Урок Генетический код. Транскрипция. Синтез белков в клетке

Генетический код. Транскрипция. Синтез белков в клетке.
Общая биология 10 класс. 2 часа.
Цель урока: раскрыть сущность пластического обмена и одного из важнейших процессов жизнедеятельности клеток – биосинтеза белка, сформировать знания о генетической информации, генетическом коде, его свойствах, матричных реакциях, особенностях транскрипции и трансляции.
Задачи урока:
Сформировать знания о значении биосинтеза белков для живых организмов, о двух этапах биосинтеза белков в клетке – транскрипции и трансляции;
Показать, как последовательность нуклеотидов в ДНК кодирует последовательность аминокислот в полипептиде;
Дать характеристику генетическому коду и основным его свойствам с позиции единства происхождения всех живых организмов Земли;
Рассмотреть особенности транскрипции у эукариот;
Проверить знания о хранении информации о белках в ДНК, репликации ДНК.
Методическое обеспечение:
таблицы по общей биологии “Генетический код», «Синтез белков»,
дидактический материал «биосинтез белка» для проведения групповой работы,
приложение: презентация.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Активизация опорных знаний по теме “Белки”
Учитель предлагает учащимся определить объект изучения.
Слайд 1. На экране записаны слова:
Миозин, Актин, Пероксидаза, Гемоглобин, Инсулин, у-глобулин, Липопротеины
Учащиеся. Это все белки!
Учитель. Правильно. Что такое белки?
Строение белков определяет их свойства и функции.
Вспомните, какие функции выполняют белки, упомянутые нами в начале урока.
Миозин, актин – специальные сократительные белки, обеспечивающие сокращение и расслабление мышц при движении.
Пероксидаза – фермент, разрушающий пероксид водорода до воды и кислорода.
Гемоглобин – транспортный белок, входящий в состав эритроцитов крови и способствующий переносу кислорода,
Инсулин – гормон поджелудочной железы, регулирующий уровень сахара в крови.
у-глобулин - белок плазмы крови, участвующий в иммунных реакциях организма. Это белок из группы антител, которые связываются с антигенами.
Липопротеины - белки, выполняющие строительную функцию.
Слайд 2. На экране выстраиваем схему:

– Исходя из перечисленных функций белков, становится понятной та роль, которую они играют в жизнедеятельности клетки и организма в целом.
– В каждой клетке синтезируются несколько тысяч различных белковых молекул. Белки недолговечны, время их существования ограничено, после чего они разрушаются.
Слайд 3,4 III. Тема урока: “Биосинтез белка”.
Изучение нового материала.
1. Постановка проблемы
– Что позволяет постоянно пополнять уровень белков в организме без ухудшения их свойств?
Групповая работа. Задание. Сопоставьте три факта:
А). Молекулы белков (например, гемоглобина) в клетке расщепляются, разрушаются (диссимиляция) и заменяются новыми молекулами того же белка.
Б). Молекулы белка не обладают свойствами редупликации, как нуклеиновые кислоты, поэтому из одной молекулы белка не могут создаваться две, как это происходит с ДНК.
В). Несмотря на это, вновь синтезируемые в клетке тысячи молекул одного вида белка являются точными копиями разрушенных (по структуре, свойствам и функциям).
Как, по вашему мнению, происходит синтез большого количества одинаковых молекул одного и того же белка, хотя редупликацией белок не обладает?
Предполагаемый ответ:
Синтезируемые в клетке тысячи молекул одного вида белка являются точными копиями разрушенных (по структуре, свойствам и функциям).
Известно, что они не могут создаваться путем редупликации, как это происходит с ДНК. Но синтез большого числа одинаковых молекул возможен, так как молекулы ДНК являются носителями наследственной информации, то есть в них записана информация о всех белках клетки и организма в целом.
Слайд 5,6,7 Генетический код.

