Урок "Характеристика пріонів"

Тема. Характеристика пріонів 

Мета: ознайомити учнів з будовою, життєвим циклом, властивостями пріонів. 
Обладнання й матеріали: таблиці, малюнки, схеми, що ілюструють тему уроку. 
Базові поняття й терміни: білки, амінокислоти; пріонні захворювання. 
Тип уроку: комбінований. 

                                            Структура уроку 

I. Організаційний етап ..................................................................................... 2 хв 
II. Актуалізація опорних знань і мотивація 

навчальної діяльності....................................................................................... 5 хв 
III. Вивчення нового матеріалу ..................................................................... 25 хв 
1.Життєвий  цикл  пріонів.

2.Властивості  пріонів.

3.Шляхи  передачі  пріонів.

4. Роль  пріонів  у  життєдіяльності  людини   й  тварин.

5. Пріонні захворювання.

IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань

і вмінь учнів ....................................................................................................... 5 хв 
V. Самостійна робота учнів ............................................................................. 5 хв 
VI. Підбиття підсумків уроку ...........................................................................2 хв 
VII. Домашнє завдання ..................................................................................... 1 хв 
                                                   

Хід уроку

 I. Організаційний етап 

II. Актуалізація опорних знань

Перш, ніж перейти до сьогоднішньої теми уроку, слід згадати, про що ми говорили на попередньому уроці.

Отже:

1.Яку будову мають віруси?

2.Які є шляхи зараження вірусом імунодефіциту людини?

3.Чи можна заразитися через користування спільним посудом, одягом, предметами гігієни?

4. Чи може комар заразити нас ВІЛ ?

 

У другій половині ХХ століття біологи, лікарі зафіксували в людини невідоме раніше захворювання, при якому поступово гинуть нервові клітини й руйнується головний мозок. Це захворювання отримало назву — губчаста енцефалопатія. У 1932–1933 роках   Великобританія була охоплена епідемією «коров’ячого сказу»,  друга  хвиля  епідемії  торкнулася у 2001 році кількох європейських держав.

У всіх згаданих випадках виявили загальну причину — збудниками цих захворювань були пріони. У 1997 році за вивчення пріонів американський лікар Стенлі Прузинер отримав Нобелівську премію.

Учитель пропонує учням сформулювати запитання до теми уроку, 
визначивши в такий спосіб його завдання.

1.Життєвий  цикл  пріонів.

2.Властивості  пріонів.

3.Шляхи  передачі  пріонів.

4. Роль  пріонів  у  життєдіяльності  людини   й  тварин.

5. Пріонні захворювання.

 

 III.Вивчення  нового матеріалу.

1. Життєвий цикл пріонів

 Пріони — це інфекційні агенти, що складаються з білків і не містять нуклеїнових кислот. Пріони викликають важкі захворювання  центральної нервової системи у тварин і людей. За нормальних умов пріони — це клітинні білки, що виконують свої функції. При зіткненні з перетвореним на пріон білком, що має патогенну структуру, нормальний білок перетворюється на пріон — патогенний білок, який викликає смертельне захворювання головного мозку в людей і тварин. Уражена частина мозку має характерну губчастість, що свідчить про ураження великої кількості нервових клітин. Наслідком цього є зниження тонусу м’язів, втрата пам’яті, безсоння. 
 

2. Властивості пріонів:

 — пріони відрізняються за амінокислотним складом від білків, характерних для даного виду;

 —стійкі до звичайних методів дезінфекції;

 — ультрафіолетове, йонізуюче, мікрохвильове випромінювання на них майже не діє;

— стійкі до впливу високих температур (можуть  переносити  температуру

близько +134 °C до 20 хвилин).

Основним компонентом фібрил, які виявляються в мозку хворих на губчаті енцефалопатії, є білок з молекулярною масою 27-30 кДа (РrР 27-30). За фізико-хімічною  характеристикою це  сіалопротеїн (олігосахаридовмісний мембранний білок із залишками сіалової кислоти). Він складається з 254 амінокислот, включаючи 22-членний N-кінцевий сигнальний пептид.

Пріонні білки формують стрижнеподібні частки діаметром 10-20 нм і довжиною 100-200 нм. За структурою вони нагадують амілоїд (аномальний білок, який зазвичай утворюється під час хронічних захворювань, наприклад туберкульозу легенів, кісток та ін.) та є полімерною формою пріону: кожен містить близько тисячі молекул пріону.

