Урок "Генетичний код. Біосинтез білка"

 

 

 

 

 

«Генетичний код. Біосинтез білка»

Урок біології у 9 класі

 

Підготувала

вчитель біології

Григорівської гімназії

Барвінківської МТГ

Ізюмського району

Харківської області

Ковальова Світлана Миколаївна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема. Генетичний код. Біосинтез білка

Цілі:

Формування ключових компетентностей: саморозвитку й самоосвіти - створення проблемних ситуацій, уміння розв’язувати завдання; інформаційної – відпрацювання вмінь робити висновки й узагальнення; соціально-трудової – вміння, спираючись на отримані знання, самостійно працювати, розвивати гнучкість отриманих знань; комунікативної – вміння працювати в групі, спілкуватися державною мовою, здоров’язберігаюча- дбайливе ставлення до життя та здоров’я.

Формування предметних компетентностей: сформувати поняття «генетичний код», «ініціація», «елонгація», «термінація», «кодон», «антикодон», «стоп-кодон»; ознайомити з особливостями генетичного коду організмів; поглибити знання про принцип комплементарності нуклеотидів; розкрити біологічне значення генетичного коду та механізм синтезу білка; розвивати пам’ять, увагу, уяву, логічне мислення, мову, навички самостійної роботи, аналізувати й узагальнювати інформацію, встановлювати причинно-наслідкові зв’язки; виховувати ціннісне ставлення до будови всього живого; формувати науковий світогляд, інтерес до предмета.

Тип уроку: комбінований

Місце уроку в навчальній темі: поточний.

Методи і методичні прийоми:

1. Інформаційно-рецептивний:

а) словесний:  розповідь-пояснення, опис, бесіда, повідомлення учнів, робота з підручником.

б) наочний: ілюстрація, демонстрація, ТЗН.

 Прийоми навчання: виклад інформації, пояснення, активізація уваги та  мислення, одержання з тексту та ілюстрацій нових знань, робота з роздатковим матеріалом.

2.Репродуктивний. 

 Прийоми навчання: подання матеріалу в готовому вигляді, конкретизація і закріплення вже набутих знань.

3. Проблемно-пошуковий: постановка проблемного питання.

 Прийоми навчання: постановка взаємопов’язаних проблемних запитань, активізація уваги та мислення.

4.Інтерактивні: «мозковий штурм», «створи пару», «відкритий мікрофон», робота в групах.

5.Когнітивні: метод фактів, метод прогнозування, метод порівняння.

6.Креативні:  метод образної картинки.

7.Візуальний: складання схем процесів транскрипції та трансляції.

8.Сугестивний: застосування різних видів мистецтва –  вірші, музика.

9.Релаксопедичний: психологічне розвантаження.

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

Міжпредметні зв’язки : медицина, хімія,  історія, українська мова.

Матеріали та обладнання: схеми, малюнки, таблиці, м/м дошка.

 

Учні повинні знати : принцип, який лежить в основі процесу синтезу і-РНК; основні процеси механізмів транскрипції та трансляції.

Учні повинні вміти : визначати властивості генетичного коду, користуватисятаблицею «Генетичного коду» під час розв’язування задач з молекулярної біології, складати опорні конспекти, створювати логічні схеми.

Учні повинні мати уявлення : про значення процесу біосинтезу в живих організмах та рівні організації білкових молекул.

Хід уроку.

І. Організаційна частина.

Народна мудрість вчить «Основа навчання – старанність і праця». Дорогі діти нехай ці слова надихають вас  не тільки на цьому уроці, а й протягом вашого життя.

Давайте посміхнемось один одному та з хорошим настроєм розпочнемо наш урок.

ІІ. Актуалізація опорних знань та чуттєвого досвіду учнів.

Тестова перевірка знань учнів «Так чи ні – ось в чому питання!»

