Урок "Биосинтез белка"
презентация к уроку биологии (10 класс) по теме

МОУ СОШ с. Суадаг

Составила: учитель биологии

Льянова Залина Казбековна

Методическая разработка урока по теме «Биосинтез белка»

с использованием компьютерных моделей

Тип урока: урок изучения нового материала.

Задачи урока:

Образовательная : Познакомить с молекулярными и цитологическими основами реализации наследственной информации на уровне синтеза полипептидной цепи и роли нуклеиновых кислот и белков в этом процессе. Раскрыть биологическое значение биосинтеза белка. Проконтролировать первичное усвоение знаний с помощью дидактических материалов.

Развивающая: Продолжать формировать межпредметные связи, развивать познавательный интерес, продолжить формирование учебно-познавательной компетенции :характеризовать процессы биосинтеза белка, его стадии ;владеть умениями сравнения, доказательства, вычленения основных идей в учебном материале, составления схемы, планирования проекта. Развивать  умения работать с компьютером.

Воспитательная: продолжить формирование естественнонаучной картины мира при рассмотрении успехов современной науки в решении вопросов, связанных с реализацией наследственной информации. Формировать коммуникативную компетенцию: уметь оформлять свою мысль, отвечать на вопросы, применять в своей речи логические приемы, соблюдать процедуру группового обсуждения. Воспитание ценностного отношения к своему здоровью (необратимые изменения возникающие при нарушении генетического кода).

1. Учащиеся должны усвоить новые понятия: «пластический обмен, транскрипция, трансляция, генетический код, триплетность, однонаправленность.  вырожденность, специфичность, универсальность генетического кода, антикодоны ; знать сущность этапов транскрипции и трансляции, посттрансляционной модификации белков.

        2. Учащиеся должны уметь самостоятельно прорабатывать учебный материал, объяснять схемы транскрипции и трансляции, аргументировать выводы, применять знания для выполнения ситуативных задач.

Оборудование: модель ДНК, презентация «Синтез белка», компьютер с мультимедийным проектором, компьютерные модели.

Методическое обеспечение:

1. таблицы по общей биологии «Строение клетки», «Биосинтез белка»;
2. раздаточный тестовый материал для закрепления, проверки и взаимопроверки знаний;
3. презентация Microsoft PowerPoint «Биосинтез белка» – презентационное сопровождение урока 35 слайда  (POWER POINT).
4. Актуальность использования средств ИКТ
5. Возможность представления в мультимедийной форме уникальных информационных материалов.
6. Демонстрация этих процессов помогает наглядно представить сущность биосинтеза, расширить представление  о матричном синтезе и  кодировании наследственной информации.
7. Необходимость наглядной визуализации изучаемых процессов.
8. Возможность остановки на ключевых кадрах и повторной демонстрации  наиболее важных фрагментов.

Тип урока: комбинированный урок с закреплением знаний, новым материалом, решением проблемных вопросов и познавательных задач.

Ход урока

1. Организационный момент  – 2 минуты;
2. Актуализация изученного материала(повторение теоретического материала по разделу  Репликация и транскрипция;
3. Решение задач по изученному материалу (работа с бланком и таблицей ген кода,) – 8 минут;
4. Изучение нового материала,) –12 минут;
5. Решение задач по изученному материалу (работа с текстовым файлом с задачами
6. Закрепление.
7. Итог урока, домашнее задание – 2 минуты.

Пояснения к презентации

1. Орг. момент – 2 мин.
2. Актуализация изученного материала(повторение теоретического материала по разделу  Репликация и транскрипция         

Первый слайд – титульный( вопрос)

 Почитайте текст.

    Процесс осуществляется в хромосомах на молекулах ДНК по принципу матричного синтеза.

При участии ферментов РНК-полимеразы на соответствующих участках молекулы ДНК (генах) синтезируются все виды РНК (иРНК, тРНК, рРНК).

В цитоплазму через ядерную оболочку перемещаются иРНК и тРНК, в субъединицы рибосом встраиваются рРНК.