Клітинним аналогом інфекційного пріонного PrP^Sc (від англ. scrapie) є нормальний білок РrР^с (від англ. cell). Різниця між ними полягає у високій резистентності PrP^Sc до дії протеаз, нерозчинності після екстракції, здатності накопичуватися у вторинних лізосомах і посттрансляційній модифікації.

Встановлено, що перетворення (конверсія) нормального пріонного білка на його інфекційну форму — посттрансляційний процес. Аналіз вторинної структури PrP^Sc показав, що цей перехід характеризується значними структурними змінами самого пріону. Незважаючи на однакову первинну-структуру (амінокислотну послідовність), клітинна форма РrР^с містить 42 % α-спіралей і майже не містить β-ланцюгів (лише 3 %), а інфекційна PrP^Sc — 30 % α-спіралей і 43 % β-ланцюгів.

Причини  виникнення  пріонів:

• помилки в біосинтезі білків;
• помилки в укладанні білка;
• мутації в генах, які кодують пріонні білки;
• помилки трансляції;
• помилки протеолізу.

Для пояснення перетворення білка РrР^с на PrP^Sc запропоновано дві моделі.

«Гетеродимерна» модель. Пріонний стан притаманний мономеру білка РrР, а конформаційне перетворення молекули РrР^с на форму PrP^Sc відбувається під час її зв’язування з мономером PrP^Sc. Після того як білок РгР^с набуває пріонних властивостей, димер дисоціює, і дві звільнені молекули PrP^Sc можуть брати участь у нових конформаційних переходах. Процес нагадує ланцюгову реакцію та потенційно може забезпечувати швидке перетворення більшості молекул РrР на пріонну форму. Агрегація молекул РrР^Sc при цьому розглядається як вторинне явище, не пов’язане з конформаційною перебудовою як такою.

«Полімеризаційна» модель. Процеси конформаційної перебудови білка РrР та його агрегація нерозривно пов’язані, і перетворення білка РrР^с на форму PrP^Sc відбувається під час його приєднання до олігомеру, що складається з молекул PrP^Sc. Отже, цей процес нагадує кристалізацію. Олігомери PrP^Sc є «зародками» кристалізації. Агрегація білка PrP^Sc (бляшки) у тканинах мозку хворих на пріонні захворювання зазвичай містять ниткоподібні чи паличкоподібні скупчення цього білка, що свідчить про його впорядковану полімеризацію. «Полімеризаційна» модель була підтверджена дослідами in vivo з перетворення РrР^с на PrP^Sc. У цих дослідах показано, що пріоноутворюючі властивості мають лише високомолекулярні агрегати PrP^Sc, а не мономерні форми.

 

3. Шляхи передачі пріонів

 — Пріони можуть потрапити в організм разом з їжею, вони не розщеплюються

     за допомогою травних ферментів;

 — пріон перетворює нормальний білок на пріон;

 — пріон може бути переданий у спадок;

 — пріони можуть виникати в результаті мутацій. 

 

4. Роль пріонів у життєдіяльності людини й тварин

Учені висунули гіпотезу про те, що білки — попередники пріонів — виконують в організмі певні функції в біохімічних і фізіологічних процесах обміну речовин людини й тварин. Існує припущення, що через такі білки здійснюється механізм генетично зумовленого старіння, вони є складниками зовнішніх клітинних мембран, беруть участь в ендоцитозі, необхідні для нормальної синаптичної передачі нервових імпульсів, здійснюють взаємозв’язок клітин. Установлено, що ці білки підтримують ритми активності й спокою в клітинах, тканинах та органах, організмі в цілому. На сьогодні функції пріонів ще недостатньо вивчені.

Незважаючи на всі проблеми, пов’язані з пріонними захворюваннями вчені вважають, що ці захворювання, всупереч деяким песимістичним прогнозам, не стануть для людства фатальними з ряду причин:

• відповідно до результатів досліджень, цей вид інфекцій є досить давнім (у  старому Заповіті є спогади про захворювання, подібні за симптоматикою до  пріонних), однак вони не вплинули істотно на чисельність людства;
• на сьогодні збільшується кількість діагностованих пріонних інфекцій, але це пов ’язано не стільки зі збільшенням їх кількості, скільки з можливостями їх діагностики;
• навіть якщо людству й загрожують пандемії нових інфекцій, вони не мають стати фатальними для людства взагалі – дія біологічного і соціального добору забезпечить збереження й відновлення більшої кількості особин, як це було в часи минулих пандемій;

- Наука й медицина постійно в пошуку, а отже, ми можемо сподіватися на  створення нових лікарських препаратів і вакцин проти нових видів інфекційних  агентів.

