Урок «Біосинетез білка: умови та основні етапи»

10 клас ( профільний)

Тема: БІОСИНТЕЗ БІЛКА:УМОВИ ТА ОСНОВНІ ЕТАПИ.

Мета уроку:

навчальна: сформувати в учнів поняття етапи біосинтезу білка, реакції матричного синтезу.

розвивальна: поглибити та розвинути уявлення учнів про ген, продовжити формування навичок розв’язання задач з молекулярної біології, розвивати вміння порівнювати, обґрунтовувати, робити висновки

виховна: дати учням наукові уявлення про механізм передачі спадкових ознак, формувати комунікативну компетентність: уміння висловлювати свою думку, відповідати на питання, працювати в групі, виховання бережного ставлення до свого здоров’я.

 Тип уроку: комбінований

Обладнання: таблиця «Будова клітини», динамічна модель »Біосинтез білка», відеофільм,технологічні  картки, мультимедійна  дошка, презентація до уроку.

 Опорні поняття та нові терміни: генетичний код, триплет, кодон-стартер, кодон-  термінатор, виродженість, однозначність, універсальність генетичного коду, матриця, матричний синтез, транскрипція, процесинг, сплайсинг, трансляція, ініціація, елонгація, термінація.

 Зміст уроку

I . Організаційний момент.

У вас на партах технологічні карти, в них ми будемо працювати.

ІІ.Мотивація навчальної діяльності.

Сьогодні ми продовжимо відкривати таємниці найменшої структурної та функціональної одиниці живих  організмів  — клітини. Зазирнемо  на її мікроскопічну фабрику , де виробляються речовини, без яких неможливе життя.

( Слайд 1)

Ще 100 років тому Ф.Енгельс дав визначення життя як «Спосіб існування білкових тіл» , воно не втратило актуальності і в наш час.

Російський біофізик М.Волькенштейн  в ХХ столітті  «Живі тіла … являють собою відкриті саморегулюючі системи, побудовані з біополімерів : білків та нуклеїнових кислот»

• Чому ж таке велике значення вчені приділяють білкам?( Слайд 2)

( Білки виконують різноманітні функції, які підтримують життєдіяльність клітин)

• Назвіть функції білків.

Функції	Приклади білків
1. Структурна	Колаген,еластин,,білки складу мембран
2. Скоротлива	Актин, міозин
3. Захисна	Інтерферон,імуноглобуліни
4. Транспортна	Гемоглобін, гемоціанин, білки мембрани
5.Енергетична	Білки джерело енергії, 1г білка – 17 кДж
6. Запасна	Казеїн молока, альбумін яєчного білка
7. Регуляторна	(фактори росту)
8. Сигнальна	Рецептори мембрани
9.Гормональна   10.Ферментативна	Гормони ( інсулін, глюкагон,адренокортикостероїдний гормон) Амілаза, пепсин, трипсин,фосфотаза.

Але  виявляється молекули білків функціонують від кількох годин до кількох днів.  За цей період у них накопичуються порушення , вони стають непридатними для виконання своїх функцій, розщеплюються. За 1 добу розпадається 400 г різних білків.

Білки  не можуть відновлювати самих себе.

• Як поповнюються  запаси  білка в клітині?

 ( Слайд  3)

 Я думаю , що ви вже здогадалися якою  буде тема уроку.

ІІІ. Повідомлення теми і мети. ( з допомогою учнів) ( пере клацнути на слайді  ) Запишіть тему уроку.

• Як ви вважаєте, що ми повинні засвоїти?  ( умови, етапи біосинтезу , вміти застосовувати знання на практиці для розв’язування задач)

 ( Слайд 4  мета і завдання уроку)

II. Актуалізація опорних знань .

А для того, щоб краще розібратися, давайте пригадаємо необхідні терміни і поняття. 

( Слайд 5. Терміни і поняття)

Завдання 1.Гра  «М’яч»  учні готували терміни, 1 учень задає термін — другий відповідає. Якщо не знає, відповідає сам.)