Рибосома вступает на один из концов иРНК (именно на тот, с которого начинается ее синтез в ядре) и начинает перемещаться прерывисто по иРНК, триплет за триплетом, соответственно наращивается полипептидная цепочка, одна за другой соединяются аминокислоты, поднесенные с соответствующим участкам иРНК транспортными РНК. Каждой аминокислоте соответствует свой фермент, присоединяющий ее к тРНК.Используется энергия АТФ.

Какой процесс описан?

1. Этап самоопределения ( определение темы урока)

Учащиеся работают с текстом (приложение №1), в котором описывается биологический процесс. Их задача определить процесс,

.

     Второй слайд,- ставим цель урока , задачи урока, знакомим с содержанием.

     Третий слайд

.

1. «Жизнь – есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит в постоянном самообновлении химических составляющих частей этих тел»                                                        Ф. Энгельс   Многообразие белков и строение молекулы ДНК.

  Важнейшим процессом ассимиляции в клетке является синтез белка. Так как белки выполняют в организме целый ряд функций, то необходимо синтезировать тысячи различных белков, тем более что большинство белков имеют ограниченный срок функционирования и синтез таких белков (компонентов мемб ран, гормонов, ферментов) не прекращается ни на минуту. Так, на пример, за сутки в организме человека распадается около 400 г раз личных белков, следовательно, такую же массу нужно синтезировать снова.

    Каждый вид живых существ имеет свой собственный, строго опре деленный набор белков. Белки являются основой уникальности каждо го вида, хотя некоторые белки, выполняющие одну и ту же функцию в разных организмах, могут быть похожими и даже одинаковыми.

    С другой стороны, все особи одного вида хоть немного, но отлича ются друг от друга. На Земле нет, например, двух абсолютно одинако вых людей или амеб. Индивидуальную неповторимость каждой особи определяют различия в структуре белков.

Четвёртый – пятый слайд Николай КонстантиновичКольцов (1872-1940) Отечественный зоолог, цитолог, генетик. Выдвинул идею о том, что синтез белка идет по матричному принципу.

1. Центральная догма (основной постулат) молекулярной биологии – матричный синтез.

Смысл матричного синтеза в том, что, имея одну молекулу в качестве матрицы (формочка), можно синтезировать множество других одинаковых молекул

6-7слайд  Участники  синтеза белка

1. направлен на актуализацию знаний, необходимых для восприятия новой темы – повторяем материал о нуклеиновых кислотах, их видах и функциях. Обращаем внимание на рисунки, демонстрирующие разное пространственное строение молекул РНК и связь такого строения с выполняемыми функциями. учащихся имеются бумажные варианты тестов и технологические карты, куда они записывают результат.

2. Используя таблицу учащиеся дают определения терминам, названием веществ и 1. ДНК органоидов клетки, проговариваемых в ходе работы над темой
3. СтроениеАктуализация знаний о строении ДНК, самоудвоении ДНК, реакциях матричного синтеза, принципе комплементарности. Модель иллюстрирует образование двойной спирали ДНК. Учим пользоваться терминами (репликация).

Биологические функции ДНК

1. Молекула ДНК служит матрицей в процессе транскрипции — перекодирования информации в структуру молекул РНК, что необходимо для син теза белковых молекул.
2. Молекула ДНК служит матрицей в процессе репликации — копирования информации в дочер них молекулах ДНК.
3. Молекула ДНК хранит генетическую инфор мацию в ядре клетки.

2. РНК

2. Строение. Молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК) всех типов постро ены по общим структурным принципам. Они состоят из одной полинуклеотидной цепочки, значительно более короткой, чем цепоч ка ДНК. В нуклеотидах РНК имеется 4 типа азотистых оснований: А, Г, Ц, У (урацил). РНК чаще, чем ДНК, содержит нетипичные нуклеотиды, которые обычно модифицируют ее функции. Углевод РНК — сахар рибоза, остаток фосфорной кислоты и одно из четырех азотистых оснований – аденин, гуанин, цитозин или урацил. Отличием химического состава РНК является то, что вместо тимина она содержит азотистое основание урацил, а в состав нуклеотида вместо дезоксирибозы включена рибоза. Принято говорить, что аденин комплементарен урацилу, а гуанин - цитозину. Важно, чтобы прилипшие друг к другу комплементарные участки РНК были антипараллельными, то есть, чтобы направления от 3'- к 5'-концу двух слипшихся участков были противоположными.  В клетке имеется несколько типов РНК.

