Урок Роль різних типів молекул РНК у кодуванні та реалізації спадкової інформації. Генетичний код.

Біологія 9 клас                                                           Дата

Тема. Роль різних типів молекул РНК у кодуванні та реалізації спадкової інформації. Генетичний код.

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 «реплікація», «реакції матричного синтезу», «репарація молекул ДНК», «генетичний код», «триплет»; ознайомити з особливостями генетичного коду організмів; поглибити знання про принцип комплементарності нуклеотидів; розкрити біологічне значення генетичного коду та реакцій матричного синтезу; 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.

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 реплікації та репарації.

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

9.Релаксопедичний: психологічне  розвантаження.

Основні поняття та терміни : реплікація, реакції матричного синтезу, репарація  молекул ДНК, генетичний код,  триплет.

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  реплікації ДНК;.

Учні повинні вміти : визначати властивості генетичного коду, користуватися  таблицею «Генетичного коду», порівнювати процеси транскрипції та реплікації;

Учні повинні мати уявлення : про значення процесу  транскрипції,  процесу реплікації ДНК  та  генетичний код .

Хід уроку.

І. Організаційна частина.

Намагатися залишити після себе більше знань і щастя, ніж їх було раніше, поліпшувати та примножувати отримане нами у спадок — ось над чим ми маємо працювати.

Дені Дідро

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.Ген займає певний локус хромосом       +

2. Ген – частина молекули білка, кількість  нуклеотидів у генах однакова.-

3. Гени прокаріот та еукаріот однакові.-

4.Існують структурні й регуляторні гени.+

5. Структурні гени контролюють синтез поліпептидів ( амінокислотних, тРНК, рРНК) і білків.+

6. Структурні гени контролюють діяльність регуляторних генів.-

7.Розташування триплетів у структурних генах відповідає послідовності амінокислот у поліпептиді.+

8. Генотип функціонує як єдине ціле. +

9.Інтрони - кодуючі ділянки. -

10.Екзони- кодуючі ділянки .+

 

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

 

На дошці записані назви деяких нуклеїнових  кислот :

транспортна РНК  , інформаційна РНК, рибосомальна РНК

Що це? Яку функцію вони виконують?

Які типи РНК найбільш поширені в клітинах?

Які етапи виділяють у процесі реалізації спадкової інформації?

 

Яке значення  в організмі?

 

Складання схеми.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ІІІ. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності учнів.

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

  ІV. Сприймання та засвоювання учнями нового матеріалу

                                                 Реплікація

Основна функція ДНК — передача спадкової інформації. Під час поділу клітини відбувається самовідтворення ДНК — реплікація (подвоєння, редуплікація).

      Реплікація — це процес подвоєння молекули ДНК, який відбувається під контролем ферментів.

          Під час реплікації молекули ДНК водневі зв'язки між комплементарними нітрогеновмісними основами (аденіном — тиміном і гуаніном — цитозином) рвуться за допомогою спеціального ферменту — хелікази — і ланцюги розходяться.

         Після розриву водневих зв'язків, за участю ферменту ДНК-полімерази на кожному з ланцюгів синтезується новий («дочірній») ланцюг ДНК (до кожного нуклеотиду ниток ДНК, що розійшлися фермент ДНК-полімераза підлаштовує комплементарний йому нуклеотид). Матеріалом для синтезу служать вільні нуклеотиди, наявні у цитоплазмі клітин.

    У результаті процесу реплікації ДНК утворюються дві дволанлюгові молекули ДНК, до складу кожної входить один ланцюг «материнської» молекули і один «дочірній» ланцюг. Ці дві молекули є абсолютно ідентичними, і кожна дочірня клітина в результаті поділу отримує копію материнської ДНК.

Етапи процесу реплікації ДНК

1. Спочатку молекула ДНК «розшнуровується» — ланцюги молекули розплітаються і розходяться (кожен з двох ланцюгів буде служити своєрідною матрицею, на якій буде синтезуватися новий ланцюг).

2. Фермент ДНК-полімераза «прикріплює» нові нуклеотиди до матриці за принципом комплементарності (до аденіну — тимін, до цитозину — гуанін, і навпаки). Після закінчення процесу, нові дочірні (сестринські) молекули розходяться і скручуються у спіралі.

1. Реплікація – процес подвоєння ДНК, під час якого на основі однієї молекули утворюються дві її копії. (демонстрація на екран малюнок: принцип реплікації ДНК) (додаток № 1)

Принципи реплікації ДНК:

- Комплементарність;

- Напівконсервативність;

- Антипаралельність.

Синтез ДНК називають реплікацією (від. лат. реплікаціо — відбиття)

                                 Реакції матричного синтезу

У клітинах усіх організмів ми виявляємо механізми синтезу, які забезпечують відтворення копій нуклеїнових кислот і білків. Синтез біологічних полімерів з точно заданою структурою отримав назву матричного синтезу. Така назва походить від слова «матриця» (лат. matrix — прамати, першооснова, джерело).