1. Рибосомальна рРНК входить до складу рибосом.
2. Синтез і-РНК відбувається в цитоплазмі.
3. Інформація про первинну структуру білка зашифрована в молекулі ДНК .
4. Гени прокаріот та еукаріот однакові.
5. Транспортна тРНК входить до складу рибосом.
6. Транспортні тРНК переносить нуклеотиди.

7.Інтрони - кодуючі ділянки.

8.Екзони- кодуючі ділянки .

9.Транспотні РНК переносять амінокислоти.

10. Транскрипція-переписування інформації з ДНК на РНК.

 

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
+	-	+	-	-	-	-	+	+	+

 

 Мозковий штурм

 На дошці записані назви деяких білків:

Гемоглобін

Інсулін

Актин

Міозин

Каталаза

Інтерферон

Що це? Яку функцію вони виконують? (Гемоглобін – транспортує кисень і вуглекислий газ, міститься в еритроцитах крові;

Актин і міозин – скоротливі білки, забезпечують скорочення і розслаблення м'язів під час руху;

Інсулін – гормон підшлункової залози, регулює рівень глюкози в крові;

Каталаза – фермент, який розщеплює пероксид гідрогену на воду та кисень;Інтерферон – забезпечує гуморальний імунітет організму).

 

Яке значення мають білки в організмі?

 

Складання схеми.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• З чого складаються білки?

Як білки потрапляють в організм людини? (З їжею)

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.

 

Девіз заняття «Життя = білок»

 

 

Найбільш повне значення білків для життєдіяльності організмів сформулював у 70-х роках ХІХ століття Ф. Енгельс.

Прочитайте, що він сказав:  

         «Всюди, де ми зустрічаємо життя, ми знаходимо, що воно пов'язане з будь-яким білковим тілом, і всюди, де ми зустрічаємо будь-яке білкове тіло, що не перебуває в стані розкладу, ми без винятку зустрічаємо і явище життя…

Життя є спосіб існування білкових тіл».

Ці слова актуальні й досі, хоча від сьогодення їх відділяють майже 150 років і за цей час наука зробила гігантський крок уперед у вивченні білків.

 

ІІІ. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності учнів.

На початку 50-х років  20 ст., уперше білок було синтезовано штучно. Це інсулін, поліпептидний ланцюг якого складається всього з 51 амінокислотного залишка. Для його синтезу було проведено близько 5000 реакцій. У цій роботі брали участь 10 чоловік протягом трьох років. Як бачите, у лаборатор­них умовах синтез білка потребує величезних зусиль, часу і кош­тів. У живій клітині синтез однієї молекули білка, що склада­ється з 200—300 амінокислотних ланок, здійснюється дуже швид­ко — за 3-4 хв. У результаті половина білків нашого тіла (усьо­го в ньому близько 17 кг білка) відновлюється за 80 днів. А протягом усього життя людина відновлює весь свій білковий склад близько 200 разів. Найголовніший процес у нашому організмі — це біосинтез білка.

Ви­никає запитання: як саме здійснюється синтез білка?

Повідомлення теми уроку. Визначення разом з учнями мети і завдань уроку.

  ІV. Сприймання та засвоювання учнями нового матеріалу

Де зберігається інформація про структуру білків?  Що таке ген?(Ділянка молекули ДНК, що містить інформацію для синтезу і-РНК) .

Що таке код?

Код – це відповідність одних знаків іншим (однієї знакової системи іншій).

У різних кодах використовують як різну кількість знаків в одиниці кодування (назвемо її «кодоном»), так і різну кількість одиниць того, що має бути закодованим. Класичні приклади відомі з історії та літератури.

«Холмс уже кілька годин мовчки сидів, нагнувшись над хімічною пробіркою, де клекотіло якесь невимовно смердюче вариво. Голова його схилилася до грудей, і він нагадував мені чудернацького кістлявого птаха з тьмяно-сірими перами й чорним чубом.» 

Так починаєтьсяодне з  оповідань Артура КонанДойля.

У садибі починають з’являтися  дивні малюнки на яких зображено вишикуваних у лінію чоловічків. Ось приклад одного з таких малюнків.

