Урок засвоєння нових знань "Біосинтез білка"

 

 

 

 

 

Біосинтез білка

(урок засвоєння нових знань умінь та навичок) 10 клас

 

 

 

вчитель  біології та хімії

Доброводівського районного комунального технічного ліцею

ім. О. Смакули

Барановська Тетяна Іванівна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема: Біосинтез білка.

Мета: Поглибити знання учнів про метаболізм клітин шляхом вивчення реалізації 

            спадкової інформації у процесі біосинтезу білка, продовжити формувати

             знання про зберігання інформації про білок в ДНК, сформувати поняття

             генетичний код, його властивості, особливості транскрипції і трансляції,

   розкрити механізми матричного синтезу поліпептидного ланцюга на

   рибосомах; корегувати і розвивати логічне мислення, продовжувати

   розвивати пізнавальний інтерес, формувати навчально-пізнавальні

   компетенції: характеризувати процеси біосинтезу білка, його етапи,

   уміння порівнювати, аналізувати. Продовжувати формувати знання про  

   наукову картину світу під час ознайомлення з досягненнями у сучасній 

   науці у галузі вивчення реалізації спадкової інформації, виховувати

   ціннісне ставлення до свого здоров я (порушення генетичної інформації).

Обладнання: таблиці «Будова білка», «Біосинтез білка»,презентація, дидактичні    картки.

Основні поняття й терміни: генетичний код,кодон, антикодон, триплет,транскрипція, трансляція, біосинтез.

Тип уроку: Засвоєння нових знань умінь і навичок.

 

ХІД УРОКУ.

І.Організаційний момент.

 

ІІ. Актуалізація опорних знань.

(Учитель пропонує учням визначити об'єкт вивчення)слайд1

Гемоглобін

Інсулін

Пероксидаза

Імуноглобулін

Актин

Міозин

Ліпопротеїни

Альбумін

Учні – це білки

Учитель: Що таке білки? Які функції виконують вищезгадані білки?

Учні (орієнтовна відповідь):

• 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;
• Імуноглобулін – білок плазми крові, здійснює імунні реакції організму;
• Ліпопротеїни – білки, які виконують будівельну функцію.

слайд1

Учитель: Саме функції білків визначають їх роль у життєдіяльності клітини і організму в цілому.

 Найбільш повне значення білків для життєдіяльності організмів сформулював у 70-х роках ХІХ століття Ф. Енгельс   слайд2

 «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.

 Клітині безперервно необхідні білки. У кожній клітині синтезується декілька тисяч різних білкових молекул. Але час їх існування обмежений. Тому існує процес відновлення білків – біосинтез.

Постановка проблеми.

Який механізм утворення розмаїття білків в органічному світі?

 (Оголошення теми  та завдань  уроку)

Тема уроку – «Біосинтез білка»  слайд3

слайд4

Отже, ми повинні з'ясувати:

• які основні етапи біосинтезу білка;
• яка роль нуклеїнових кислот у цьому процесі;
• яо таке генетичний код, його властивості;
• які органоїди і речовини клітини беруть участь у синтезі білка;
• особливості транскрипції і трансляції;
• механізм матричного синтезу поліпептидного ланцюга на рибосомах;
• значення розкриття механізму біосинтезу білка для медицини.

На уроці ми будемо використовувати  картки з тестовими завданнями (що стосуються навчального матеріалу певного проміжку уроку): лист фронтальної роботи  та лист підсумкової роботи. За їх виконання ви будете отримувати бали, використовуючи взаємоперевірку. Наприкінці уроку отримаєте підсумковий бал за свою роботу.

Вправа «Мікрофон» слайд5

 

Дати визначення поняттям :

• Нуклеїнові кислоти;
• Нуклеотиди ДНК;
• Нуклеотиди РНК;
• Реплікація;
• Амінокислота;
• Замінні амінокислоти;
• Повноцінний білок;
• Неповноцінний білок;
• Структури білка.

 

 

Виконання учнями тестових завдань 1, взаємоперевірка за ключем оголошеним вчителем.

III. Мотивація навчальної діяльності: слайд6

Окремі амінокислоти мають з'єднатися у довгий ланцюжок у строгій послідовності. Якої точності вимагає ця робота? Хоч дуже рідко, але в певних географічних місцевостях у людей в молекулах гемоглобіну глутамінова кислота замінюється на валін. Це різко впливає на білок крові,  його молекули злипаються, навіть форма еритроцитів змінюється – вони стають серпоподібними, погано забезпечують організм киснем. Ця хвороба називається серпоподібна анемія, а дитина, яка з нею народилася в яскраво вираженій формі, не доживає й до двох років.

IV.Вивчення нового матеріалу.

1.Генетичний код.

Розповідь учителя

Інформація про структуру кожного білка має знаходитись у клітинах і передаватися нащадкам.