 

5. Доповіді учнів про пріонні захворювання.

Діагностика пріонних захворювань здійснюється специфічними імунологічними тестами. Більшість діагностичних тестів для виявлення пріонів базується на відносній стійкості PrP^Sc до дії протеїнази К, що дозволяє відрізнити його від РгР^с у поєднанні з такими методами: імунофлуоресцентним, імуноферментним та імуноблотингом. Ряд таких тестів затверджено до застосування Європейським Співтовариством.

Надійних методів лікування пріонних захворювань поки що не існує, хоча їх пошук проводиться досить ефективно.

Відкриття пріонів у нижчих еукаріотів розширило уявлення про їх природу. Виявилося, що пріони є не лише інфекційними агентами, але й загальнобіологічним явищем. Згідно із сучасними уявленнями, пріони є носіями біологічної інформації нового типу, зашифрованої в конформації білкової молекули.

 

 IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь учнів.
1. Виходячи  з  отриманих  знань  визначимо  актуальність  проблеми  пріонних захворювань.

2. Чи  можна  попередити  поширення  пріонних  інфекцій?  Яким чином?

3. Яким  чином  Ви, майбутні  кваліфіковані  робітники з професії «Перукар-модельєр»,  на  своїх  робочих  місцях  можете  запобігти  поширенню небезпечних  пріонних  захворювань  серед  людей?

Учитель пропонує вибрати правильне  твердження:

1. Пріон не може бути переданий у спадок. 

2. Пріони відрізняються за амінокислотним складом від білків, характерних для даного виду. 

3. Пріони стійкі до впливу високих температур (можуть переносити температуру близько +134 °C до 20 хвилин). 

4. Пріони  не можуть виникати в результаті мутацій.

5. Пріони — це інфекційні агенти, що складаються з білків і не містять нуклеїнових кислот.

6. Пріон перетворює нормальний білок на пріон. 

7. Уражена частина мозку має характерну губчастість, що свідчить про ураження великої кількості нервових клітин. Наслідком цього є зниження тонусу м’язів, втрата пам’яті, безсоння. 

8. До перетворення на пріон білки виконували різноманітні біохімічні й фізіологічні функції. 

9. Пріони можуть потрапляти в організм разом з їжею. 

10. Пріони розщеплюються за допомогою травних ферментів. 

11. Пріонні білки існують у двох конформаціях — нормальній  і патогенній (пріоновій). 
 

V. Самостійна робота 

Робота з роздатковими  картками з завданнями.

VI. Підсумки уроку

 

Учитель пропонує спочатку оцінити позитивні сторони уроку, а потім обговорити ті моменти, які можна було б змінити; вислуховуються пропозиції щодо змін. Одним з ефектів застосування цього методу є розвиток уміння оцінювати себе й давати оцінку діям інших учнів. 

 

VII. Домашнє завдання. 

Прочитати відповідний параграф підручника, відповісти  на запитання в кінці параграфа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тест на закріплення знань.

 

1. Пріони – це особливий склад інфекційних агентів, що складаються:

•                 з білків та вуглеводів і містять нуклеїнові кислоти
•                 з білків і не містять нуклеїнових кислот
•                 з ліпідів і містять нуклеїнові кислоти

 

2. Який вчений відкрив повільні інфекціі у людині?

•                 Карлтон Гайдучек
•                 Роберт Гук
•                 Томас Морган

 

3. Яка найнебезпечніша хвороба для людини?

•                 Крейтцфельдта-Якоба
•                 Скрейпі
•                 Хвороба Куру

 

4. Що відбувається при потраплянні пріона в клітину? (2 відповіді)

•                    пріон викликає важкі захворювання центральної нервової

            системи у людей і ряду вищих тварин

•                    нічого не відбувається
•                    пріон вбиває імунну систему
•                    пріон перетворює нормальний подібний до себе білок на  

            інфекційну форму

 

5. Який інкубаційний період коров’ячого сказу?

•                    від 2 до 4 тижнів
•                    від 8 до 12 років
•                    від 3 до 8 років
•                    від 7 до 10 місяців