Урок "Біосинтез білка" для 9-10 класу.

УПРАВЛІННЯ ОСВІТИ ВИКОНАВЧОГО КОМІТЕТУ НІКОПОЛЬСЬКОЇМІСЬКОЇ РАДИ

КОМУНАЛЬНИЙ ЗАКЛАД «НІКОПОЛЬСЬКА  СЕРЕДНЯ ЗАГАЛЬНООСВІТНЯ

ШКОЛА №10»

 

 

 

 

 

 

 

 

УРОК

 

 

 

БІОСИНТЕЗ   БІЛКІВ

 

Вчитель біології

Гапотченко Вікторія Іванівна

 

 

 

2018

 

 

Тема уроку: БІОСИНТЕЗ БІЛКІВ.

 

Тип уроку:  вивчення і первинне закріплення нових знань.

Мета:

освітня - дати загальне уявлення про біосинтез білка, його основні етапи та особливості їх проходження; на прикладі біосинтезу білка сформувати знання про специфічність білків для кожного виду клітин, про здатність клітин синтезувати лише властиві їй білки;

розвиваюча – розвивати науковий світогляд та творчі здібності гуртківців, навички самоаналізу;

виховна – виховувати пізнавальну активність дітей, самостійність, наполегливість, культуру спілкування, відповідальне ставлення до свого здоров’я,  патріотизм, національну свідомість, любов до свого народу.

Завдання уроку:

• згадати про рівні організації білкових молекул, механізми утворення первинної структури білка, причинах утворення вторинної, третинної, четвертинної структур;
• розглянути принцип, який лежить в основі процесу синтезу і-РНК;
• визначити властивості генетичного коду;
• сформувати знання про механізми трансляції і транскрипції;
• розв’язування задач з молекулярної біології.

Обладнання: мультимедійна презентація, загальна схема синтезу білка, таблиці генетичного коду,

Основні поняття та терміни: генетичний код, білки, амінокислоти, триплет, фермент, ген, транскрипція, трансляція, ініціативний комплекс, ДНК, і-РНК, т-РНК, рибосома, АТФ.

Концепція уроку: згадати що таке генетичний код і визначити його властивості. Діти вже вміють користуватися таблицею генетичного коду, тому завданням уроку є показати необхідність транскрипції, розглянути трансляцію, показати роль рибосоми в процесі трансляції. Необхідно підвести учнів до розуміння того, що в основі синтезу і нуклеїнових кислот і білків лежить матричний синтез, який здійснюється за принципом комплементарності азотистих основ.

 

Хід уроку.

 

I. Організаційнний етап. (Привітання).

 

II. Актуалізація знань.

1. Ми вивчили речовини, які мають велике значення в житті живих організмів. Впізнайте  їх (молекули речовин).

2. «Шпаргалка з помилками». Учні обмінюються «шпаргалками», підготовленими вдома, знаходять і виправляють у них помилки.

Наприклад. Білки низькомолекулярні (високомолекулярні) органічні речовини, мономерами яких є нуклеотиди (амінокислоти). До складу білків входить 25 (20 + 6 похідних) видів амінокислот. Амінокислоти у білку сполучені водневим (пептидним) зв’язком.

3. Дати визначення поняттям: ген, кодон, антикодон, триплет, ДНК, види РНК.

 

ІІІ. Формування мети й завдань.

1. Показати рисунки із зображенням ДНК, різних типів РНК, рибосоми, амінокислоту, білок. Висловити прохання до дітей, назвати припущення щодо теми і мети уроку.

2. Оголошення теми і мети. Діти  висувають припущення щодо теми і мети заняття. Вчитель наголошує на правильних.

 

ІV. Мотивація навчальної діяльності.