Амінокислоти — мономери білків.

Ферменти  — біологічні каталізатори, прискорюють реакції.

АТФ — аденозинтрифосфат, джерело енергії.

Рибосома — немембранна органела клітини, знаходиться на ендоплазматичній сітці ,  складається з 2 субодиниць: великої і малої, забезпечує  синтез білка.

Цитоплазма — це складова частина клітини , має 3 компоненти : органели, включення, цитозоль.

і-РНК —  одноланцюгова рибонуклеїнова кислота, складається з нуклеотидів : урацилового, аденінового, цитозинового, гуанінового. Синтезується в ядрі, назву отримала, тому що в  ній закодована інформація про послідовність амінокислот.

т-РНК — транспортна РНК, переносить амінокислоти до місця синтезу білка.

р-РНК — входить до складу рибосоми , тобто виконує структурну функцію.

ДНК — дезоксирибонуклеїнова кислота, носій спадкової інформації, міститься в ядрі, має два ланцюги, кожен з яких закручений навколо однієї осі, утворює подвійну спіраль.

Ген — ділянка ДНК, що несе інформацію про будову одного поліпептидного ланцюга білка. ( або яка кодує послідовність амінокислот одного білка)

Генетичний код  — спеціальний шифр , спосіб запису послідовності амінокислот у молекулах білка за допомогою послідовності нуклеотидів у нуклеїнових кислотах.

Завдання 2. (Слайд 6. Встановити відповідність…)

Встановити відповідність  між властивостями генетичного коду та їх значенням.

1.Триплетність	А. однаковий у всіх живих організмів
2.Однозначність	Б. кожен триплет кодує тільки одну амінокислоту
3.Виродженість	В. одна амінокислота може кодуватися декількома триплетами
4.Універсальність	Г. одну амінокислоту кодує послідовність з трьох нуклеотидів

1-Г

2-Б

3-В

4-А

1 учень біля дошки складає схему, озвучує її.

Завдання 3. ( слайд 7 )Знайдіть, яку амінокислоту кодує триплет  АГГ ( аргінін) УАА ( це стоп-кодон)

Які ще є стоп-кодони? УАГ, УГА.  ( учитель вивішує аркуш з «Стоп- кодони», Старт-кодон. АУГ ( кодує    метіонін)

Що означає стоп-кодон? Позначають закінчення синтезу, не кодують амінокислоту.

Підсумок. Так, молодці.

Ми вже багато пригадали і можемо завітати у майстерню «Біосинтез білка»

( Слайд 8.  «Майстерня  «Біосинтез білка»)

Порівняємо процес синтезу білка з більш відомим процесом  будівництвом  будинку. Що для будівництва потрібно?  Вибрати  місце, скласти план-схему, будівельні матеріали, будівельники, матеріальні затрати ( фінанси)

Робота в парах ( або в групах по 4 учня, повернулися учні першої парти до другої парти. Завдання. По аналогії з будівництвом будинку запропонуйте проект «будівництва молекули білка» Слайд 9

Ми пригадали терміни не просто так, вони потрібні для «будівництва білка»

Будівництво будинку	«Будівництво білка»
1. Вибір місця
2. План -схема
3.Будівельні матеріали( цегла, цемент), техніка
4.Будівельники ( робітники)
5. Матеріальне забезпечення, фінанси

Хто вже має проект. Учні озвучують, аргументують.

Таким чином , у вас є проект синтезу молекули білка.  ( Слайд 10 )

Будівництво будинку	«Будівництво білка»
1. Вибір місця	цитоплазма
2. План -схема	ДНК ( ген, генетичний код)
3.Будівельні матеріали( цегла, цемент), техніка	амінокислоти, т-РНК
4.Будівельники ( робітники)	рибосоми
5. Матеріальне забезпечення, фінанси	АТФ

Ми вже знаємо, що потрібно для біосинтезу білка, з’ясуємо  механізм цього процесу.

