ПРОЄКТУВАННЯ УРОКУ

ЗА СЦЕНАРІЄМ  ДОСЛІДНИЦЬКОГО  НАВЧАННЯ

З ВИКОРИСТАННЯМ  ОНЛАЙН - ЛАБОРАТОРІЇ  GO – Lab

Тема. Біосинтез білка

Мета: дослідити процес біосинтезу білка від нуклеїнових кислот до утворення поліпептидного ланцюга на рибосомах; сприяти формуванню в учнів функціональних навичок дослідження як універсального способу освоєння дійсності, розвитку здатності до дослідницького типу мислення, активізувати особистісну позиції учня в освітньому процесі на основі набуття суб’єктивно нових знань (тобто самостійно отриманих); сприяти розвитку особистості учня.

Етапи уроку:

І.Орієнтація(Orientation) - фокусується на заохоченні інтересу учня до предмету. На етапі орієнтації подаються основні поняття та змінні теми; основним результатом цієї фази є початковий огляд теми.   

Перегляд  учнями навчального відеофільму Цікава наука «Від ДНК до білків» розкриває тему "Біосинтез білка" 

Запитання, запропоновані учням  учителем після перегляду:

-         Що таке гени? Де вони розміщені?

-         Які білки називаємо білками гістонами?

-         Що таке процес транскрипції, де він відбувається?

-         Який процес називають процесом трансляції? Яке місце його перебігу?

-         Яка роль рибосом у біосинтезі білка?

-         Яка функція тРНК?

ІІ.Концептуалізація (Conceptualization) – це етап, на якому учні повинні зосередити увагу на одному або декількох конкретних питаннях у даній сфері, у вигляді одного або кількох дослідницьких питань (Questions) або гіпотез (Hypothesis). Загалом, гіпотеза - це твердження, в якому запропоновано певне співвідношення між незалежними та залежними змінними, а питання не визначає напрямок цього співвідношення.

Складання запитань учнями до даної теми та формування ними відповіді.

Можливі запитання та відповіді учнів:

-         Як саме відбувається процес транскрипції?

•      Процес транскрипції відбувається в ядрі. Якщо певний ген молекули ДНК увімкненний, тоді молекула білка фермермента РНК-полімерази приєднується до початку гена. Він рухається вздовж молекули ДНК, синтезуючи ланцюжок мРНК із вільних нуклеотидів у ядрі. Код ДНК визначає порядок, у якому вільні нуклеотиди додаються до ланцюжка  мРНК.... Таким чином, інформація про структуру білка, яка закодована в нуклеотидній послідовності молекули ДНК (в гені) переписується на новостворений ланцюжок мРНК.

-         Яким чином протікає процес трансляції?

•      Процес трансляції відбувається у клітині на рибосомах......

Висування гіпотези: Зміниться чи ні послідовність амінокислот у синтезованій  молекулі білка, якщо в гені молекули ДНК, яка кодує про нього інформацію, відбудеться заміна лише 1 нуклеотида або 1 нуклеотид зникне в структурі гена?

ІІІ.Дослідження (Investigation) учні створюють плани для дослідження та проводять експеримент (Experimentation), який може включати вивчення поведінки онлайн-лабораторії, керуючись питанням або виконуючи цілеспрямовані експерименти, відповідно до      створеної    гіпотези. Результатом цього етапу є інтерпретація даних (Data interpretation). 

Онлайн – лабораторія  Go – Lab «Біосинтез білка»  

План дослідження

1.Користуючись даним ресурсом дослідити особливості перебігу процесу транскрипції та трансляції у клітині.