– Да, в организме (клетке) существует единая белоксинтезирующая система. В нее входит система нуклеиновых кислот, состоящая из ДНК и РНК, рибосомы и ферменты. Причем информация о белках, заключенная в молекулах ДНК, вначале переносится на u-РНК; которая затем программирует синтез белков клетки.
Задача. 1. Участок гена состоит из следующих нуклеотидов: ГАГ ААТ ТГГ ЦТА АЦА ГТА ТГЦ ГАЦ ЦАЦ ГЦЦ ГТЦ ТТГ ЦЦГ ТТЦ ЦГГ ААА. Выписать Последовательность аминокислот в белковой молекуле, кодируемой этим геном.
2. Установите число аминокислот в полипептидной цепи, если этот полипептид синтезируется на и-РНК, состоящей из 840 нуклеотидов.
Слайд 8,9,10
2. Транскрипция – первый этап биосинтеза белка.
Первый этап переноса генетической информации с ДНК в клетку заключается в том, что генетическая информация в виде последовательности нуклеотидов ДНК переводится в последовательность нуклеотидов u-РНК. Этот процесс получил название транскрипции (лат. “transcriptio”– переписывание). Транскрипция, или биосинтез u-РНК на исходной ДНК, осуществляется в ядре клетки ферментативным путем по принципу комплиментарности.
Двигаясь по цепи ДНК вдоль необходимого гена, РНК-полимераза подбирает по принципу комплиментарности нуклеотиды и соединяет их в цепочку в виде молекулы u-РНК. В конце гена или группы генов фермент встречает сигнал (также в виде определенной последовательности нуклеотидов), означающий конец переписывания. Готовая u -РНК отходит от ДНК и направляется к месту синтеза белка.
Для транскрипции, т. е. для синтеза иРНК, необходим особый фермент РНК-полимераза. Так как в одной молекуле ДНК может находиться множество генов, очень важно, чтобы РНК-полимера- за начала синтез иРНК со строго определенного места ДНК, иначе в структуре иРНК будет записана информация о белке, которого нет в природе и который конечно же клетке не нужен. Поэтому в начале каждого гена находится особая специфическая последовательность нуклеотидов, называемая про мотором. РНК-полимераза «узнает» промотор, взаимодействует с ним и, таким образом, начинает синтез цепочки иРНК с нужного места. Фермент продолжает синтезировать иРНК, присоединяя к ней новые нуклеотиды, до тех пор, пока не дойдет до очередного «знака препинания» в молекуле ДНК терминатора. Это последовательность нуклеотидов, указывающая на то, что синтез иРНК нужно прекратить.
Задача: 1. Участок молекулы ДНК имеет следующий вид: ГТАЦЦГТАТЦТГАЦЦТГГАГЦ. С этой цепи транскрибируется и-РНК, причем матрицей служит комплементарная цепь. Определить последовательность нуклеотидов в и-РНК и количество аминокислот, закодированных в ДНК.
2. Вспомните принцип комплементарности и решите задачу: какое строение будет иметь молекула РНК, если порядок нуклеотидов в цепочке определенного гена, на которой она синтезируется, имеет следующую последовательность: ГТГТААЦГАЦЦГАТАГТГТА или АГГЦЦТАГГЦТАТААГЦЦГТ
Слайд 11. Урок 2. Активизация опорных знаний.
Можно ли утверждать, что белки у одного вида одинаковы?
Укажите пары комплементарных нуклеотидов в ДНК.
Сколько различных аминокислот закодировано на ДНК эукариот кодовами триплетами?
Сколько кодовых триплетов кодируют все многообразие аминокислот, входящих в состав белков?
Что такое транскрипция?
Что является матрицей при транскрипции?
Слайд 12, 13.
Транспортные РНК.