Ще у ХІХ столітті видатний філософ Ф. Енгельс висловив думку, що «життя є формою існування білкових тіл». Життєдіяльність людського організму пов’язана з безперервними витратами енергії. Ці енерговитрати включають: витрати на основний обмін, працю й відпочинок. Але будь-які енергетичні витрати вимагають відновлення. Усю необхідну кількість енергії організм одержує в результаті переробки органічних речовин – білків, жирів і вуглеводів, які містяться в харчових продуктах. Їжа – енергетичний і будівельний матеріал для організму. Усі процеси, що протікають у ньому, так чи інакше пов’язані з характером харчування. Від того, наскільки правильно ми харчуємося, залежить наше здоров’я й тривалість життя. Тисячі життів обірвалося протягом 1932-33 років, які живуть у нашій пам’яті, як роки голодомору. Голод, що поширювався з 1932 р., набув найстрашнішої сили на початку 1933 р. за підрахунками дослідників, в Україні щодня помирало голодною смертю 25 тис. осіб, щогодини – 1 тис., щохвилини – 17. Середня тривалість життя українців у 1933 р. у чоловіків становила 7,3 року, а в жінок – 10,9 року (далі Додаток).

 

                                                       Девіз заняття «життя = білок»

V. Засвоєння нового матеріалу. (Лекція-візуалізація)

1. Обговорення проблеми: як передати інформацію про послідовність амінокислот у білку до того місця, де білок синтезується? (Сама молекула ДНК дуже велика і ніколи не покидає ядро). Необхідно підвести гуртківців до розуміння того, що потрібен посередник у вигляді інформаційної РНК, яка синтезується в ядрі та виходить у цитоплазму.

Завдання.

Користуючись принципом комплементарності азотистих основ, визначте, яка іРНК буде синтезована на ділянці молекули ДНК із такою послідовністю нуклеотидів: ГАА АГТ АЦА ЦГЦ ТГЦ ТТА АГЦ ЦТГ. (Згадуємо, що в іРНК замість Тиміну Урацил).

ДНК:      ГАА АГТ АЦА ЦГЦ ТГЦ ТТА АГЦ ЦТГ

іРНК:     ЦУУ УЦА УГУ ГЦГ АЦГ ААУ УЦГ ГАЦ

2. Як тепер, користуючись цією іРНК, синтезувати відповідний білок? Що для цього необхідно? (Рибосоми, тРНК, амінокислоти, АТФ, ферменти).

Будова і функції рибосом.

Вперше були описані як ущільнені часточки, або гранули, клітинним біологом румунського походження Джорджем Паладе в 1953 році. Термін «рибосома» був запропонований Річардом Робертсом в 1958 році. Рибосома (ribosome) є не мембранною органелою клітини, що складається з рРНК та рибосомних білків (протеїнів). Самі дрібні структури грибовидної форми. Складаються із двох субодиниць (великої і малої). Утворюються в ядерці. забезпечують синтез білка.

                

 

АТФ – аденозинтрифосфорна кислота.  Нуклеотид, який містить аденін, рибозу та три фосфатні групи. У реакціях, що протікають в клітині, АТФ бере участь у вигляді Mg²⁺-комплексу. АТФ є головним донором енергії, яка використовується безпосередньо, а не є формою запасання енергії. Молекула АТФ вважається носієм енергії, оскільки її трифосфатний компонент містить два фосфоангідридні зв'язки. 

Центральну роль АТФ в обміні енергії у біологічних системах відкрили Фріц Ліпман та Герман Калькар у 1941 році.

АТФ — універсальне джерело енергії для багатьох  біохімічних процесів.

Хімічна формула: C₁₀H₁₆N₅O₁₃P_3..

 

Транспортна РНК.

Маленький ланцюжок РНК (73-93 нуклеотидів), що служить для постачання специфічних амінокислот, необхідних для синтезу нового поліпептидного ланцюжка, до місця трансляції. Також тРНК у містить ділянку з трьох нуклеотидних основ, відому як антикодон, що може прикріплятися до трьох комплементарних основ (кодон) у послідовності мРНК. Кожен вид молекули тРНК може прикріплятися тільки до одного виду амінокислоти, але через те, що генетичний код містить кілька кодонів, що кодують ту ж саму амінокислоту, молекули тРНК, що несуть різні антикодони, можуть нести ту ж саму амінокислоту.

 

Кодон – ділянка із трьох нуклеотидів (триплет) в молекулі іРНК.

Антикодон- (греч. anti – «проти) ділянка молекули тРНК, яка складається із трьох нуклеотидів які впізнають відповідний йому кодон.

Акцептор  (акцепторна нитка) – кінець нитки тРНК, який приєднує до себе амінокислоту.