2.При наявності даної нуклеотидної послідовності одного з ланцюгів

ДНК:  ATGCCAGGCGGCGAGAGCTTGCTAATTGGCTTATAG

Послідовність амінокислот у синтезованій молекулі білка буде такою:

     Met-Pro-Gly- Gly- Glu-Ser-Leu-Leu-Ile-Gly-Leu                               

3.Експериментально (golab) змінили ген: 5 нуклеотид (С –цитозин – замінили на   А    –   аденін):

ДНК_{(змінена):} ATGCAAGGCGGCGAGAGCTTGCTAATTGGCTTATAG

4.Новоутворений в результаті  трансляції білок мав таку послідовність амінокислот:

    Met- Gln-Gly- Gly- Glu-Ser-Leu-Leu-Ile-Gly-Leu

5.Експериментальним шляхом (golab) видалили 5-й нуклеотид і отримали  

 Слідуючу         нуклеотидну         послідовність        гена         в        молекулі            

ДНК_{(змінена)}: ATGCAGGCGGCGAGAGCTTGCTAATTGGCTTATAG

6. Дослідили процес трансляції: новоутворений білок матиме таку          послідовність амінокислот:  Met- Gln-Ala-Ala-Arg-Ala-Cys

IV.Висновок: на завершальній стадії учні повертаються до своїх оригінальних дослідницьких питань або гіпотез і роблять висновок (Conclusion), які  відповідають  результатам дослідження.

Таким    чином,    будь-яка    зміна    (мутація)    нуклеотидного    складу    чи

послідовності  нуклеотидів  в гені,  який  кодує  структуру        молекули  білка в ядрі   приведе до  суттєвих  змін в  послідовності    амінокислот   синтезованої в результаті трансляції на рибосомах            молекули  білка, а значить і до утворення нової молекули. 

V.Обговорення (Discussion) полягає в тому, щоб обмінюватися процесом отримання знань та результатами з іншими, представляти та повідомляти результати та висновки, а також відображати власний процес дослідження впровадження технології дослідницького навчання (Inquiry Based Learning) Тема для обговорення «Білки – як форма існування живої матерії могли з’явитися першими в процесі еволюції органічного світу (гіпотеза біогенезу) ніж нуклеїнові кислоти? Чому?».

Учні, аналізуючи результати власних досліджень біосинтезу білка: процесів транскрипції та трансляції, в результаті обговорення  приходять до висновку, що все-таки першими в процесі еволюції органічнго світу зявилися нуклеїнові кислоти, які  кодували згодом структуру молекул білка. Вчителю можна познайомити учнів з гіпотезою світу РНК.

Гіпотеза світу РНК вважає, що РНК фактично була першою формою життя на Землі, яка пізніше розвинула навколо себе клітинну мембрану і стала першою клітиною прокаріотів. РНК і ДНК зроблені з багаторазових повторень певних нуклеотидів, які також називаються «основами», зв'язаних з фосфо-цукровим «скелетом». Гіпотеза світу РНК вважає, що у первісному бульйоні існували вільно-плаваючі нуклеотиди. Ці нуклеотиди постійно формували зв'язки один з одним, але ланцюжки часто розривалися, тому що енергія зв'язку була низькою. Проте, певні послідовності базових пар мають каталітичні властивості, які фактично знижують енергію ланцюжка, примушуючи нуклеотиди залишитися разом протягом довшого часу. Коли буде створено багато довгих ланцюжків, приваблюватимуть більше відповідних нуклеотидів, так що ланцюжки будуть формуватися швидше, ніж розриватися.

Ці нуклеотидні ланцюжки запропоновані як перші, примітивні форми життя. У світі РНК різні форми РНК конкурували одна з одною за вільні нуклеотиди і, таким чином, брали участь у природному відборі. Найефективніші молекули РНК, які здатні були ефективно каталізувати своє власне відтворення, витримали цей відбір і розвилися до сучасної РНК.

Змагання між РНК могло привести до появи кооперації між різними ланцюжками РНК, відкривши шлях для утворення першої прото-клітини. Зрештою, ланцюжки РНК спонтанно розвинули каталітичні властивості, які допомагають зв'язувати разом амінокислоти (пептидний зв'язок). Ці амінокислоти могли б тоді допомогти з синтезу РНК, надавши тим ланцюжкам РНК, які служать рибозимами, переваги у відборі. Кінець кінцем

ДНК, ліпіди, вуглеводи, і всі інші органічні хімічні речовини включалися до життя. Це привело до перших клітин прокаріот, і кінець кінцем до життя, такого, яким ми його знаємо.