Створення проблемної ситуації. ( Слайд 11.  Будова клітини)

Погляньте на  клітину.

Схема ( на дошці)

ДНК                                                 ?                                          білок

( ядро)                                                                                        ( цитоплазма)

1. Так де ж закодована інформація про структуру білка? ( Генетична інформація про структуру білка закодована в ДНК)
2. Де в клітині знаходиться ДНК?  ( ДНК знаходиться в ядрі)
3. Де відбувається синтез білка? ( Синтез білка відбувається в  цитоплазмі клітині на рибосомах ендоплазматичної  сітки)

(Слайд 12. Проблемне питання )

Ці факти були встановлено ще в 40-х  роках. Але невідомим залишався механізм реалізації генетичної інформації.

Інформація про послідовність амінокислот у білках записана в молекулі ДНК , але на ДНК ніколи не відбувається синтез білка. Як розв’язується проблема реалізації інформації?

Проблемне питання:

Як генетична інформація з ДНК передається і реалізується в молекулі білка?

( вивісить аркуш  на дошці)

Крок за кроком вчені розкривали  механізми синтезу білка.

Спробуємо і ми  дослідити цей процес.

(Учні висувають гіпотези: існує посередник іРНК.

Перевіримо гіпотезу, розглянувши етапи синтезу білка.)

 

( Слайд 13 )Перший етап.  Транскрипція ( від лат. Транскрипціо – переписую) — синтез РНК за матрицею ДНК, який полягає в переносі генетичної інформації з ДНК на РНК.

1)Розв’яжіть задачу : ( всі  в зошитах, 1 учень біля дошки)

Яка послідовність нуклеотидіві-РНК утвориться на одному з ланцюгів ДНК

      ДНК    А Г А Т  Ц

                 Т Ц Т А   Г

і-РНК      А Г А У  Ц

За принципом комплементарності     А днк – Т рнк

                                                               Т днк  - У рнк

                                                               Ц днк  -  Г рнк

                                                               Г днк – Ц рнк

2)Робота з книгою.

  Записати визначення транскрипції

3. Перегляд відеофільму. Слайд 14( Відеофрагмент «Транскрипція»)без звука

Завдання. Перегляньте, дайте відповідь на питання :

1. Доведіть, що транскрипція – це реакція матричного синтезу.

2. Під дією яких речовин починається і здійснюється  синтез РНК? ( Синтез РНК здійснюється  за участю ферменту РНК-полімерази. У відеофрагменті позначений синім кольором.)

Учитель Транскрипція — реакція матричного синтезу.

• Що таке матриця? ( Це зразок, модель, шаблон, форма, з якої одержують багато точних копій)
• Які особливості матричного синтезу?

Здійснюється точно, швидко. Властивий лише живій клітині.

• Як молекула знає про початок реакції, про її закінчення? Пригадайте кадри фільму, прочитайте текст

Робота з книгою.

Завдання

1.Як називається місце початку транскрипції?  Промотор.

2.Що таке термінатор. Термінується ( завершується ) процес зчитування матриці ДНК стоп кодонами ( УАА, УАГ, УГА)

 

(Слайд 16.)Другий етап. Процесинг( від лат. Процедо — проходжу, просуваюсь)-

процес редагування РНК, вирізання нітронів, зшивання екзотів в і-РНК

Робота з книгою .

Завдання . Прочитати текст. Закінчити фразу:

Екзони ( від грец. екзо зовні) — це відрізки гена, які несуть генетичну інформацію.

Інтрони ( від лат. інтер — поміж) —  значно довші ділянки ДНК, які не несуть генетичної інформації.

Сплайсинг (  зшиваються екзони в і-РНК)

 

Схема.  Процесинг.

