«Молекулярні основи спадковості. ДНК. РНК. АТФ. Розв’язування задач на транскрипцію, трансляцію.»

Ковельський фаховий медичний коледж

Волинської обласної ради

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА ПРАКТИЧНОГО ЗАНЯТТЯ

на тему:

 «Молекулярні основи спадковості. ДНК. РНК. АТФ.  Розв’язування задач на транскрипцію, трансляцію.»

1. Тема заняття: «Молекулярні основи спадковості. ДНК. РНК. АТФ.  Розв’язування задач на транскрипцію, трансляцію.»

Мотивація навчальної діяльності:

Спадковість є фундаментальним процесом, що забезпечує передачу генетичної інформації від одного покоління до іншого. Молекули ДНК та РНК виступають носіями цієї інформації та визначають структуру й функції клітин. Розуміння будови цих молекул допомагає зрозуміти, як генетичний код перетворюється у білки, які виконують життєво важливі функції в організмі. Процеси транскрипції та трансляції є ключовими етапами реалізації генетичної інформації на молекулярному рівні. АТФ служить універсальним джерелом енергії, необхідної для синтезу молекул та клітинної діяльності. Вивчення механізмів транскрипції і трансляції розкриває, як клітина точно створює потрібні білки для свого функціонування. Знання цих основ є важливим для розуміння багатьох захворювань, пов’язаних із порушеннями в генетичній інформації. Розв’язування задач на транскрипцію і трансляцію сприяє розвитку аналітичного мислення та умінню застосовувати теоретичні знання на практиці. Сучасні біотехнології активно використовують ці знання для створення нових методів лікування. Тому глибоке опанування цієї теми є важливим кроком у професійному зростанні майбутнього медичного працівника.

 Матеріали методичного забезпечення  підготовчого етапу заняття:

•   Мотиваційний відеоролик (відео: "Транскрипція і трансляція— коротко і зрозуміло про основні етапи синтезу білка.)

  https://www.youtube.com/watch?v=gG7uCskUOrA.

• Тест для актуалізації знань студентів:

1. Що таке транскрипція?
а) Синтез білка за інформацією з РНК
б) Переписування інформації з ДНК на РНК
в) Подвоєння ДНК
г) Розщеплення АТФ

2. Де відбувається транскрипція у клітині еукаріот?
а) У цитоплазмі
б) У ядрі
в) У мітохондріях
г) На мембрані

3. Яка молекула транспортує генетичну інформацію від ДНК до рибосом?
а) іРНК
б) тРНК
в) рРНК
г) АТФ

4. Що таке трансляція?
а) Синтез РНК з ДНК
б) Синтез білка за інформацією з іРНК
в) Реплікація ДНК
г) Вироблення АТФ

5. Який тип РНК доставляє амінокислоти до місця синтезу білка?
а) іРНК
б) тРНК
в) рРНК
г) сРНК

6. Який нуклеотид замінює тимін у молекулі РНК?
а) Аденін
б) Урацил
в) Гуанін
г) Цитозин

7. Вкажіть правильну послідовність процесів центральної догми молекулярної біології:
а) Трансляція → Транскрипція → Реплікація
б) Реплікація → Трансляція → Транскрипція
в) Реплікація → Транскрипція → Трансляція
г) Транскрипція → Реплікація → Трансляція

8. Який фермент відповідає за синтез РНК під час транскрипції?
а) ДНК-полімераза
б) РНК-полімераза
в) Рибосома
г) АТФ-аза

9. Де відбувається трансляція у прокаріот?
а) У ядрі
б) У цитоплазмі
в) У мітохондріях
г) У рибосомах

10. Що визначає послідовність амінокислот у білку?
а) Послідовність нуклеотидів у ДНК
б) Послідовність амінокислот у білку
в) Кількість АТФ у клітині
г) Кількість рибосом у цитоплазмі