 Інформація про первинну структуру білка містить ділянка ДНК – ген.

 Це єдина для всіх живих організмів система збереження спадкової інформації в молекулах нуклеїнових кислот у вигляді послідовності нуклеотидів називається генетичний код. Саме він визначає порядок розташування амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі під час його синтезу.

слайд7

У 1968р. М.В. Ніренберг, американський біохімік удостоєний Нобелівської премії за розшифрування генетичного колу.

Властивості генетичного коду

слайд8

1. Код однозначний. Кожна амінокислота кодується послідовністю з трьох нуклеотидів молекули ДНК, яка називається триплетом.
2. Код універсальний. У всіх організмах одні й ті самі амінокислоти кодуються одними й тими ж кодонами (триплетами).
3. Код є вироджений. Одна амінокислота може кодуватись більше, ніж одним триплетом.

Є 4³ = 64 триплети, 20 амінокислот, 18 амінокислот кодуються від 2 до 6 триплетами, і лише 2 з них – одним триплетом. Надійність генетичного коду.

4. Безперервність. Генетичний код не перекривається. Кодони (триплети) зчитуються один за одним.

(Оскільки інформація про структуру білка від молекули ДНК до місця синтезу білкової молекули переноситься РНК, то генетичний код зчитується з неї.)

Таблиця генетичного коду

слайд9

 

У генетичному коді є три триплети: УАА, УАГ, УГА, кожний сигналізує про припинення синтезу білка, а АУГ- про початок цього процесу.

Виконання учнями тестових завдань 2.

2.Етапи біосинтезу білка

Розповідь учителя

Реалізація генетичної інформації відбувається у 4 етапи

І етап  – транскрипція. слайд10

Передача інформації про структуру білка з молекули ДНК на іРНК. Відбувається в ядрі. Фермент РНК – полімераза роз'єднує подвійну спіраль ДНК. Потім на одному з її ланцюгів за участі цього ферменту за принципом комплементарності синтезується молекула іРНК, яка є точною копією цієї ділянки ДНК. Копіюється тільки та частина ДНК, яка містить інформацію про потрібний білок. З ДНК можна отримати безліч точних копій у вигляді молекул іРНК. Отже ДНК є матрицею для відповідної ділянки іРНК.

 Синтезована іРНК відокремлюється від ДНК і крізь пори виходить з ядра в цитоплазму, а молекула ДНК відновлює свою структуру. Розміри іРНК залежать від обсягу інформації про розміри молекули білка, закодованої в ній.

ІІ етап  – активація амінокислот.слайд11

 Відбувається цей процес у цитоплазмі шляхом приєднання амінокислот до специфічних ферментів  і молекул АТФ.

 Активовані молекули амінокислот з'єднуються з молекулами тРНК. Кожній з 20 відомих амінокислот відповідає певна тРНК.

 У молекулах тРНК є дві важливі ділянки: до однієї з них прикріпляється відповідна амінокислота,а інша містить триплет нуклеотидів (антикодон), який відповідає кодону даної амінокислоти в іРНК.

 

Виконання учнями тестових завдань 3.

 

ІІІ етап – процес безпосереднього синтезу поліпептидних ланцюгів – трансляція. слайд12

 Під час синтезу білкової молекули іРНК міститься між субодиницями рибосом. Зчитується генетична інформація та приєднуються амінокислотні залишки до молекули білка, що синтезується в особливій ділянці рибосоми – функціональному центрі. У ньому водночас можуть перебувати два сусідні триплети. В одній частині функціонального центру антикодон тРНК впізнає кодон іРНК, в іншій амінокислота звільняється від  тРНК.

 слайд13 Спочатку відбувається ініціалізація: мала субодиниця рибосоми сполучається з іРНК та її кодон (АУГ) взаємодіє з антикодоном тРНК. Велика субодиниця рибосоми приєднується до малої субодиниці.

 слайди14,15Далі починається елонгація – сам процес синтезу. До функціонального центру рибосоми підходить друга молекула тРНК з амінокислотою. Її антикодон взаємодіє з кодоном іРНК. Перша молекула тРНК залишає функціональний центр. Залишки амінокислот за допомогою пептидного зв'язку сполучаються у дипептид. Рибосома робить крок, що дорівнює одному триплету. До ділянки функціонального центру рибосоми, яка звільнилася, надходить третя молекула тРНК. У цей час антикодон третьої тРНК взаємодіє з кодоном іРНК. Молекула білка, що синтезується, складається вже з трьох залишків амінокислот. Таким чином процес продовжується далі.

 слайди16,17Якщо рибосома досягає одного з триплетів (УАА, УАГ, УГА) синтез білка припиняється. Цей процес називається термінацією.