Расшифровка генетической информации в рибосоме происходит с помощью молекулы т-РНК. Они тоже образуются в ядре на специальных участках ДНК, как на матрице. Из ядра молекула т-РНК выходят в цитоплазму к рибосомам. Она состоит из 70-90 нуклеотидов, она сворачивается и по форме напоминает лист клевера. В т-РНК различают антикодоновую петлю и акцепторный участок. Главная функция т-РНК - принести аминокислоту, взаимосвязь с аминокислотой происходит в цитоплазме вне рибосомы. К акцепторному участку т-РНК с помощью специального фермента присоединяется та аминокислота, которая кодируется триплетом, комплементарным антикодону.
Двадцать видов аминокислот кодируются 61 кодоном, теоретически может иметься 61 вид т-РНК с соответствующими антикодонами. Но кодируемых аминокислот всего 20 видов, значит, у одной аминокислоты может быть несколько т-РНК. Установлено существование нескольких т-РНК, способных связываться с одним и тем же кодоном (последний нуклеотид в антикодоне т-РНК не всегда важен), поэтому обнаружено всего более 30 различных т-РНК.
Задача: Известно, что все вилы РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли т-РНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: АЦГЦЦГЦТААТТЦАТ. Установите нуклеотидную последовательность участка т-РНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта т-РНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
3. Трансляция - второй этап биосинтеза белков в клетке
Свойства генетического кода (Отвечают учащиеся).
Слайд 14, 15.
Строение рибосомы. Комментарии учителя.
Природа создала универсальную организацию рибосом. Какой бы живой организм мы ни взяли, в любых его клетках рибосомы построены по единому плану: они состоят из двух субчастиц – большой и малой. Малая субчастица отвечает за генетические, декодирующие функции; большая - за биохимические, ферментативные.
В малой субъединице рибосомы различают функциональный центр (ФЦР) с двумя участками – акцепторным и донорным, где размещаются т-РНК с аминокислотой, и участок для молекулы и-РНК. В ФЦР может находиться шесть нуклеотидов u -РНК: три - в акцепторном, три - в донорном участках. Рибосома перемещается по и-РНК, каждый раз сдвигаясь на три азотистых основания (один триплет).
Слайд 16,17. Комментарии учителя. Трансляция
Показ слайда с комментариями. Затем учащиеся работают с текстом, изучая основные этапы синтеза белка.
Синтез полипептидной цепи белковой молекулы начинается с активации аминокислот, которую осуществляют специальные ферменты. Каждой аминокислоте соответствует как минимум один фермент. Фермент обеспечивает присоединение аминокислоты к акцепторному участку m-РНК с затратой энергии АТФ.
Функционирование рибосомной системы начинается с того, что кодон АУГ, расположенный на первом месте в и-РНК, занимает место в рибосоме, и специальная т-РНК приносит в донорный участок формилметионин – измененную форму аминокислоты метионина. Когда кодон АУГ находится не на первом месте и-РНК, он кодирует метионин.
Любая полипептидная цепь начинается с формилметионина, который в дальнейшем отщепляется. Далее к образовавшемуся комплексу присоединяется большая субъединица рибосомы, после чего весь рибосомный комплекс начинает перемещаться вдоль u-РНК. При этом акцепторный участок ФЦР находится впереди, а донорный участок - сзади.
К акцепторному участку поступает вторая m -РНК, чей антикодон комплиментарен кодону u -РНК, находящемуся в данном участке ФЦР. Когда две т-РНК с аминокислотами занимают свои места в рибосоме, аминокислоты оказываются очень близко к дру другу, и ферменты, входящие в состав рибосом, соединяют их пептидной связью. Образуется маленькая белковая молекула, состаящая из двух аминокислот. После чего формилметиониновая m-РНК отсоединяется, а растущую цепь белка акцептирует (присоединяет) вторая m-РНК.
