Урок з біології у 9 класі (нова програма)Тема. Транскрипція

Тема. Транскрипція

Мета: сформувати поняття «транскрипція»; ознайомити з причинами й можливими наслідками пошкодження молекул ДНК; розкрити механізми транскрипції, її біологічне значення; поглибити знання про принцип комплементарності нуклеотидів; формувати та вдосконалювати навички й уміння розв’язувати елементарні вправи з реплікації, транскрипції та трансляції; розвивати пам’ять, увагу, мислення, мову, навички самостійної роботи, уміння аналізувати й узагальнювати інформацію, установлювати причинно-наслідкові зв’язки, робити логічні висновки; виховувати ціннісне ставлення до будови всього живого; формувати науковий світогляд, інтерес до предмета.

Обладнання: таблиці «Генетичний код», «Біосинтез білка», «Типи НК», моделі молекул ДНК та РНК.

Тип уроку: комбінований урок.

Місце уроку в навчальній темі: поточний.

Міжпредметні зв'язки: хімія, фізика, історія.

Очікувані результати: учні розуміють поняття «транскрипція» причини й можливі наслідки пошкодження молекул ДНК; розкривають механізми транскрипції, її біологічне значення; поглиблюють знання про принцип комплементарності нуклеотидів; формують та вдосконалюють навички й уміння розв’язувати елементарні вправи з реплікації, транскрипції та трансляції; розвивають пам’ять, увагу, мислення, мову, навички самостійної роботи, уміння аналізувати й узагальнювати інформацію, установлюють причинно-наслідкові зв’язки, роблять логічні висновки; у дітей виховується ціннісне ставлення до будови всього живого; формується науковий світогляд, інтерес до предмета.

Компетентності, які формуються в учнів: комунікативна, уміння вчитися, спілкуватися державною мовою, соціальна, історична, здоров’язбережувальна, науково-природнича.

Хід уроку

І. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань

Якою є будова молекули ДНК?

Що таке принцип комплементарності?

(Виконання самостійнаї роботи на картках)

ІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів

Молекули ДНК кожної клітини містять інформацію для синтезу всіх необхідних їй білків. Молекули ДНК містяться в ядрі, а синтез білків відбувається в цитоплазмі. ДНК не може переміщуватися до місця синтезу білків у цитоплазму. Вона передає інформацію про структуру білків за участю специфічних молекул іРНК, що утворюються на ДНК і переносяться з ядра в цитоплазму до місця синтезу білків. У синтезі білків беруть участь також інші РНК (тРНК і рРНК). Утворення молекул РНК на матриці ДНК називається транскрипцією (від лат. transcripio - переписування). Цей процес відбувається, в основному, під час інтерфази. На генах матриці ДНК утворюються всі три типи РНК - інформаційна, транспортна і рибосомальна.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

Зчитування спадкової інформації з генів регулюється спеціальними білками. Зокрема, гістони не тільки забезпечують структурну організацію хроматину, але є репресорами, тому що перешкоджають зчитуванню генетичної інформації. Початок зчитування генетичної інформації пов'язаний зі звільненням певної ділянки ланцюга ДНК (гена) від гістонів, після чого ген активується і з нього починається зчитування спадкової інформації. Негістонові білки мають здатність розпізнавати гени, і цим забезпечується синтез необхідних білків.

Основні етапи транскрипції:

1. Ініціація. За сигналом з цитоплазми певна ділянка подвійної спіралі ДНК розкручується і розділяється на два ланцюги. Це відбувається за допомогою ферменту гелікази, що зв'язується з ДНК (рис. 1.56). Ферменти РНК-полімерази забезпечують утворення РНК, що зростають у довжину по мірі просування ферменту уздовж нитки ДНК.

РНК-полімераза починає синтезувати новий ланцюг біля спеціального старт-сигналу ДНК, що називається промотором, і закінчує його біля стоп-сигналу (сигнал термінації), після чого полімераза та синтезований готовий ланцюг РНК відокремлюються один від одного. Ділянка ДНК між промотором і термінатором, яка транскрибується, називається

одиницею транскрипції. Молекула РНК, яка при цьому утворюється, називається первинним тран- скриптом або про-іРНК.

Швидкість полімеризації при 37°С складає приблизно 30 нуклеотидів за 1 сек., тому синтез ланцюга РНК довжиною 5000 нуклеотидів триває близько 3 хв.