Господар садиби звертається за  допомогою до Шерлока Холмса, той легко доходить  висновку, що закодовані малюнки – це закодовані послання. Виявилося , що кожна фігурка відповідає літерам  алфавіту.

Використавши цей код можна розшифрувати, що в посланні написано .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У телеграфному коді – азбуці Морзе – букви і цифри закодовані у вигляді поєднання двох символів – крапки і тире, але кодони не мають фіксованої довжини (від одного до п’яти знаків у кодоні). Наприклад, А .- крапка тире; Б … крапка крапка крапка .

У коді комп’ютерів використовується також двійковий набір (нулі або одиниці). Кожному символу, що кодується: цифрами і літерами – ставиться у відповідність кодон з восьми двійкових розрядів (вісім біт). Ця послідовність зберігається і обробляється як єдине ціле, і має назву «бай». Використання байтів, восьми бітних ланцюжків, дозволяє закодувати 2 у восьмому степені – двісті п’ятдесят шість символів. Така кількість варіантів надає можливість закодувати букви латиниці та кирилиці, та ще й використати решту кодової таблиці для додаткових символів. Повернемося до цих прикладів пізніше, щоб з’ясувати, який з них найбільш схожий на генетичний код.

У генетичному коді використано чотири знаки для кодування (А, Г, Ц, Т (У), але треба закодувати 20 мономерів білків – амінокислот. Неможливо закодувати кожну амінокислоту відповідним нуклеотидом; навіть кодування двома нуклеотидами буде недостатнім (є лише 16 варіантів). Необхідно використати щонайменше 3 нуклеотиди.

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".

Тож кодони (одиниці генетичного коду) мають 3 нітрогеновмісні основи, триплет нуклеотидів.

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

Давайте ознайомиося з таблицею ГЕНЕТИЧНИХ КОДІВ та правилами користування нею.

 

1. Властивості генетичного коду

•    Триплетність – одну амінокислоту кодує послідовність із трьох нуклеотидів.

Поділивши цей ряд на трійки (триплети), відразу розшифруємо, які амінокислоти і в якій послідовності є в молекулі білка:

А–Ц–А Т–Т–Т А–А–Ц Ц–А–А Г–Г–Г

Цистеїн Лізин Лейцин Валін Пролін

•    Виродженість – одна амінокислота може кодуватись декількома триплетами ( це підвищує надійність коду). 18 із 20 амінокислот кодуються 2-6 триплетами і тільки триптофан і метіонін – одним.

•   Специфічність(однозначність)  – кожен триплет кодує тільки одну амінокислоту. Триплети УАА,УАГ, УГА не кодують амінокислот, їх називають стоп кодонами, вони означають припинення синтезу поліпептидного ланцюга. Триплет АУГ позначає місце, де починає синтезуватись наступний поліпептидний ланцюг.

•    Універсальність – генетичний код універсальний для усіх живих організмів.

•                 Дискретність (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 (виняток – геном вірусів у якому зустрічаються перекривання).

 

Як передати інформацію про послідовність амінокислот у білку до того місця, де білок синтезується? Хто буде виконувати роль посередника у цьому процесі?  (і-РНК)

2. Транскрипція — передавання інформації про структуру білка з молекули ДНК на і-РНК. Інформація про структуру конкретно­го білка (наприклад, яко­гось ферменту) закодована на молекулі ДНК, яка міс­титься в ядрі. Ця інформа­ція може бути передається на молекулу і - РНК лише в тому разі, коли подвійний ланцюг ДНК на певному відрізку роз’єднається і кожний із ланцюгів відійде один від одно­го. Цей процес здійснюється за допомогою специфічних ферментів, які розривають водневі зв’язки між азотисти­ми основами окремих ланцюгів. Далі за участю ферменту РНК-полімерази вздовж одного із роз’єднанихланцюгів ДНК розпочинається синтез молекули  і-РНК. За принци­пом комплементарності послідовність нуклеотидів  повністю відповідатиме послідовності нуклеотидів в од­ному з ланцюгів молекули ДНК. Отже, певна ділянка ДНК (ген) є матрицею для відповідної  і-РНК.