В следующий момент рибосома целиком передвигается в направлении следующего кодона u-РНК, а формилметиониновая m-РНК выталкивается в цитоплазму. В освободившийся акцепторный участок приходит новая m-РНК, связанная аминокислотой, которая шифруется очередным кодоном и-РНК, снова происходит образование пептидной связи, и белковая молекула удлиняется еще на одно звено. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока рибосома не дойдет до одного из кодонов и-РНК, являющихся «знаком препинания». Так как не существует антикодонов, комплементарных стоп-кодонам, ни одна т-РНК не может занять место в акцепторном участке и принести аминокислоту. Полипептидной цепи не за что удержаться и она покидает рибосому. При этом формилметионин отщепляется. Соединение аминокислот в полипептидную цепь осуществляется в месте выхода каналоподобной структуры в пространство (зазор) между большой и малой субчастицами рибосомы так, что синтезируемый белок располагается в этой каналоподобной структуре и по завершении синтеза через пору в мембране ЭПС поступает в ее внутреннее пространство для окончательного формирования и транспорта по месту назначения. Процесс завершения синтеза белковой молекулы называется терминацией.
Для увеличения эффективности функционирования и-РНК часто соединяется не с одной, а с несколькими рибосомами. Такой комплекс называется полисомой, на котором протекает одновременный синтез нескольких полипептидных цепей.
Таким образом, процесс синтеза белка представляет собой серию ферментативных реакций, идущих с затратой энергии АТФ.
Совместная работа с магнитной моделью «Биосинтез белка» на доске.
Сформулировать определение, что такое трансляция.
Определить, что необходимо для трансляции:
и-РНК, кодирующая последовательность аминокислот в полипептиде;
рибосомы, декодирующие и-РКН и образующие полипептид;
т-РНК, транспортирующие аминокислоты в рибосомы;
энергия в форме АТФ для присоединения аминокислот к рибосоме и для работы рибосомы;
аминокислоты, строительный материал;
ферменты
Слайд 18. 4. Решение задач.
Выполните упражнение: 1. Установите последовательность этапов синтеза белка:
1. Попадание фрагмента и-РНК в акцепторный участок функционального центра рибосомы (ФЦР);
2. Присоединение т-РНК с аминокислотой к соответствующему кодону и-РНК в акцепторном участке ФЦР;
3. Перемещение  т-РНК  с  растущим  белком  в  донорный  участок ФЦР;
4. Транскрипция;
5. Удлинение полипептидной цепи на одну аминокислоту;
6. Присоединение аминокислот к соответствующим т-РНК. (4,6,1,2,5,3)
2. С какой же скоростью осуществляются реакции синтеза белков?
Какова скорость синтеза белка у высших организмов, если на сборку инсулина, состоящего из 51 аминокислотного остатка, затрачивается 7,3 с?
Решение задачи:
5I : 7,3 = 7 (аминокислот в 1 сек.).
(Ответ: в 1 сек. сливается 7 аминокислот.)
- Действительно, скорость передвижения рибосомы по u -РНК составляет 5–6 триплетов в секунду, а на синтез белковой молекулы, состоящей из сотен аминокислот, клетке требуется 1-2 минуты.
- Инсулин является первым белком, синтезированным искусственно. Но для этого потребовалось провести около 5000 операций, над которыми трудились 10 человек в течение 3 лет.
VI. Закрепление
Тест-задание.
V. Домашнее задание
1. Учебник “Общая биология” под ред. академика А.А. Каменской, Е.А. Криксунова, В.В. Пасечника, параграф 26
Литература:
Г.А. Адельшина, Ф.К. Адельшин «Генетика в задачах» учебное пособие по курсу биологии, М «Глобус» 2009.
А.А. Каменской, Е.А. Криксунова, В.В. Пасечника “Общая биология. Учебник 10-11 классы”- М. “Дрофа”. 2005.
Т.А. Козлова. Тематическое и поурочное планирование по общей биологии.- М. «Экзамен». 2006.
ЕГЭ Биология. Контрольные измерительные материалы 2010-2011. – М. Просвещение.
А.В. Пименов «Уроки биологии» Я «Академия развития» 2001

Рисунок 115

Приложенные файлы


Добавить комментарий