ДНК

 

екзони

інтрони

екзони

інтрони

екзони

 

РНК                транстриптніекзони та інтрони

екзони

інтрони

екзони

інтрони

екзони

 

 

і-РНК

1 учень біля дошки  пояснює процес процесингу.

В якому місці клітини  відбувається процесинг?

(Процесинг відбувається в ядрі.)

Куди потрапляє і-РНК з ядра?

(і-РНК, т-РНКчерез пори ядра потрапляє в цитоплазму до рибосоми ендоплазматичної сітки.)

 

Заповнення  схеми ( на дошці  прикріплення  табличок «Транскрипція, процесинг, ферменти, АТФ, з’єднання стрілками ).

ДНК                   і-РНК                                         білок

( ядро)                                                                                        ( цитоплазма)

Трансрипція  , процесинг                                     трансляція    

 

(Слайд 17.)Третій етап. Трансляція ( від лат. транслятіо — передача) —  синтез поліпептидних ланцюгів , під час яких послідовність нуклеотидів в молекулі і-РНК  переводиться в послідовність амінокислотних залишків молекули білка.

 

Які ще речовини потрібні для синтезу білка? ( звертаємося до проекту «Будівництво білка»)

(Амінокислоти – це мономери білка.

т-РНК – транспортують амінокислоти до рибосоми.

Ферменти - каталізують реакції.)

Пояснення вчителя за презентацією.  ( Слайди 16,17,18-22)- поступово демонструвати,  по мірі розповіді )

Стадії трансляції:

1. Ініціація ( початок синтезу)
2. Елонгація ( продовження синтезу)
3. Термінація ( завершення синтезу)

 Розповідь вчителя за динамічною моделлю. ( слайди презентації)

Стадія  ініціації починається зі з’єднання і-РНК з малою субодиницею рибосоми ( показ на слайді) , потім приєднується велика субодиниця.

 Створюється ініціативний комплекс ( рибосома, триплет і-РНК, певна молекула т-РНК.)  Цей комплекс сигналізує про початок синтезу білка.

Стадія елонгації . На початку елонгації до рибосоми підходять дві перші т-РНК, які вже приєднали амінокислоти, утворюється перший пептидний зв'язок між амінокислотами.

Після цього відбувається переміщення рибосоми відносно і-РНК. Вона наче ковзає зліва направо  по молекулі і-РНК. Поривчасто:  один крок – один триплет.

Як визначається порядок надходження т-РНК до рибосоми?

На верхівці т-РНК розташований триплет нуклеотидів  ( антикодон). Він має утворити комплементарну пару з відповідним триплетом

і-РНК  (кодоном )

 Якщо утворилася комплементарна пара, утворюється пептидний зв'язок між амінокислотами .

Процес іде за участю ферментів.

Стадія термі нації. Нарощування поліпептидного ланцюга триває доти, доки на шляху не трапиться один зі стоп-кодонів ( УАА, УГА, УАГ)

 Відбувається розрив зв’язку між  пептидом і останньою т-РНК і вивільняється готовий білок.

Рибосома розпадається на субодиниці, які потрапляють на іншу молекулу і-РНК.

 

 З’ясування питання. Як визначається порядок надходження т-РНК до рибосоми. Слайд 23  «Транспортна РНК»

Поняття полісома. ( слайд  24)

Слайд 25 Знайдіть помилку.

 Дайте визначення процесу трансляції.

Слайд 26.  Трансляція – це

Слайд 27.   «Схема процесу біосинтезу білка» Розповідь вчителя з елементами бесіди.

 

Заключний етап  синтезу .Білок набуває своєї природної структури. За участю ферментів відщеплюються  зайві амінокислотні залишки, вводяться  небілкові карбоксильні, фосфатні та інші групи, приєднуються вуглеводи, ліпіди, тощо.

Лише після цих процесів молекула білка стає  функціонально  активною.

 

Перегляд відеофільму. «Синтез білка»  зі звуком. ( Слайд 28)

Ви ще раз переглянете біосинтез білка.