Велика і мала субодиниця роз єднаються і залишають іРНК,звільняються й молекули тРНК та синтезована молекула білка.Часто іРНК з єднається не з однією, а з декількома рибосомами. Такий комплекс називається полі рибосомою або полісомою, на якому одночасно може синтезуватись декілька молекул певного білка.

слайд18

 IV етап. Білок набуває своєї природної конформації вторинної, третинної, четвертинної структур. У цей час до молекули можуть приєднуватися небілкові складові (ортофосфатні, карбоксильні групи, вуглеводи, ліпіди), лише після цього білок стає функціонально активним. Кожна з реакцій біосинтезу на всіх етапах забезпечується специфічними ферментами. На приєднання одного амінікослотного залишку до молекули білка витрачається енергія розщеплення однієї молекули АТФ.

 слайд19 Отже, синтез білка – це сукупність ферментативних реакцій із затратою енергії.Це реакції матричного синтезу, де одна молекула є основою для синтезу іншої ДНК матриця- РНК матриця- білок

 слайд20 Так в організмі (клітині) існує єдина білок синтезуюча система, яка складається з ДНК, іРНК, тРНК, рРНК, рибосом, ферментів АТФ, амінокислот.

Виконання учнями тестових завдань 4

 3.Задача слайд21

Яка швидкість синтезу білка в організмів, якщо на утворення інсуліну з 51 амінокислоти необхідно 7,3 с.? (51:7,3 = 7 амінокислот/1 с)

Це цікаво слайд21

• За одну хвилину утворюється від 50 до 60 тисяч пептидних зв'язків;
• Половина білків людського організму (17 кг. білка) поповнюється за 80 днів;
• Протягом життя людина поновлює весь свій білок 200 разів.

4.Значення вивчення біосинтезу білка

слайд22

З'ясування механізму біосинтезу білка, сприяло їх штучному синтезу.

 Інсулін є першим штучно синтезованим білком. Для цього потрібно було провести 5000 операцій, над якими працювали 10 людей протягом 3 років. Цей білок використовується для лікування хворих на цукровий діабет.

V.Узагальнення і систематизація знань.

Формулюємо висновки. Що планували вивчити.

1. Одним з важливих процесів, які відбуваються в клітині є синтез білка. ДНК кодує і зберігає спадкову інформацію про первинну структуру певного білка, іРНК переносить спадкову інформацію від ДНК до місця синтезу поліпептидного ланцюга;
2. Послідовність нуклеотидів молекул нуклеїнових кислот визначає порядок розташування амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі під час його синтезу;
3. Генетичний код – система запису генетичної інформації. Властивості генетичного коду: триплетний, універсальний, вироджений, безперервний.
4. Транскрипція – синтез молекули іРНК на молекулі ДНК в ядрі;
5. Трансляція – послідовність нуклеотидів у молекулі іРНК переводиться у послідовність амінокислотних залишків молекули білка, що синтезується. Відбувається у рибосомах;
6. Синтез білка – матричний синтез. ДНК є матрицею для іРНК, іРНК є матрицею для білка.

Виконання учнями підсумкових тестових завдань.

Домашнє завдання:

1. Вивчити відповідний § підручника.

 

 

Розуміння механізму синтезу білка – це результат тривалої складної роботи вчених .Це блискуче досягнення є одним з основ біологічної науки. Але все ж багато з цього процесу залишилося за межами наших знань.(відео)

 

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА

1.Дербеньова А.Г.,Шаламов Р.В. Загальна біологія.-Х.:Світ дитинства.,1998.

2.Загальна біологія. 10-11 клас.М.Є. Кучеренко, Ю. Г. Верес, П. Г. Балан.-К.:Генеза.,1999.

3.Тагліна О.В.Біологія.10 клас.-Х.:Вид-во «Ранок»,2010.

4. Відеоматеріали сайту www.youtube.com «ДНК и РНК в биосинтезе белка»

 

 

 

 

Лист фронтальної роботи учня

Завдання 1

1. Які речовини є мономерами білків

а) нуклеотиди, б) жирні кислоти, в) моносахариди, г) амінокислоти

2. Які зв'язки утворюються між амінокислотами у первинній структурі білка

а) пептидні, б) дисульфідні, в) водневі, г) йонні

3. Скільки нових одинарних ниток синтезується при подвоєнні однієї молекули ДНК

а) чотири, б) дві, в) одна, г) три

4. Під час реплікації розриваються зв'язки

а) пептидні, між амінокислотами б) водневі, між азотистими основами,                в) ковалентні, між вуглеводом і сульфатом, г) дисульфідні, між молекулами цистеїну

5. У результаті реплікації ДНК утворюється:

а) нитка, що складається з окремих фрагментів дочірніх молекул, 

б) молекула, яка містить два нові ланцюги ДНК,

в) молекула, половина якої містить нитку іРНК,

г) дочірня молекула, що складається з одного старого і одного нового ланцюга ДНК

Завдання 2.

