Квест-моделювання "Біосинтез білка" на уроці біології в 9 класі

Квест-моделювання  «Біосинтез білка» на уроці біології в 9 класі

Діюча програма загальної біології достатньо складна для опанування учнями 9 класу. Тому необхідно використовувати методики та інструменти, що зроблять програмний матеріал більш доступним для школярів. Урок на тему «Біосинтез білка» можна провести як квест-моделювання. Квест – тому що учні виконують певні ролі, моделювання – тому що завдання уроку – побудова моделі молекули білка. Пропоную до вашої уваги розробку цього уроку.

Напередодні уроку учитель визначає послідовність нуклеотидів ДНК, що буде матрицею майбутньої молекули білка та готує наочний матеріал. На окремих аркушах друкує великим шрифтом або пише маркером визначені триплети мРНК (екзонів та інтронів), антикодонів тРНК, «стоп-кодон», «фермент РНК-полімераза», «сплайсосома», назви амінокислот, декілька «ферментів аа-тРНК-синтетази» та декілька «АТФ». На звороті аркуша «АТФ» потрібно надрукувати «АДФ», після виконання своєї функції учень переверне аркуш іншою стороною. Потурбуйтесь про спосіб прикріплення цих аркушів на одяг дітей, їх руки повинні бути вільними. Важливо: надруковані триплети та амінокислоти повинні бути комплементарними триплетам визначеної ДНК. Наприклад (червоним кольором позначені нітрони):

-АТГ-АГЦ-ЦЦТ-ГТА-АГТ-ТАЦ-ТАГ-              ДНК

-УАЦ-УЦГ-ГГА-ЦАУ-УЦА-АУГ-АУЦ-            пре-мРНК

-УАЦ - - -   ГГА-ЦАУ - - -    АУГ-АУЦ-             мРНК

-АУГ - - -   ЦЦУ-ГУА - - -    УАЦ-УАГ-             тРНК

Метіонін-пролін-валін-тирозин-стоп-кодон      амінокислоти

Для моделювання процесингу мРНК доречно надрукувати декілька триплетів-інтронів іншим кольором або шрифтом, щоб вони відрізнялись від триплетів-екзонів та були безпомилково визначені учнями. На дошці учитель малює ділянку молекули ДНК (із зазначенням нуклеотидів), що частково розкручена і її ланцюги розійшлися.

 На початку уроку доцільно провести актуалізацію опорних знань школярів у формі бесіди, тестів, складання асоціативного куща тощо. Учням необхідно пригадати:

• хімічну будову молекули білка,
• просторову будову молекули білка,
• принцип комплеменарності,
• властивості генетичного коду,
• будову та функції ядра клітини, ендоплазматичної сітки та рибосом.

Учитель повідомляє учням тему та мету уроку, його завдання; наголошує, що кожен учень виконуватиме свою власну роль. Всім учням на уроці знадобиться таблиця генетичного коду, тому учні відкривають її в підручниках або учитель розташовує її окремо на дошці чи плакаті.

На наступному етапі уроку учні з учителем домовляються про правила квесту-моделювання:

• бути уважними,
• бути толерантними,
• в разі необхідності можна сказати «Стоп» і задати питання учителю чи однокласникам,
• дошка – це «ядро клітини»,
• простір між учительським столом і партами – «ендоплазматична сітка клітини»,
• класна кімната – «цитоплазма клітини»,
• стілець біля учительського стола - «рибосома».

Наступний етап уроку – розподіл ролей. Учитель роздає учням надруковані аркуші з триплетами мРНК, антикодонами тРНК, назвами амінокислот та стоп-кодоном. Інші учні отримують ролі ферменту РНК-полімерази, сплайсосоми, ферментів аа-тРНК-ситнетаз та АТФ. Для зручності ці аркуші учні прикріплюють на грудях.

Оскільки тема «Біосинтез білка» нова для учнів, учитель пропонує переглянути анімаційний відеофрагмент, що розкриває суть процесу біосинтезу білка (я взяла відео тут - https://www.youtube.com/watch?v=9zUAWNqaT6g). Одночасно учитель звертає увагу на послідовність етапів біосинтезу (можна записувати на дошці):

1. Транскрипція.
2. Дозрівання мРНК.
3. Активація амінокислот.
4. Трансляція.