Підготуєте відповіді на питання.

1.Які етапи синтезу білка?

2.Які умови потрібні?

3.Куди надходить синтезована молекула білка ? ( Синтезована молекула білка надходить у порожнину ендоплазматичної сітки)

Повернутися до проблемного питання.

Чи підтвердили ми гіпотезу про те, що посередником між ДНК і білком є і-РНК? ( Так, і-РНК переносить генетичну інформацію до рибосом  і реалізує її у вигляді послідовності амінокислот білка.

З’ясували основні процеси, за допомогою яких здійснюється передача спадкової інформації: спочатку це  реплікація ДНК , тобто синтез ДНК на матриці ДНК ( ми про це говорили докладно на минулому уроці, транскрипція , трансляція.

Схема ( заповнюю на дошці)

                                             Ферменти

ПолімеразаСинтетаза

ДНК            ___і-РНК_____                        білок

( ядро)                                                                                        ( цитоплазма)

Трансрипція  , процесинг ,трансляція

1. ініціація
2. елонгація
3. термінація

                                   АТФ                                     амінокислоти, Т-РНК

Закріплення.

Слайд 29.  Основні етапи біосинтезу ( транскрипція, трансляція)

Слайд 30 . Молекули – учасники біосинтезу ( умови )

Слайд 31. Роль  ДНК, і-РНК, рибосом, ферментів, амінокислот, АТФ.

 

1. Які ж умови потрібні для синтезу:

1. Заповнити таблицю «Вихідні речовини,етапи, результати синтезу білка» ( усно , колективно, заповнення на слайді)

Речовини- учасники процесу	Значення речовин для біосинтезу
ДНК	Містить інформацію про структуру білка. Слугує матрицею для синтезу білка.
і-РНК	Переносить інформацію від ДНК до місця формування білкової молекули
Т-РНК	Кодує амінокислоти та переносить їх до місця біосинтезу на рибосомі. Містить антикодон
Р-РНК	Входить до складу рибосом
Ферменти	Каталізують синтез білка
Амінокислоти	Є будівельним матеріалом для побудови молекули білка ( мономери білка)
АТФ	Речовина, що забезпечує всі процеси енергією

 

2.Задача ( робота в парах)  ( Слайд 32)

1 ряд

1. Білок вазопресин ( гормон гіпофізу ) складається з 9 амінокислот, кодується нуклеотидами:

ТГТ-ТАТ-ТТТ-ГАА-ГАТ-ТГТ-ЦЦТ-ЦГТ-ГГТ.

А) Скільки нуклеотидів і триплетів у ДНК.

Б) Які 3 перші амінокислоти  входять до складу вазопресину?

 

2 ряд

2.Правий ланцюг фрагмента гена має таку структуру:

ТАТ ТЦТ ТТТ ТГТ ГТА ЦГ… Вкажіть структуру відповідної частини молекули білка, що синтезується .

 

3 ряд

3.Правий ланцюг фрагмента гена має таку структуру:

ТАТ ТЦТ ТТТ ТГТ ГТА ЦГ…  Чи  зміниться структура білка, що синтезується, якщо в правому ланцюгу під впливом хімічних факторів випадає одинадцятий нуклеотид .

Вкажіть структуру вже зміненого білка. Порівняти результат з 2 групою.

Учні відповідають біля дошки.

Перевірка Слайд 33. Відповідь  на  задачу №1.

Учень 2 ряду відповідає , потім 3 ряду.  Вивішують свої задачі на дошці.

Перевірка. Слайд 34.  Порівняння  відповідей задачі.

Інформація. Помилка хоча б в одному триплеті  призводить до серйозних порушень в організмі. Наприклад , у хворих серпоподібною анемією ( їх ні еритроцити мають не дискову , а серпоподібну форму ) із 574 амінокислот білка гемоглобіну одна амінокислота замінена іншою в двох місцях. У результаті білок має змінену третинну і четвертинну структури. Порушена геометрія активного центру , що приєднує кисень, не дозволяє гемоглобіну ефективно виконувати своє завдання —зв’язувати кисень у легенях і постачати ним клітини організму.

