні для людини амінокислоти "
Семінар.
Словесні: розповідь учителя, доповіді та співдоповіді учнів, бесіда.
Наочні: демонстрація таблиць, схем, фотографій.
1
16
Контрольна робота
Контроль знань.
Словесні: бесіда.
Наочні: таблиці, схеми.
1
17
VI. Будова білкової молекули.
Спосіб зв'язку амінокислот у білкової молекули. Роботи А.Я. Данилевського і Е. Фішера. Пептиди. Доказ поліпептидного теорії будови білка.
Лекція.
Словесні: розповідь, бесіда.
Наочні: демонстраційний експеримент, таблиці, схеми установок
1
18
Лабораторно-практична робота:
"Гідроліз білка".
- Кислотний гідроліз;
- Ферментативний гідроліз.
Лабораторно-практична робота.
Словесні: бесіда.
Наочно-дієві: виконання практичної роботи.
1
19
Первинна структура білків. Схема встановлення первинної структури білка. Характеристика первинної структури А-і В-ланцюгів інсуліну;? - І? - Ланцюгів гемоглобіну.
Лекція.
Словесні: розповідь, бесіда.
Наочні: демонстрація таблиць, малюнків, схеми установки первинної структури білка.
1
20
Вторинна структура білків. Поняття об? - І?-Конформаціях поліпептидного ланцюга. Праві та ліві?-Спіралі, їх реалізація в пептидах і білках
Лекція.
Словесні: розповідь, бесіда.
Наочні: демонстрація таблиць, малюнків.
1
21
Третинна структура білків. Методи її виявлення. Типи зв'язків, що забезпечують підтримку структури білкової молекули.
Четвертинна структура білків. Конкретні приклади четвертинної структури білків (інсулін, гемоглобін, вірус тютюнової мозаїки та ін).
Лекція.
Словесні: лекція
Наочні: демонстрація фотографій "Третинна структура білка", "четвертинна структура білка". Демонстрація моделей білків: інсуліну, гемоглобіну та ін
1
22-23
VI. Властивості білків.
Хімічні, фізичні. Аморфність. Ізоелектричної стан білкової молекули. Механізм денатурації білків.
Лабораторна робота:
"Денатурація білків"
Лекція.
Словесні: розповідь, бесіда.
Наочні: демонстраційний експеримент, який ілюструє хімічні властивості білків.
Наочно-дієві: виконання лабораторної роботи.
2
24-25
Лабораторно-практична робота:
"Якісні реакції на білки".
Лабораторно-практична робота.
Словесні: бесіда.
Наочно-дієві: виконання практичної роботи.
2
26
VII. Номенклатура і класифікація белков.
Лекція.
Словесні: розповідь, бесіда.
Наочні: таблиці.
1
27
Характеристика деяких простих та складних білків.
Семінар.
Словесні: доповіді учнів.
Наочні: демонстрація фотографій і моделей.
1
28
VIII. Біологічні функції білків.
Семінар.
Словесні: розповідь учителя, доповіді учнів.
Наочні: демонстрація білкових препаратів, схем, таблиць.
1
29
IX. Сучасні дослідження в галузі хімії білка.
Семінар.
Словесні: розповідь учителя, доповіді учнів.
Наочні: демонстрація схем, фотографій, моделей.
1
30
Контрольна робота.
Контроль знань.
Словесні: бесіда.
Наочні: таблиці, схеми.
1

2.4. Навчально-матеріальна база організації навчального процесу.
Для проведення спецкурсу "Білок - основа життя" необхідна відповідна навчально-матеріальна база, що включає основні хімічні реактиви, обладнання.
Також нами підібрані наочні посібники у вигляді схем, таблиць, малюнків, де відображені структури білкової молекули, амінокислотний складу білків, фрагмент первинної структури молекули інсуліну та ін
Крім наявних у продажі нами використовувалися і рекомендовані посібники, які можуть бути виконані вчителем чи учнями. (Приклади деяких таблиць, що використовуються при проведенні занять. Ив в додатку №).
Нами складено таблицю, в якій відображено перелік реактивів, обладнання та додаткового матеріалу для проведення лабораторного експерименту.

Таблиця. Перелік необхідних реактивів та обладнання для проведення лабораторно-практичних робіт і демонстраційного експерименту.
№
п/п
Назва лабораторно - практичних робіт
Реактиви
Обладнання
Матеріал, що містить білок
1.
"Виділення білків з тканин і біологічних рідин".
- Виділення казеїну з молока;
10% розчин HCl;
10% розчин NaOH;
конц. HNO3; 1% розчин CuSO4, молібденовий реактив; лакмусовий папір, дистильована вода.
Хімічні склянки (V = 50 мл); мірні циліндри, скляні палички і лійка; бюретка, фільтри паперові, пробірки зі зворотним холодильником, штативи з пробірками, піщані лазні
Молоко

- Отримання розчину яєчного альбуміну;
дистильована вода.
хімічні склянки (500 і 100 мл); циліндри (500 і 250 мл); мірна колба (100 мл); воронка, скляна паличка з гумовим наконечником, складчасті фільтри.
білок курячого яйця