 

Подібно до того, як шаблон у виробництві слугує для виготовлення великої кількості однакових деталей, у біологічних системах матричний синтез дозволяє багаторазово відтворити структуру органічних молекул.

 

Завдяки матричному синтезу зберігають свою біохімічну унікальність, неповторність окремі біологічні види й різновидності, раси і штами мікроорганізмів, сорти рослин, породи тварин тощо.

 

Отже, матричний синтез біологічних полімерів (нуклеїнових кислот і білків) слугує молекулярною основою спадковості.

Реплікація — це процес подвоєння молекули ДНК, який відбувається під контролем ферментів.

                                                Репарація

 Процес, який дозволяє живим організмам усувати пошкодження, що виникають у ДНК, називають репарацією. (демонстрація на екран малюнок: реперація ДНК) (додаток № 2)

Види репарації:

- Світлова - здійснюється ферментом (ДНК-фотоліазою) і відновлює пошкоджені зв’язки між нуклеотидами;

- Вирізальна - яка запускає процес видалення пошкоджених одноланцюгових ділянок ДНК з 10 – 30 нуклеотидів і відновлення нормальної структури молекули.

Репарація ДНК життєво важлива для підтримки цілісності геному і тому для нормального функціонування організму. Багато генів, які, як було показано, впливають на тривалість життя, пізніше виявилися залученими в репарацію і захист ДНК. Нездатність виправлення деяких молекулярних пошкоджень генеративних клітин можуть ввести мутації в геном нащадків і таким  чином впливають на швидкість еволюції.

   Ефективність репарації ДНК залежить від багатьох факторів, зокрема типу клітини, її віку та оточення. Клітини, що накопичили велику кількість пошкоджень ДНК або не мають більше можливостей до репарації, можуть піти одним з трьох можливих шляхів:

- перейти до незворотного статичного стану або клітинного старіння,

- піддатися  альтруїстичному самогубству,

- або продовжити ділитися і стати першою клітиною ракової тканини.

                  Причини й можливі наслідки пошкодження ДНК.

Часто ДНК пошкоджують ультрафіолетове та радіоактивне випромінення. Суттєвою небезпекою є деякі хімічні сполуки. Крім того, причиною пошкодження може бути помилка під час реплікації. Так, під час реплікації замість одного нуклеотиду в ланцюг випадково може потрапити інший.

Наслідки таких пошкоджень для клітин можуть бути негативними. Гени, структура яких порушується, можуть перестати виробляти свої продукти — РНК або білки. Наприклад, у результаті пошкодження один із кодонів усередині молекули РНК буде кодувати не амінокислоту, а стоп-кодон. Тоді синтезується тільки половина  молекули білка. Зрозуміло, що така молекула не зможе працювати й.виконувати.свої.функції

-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.

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.

                   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)

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

  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?
Реплікація	Самоподвоєння  молекул ДНК	В ядрі	Згідно принципу комплементарності	Щоб передати інформацію  від материнської клітини дочірній
Реакція  матричного синтезу	Переклад послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК у послідовність і-РНК та амінокислот  молекули білка	В ядрі та в цитоплазмі	На ДНК та рибосомах за допомогою і-РНК, т-РНК, амінокислот.	Щоб синтезувати для даного організму  і-РНК та відповідний білок

 

VІ. Узагальнення та систематизація знань.

Робота в групах

Група 1. Спробуйте за алгоритмом Цицерона пояснити термін «генетичний код» 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 ?

 

VI. ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Те, що існує 64 триплети нуклеотидів мРНК, а амінокислот усього лише 21, веде до

А виродженості генетичного коду

Б триплетності генетичного коду

В універсальності генетичного коду

Г однозначності генетичного коду

Д безперервності генетичного коду

 

2. Усі три стоп-кодони — це

А УАГ, УГА, УУУ

Б АУГ, УАГ, УГА

В УАА, АУГ, УГГ

Г УАА, УУУ, УГГ

Д УГА, УАГ, УАА

 

3. Якщо на мРНК міститься три триплети АУЦ, то білок

А міститиме три залишки ізолейцину

Б міститиме три залишки метіоніну

В міститиме три залишки ізолейцину й синтезуватиметься тричі

Г міститиме два залишки ізолейцину й один залишок метіоніну

Д міститиме три амінокислотні залишки

 

4. Послідовність нуклеотидів ААА-УГУ-АЦГ-ЦЦУ відповідає послідовності амінокислот

А аспарагін-цистеїн-треонін-пролін

Б лізин-фенілаланін-пролін-треонін

В лізин-цистеїн-пролін-треонін

Г лізин-цистеїн-треонін-пролін

Д аспарагін-триптофан-пролін-треонін

 

5. Метіонін і триптофан, на відміну від інших амінокислот, кодуються лише одним кодоном. Стосовно цих амінокислот НЕ реалізується така властивість генетичного коду, як

А виродженість Б триплетність В універсальність Г однозначність Д неперекривність

 

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 21.  Дати відповіді на запитання до параграфу усно. Завдання «Поміркуйте» виконувати за бажанням.