Приклад фермента РНК-полімераза.

 Фермент, що здійснює синтез молекул РНК.

 

Амінокислоти.  

Органічні сполуки, які одночасно містять у своєму складі аміно- (-NH₂) та карбоксильну 

(-СООН) групи. Амінокислоти є 

мономерними одиницями білків, у складі яких залишки амінокислот з'єднані пептидними зв'язками.

 

 

 

 

2. Роль нуклеїнових кислот у синтезі білка.

1. Сама ДНК безпосередньої участі в синтезі білка не бере, тому що знаходиться в ядрі, а основним місцем синтезу білка є рибосоми на ЕР цитоплазми. Але на ДНК записана інформація про те, який у цитоплазмі повинен синтезуватися білок.
2. РНК беруть безпосередню участь у синтезі білка.

 

3. Поняття про генетичний код і його властивості, ген.

Генетичний код – встановлені відповідності між певною послідовністю нуклеотидів ДНК (іРНК) і амінокислотами в білку.

Генетична інформація записана тільки в одному (кодогенному, інформативному або значущому) ланцюгу ДНК, другий ланцюг не несе генетичну інформацію.

 

КОД:

Триплетний – кожній амінокислоті відповідає трійка нуклеотидів ДНК (іРНК) – кодон.

Однозначний – один триплет кодує лише одну амінокислоту.

Вироджений – одну амінокислоту можуть кодувати декілька різних триплетів (це підвищує надійність коду). 18 із 20 амінокислот кодуються кількома триплетами (від 2 до 6) і тільки триптофан і метіонін – одним.

Універсальний – єдиний для всіх організмів, які існують на Землі.

Який не перекривається – зчитуються кодони один за одним, з однієї певної точки в одному напрямку, тобто той самий нуклеотид не може входити одночасно до складу двох сусідніх триплетів.

 

Георгій Антонович Гамов

У 1954 році опублікував статтю, де першим підняв питання генетичного коду, доводячи, що "при поєднанні 4 нуклеотидів трійками виходять 64 різноманітні комбінації, чого достатньо для "запису спадкової інформації"

Між генами існують «розділові знаки» – спейсери. Триплети УАА, УАГ, УГА позначають припинення синтезу даного білка.

В одній молекулі ДНК може бути закодована послідовність амінокислот для багатьох білків.

Розрізняють структурні гени (несуть інформацію для синтезу структурних і ферментних білків) і гени з інформацією для синтезу тРНК, рРНК та ін.

Ген може проявлятись у кількох формах – алелях.

 

Сплайсинг (від англ. Splice - з'єднувати, зрощувати), видалення із молекули РНК інтронів (ділянок РНК, які практично не несуть генетичної інформації) і з'єднання ділянок, які залишилися і несуть генетичну інформацію (екзонів), в одну молекулу.

 

3. Етапи синтезу білка.

Синтез білка – це складний багатоетапний  процес утворення білкової молекули (полімеру) із амінокислот (мономерів).

Транскри́пція («зписування») — процес синтезу іРНК з використанням ДНК в якості матриці (перенесення генетичної інформації з ДНК на іРНК).

Активація амінокислот у цитоплазмі.

Приєднання ферменту і АТФ до амінокислоти.

Приєднання активованих  амінокислот до тРНК.

Комплекс тРНК + амінокислота + фермент + АТФ прямує до рибосоми.

іРНК крізь ядерні пори виходить у цитоплазму.

Трансляція - «зчитування» генетичної інформації з іРНК з утворенням полімерного ланцюга на рибосомах. Цей етап здебільшого відбувається в цитоплазмі на шорсткій ЕПС.

1. іРНК рухається між двома субодиницями рибосоми зліва направо. Перший кодон завжди буде ГУЦ, у прокаріот – АУГ.

2. Рибосоми нанизуються на іРНК і кроками по ній переміщуються.

3. Трансляція триває 5-6 секунд.

4. Рибосома займає два триплети.

5. Кодон, іРНК, антикодон, тРНК, рибосома – ініціативний комплекс.

 

Утворення такого комплексу – початок синтезу білка.

 

Ініціація.