Підведемо підсумок Слайд 35.

 Слайд 36. Домашнє завдання. Вивчити параграф , дати відповіді на питання

Розв’язати задачу в технологічній карті.

Творче завдання. Підготувати тести по темі «Біосинтез білка»

Підсумок уроку.

Слайд  37 . Розуміння механізму синтезу білка — результат тривалої та складної роботи багатьох вчених. Це  визначне відкриття є одним з основних положень біологічної науки. Але ще багато чого з цього процесу  залишилося за межами нашого знання.

Можливо, відкриття ще за вами.

Виконання  тестів , взаємоперевірка. ( виставити кількість правильних відповідей ) Це буде враховано при виставлені загальної оцінки.

Всім дякую! Урок закінчено.

Слайд 38.  Правильні відповіді. 

 

КОНТРОЛЬНИЙ ТЕСТ.      Тема «Біосинтез білка»                                                                                           1. Матрицею  для синтеза молекули і-РНК при транскрипції слугує:а) вся молекула ДНК;                                                                                                                                                              б) повністю  один з ланцюгів  молекули  ДНК;                                                                                                                 в) ділянка одного ланцюга ДНК;                                                                                                                                            г) в одних випадках  один з ланцюгів молекули ДНК, в інших — вся   молекула ДНК.

 2. Транскрипція відбувається:а) в ядрі;                                                                                                                                                                                       б) на рибосомах;                                                                                                                                                                      в) в цитоплазмі;                                                                                                                                                                        г) на каналах гладенької ЕПС.

3. Послідовність  нуклеотидів в антикодоні  т-РНК   комплементарна:                                           

 а) триплету, кодуючому білок;                                                                                                                                            б) амінокислоті, з якою з’єднана  дана   т-РНК;                                                                                                              в) послідовності  нуклеотидів гену;                                                                                                                                   г) кодону і-РНК, який здійснює трансляцію.                           

4. Трансляція в клітинівідбувається:

а) в ядрі;                                                                                                                                                                                       б) на рибосомах;                                                                                                                                                                         в) в цитоплазмі;                                                                                                                                                                        г) на каналах агранулярноїЕПС.

5. При трансляції матрицею  для збирання  поліпептидноголанцюга білка  слугує:

а) дваланцюга ДНК;                                                                                                                                                          б) один з ланцюгів  молекули ДНК;                                                                                                                                  в) молекула і-РНК;                                                                                                                                                                     г) в одних випадках один з ланцюгів  ДНК, в других– молекула і-РНК.

6. У процесах   біосинтезу  білка в клітині енергія АТФ:

а) витрачається;                                                                                                                                                                         б) запасається;                                                                                                                                                                             в) не витрачається і не виділяється;                                                                                                                                      г) на одних етапах синтезу витрачається, на других– виділяється.

7. Вилучіть зайве: рибосоми, т-РНК, і-РНК, амінокислоти, ДНК.

8. Ділянка  молекули  т-РНК  з трьох нуклеотидів, яка з’єднується з певною ділянкою і-РНК за принципом компліментарності називається …….

9. Ініціація – це:                                                                                                                                         

 а) Початок синтезу      білка;                                            б) завершення  синтезу  білка;                      в) продовження синтезу;                                                  г)  синтез  РНК.                                     

10 .Процес синтезу білкаскладається з наступних етапів: а) Реплікація - трансляція;                                                 б)Трансляція – транскрипція;в) Транскрипція –  ініціація - елонгація -  термі нація;    г)Ініціація – елонгація – термі нація.

 

 

Відповіді для взаємоперевірки:

1-В;

2-А;

3-Г;

4-Б;

5-В;

6-А;

7-ДНК;

8-АНТИКОДОН;

9 – А;

10-В;