• Ініціація – зв’язування мРНК з рибосомою,
• Елонгація – збільшення поліпептидного ланцюга,
• Термінація – зустріч рибосоми із стоп-кодоном.

5. Набуття білком природної просторової структури.

Після перегляду відео доцільно провести коротку бесіду з учнями для прояснення всіх деталей процесу.

Наступний етап уроку є власне моделювання процесу біосинтезу білка.

На екрані чи дошці учитель відкриває зображення ДНК.  

Учні «триплети пре-мРНК» підходять до дошки-«ядра», звіряють свої написи на аркушах з триплетами намальованої молекули ДНК, учень «фермент РНК-полімераза» перевіряє їх компліментарність, а учні «АТФ» з’єднують їх за руки та перевертають свої аркуші написом «АДФ».

Після побудови пре-мРНК  учень-«сплайсосома» видаляє з ланцюжка учнів-«інтронів» та з’єднує за руки учнів-«екзонів».

«Дозріла мРНК» переміщується на територію «ендоплазматичної сітки», поряд із стільцем-«рибосомою».

Одночасно в класній кімнаті-«цитоплазмі» відбувається «активація амінокислот». Учні-«ферменти аа-тРНК-синтетази» беруть за руку учнів-«амінокислот», а учні-«АТФ» беруть за руку учнів-«антикодонів тРНК». Вони зустрічаються попарно, та перегруповуються, утворюючи пари «антикодон тРНК» - «амінокислота». Школярі використовують таблицю генетичного коду, щоб не помилитися у виборі пари. Ці пари за руку переміщуються до місця синтезу білкової молекули – стільця-«рибосоми».

Наступний етап – трансляція. Ініціація відбувається коли ланцюг учнів «мРНК» розташовується позаду стільця-«рибосоми». Учні-«антикодони тРНК» по черзі присідають на стілець (тримають за руку учня-«амінокислоту), звіряють свій аркуш з тим, що знаходиться в учня «мРНК», який в цей час стоїть позаду стільця. Якщо їх написи відповідають один одному по принципу комплементарності, учень-«АТФ» бере за руку учня-«амінокислоту» та «з’єднує» його з попередньою «амінокислотою». «АТФ» перетворюється на «АДФ», ланцюг «мРНК» пересувається на одного учня в бік відносно стільця. Якщо написи не комплементарні, учень-«антикодон тРНК» за руку з учнем-«амінокислотою» покидають стілець і чекають іншої нагоди. Процес продовжується до того часу, поки позаду стільця не опиниться учень-«стоп-кодон». Ланцюг амінокислот утворено.

Останнє завдання – набуття щойно синтезованою молекулою білка природної структури. Дайте волю дитячій фантазії. Вони можуть утворити коло, спіраль, хтось присяде, хтось стане обличчям до інших, головна умова – не розривати з’єднання рук.

Весь процес моделювання молекули білка на моєму уроці зайняв 17 хвилин, учні побудували молекулу з чотирьох амінокислот. Учням було цікаво дізнатись, що в живій клітині швидкість біосинтезу  може сягати до 20 амінокислот за секунду.

Кількість амінокислот та розмір змодельованої молекули білка можна визначити залежно від кількості дітей в класі. На моєму уроці були присутні 27 учнів: 4 – «екзони», 2 – «інтрони», 1 – «фермент РНК-полімераза», 4 – «антикодони тРНК», 1 – «стоп-кодон», 1 – «сплайсосома», 4 – «амінокислоти», 4 – «ферменти аа-тРНК-синтетази» та 6 – «АТФ». Деякі учні-«АТФ» виконували свої ролі декілька разів – під час транскрипції та під час трансляції. Вони декілька разів змінювали свої аркуші на «АДФ» і назад на «АТФ». Під час закріплення ми зупинились на цьому моменті та повторили умови і етапи енергетичного обміну. Також під час закріплення зверніть увагу на ті моменти процесу біосинтезу, що викликали в учнів труднощі.