Завдання.

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

ДНК:      ГАА АГТ АЦА ЦГЦ ТГЦ ТТА АГЦ ЦТГ

і-РНК:     ЦУУ УЦА УГУ ГЦГ АЦГ ААУ УЦГ ГАЦ

Як тепер, користуючись цією і-РНК, синтезувати відповідний білок? Що для цього необхідно? (Рибосоми, т-РНК, амінокислоти, АТФ, ферменти, які активують амінокислоти).

 

3. Етапи біосинтезу білка - трансляція.

  

Отже, молекула і- РНК із записаною на неї інформацією прямує до рибосоми. Туди ж прямує «будівельний матеріал» з якого будується білок – молекули амінокислот.І розпочинається етап реалізації спадкової інформації – синтезується відповідний білок.

• термінація - закінчення трансляції: ІРНК містить стоп-кодон, який не кодує амінокислоти, а сигналізує про завершення синтезу білкової молекули. Останній етап - посттрансляційна модифікація - білок набуває природної структури - утворює певну просторову конфігурацію (спіраль, клубок).

Синтезовані білки спочатку накопичуються в каналах і порожнинах ендоплазматичної  сітки, а потім транспортуються до органел і ділянок клітин, де вони використовуються. 

  ФІЗКУЛЬТХВИЛИНКА 

V. Осмислення об’єктивних зв’язків та взаємозалежностей у вивченому матеріалі

«Алгоритм Цицерона» Один із найкращих способів побудови визначень був запропонований давньоримським  оратором Цицероном. Він вважав, що правильно побудована промова містить відповідь на кілька ключових запитань: «Що (хто)? Де? Як? Коли?Чим? Навіщо? Чому?».

Щоб порівняти два ключових питання біосинтезу білка, скористаємося чотирма питаннями запропонованого алгоритму

Термін	Що?	Де?	Як?	Навіщо?
Транскрипція	Синтез молекули і- РНК з фрагмента ДНК	В ядрі	Згідно принципу комплементарності	Щоб передати інформацію про білок у цитоплазму
Трансляція	Переклад послідовності нуклеотидів у молекулі і-РНК у послідовність амінокислот  молекули білка	В цитоплазмі	На рибосомах за допомогою і-РНК, т-РНК, амінокислот, АТФ, ферменти, які активують амінокислоти	Щоб синтезувати для даного організму відповідний білок

 

VІ. Узагальнення та систематизація знань.

Робота в групах

Група 1. Спробуйте за алгоритмом Цицерона пояснити термін «АНТИКОДОН» та заповнити дану таблицю

Що?
Де?
Коли?
Як?
Навіщо?
Чим?

 

Група 2. Ситуативне завдання

Уявіть, що ви – учений генетик і вивчаєте процеси,що відбуваються в генах після дії радіації. Як саме зміниться первинна структура білка, якщо ген, який має структуру ТТА АЦА ГЦТ ГТА  в результаті  мутації втратить третій і сьомий нуклеотид ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Прийом «Ти – мені,я – тобі»  -команди задають одна одній питання по темі уроку.

     VІІ. Підбиття підсумків уроку.                                                                         Метод «Незакінчені речення»                                                                                        Учні працюють з відкритими реченнями, наприклад:

— На сьогоднішньому уроці для мене найважливішим відкриттям було…

— Урок важливий, тому що…

— Мені сподобалося…

  VІІІ.      Домашнє завдання.    Опрацювати параграф 25.           Індивідуальні та творчі завдання. Створити модель трансляції.                                            Варіант І. Використовуючи підручні матеріали ( папір, ножиці, картон, олівці, клей та ін.) виготовити моделі потрібних елементів трансляції .

Варіант ІІ. Якщо вам до вподоби робота на комп’ютері, то створіть свою модель трансляції . Для цього використайте програми для створення презентацій та анімацій.