Экспериментальная химия

     Данный курс содержательно связан с курсами химии, биологии, физики и носит интегрированный характер, способствуя развитию естественно-научного мировоззрения обучающихся. Материал программы обеспечивает знакомство с современными фундаментальными и прикладными исследованиями в области биохимии; формирование у обучающихся конвергентного мышления; углубление и обобщение знаний о высокомолекулярных веществах, методах их изучения; раскрытие принципов функционирования живых систем; знакомство с историей развития естествознания и современными разработками учёных; воспитание бережного отношения к живой природе, формирование культуры питания; обучение аргументированному ведению дискуссии; желание заниматься научно-практической деятельностью.

    Программа предназначена для обучающихся 8-11 классов и рассчитана на один год обучения.

    Уровень сложности: базовый.

    Количество групп: 3

    Количество обучающихся в группе: не более 8 человек.

    

преподаватели

Бурлакова Елена Алексеевна, учитель химии высшей квалификационной категории

 

 

Содержание программы

Химический эксперимент и цифровые лаборатории
     Цифровые датчики. Общие характеристики. Физические эффекты, используемые в работе датчиков.

Введение в биохимию
   История развития биохимии. Роль  отечественных учёных в развитии биохимии. Взаимосвязь биохимии с молекулярной биологией, биофизикой и биоорганической химией. Значение биохимии для развития биологии, медицины, биотехнологии, сельского хозяйства, генетики и экологии. Методы биохимических исследований и их характеристика.

Химический состав организмов и общее понятие об обмене веществ и энергии в живой природе
    Понятие о главных биогенных элементах. Макро- и микроэлементы. Закономерности распространения элементов в живой природе. Потребность организмов в химических элементах. Биогеохимический круговорот веществ в природе — основа сохранения равновесия биосферы. 

Белки. Распад и биосинтез белков
    Роль белков в построении и функционировании живых систем. Понятие о протеоме и протеомике. Аминокислотный состав белков. Понятие о протеиногенных аминокислотах. Способ связи аминокислот в белковой молекуле. Пептиды. Природные пептиды, их физиологическое значение и использование в качестве медицинских препаратов. 

Ферменты
    Разнообразие каталитически активных молекул. Каталитически активные белки, каталитически активные РНК, каталитически активные антитела. Каталитическая функция белков. Различия в свойствах ферментов и катализаторов иной природы. Специфичность действия ферментов. 

Витамины и некоторые другие биологически активные соединения
    История открытия витаминов. Роль витаминов в питании человека и животных. Авитаминозы, гиповитаминозы, гипервитаминозы. Соотношение витаминов и коферментов. Витамерия. Жирорастворимые витамины. Витамин А и его участие в зрительном акте. Витамины D, К и Е и их роль в обмене веществ. Водорастворимые витамины. Витамины В1, В2, В5, В6, В12, их значение в обмене веществ. Витамин С (аскорбиновая кислота). 

Нуклеиновые кислоты и их обмен
    История открытия и изучения нуклеиновых кислот, их химический состав. Характеристика пуриновых и пиримидиновых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот. Два типа нуклеиновых кислот. Различия между ДНК и РНК по составу главных азотистых оснований, пентозам, молекулярной массе, локализации в клетке и функциям. Структура и функции ДНК. Размер и формы молекул ДНК. Первичная структура ДНК.  Вторичная структура ДНК. Третичная структура ДНК. Сверхспирализация ДНК. Избыточность и компактность молекул ДНК. Строение хроматина. Мутации в ДНК и факторы их вызывающие.

Углеводы и их обмен
    Классификация углеводов. Простые углеводы и их представители. Сложные углеводы. Дисахариды. Полисахариды, их структура и представители. Функции углеводов. Гликопротеины как детерминанты групп крови. Обмен углеводов. Пути распада полисахаридов. Регуляция фосфоролиза при участии гормонов, G-белков, цАМФ и протеинкиназ.