Виды РНК:

Все типы РНК образуется в результате реакций матричного синтеза.

В большинстве случаев матрицей служит одна из цепей ДНК. Таким образом, синтез РНК на матрице ДНК является гетерокаталитической реакцией матричного типа. Этот процесс называется транскрипцией 

Информационная (матричная) РНК — и-РНК (м-РНК). Со держит от нескольких сотен до 10 000 нуклеотидов. Молекула и-РНК представляет собой незамкнутую цепочку. Она переносит информацию о структуре белка с ДНК на рибосомы — место непо средственного синтеза полипептидной цепочки.

Учащиеся  вспоминают,  какими свойствами обладает генетический код.

1. Код триплетен. -одна АК кодируется тремя нуклеотидами  (ТРИПЛЕТОМ )

Каждой аминокислоте соответствует участок цепи ДНК, и соответственно, и-РНК из трех рядом стоящих нуклеотидов. Например, участок Г – Ц – У соответствует аминокислоте аланину, Ц – Г – У – аргинину, Г – У – У  - валину и так далее.

2. Код не перекрывается –нуклеотид не может входить в состав двух триплетов. 
3. Код однозначен. Каждый кодон шифрует только одну аминокислоту.
4. Код избыточен.

Это означает, что каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном (за исключением метионина и триптофанаКак полагают, это свойство генетического кода повышает надежность хранения и передачи наследственной информации.

5. Между генами имеются «знаки препинания».

Из 64 триплетов три: У – А – А, У – А – Г, У – Г – А, - не кодируют аминокислоты. Эти триплеты (их называют стоп-кодонами) – сигналы окончания синтеза полипептидной цепи. Необходимость в наличии стоп-кодонов объясняется тем, что в ряде случаев на и-РНК осуществляется синтез нескольких полипептидных цепей, и для отделения друг от друга используются эти триплеты.

6. Внутри гена нет «знаков препинания».
7. Код универсален.

Генетический код един для всех живущих на Земле существ.

   3.Транспортная РНК — т-РНК. Переносит аминокислоты к мес ту синтеза белков на рибосомы. Каждая молекула т-РНК содержит примерно 80 нуклеотидов. Специфичность т-РНК определяется структурой антикодона, т. е. участка соединения с конкретным триплетом и-РНК. Каждый антикодон определяет способность связываться с конкретной аминокислотой на другом конце т-РНК. Эта способность зависит от активирующих ферментов, которые «узнают» соответствующие друг другу аминокислоты и т-РНК.

4. Рибосома, ее структура и функции

Рибосомы являются клеточными органоидами, состоящими из белков (примерно 40 %) и р-РНК (60 %). Они представляют собой миниатюрные клеточные «фабрики белка». Число их в клетке до стигает 10 млн.

Рибосомальная РНК — р-РНК. Входит в состав рибосом.           

Изучение нового материала – 20 мин.

8 слайд 

Этапы биосинтеза

     Единственные молекулы, которые синтезируются под контролем генетического материала клетки, - это белки (если не считать РНК). Белки могут выполнять разные функции; это определяется аминокислотной последовательностью, которая зависит от информации о составе белка, закодированной в  последовательности нуклеотидов ДНК (генетический код). Генетическая информация с ДНК на белок передаётся через иРНК. (Приложение. Слайд 7.)

ДНК   →    иРНК    →    белок

                                                 транскрипция                            трансляция

     Ген – участок ДНК, кодирующий информацию об одном белке.