- Білки м'яса;
10% розчин NaCl;
хімічні склянки; скляна паличка; паперовий складчастий фільтр (або подвійний шар марлі).
знежирене м'ясо

- Рослинні альбуміни;
100 мл дистильованої води
хімічні склянки, центрифуга, воронка, складчастий фільтр; колби.
пшеничне борошно
2
"Реакція осадження білків"
- Згортання білків при нагріванні;
1% розчин оцтової кислоти; 10% розчин оцтової кислоти, насичений розчин NaCl;
5 пробірок, спиртівка, піпетки.
розчин білка

- Осадження білків концентрованими мінеральними кислотами
Концентровані HNO3; H2SO4; HCl;
3 пробірки; піпетки; скляні палички
розчин білка

-осадження білків органічними кислотами
5% розчин трихлороцтової кислоти;
20% розчин сульфосаліціловой кислоти
2 пробірки; піпетки
розчин білка

- Осадження білків солями важких металів
розчин CuSO4, розчин ацетату свинцю
2 пробірки; піпетки
розчин білка

- Осадження білків фенолом і формаліном
насичений водний розчин фенолу, формалін
2 пробірки; піпетки
розчин білка

- Осадження білків спиртом
кристалічний NaCl
пробірка; піпетка
розчин білка
3.
"Діаліз білка"
насичений розчин (NH4) 2SO4; 5% розчин BaCl2; 1% розчин CuSO4;
10% розчин NaOH
склянки (100 мл); целофан у вигляді квадратів 150x150 мм; скляні палички; гумові кільця; штатив з пробірками; піпетки з поділками
3% розчин яєчного альбуміну
4.
"Гідроліз білка"
- Кислотний гідроліз;
Концентрована HCl;
10% розчин NaOH;
1% розчин CuSO4
Штатив з пробірками, круглодонні колба з повітряним холодильником; крапельниці
розчин яєчного білка

ферментативний гідроліз
дистильована вода;
1% розчин пепсину
2 пробірки; водяна баня; колба (V = 100 мл)
розчин яєчного білка
5.
"Денатурація білків"
 насичений розчин (NH4) 2SO4; концентрована HNO3; етиловий спирт; 1% розчин оцтової кислоти; 10% розчин NaOH
6 пробірок; піпетка; спиртівка; подвійний шар марлі; зажим для пробірок
розчин яєчного білка
6.
"Якісні реакції на білки".
- Біуретовая реакція (виявлення в молекулах білків пептидних зв'язків)
30% розчин NaOH;
1% розчин CuSO4
пробірки, піпетка
розчин білка

- Нінгідріновая реакція
1% розчин мінгідріна в 95%-му розчині ацетону
пробірки, колби, піпетка, водяна баня
розчин білка

- Ксантопротеіновая реакція
концентрована HNO3;
3 пробірки; піпетка; спиртівка; зажим для пробірок
розчин яєчного білка, міозину, желатину

- Реакція на тирозин (реакція Міллона)
реактив Міллона
4 пробірки; піпетки, спиртівка; зажим для пробірок
розчин яєчного білка, міозину, желатину, тирозину

- Реакція на цистеїн (реакція Фоля).
30% розчин NaOH; 5% розчин ацетату свинцю
3 пробірки; піпетки; спиртівка; зажим для пробірок
розчин яєчного білка, міозину, желатину

- Реакція на аргінін (реакція Сакануті)
Кристалічний резорцин; 3% розчин H2O2; концентрована H2SO4
3 пробірки, піпетка, скляна ложечка.
розчин яєчного білка, міозину, желатину

- Реакція на триптофан (реакція Шульца-Распай)
розчин сахарози; концентрована H2SO4
пробірка, піпетка
розчин яєчного білка

- Реакція на гістидин та тирозин
(реакція Паулі)
1% розчин сульфаніловой кислоти; 10% розчин NaNO2; 10% розчин Na2CO3
пробірка, піпетка, скляна паличка
розчин яєчного білка

- Реакція на триптофан (реакція Адамкевіча).
крижана оцтова кислота; гліоксіловая кислота, концентрована H2SO4;
пробірки; піпетка; скляна паличка, спиртівка; зажим для пробірок, лід.
нерозбавлений яєчний білок

- Реакція Вуазене
2,5% розчин формальдегіду, концентрована HCl; 0,5% розчин NaNO2
пробірка; піпетка; скляна паличка
розведений розчин білка

- Нітропруссідная реакція
насичений розчин (NH4) 2SO4; 5% розчин нитропруссида натрію; концентрований розчин аміаку
пробірка, піпетка, скляна паличка
розчин білка

Висновки по II чолі:
1. Вперше розроблено і запропоновано програму спецкурсу "Білок - основа життя".
2. У пояснювальну записку включені цілі та завдання спецкурсу, а також загальна кількість годин відводяться на її вивчення.
3. У рекомендованої нами робочої програмі розкрито зміст досліджуваних питань з десяти основних розділів.
4. Тематичне планування спецкурсу розподіляє матеріал по годиннику із зазначенням форм, методів і засобів навчання.