Один з двох ланцюгів ДНК, на якому йде транскрипція, називається кодуючим ланцюгом. Другий ланцюг ДНК називається ланцюгом, що не кодує. Для різних білків кодувати можуть як один, так і другий ланцюги ДНК.

2. Елонгація - процес нарощування полінуклеотидного ланцюга. Відповідні рибонуклеотиди приєднуються до матричного ланцюга, згодом об'єднуються один з одним залишком фосфорної кислоти, створюючи ланцюг РНК. Процес каталізується РНК-полімеразою і вимагає присутності іонів Мg²⁴ або Мn²⁺. Утворення іРНК відбувається на основі принципу комплементарності ланцюгів ДНК і РНК та антипаралельно відносно матричного ланцюга ДНК. Таким чином, сформований ланцюг РНК містить азотисті основи, комплементарні основам ланцюга ДНК, уздовж якого вони утворилися.

Різні типи РНК в еукаріотів: інформаційна РНК (іРНК), рибосомальна РНК (рРНК). і транспортна РНК (тРНК) транскрибуються на різних ділянках (генах) молекул ДНК.

3. Термінація. РНК-полімераза рухається вздовж ланцюга ДНК і поступово переписує інформацію на РНК. Цей процес завершується за досягнення ферментом специфічної нуклеотидної послідовності, що сигналізує про завершення транскрипції (термінатори транскрипції - АТТ, АЦТ і АТЦ). Ділянка молекули ДНК, що містить промотор,послідовність, яка транскрибується, та термінатор, називають гпранскриптоном (рис. 1.57).

Рис. 1.57. Структурно-функціональна організація гена (транскриптон):

1 - промотор; 2 - місце ініціації транскрипції: 3 - кодуюча ділянка гена; 4 - термінатор транскрипції; 5 - регуляторна ділянка.

Ланцюг про-іРНК відокремлюється від матричного ланцюга ДНК, зазнає процесингу і переноситься в цитоплазму крізь пори в ядерній оболонці. Вільна від іРНК ділянка молекули ДНК знову зв'язується водневими зв'язками з комплементарною ділянкою другого ланцюга. ДНК скручується в спіраль і набуває початкової форми. Окрема молекула ДНК може бути матрицею для синтезу багатьох копій різних молекул РНК, що утворюються одна за другою.

Процесинг. Молекулярні механізми, пов'язані з "дозріванням" різних типів РНК, називаються процесингом. Вони здійснюються в ядрі перед виходом РНК із ядра в цитоплазму.

Існувала думка, що іРНК комплементарна будові ДНК, яка є матрицею. З'ясувалося, що комплементарною ДНК є тільки молекула-попередниця інформаційної РНК (про-іРНК). Молекули про-іРНК набагато більші, ніж зрілі іРНК. Послідовність азотистих основ у молекулі про-іРНК, що утворилася, точно відтворює порядок чергування основ у ДНК. Під час "дозрівання" інформаційної РНК у бактерій відбувається тільки відщеплення кінців молекул, а в еукаріотів і деяких вірусів цей процес набагато складніший. Молекула про-іРНК містить у собі ряд інертних ділянок (інтронів), що не мають генів.

У процесі "дозрівання" ІРНК спеціальні ферменти вирізають інтрони і зшивають активні ділянки, що залишилися (екзони) (рис. 1.58). Цей процес називається сплайсингом. Тому послідовність нук- леотидів у дозрілої іРНК не є цілком комплементарною нуклеотидам ДНК. В іРНК поруч можуть стояти такі нуклеотиди, комплементарні яким нук- леотиди в ДНК знаходяться один від одного на значній відстані.

 Рис. 1.58. Процесинг іРНК і його місце в експресії гена.

 Сплайсинг - дуже точний процес. Його порушення змінює рамку зчитування при трансляції, що призводить до синтезу іншого пептиду. Точність вирізання інтронів забезпечується розпізнаванням ферментів певних сигнальних послідовностей нуклеотидів у молекулі про-іРНК.

V. Узагальнення та систематизація знань

VІ. Підбиття підсумків уроку

1. Що таке транскрипція?

2. Опишіть механізм транскрипції.

3. Поясніть роль ферментів у процесі транскрипції.

4. Обґрунтуйте біологічне значення процесу транскрипції

VІІ. Домашнє завдання