Урок з теми:"Реплікація,транскрипція та дозрівання РНК"

Конспект уроку для 9 класу

Тема: Реплікація, транскрипція та дозрівання РНК

Мета: сформувати уявлення про перебіг процесів реплікації, транскрипції та дозрівання РНК

Тип уроку: комбінований

Обладнання: таблиці «Транскрипція», «Будова ДНК», фото вчених.

Хід уроку

1. Організаційний етап (1 хв)

2. Актуалізація опорних знань (6 хв)

Давайте згадаємо попередній матеріал. Зараз я роздаю вам картки з текстом у якому пропущені слова. Ваша задача вибрати з поданих нижче слів правильні та записати їх у порожні місця.

Гени – це ділянки ДНК, що містить інформацію про первинну структуру молекули білка або РНК. Геном – сукупність спадкової інформації у клітинах організму певного виду. Нуклеоїд та плазміди формують геном прокаріот. Геном еукаріот складається з двох частин: ядерної та цитоплазматичної. Мітохондрії та хлоропласти, а саме їх кільцева ДНК формує цитоплазматичну частину. Хромосоми ядра, які містять гени складають ядерну частину геному. Оперон прокаріот не має екзонів та інтронів. А оперон еукаріот має, тому його будову називають мозаїчною.

Нуклеотид РНК має такий вигляд: фосфатний залишок + цукор (рибоза) + нітратні основи. РНК має 3 основні типи. Серед них, тРНК має найменші розміри. рРНК разом з білками формує органелу, де відбувається трансляція. А іРНК несе в собі інформацію про послідовність амінокислот у молекулі білка і являє собою матрицю трансляції.

3. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності (5 хв)

– Нагадую, що ми продовжуємо вивчати збереження та реалізацію спадкової інформації. Наша сьогоднішня тема стосується понять реплікація, транскрипція та дозрівання РНК. Ми з ними ознайомимось та охарактеризуємо.

А зараз я пропоную вам відгадати загадку:

Комплементарность двух моих частей –

Уже не тайна для людей!

Я больше не загадка века –

Геном прочитан человека! (ДНК)

«В схватке природы с природой я не делаю ставок. Мы созданы по ДНК-чертежу и рождены в неподвластный нам мир закономерностей и случайностей»
                                          Джек Кроуфорд

Нагадую вам, що структура подвійної спіралі ДНК була запропонована Френсісом Кріком і Джеймсом Уотсоном у 1953 році на основі рентгеноструктурних даних, отриманих Морісом Уілкінсом і Розаліндою Франклін, і «правил Чаргаффа», згідно з якими в кожній молекулі ДНК дотримуються строгі співвідношення, що зв'язують між собою кількість азотистих основ різних типів. Азотисті основи зв’язуються за допомогою водневих зв’язків

У відомій доповіді 1957 року, Крік окреслив основи так званої «Центральної догми» молекулярної біології, яка передбачає взаємовідношення між ДНК, РНК і білками. Остаточне підтвердження механізму копіювання, запропонованого на основі спіральної структури, було отримане в 1958 році за допомогою експерименту Мезельсона-Сталя.

За відкриття механізму синтезу РНК іспанський біохімік С. Очоа разом А. Корнбергом отримали Нобелівську премію з фізіології та медицини (1959). Керування процесом транскрипції генів дозволяє контролювати експресію генів і таким чином дозволяє клітині адаптуватися до змін умов зовнішнього середовища, підтримувати метаболічні процеси на належному рівні, а також виконувати специфічні функції, необхідні для існування організму. Не дивно, що дія РНК-полімерази дуже складна і залежить від безлічі факторів.

3. Вивчення нового матеріалу (25 хв)

– Розпочнемо знайомство з нашою темою « Реплікація»

Реплікація

Відкрийте підручники. Параграф 27 с.114. Відкрийте робочі зошити на с.48, завдання 1.

Реплікація – (від лат. replicatio – повторення) процес самоподвоєння ДНК, що забезпечує копіювання спадкової інформації і передачу її з покоління в покоління.
З однієї материнської ДНК утворюється дві дочірні молекули ДНК.  Реплікація ДНК - складний, багатоступеневий процес, що вимагає залучення великої кількості спеціальних білків і ферментів. Процес відбувається аналогічно як у прокаріотів, так і в еукаріотів, хоча дещо відрізняється за швидкістю, спрямованістю, кількістю точок реплікації тощо. Швидкість реплікації в еукаріотів дуже велика і складає 50 нуклеотидів за секунду, а в прокаріотів ще вища - до 2000 нуклеотидів за секунду.

Точність реплікації забезпечується комплементарністю.

Розглянемо основні стадії реплікації. Завдання 2 с.48.

А. Ініціація.

Ініціація (від лат. іnitialis - первинний, початковий)

2. Ферменти розплітають спіраль ДНК і стабілізують розкручені ланцюги. До ДНК приєднуються фермент (ДНК-полімераза), що каталізує нарощування нових ланцюгів.

1. В результаті формується реплікаційна вилка. Нові нитки ДНК утворюються на кожному із звільнених ланцюгів, їх ріст відбувається в протилежних напрямках.

Б. Елонгація.

3. Відбувається асиметричне нарощування ланцюгів ДНК-полімеразою у напрямку від 3` до 5` кінця за принципом комплементарності. Тобто формується дзеркальна копія. Проте синтез ДНК відбувається не однаково на 2 ланцюгах.