6. У гені закодовано інформацію про:

а) будову білків, жирів, вуглеводів, б) послідовність нуклеотидів ДНК,

в) первинну структуру білка,

 г) послідовність амінокислот у 2-х і більше молекулах білка

7. Один триплет містить інформацію про:

а) ознаки організму, б) послідовність амінокислот у молекулі білка,

в) про місце амінокислоти у поліпептидному ланцюзі,

г) амінокислоту, як складову білка

8. Якщо амінокислота кодується триплетом УЦЦ, то в ДНК йому відповідає триплет

а) ТЦЦ, б) АГГ, в) УЦЦ, г) АЦЦ

9. Генетичний код вироджений, тому що:

а) один триплет кодує одну амінокислоту, б) один триплет кодує декілька амінокислот, в) триплети зчитуються один за одним, г) одна амінокислота кодується декількома триплетами

10.  У генетичному коді стоп-кодонів є

а) два, б) один, в) три, г) чотири

Завдання 3.

11. Синтез іРНК починається з

а) роз'єднання ДНК на дві нитки, б) взаємодії фермента РНК-полімарази і гена, в) подвоєння гена, г) розклад молекули ДНК на нуклеотиди

12.  Транскрипція – це процес

а) реплікації ДНК, б) синтезу білка, в) синтезу іРНК, г) приєднання тРНК до амінокислоти

13.  Матрицею для синтезу молекули іРНК при транскрипції є

а) вся молекула ДНК, б) один ланцюг молекули ДНК, в) ділянка одного з ланцюгів ДНК, г) в одному випадку вся молекула ДНК, в іншому – однин з ланцюгів молекули ДНК

14.  Транскрипція відбувається

а) у ядрі, б) на рибосомах, в) в цитоплазмі, г) в ендоплазматичній сітці

15.  Визначте послідовність нуклеотидів іРНК, якщо відома послідовність нуклеотидів ДНК

ДНК

  А Т Г Г Ц Ц

  Т А Ц Ц Г Г

РНК

Завдання 4

16.  Кількість тРНК, що беруть участь в трансляції, дорівнює кількості

а) кодонів іРНК, які кодують амінокислоти, б) молекул ДНК, г) генів молекули ДНК, г) білків, які синтезуються на рибосомах

17.  Синтез білка завершується під час

а) приєднання амінокислоти до тРНК, б) пізнавання кодона антикодоном в) появи на рибосомі стоп-кодона, г) витрати ферментів

18.  Під час трансляції матрицею для утворення білка є

а) два ланцюги ДНК, б) один з ланцюгів ДНК, в) молекула іРНК,

г) молекула тРНК

19.  Під час біосинтезу білка в клітині енергія АТФ

а) виділяється, б) поглинається, в) залишається без змін, г) на одних етапах виділяється, а інших - поглинається

20.  яка послідовність правильна

а) Ген-іРНК-тРНК-білок-ознака,

б) ознака-білок-іРНК-ген-ДНК

в) іРНК-ген-білок-ознака,

г) ген-ДНК-ознака-білок

 

Ключі:

1 г) 2 а)  3 б)  4 б)  5 г) 6 в)  7 г) 8 б) 9 г) 10 в) 11 б) 12 в) 13 в) 14 а) 15  АУГГЦЦ  16 а) 17 в) 18 в) 19 б) 20 а)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист підсумкової роботи учня

1. Встановіть відповідність між речовинами та їх функціями у біосинтезі білка

 

1. Ділянка РНК
2. іРНК
3. тРНК
4. рибосоми
5. амінокислоти
6. АТФ
7. РНК-полімераза
8. Полісома

 

 

 

 

А. місце синтезу білка

Б. фермент, що забезпечує синтез іРНК

В. джерело енергії для реакції

Г. мономери білка

Д. ген, який кодує інформацію про білок

Е. переносить інформацію на рибосоми

Є. місце утворення однакових білків

Ж. приєднує амінокислоти і переносить їх на рибосоми.

(2 бали)

2. Встановіть послідовність етапів біосинтезу білка

А) ініціація, Б) термінація, В) трансляція, Г) транскрипція, Д) активація

(2 бали)

3. Користуючись таблицею генетичного коду визначте амінокислотний склад білка, якщо фрагмент першого ланцюга молекули ДНК має такий нуклеотидний склад

АЦГ – ЦЦА –АТГ – ГАЦ – ГГТ    (3 бали)

 

 

 

 

4. Визначіть ділянку іРНК, яка бере участь у синтезі поліпептидного ланцюга, що складається з такий амінокислотних залишків

 

вал – про – ала – глі – лей         (3 бали)