11. Яка з молекул має дволанцюгову структуру?
а) іРНК
б) тРНК
в) ДНК
г) рРНК

12. Який кодон є стартовим під час трансляції?
а) UAA
б) AUG
в) UAG
г) UGA

13. Що таке кодон?
а) Трисеквенція нуклеотидів у РНК, що кодує амінокислоту
б) Сегмент ДНК
в) Вид РНК
г) Фермент

14. Яка структура є місцем синтезу білка?
а) Мітохондрія
б) Лізосома
в) Рибосома
г) Ендоплазматична сітка

15. Який з процесів потребує енергії АТФ?
а) Транскрипція
б) Трансляція
в) Обидва процеси
г) Жоден

Правильні відповіді:

     8.  Б    15. В

     9.  Б

     10. А

     11. В

     12. Б

     13. А

     14. В

• Cитуаційні задачі:

Задача 1. Унаслідок мутації в ДНК, кодон УАУ (Tyr) у мРНК замінився на УАА.

Запитання:

1. Який процес буде порушено?
2. Що таке УАА?
3. Які наслідки для білка?

Відповіді:

1. Трансляція — зупиниться передчасно.
2. УАА — стоп-кодон.
3. Білок буде коротшим, ймовірно нефункціональним.

Задача 2. Пацієнту призначили антибіотик, який блокує активність рибосом у бактеріях.

Запитання:

1. Який процес порушується?
2. Чому це ефективно проти бактерій?
3. Чому антибіотик не шкодить людині?

Відповіді:

1. Трансляція.
2. Без білків бактерія не виживе.
3. Антибіотик специфічно діє на прокаріотичні рибосоми, а не на еукаріотичні.

 Задача 3. Мутація пошкодила промоторну ділянку гена. РНК-полімераза не може приєднатися.

Запитання:

1. Що не відбудеться?
2. Чи синтезується мРНК?
3. Чи утвориться білок?

Відповіді:

1. Транскрипція.
2. Ні, мРНК не синтезується.
3. Білок не синтезується — порушення генного вираження.

Задача 4. У пацієнта виявлено мутацію, яка змінює один нуклеотид у кодоні: GAG → GTG.

Запитання:

1. Яка амінокислота буде замінена?
2. Яка хвороба може бути пов’язана з цією мутацією?
3. До якого процесу належить ця помилка?

Відповіді:

1. Глутамінова кислота (Glu) → Валін (Val).
2. Серповидноклітинна анемія.
3. Трансляція (невірне кодування амінокислоти).

 Задача 5.   У клітину вводять мРНК вірусу. У відповідь синтезується вірусний білок.

Запитання:

1. Який процес відбувається?
2. Що виробляє організм у відповідь?
3. Який тип РНК використовується?

Відповіді:

1. Трансляція.
2. Імунну відповідь, антитіла.
3. мРНК (інформаційна РНК).

 Задача 6. У клітині відбувається синтез білка з ДНК.

Запитання:

1. Встановіть правильну послідовність:
   а) Трансляція
   б) Транскрипція
   в) Синтез амінокислот
   г) Активація тРНК

Відповіді:

1. Правильна послідовність:
б → г → а → в
(Транскрипція → Активація тРНК → Трансляція → Синтез амінокислот відбувається до або паралельно для включення в білки)

  Матеріали методичного забезпечення основного етапу заняття:

•      Структурно-логічна схема змісту теми

Завдання 1. Порівняльна характеристика нуклеїнових кислот

Завдання 2.  Розв’яжіть наступні задачі.

Задача 2.  Один з ланцюгів молекули ДНК має такий вигляд:

ГЦГ ГГТ ГГА ТАА ЦТА ГЦЦ. Який вигляд матиме другий ланцюг цієї молекули ДНК, синтезований під час її самоподвоєння?

Задача 3.  Молекула іРНК складається з такої послідовності нуклеотидів: УУЦ ГАА ЦГА УУГ УЦГ ЦЦГ ГАУ. Якою буде будова молекули ДНК, на одному з ланцюгів якої була синтезована дана молекула іРНК?