До готової до синтезу молекули мРНК приєднується мала субодиниця рибосоми, а потім, за принципом комплементарності, до першого кодону (АУГ) підходить тРНК, яка несе амінокислоту метіонін.

Лише після цього приєднується велика субодиниця рибосоми.

Елонгація - власне синтез білкової молекули.

Термінація.

Закінчення синтезу білка відбувається, як тільки рибосома наткнеться на специфічну послідовність нуклеотидів, яка не кодує амінокислоту – стоп-кодон. Для прискорення синтезу певних білкових молекул до однієї молекули мРНК можуть приєднуватись послідовно декілька рибосом, які утворюють єдину структуру – полісому.

 

VІ. Закріплення вивченого матеріалу. Cамостійна робота.

 

1. Назвіть складові процесу біосинтезу білка зображених на малюнках.

2. Назвати етапи біосинтезу білка та всі складові цього процесу.

3. Творче завдання. Скласти сенкан по темі «Білки, біосинтез білків» (робота у групах).

1. Білки.

2. Глобулярні, фібрилярні.

3. Захищають, регулюють, каталізують.

4. Мономерами являються амінокислоти.

5. Життя.

 

VІІІ. Підсумок заняття.

«Незакінчені речення»

Гуртківці працюють з відкритими реченнями:

• Мені сподобалося…
• Мені не сподобалося…
• На сьогоднішньому занятті для мене найважливішим відкриттям було…
• Заняття важливе тому, що…
• Від наступного заняття я чекаю…

 

Дякую за заняття! Подальших успіхів у навчанні!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛІТЕРАТУРА

 

1. Афанасьєва К.С., Рушковський С.Р. Олімпіадний мінімум. Генетика та молекулярна біологія. – Х.: Видавнича група «Основа», 2012. – 190 с.

2. Барна І.В., Барна М.М. Збірник задач і розв’язків з біології. Частина 4. – Тернопіль: Мандрівець, 1998. – 80 с.

3. Біологія. Науково-методичний журнал №6(18) червень 2015 р. ТОВ «Видавнича група «Основа»».

4. Кравченко М.О., Садовниченко Ю.О. Біологія. Комплексний довідник. – Х.: Торсінг плюс, 2013. – 384с.

5. Михайлюк Т.О. Біологія. – Х.: Країна мрій, 2009. – 208 с.

6. Никишов А.И., Петросова Р.А., Рохлов В.С., Теремов А.В. Биология в таблицях. – М.: Илекса, 1998. – 104 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОДАТОК

 

 

Залишившись без хліба, селяни їли мишей, щурів та горобців, кісткову муку і кору дерев. Відбувалися численні випадки канібалізму (лише офіційно за фактом канібалізму 1933 р. в Україні було зареєстровано 20 тис. кримінальних справ). Конфіскації збіжжя тривали, незважаючи на те, що з голоду вимирали цілі села. За вказівкою московських емісарів В. Молотова, Л. Кагановича, П. Постишева, які керували хлібозаготівлею в Україні, коли хліба не було, забирали сухарі, картоплю, сало, соління, тобто всі запаси їжі. Загалом у 1932-33 рр. в Україні загинуло від 7 до 10 млн. осіб. Особливо болісно лихо відобразилось на дітях: у багатьох селах після голоду закривалися школи – їх більше нікому біло відвідувати. Тим самим підривалася етнічна основа становлення української нації – село, знищувався прошарок, від якого залежали процвітання суспільства, здатність його до розвитку.

 Голодомор став найбільшою трагедією за всю історію українського народу. За масштабом, жорстокістю, цинізмом і організованістю з боку влади та наслідками для майбутніх поколінь він не має аналогів в історії людства. Демографічна катастрофа посіяла в душах мільйонів людей фізіологічне почуття страху, необоротно вплинула на генофонд нації. (Згідно з Указом Президента України, починаючи з 2000 р. у четверту суботу листопада в нашій державі щорічно відзначається День пам’яті жертв Голодомору і політичних репресій).

 На сьогоднішній день нестачу в продуктах харчування відчувають жителі Донбасу. І, незважаючи на погляди багатьох з них, справжні українці протягують руку допомоги, не залишаючи людей на одинці з тим горем, що прийшло у кожну домівку.

 Я бажаю усім нам миру на землі та хліба на столі.