3. Один з ланцюгів називають ланцюг-лідер, інший – запізнюючим ланцюгом. На останньому утворюються короткі сегменти ДНК – фрагменти Оказакі, на честь японського вченого, що їх відкрив. Між цими фрагментами містяться РНК-затравки.

В. Термінація

1. Потім відбувається видалення РНК-затравок і синтез комплементарних нуклеотидів ДНК, з’єднання окремих фрагментів Оказакі.

2. Після завершення процесу реплікації молекули, що утворилися, розділяються, і кожна дочірня нитка ДНК скручується разом з материнською в подвійну спіраль. Таким чином, утворюються 2 спіральні ДНК, кожна з яких містить по ланцюгу від батьківської ДНК.

Завдання 3 с.48.

Виділяють 3 основні принципи реплікації.

• комплементарність – до нуклеотидів кожного материнського ланцюга приєднуються вільні нуклеотиди на основі А = Т, а Г = Ц;
• напівконсервативність – кожна з двох дочірніх молекул ДНК одержує один ланцюг від материнської молекули, а другий – синтезується з нуклеотидів;
• антипаралельність – на одному ланцюзі синтез здійснюється в одному напрямку, а на іншому – в протилежному.

Транскрипція

Параграф 25 с. 107. Завдання 4 с. 46.

Транскрипція (від лат. transcriptio – переписування) – це процес синтезу РНК з використанням ДНК як матриці, що відбувається в усіх живих клітинах.

Транскрипція каталізується ферментами РНК-полімеразами і здійснюється в ядрі, а в прокаріотичних клітинах – у нуклеоїді, як і реплікація.

Процес транскрипції поділяється на 3 стадії. Завдання 5 с. 46.

1. Ініціація.

Відбувається розкручування ДНК і зв’язування РНК-полімерази з промоторною послідовністю гена, що є сигналом для початку транскрипції.

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.

Відбувається нарощування ланцюга РНК або послідовне приєднання рибонуклеотидів на основі принципу комплементарності.

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

3. Термінація.

Завершення зчитування інформації з ДНК на РНК при досягненні термінатора оперону (термінатори транскрипції - АТТ, АЦТ і АТЦ). Утворюється про-РНК.

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.

Дозрівання РНК / процесінг

Дозрівання РНК є обов'язковим етапом реалізації спадкової інформації в еукаріотів. Як ви пам'ятаєте оперон еукаріот має мозаїчну будову. Вона забезпечується наявністю екзонів (кодуючі послідовності) та інтронів (некодуючі послідовності). У процесі транскрипції інформація про ген списується з ДНК на про-РНК, що складається з екзонів та інтронів. Потім специфічні ферменти - рестріктази - розрізають цю про-РНК по  межах екзон-інтрон, після чого екзонні ділянки ферментативно з'єднуються разом, утворюючи зрілу мРНК (сплайсинг).

Крім видалення інтронів, до РНК додаються окремі фрагменти РНК. Ці фрагменти вберігають їх від розщеплення клітинними ферментами та допомагають їх транспортуванню в цитоплазму. При дозрівання РНК можна видаляти різні комбінації інтронів і отримувати кілька можливих білків з одного вихідного варіанта.

Про масштаб процесу дозрівання РНК свідчить той факт, що в геномі людини трохи більше 20 000 генів, а в клітинах наявних білків нараховують понад 250 тисяч.

4. Закріплення набутих знань (7 хв)

– Давайте порівняємо процеси реплікації та транскрипції. Завдання 4 с.48.

Пропоную вам вирішити низку задач:

Послідовність нуклеотидів на одному з двох ланцюгів ДНК наступна:

а) ГТТ-ЦТА-ААА-ГЦА-АГЦ

б) ЦАА-ЦТА-АЦТ-ГЦА-ТТЦ

в) ТГГ-ЦГЦ-ААТ-АГА-ГЦГ

Запишіть послідовність нуклеотидів, яка складається на ньому у результаті

1) реплікації; (Запишіть послідовність нуклеотидів другого ланцюга.)

2) транскрипції.

Розв’язок:

а) Знаючи кодуючий ланцюг ГТТ-ЦТА-ААА-ГЦА-АГЦ, можемо побудувати

1) ланцюг ДНК: ЦАА-ГАТ-ТТТ-ЦГТ-ТЦГ

2) ланцюг іРНК: ЦАА-ГАУ-УУУ-ЦГУ-УЦГ

БІЛОК: глн-асп-фен-арг-сер

б) Знаючи кодуючий ланцюг ЦАА-ЦТА-АЦГ-ГЦА-ТТЦ, можемо побудувати

1) ланцюг ДНК: ГТТ-ГАТ-ТГЦ-ЦГТ-ААГ

2) ланцюг іРНК: ГУУ-ГАУ-УГЦ-ЦГУ-ААГ

БІЛОК: вал-асп-цис-арг-ліз

в) Знаючи кодуючий ланцюг ТГГ-ЦГЦ-ААТ-АГА-ГЦГ, можемо побудувати

1) ланцюг ДНК: АЦЦ-ГЦГ-ТТА-ТЦТ-ЦГЦ

2) ланцюг іРНК: АЦЦ-ГЦГ-УУА-УЦУ-ЦГЦ

БІЛОК: тре-ала-лей-сер-арг

5. Інструктаж і Д/з (1 хв)

Підбиття підсумків уроку

Учитель:

Гра «Відкритий мікрофон»

«Вам сподобався урок?
Що вам найбільш сподобалось за час проведення уроку?
Щоб ви хотіли на наступне заняття?»

Д/з: параграф 25 (с. 107), 27 (с. 114-115). р.з.с. 48-49 (5)