Задача 4.  Визначте довжину фрагмента білка, якщо його молекулярна маса становить 35500.

Задача 5.  Відносна молекулярна маса одного з ланцюгів ДНК становить 119 025. Визначте кількість залишків АМК у складі білка, закодованого цим ланцюгом ДНК.

Задача 6.  Дано білок, що складається із 150 амінокислотних залишків. Скільки нуклеотидів містить ген, що кодує цей білок? Визначте масу білка та гена, що його кодує.

Задача 7.  Один з ланцюгів молекули ДНК має такий вигляд:

ГЦГ ГГТ ГГА ТАА ЦТА ГЦЦ. Який вигляд матиме другий ланцюг цієї молекули ДНК, синтезований під час її самоподвоєння?

Задача 8. Молекула іРНК складається з такої послідовності нуклеотидів: УУЦ ГАА ЦГА УУГ УЦГ ЦЦГ ГАУ. Якою буде будова молекули ДНК, на одному з ланцюгів якої була синтезована дана молекула іРНК?

Задача 8. Фрагмент і – РНК має таку послідовність нуклеотидів:

ААГ – УАА – ЦЦЦ – УГГ – УУГ . На якій ДНК він був синтезований? Яка з молекул – ДНК чи і – РНК – має більшу молекулярну масу?

Задача 9. Фрагмент і – РНК має таку послідовність нуклеотидів:

УУУ – АЦЦ – ГГУ – ААГ. На якій ДНК його було синтезовано? Визначте процентний вміст нуклеотидів даної ДНК та її довжину.

Фрагмент ДНК має такий склад: ЦЦЦ – АГГ – ТГА – ГЦА – ТТА . Добудуйте другий ланцюг ДНК та відповідну йому і – РНК.

Задача 10. Молекулярна маса білка 224000. скільки амінокислотних ланок він містить?

Завдання 3. Встановити відповідність

1. Встановіть відповідність між поняттям і його функцією:
А. ДНК
Б. РНК
В. АТФ
Г. Транскрипція
Д. Трансляція

Правильна відповідь:

А–2, Б–5, В–3, Г–4, Д–1

2. Встановіть відповідність між видом РНК і його роллю в клітині:
А. мРНК
Б. тРНК
В. рРНК
Г. мікроРНК
Д. гРНК (гетерогенна)

Правильна відповідь:
А–1, Б–2, В–3, Г–4, Д–5

 3. Встановіть відповідність між етапами біосинтезу білка та процесами, що відбуваються:
А. Ініціація транскрипції
Б. Елонгація транскрипції
В. Термінація транскрипції
Г. Ініціація трансляції
Д. Термінація трансляції

Правильна відповідь:
А–3, Б–4, В–2, Г–1, Д–5

4. Встановіть відповідність між термінами та їх описом:
А. Кодон
Б. Антикодон
В. Генетичний код
Г. Реплікація
Д. Рибосома

Правильна відповідь:
А–2, Б–3, В–1, Г–4, Д–5

 5. Встановіть відповідність між процесами та їх характеристиками:
А. Реплікація
Б. Транскрипція
В. Трансляція
Г. Сплайсинг
Д. Елонгація трансляції

Правильна відповідь:
А–3, Б–4, В–2, Г–1,

Заключний етап

Матеріали методичного забезпечення заключного етапу заняття

•   Метод "мікрофон"

1. Що є основною функцією ДНК у клітині?( Зберігати генетичну інформацію, яка передається від батьків до нащадків.)
2. Яку роль виконує мРНК у клітині? ( Переносить інформацію з ДНК до рибосоми для синтезу білка).
3. Чим тРНК відрізняється від інших видів РНК? (Вона переносить амінокислоти до рибосоми під час трансляції).
4. Для чого потрібна рРНК? (Формує структуру рибосом і бере участь у каталізі синтезу білків).
5. Яка роль АТФ у клітині? (Є основним джерелом енергії для всіх біохімічних процесів).
6. Як ДНК пов’язана з білковим синтезом? ( ДНК містить гени — інструкції для синтезу білків) .
7. У якому процесі з ДНК утворюється РНК? ( Цей процес називається транскрипція) .
8. Що таке кодон? (Це трійка нуклеотидів у мРНК, яка кодує одну амінокислоту) .
9. Чому АТФ називають "енергетичною валютою" клітини? ( Бо вона накопичує та постачає енергію для клітинних процесів.)
10. Чи бере участь ДНК у трансляції безпосередньо? ( Ні, вона лише забезпечує інформацію, яка зчитується мРНК).