Липиды и их обмен
    Общая характеристика и классификация липидов. Структура и функции липидов. Роль липидов в построении биологических мембран. Структура и функции липопротеинов. Обмен жиров. Распад жиров и β-окисление высших жирных кислот. Глиоксилевый цикл и его роль во взаимосвязи обмена липидов и углеводов. Механизм биосинтеза высших жирных кислот. Биосинтез триглицеридов. Нарушения в обмене жиров. Ожирение и его причины.

Биологическое окисление и синтез АТФ
     Разнообразие ферментов биологического окисления. Системы микросомального окисления в клетке. Цитохром Р-450 и его роль в детоксикации ксенобиотиков. Супероксиддисмутаза, каталаза и их роль в защите организма от активных форм кислорода. Сопряжение окисления с фосфорилированием. Субстратное  фосфорилирование и фосфорилирование на уровне электронно-транспортной цепи. 

Гормоны и их роль в обмене веществ
     Классификация гормонов. Стероидные гормоны. Механизм действия стероидных гормонов. Пептидные гормоны. Характеристика инсулина, гормона роста, тиреотропина, гастрина, вазопрессина. Механизм действия пептидных гормонов. Сахарный диабет и его виды. Прочие гормоны, их структура и механизм действия. Рилизинг-факторы гормонов. Нейрогормоны. 

Взаимосвязь и регуляция обмена веществ. Проблемы биохимической экологии
     Общие представления о взаимосвязи обмена веществ в клетке. Понятие о ключевых метаболитах (пировиноградная кислота, кофермент-А и др.). Взаимосвязь белкового и  нуклеинового обмена, значение регуляторных белков. Взаимосвязь углеводного и белкового обмена. 

Проектная (исследовательская) работа

Цели программы

  • Ознакомить обучающихся с биохимией как наукой экспериментальной, сочетающей в себе органическую химию и биологию. Также данный курс поможет сформировать навыки самостоятельной работы с цифровыми датчиками, проведения измерений и обработки полученных измерений.
  • Развить познавательный интерес и метапредметные компетенции обучающихся через практическую деятельность; расширить, углубить и обобщить знания о строении, свойствах и функциях биомолекул; сформировать устойчивый интерес к профессиональной деятельности в области естественных наук.

Результат программы

Обучающийся научится:

  • применять основные методы познания: наблюдение, измерение, эксперимент;
  • характеризовать термины и понятия, объяснять взаимосвязь между ними;
  • обосновывать систему взглядов на живую природу, применяя биологические теории, учения, законы, закономерности, понимать границы их применимости;
  • классифицировать основные биологические макромолекулы;
  • описывать функции белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов;
  • устанавливать связь строения и функций основных биологических макромолекул, их роль в процессах клеточного метаболизма;
  • объяснять значение микро-, макро- и ультрамикроэлементов в клетке;
  • понимать сущность биосинтеза белков, механизма действия ферментов, биосинтеза ДНК и РНК, распада белков, биосинтеза и обмена углеводов, биосинтеза и обмена липидов, биологического окисления и  синтеза АТФ, механизма действия стероидных гормонов;
  • решать задачи на определение последовательности нуклеотидов ДНК и иРНК (мРНК), антикодонов тРНК, последовательности аминокислот в молекуле белка, применяя знания о реакциях матричного синтеза, генетическом коде, принципе комплементарности;
  • делать выводы об изменениях, которые произойдут в процессах матричного синтеза в случае изменения последовательности нуклеотидов ДНК;
  • обосновывать взаимосвязь пластического и энергетического обменов; сравнивать процессы пластического и энергетического обменов, происходящих в клетках живых организмов;
  • характеризовать методы биохимических исследований;
  • проводить учебно-исследовательскую деятельность: выдвигать гипотезы, планировать работу, отбирать и преобразовывать необходимую информацию, проводить эксперименты, интерпретировать результаты, делать выводы на основе полученных результатов.

Особые условия проведения

Курс предназначен для обучающихся 8-11 классов 

Материально-техническая база

  • Цифровая лаборатория по химии Releon
  • Ноутбуки (работа в паре)