• Вправа «Мозковий штурм»

1. Що означає абревіатура ДНК? А РНК?
2. Де саме в клітині знаходиться ДНК, а де — РНК?
3. Які функції виконує ДНК у клітині?
4. Чим відрізняється будова ДНК і РНК?
5. Чому ДНК має дволанцюгову структуру, а РНК — один ланцюг?
6. Чи може РНК передавати спадкову інформацію? У яких організмів це можливо?
7. Які типи РНК існують і яку функцію кожен виконує?
8. Які нуклеотиди входять до складу ДНК та РНК?
9. Чим небезпечні мутації в молекулі ДНК?
10. Як би виглядала клітина, якби в ній не було РНК?

• Робота в групах: Дослідження функцій РНК та захист проєкту

Група 1 – мРНК (матрична РНК)
Завдання: з’ясувати структуру, біосинтез, роль у транскрипції, трансляції, приклади роботи.

Група 2 – тРНК (транспортна РНК)

Завдання: описати будову, принцип розпізнавання амінокислот, участь у трансляції.

Група 3 – рРНК (рибосомна РНК)
Завдання: з’ясувати її роль у побудові рибосом та каталітичну функцію.

Група 4 – малі ядерні РНК (snRNA)

Завдання: визначити участь у процесингу мРНК, зшиванні інтронів.

Група 5 – мікроРНК (miRNA) та інші регуляторні РНК
Завдання: пояснити їхню роль у регуляції експресії генів.

• Кейс-метод»

Кейс 1.  Ситуація: У клітині синтезувалася мРНК, в якій одна нуклеотидна пара була неправильно прочитана (т.зв. "міссенс-мутація").

Запитання:

1. Як це вплине на синтез білка?
2. Що буде, якщо мутація трапиться в старт-кодоні?
3. Як це може відобразитися на функції білка?

 Кейс 2.  Ситуація: Студент експериментує з бактеріями, обробленими речовиною, що блокує фермент РНК-полімеразу.

Запитання:

1. Які процеси будуть зупинені в клітині?
2. Чи можливий синтез білка за відсутності транскрипції?
3. Як це вплине на життєздатність клітини?

Кейс 3.  Ситуація: Один і той самий ген у різних тканинах дає різні мРНК, і відповідно — різні білки.

Запитання:

1. Як таке можливе?
2. Що таке сплайсинг і як він впливає на експресію генів?
3. Чим це корисно для організму?

Кейс 4.  Ситуація: Пацієнту призначили антибіотик, який зв’язується з малою субодиницею рибосоми бактерій.

Запитання:

1. Який етап білкового синтезу буде порушено?
2. Чому антибіотик не діє на клітини людини?
3. Чим це корисно в лікуванні інфекцій?

Кейс 5.  Ситуація: У послідовності мРНК внаслідок мутації замість стоп-кодону утворився кодон, що кодує амінокислоту.

Запитання:

1. Як це вплине на довжину білка?
2. Чи буде цей білок функціональним?
3. Що станеться з рибосомою в такій ситуації?

• Метод проєктів. Створення міні-проєкту на тему «Біосинтез білка»:

«Від ДНК до білка: як клітина читає генетичний код»

«Транскрипція і трансляція: інструкція до життя»

«Роль мРНК у синтезі білка: посередник або керівник?»

«Рибосома – фабрика клітини»

«Трансляція: як працює генетичний код»

«Помилки в транскрипції та трансляції: хвороби, що починаються на молекулярному рівні»