1.Транскрипция. Носителем генетической информации является ДНК, расположенная в клеточном ядре. Сам же синтез белка происхо дит в цитоплазме на рибосомах. Из ядра в цитоплазму информация о структуре белка поступает в виде информационной РНК (иРНК). Для того чтобы синтезировать иРНК, участок двуцепочечной ДНК раскручивается, а затем на одной из цепочек ДНК по принципу

Модель Схема процесса транскрипции

 комплементарности синтезируется молекула иРНК (рис. 42). Это происхо дит следующим образом: против, например, Г молекулы ДНК стано вится Ц молекулы РНК, против А молекулы ДНК — У молекулы РНК (вспомните, что вместо тимина РНК несет урацил, или У), против Т молекулы ДНК — А молекулы РНК и против Ц молекулы ДНК — Г молекулы РНК. Таким образом, формируется цепочка иРНК, пред ставляющая собой точную копию второй (нематричной) цепочки ДНК (только вместо тимина включен урацил). Так информация о последо вательности аминокислот в белке переводится с «языка ДНК» на «язык РНК». Этот процесс получил название транскрипции.

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 начале каждого гена находится особая специфическая последовательность нуклеотидов, называемая промотором. 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 дой дет до очередного «знака препинания» в молекуле ДНК — термина тора. Это последовательность нуклеотидов, указывающая на то, что синтез иРНК нужно прекратить.

В цитоплазме обязательно должен иметься полный набор амино кислот, необходимых для синтеза белков. Эти аминокислоты образу ются в результате расщепления белков, получаемых организмом с пи щей, а некоторые могут синтезироваться в самом организме.

Необходимо помнить, что любая аминокислота может попасть в рибосому, только прикрепившись к специальной транспортной РНК (тРНК).

   Трансляция. В цитоплазме происходит завершающий процесс синтеза белка – трансляция. Это перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот молекулы белка. Важную роль здесь играют тРНК. Каждая тРНК присоединяет определённую аминокислоту и транспортирует её к месту сборки полипептида в рибосоме. В молекуле тРНК есть два активных участка: триплет-антикодон на одном конце и акцепторный конец на другом. Антикодон считывает информацию с иРНК, акцепторный конец является посадочной площадкой для аминокислоты. 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 тРНК с затратой энергии АТФ.

4.     Разнообразие белков обусловлено различной последовательностью аминокислот в первичной структуре белковой молекулы. А зашифрована информация об этой первичной структуре в последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Молекула ДНК способна к самоудвоению. Репликация это - реакция матричного синтеза, при которой на одной цепи ДНК  по принципу комплементарности строится вторая цепь (т. е. удвоение ДНК). (Приложение. Слайд 11-16.)

1 СТАДИЯ ИНИЦИАЦИЯ

Начинается с присоединения РНК-полимеразы к определенной точки ДНК, это точка промотор. РНК- полимераза обладает способностью раскручивать суперспиральную структуру ДНК. Разрывает водородные связи между комплиментарными цепями ДНК и начинает присоединять нуклеотиды к информационной зоне, по принципу комплиментарности.

2 СТАДИЯ ЭЛОНГАЦИЯ

Сборка цепи м- РНК идет в направлении 5-3. У прокариот скорость сборки цепи м-РНК =45-50 нуклеотидов в секунду.  ДНК у прокариот находится не в ядре, а в цитоплазме, поэтому биосинтез м- РНК происходит в цитоплазме.

Синтезированные цепи м-РНК сразу соединяются с рибосомами, которые синтезируют белок на матричной РНК, у прокариот транскрипция и трансляция (биосинтез белка) совпадают в пространстве и во времени.

3 СТАДИЯ ТЕРМИНАЦИЯ

Завершение синтеза РНК в участке-терминаторе, который узнается РНК-полимеразой при участии особых белковых факторов терминации.

- транспортная

Молекулы тРНК представляют собой полинуклеотидные цепи, синтезируемые на определенных последовательностях ДНК. Они состоят из относительно небольшого числа нуклеотидов —75—95.

Важная роль в процессе использования наследственной информации клеткой принадлежит транспортной (тРНК). Доставляя необходимые аминокислоты к месту сборки пептидных цепей, тРНК выполняет функцию транс ляционного посредника.

-рибосомная (рибосомный цикл синтеза белка)

Процесс взаимодействия мРНК и тРНК, обеспечивающий транс ляцию информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот, осуществляется на рибосомах. Последние представляют собой слож ные комплексы рРНК и разнообразных белков, в которых первые образуют каркас. Рибосомные РНК являются не только структурным компонентом рибосом, но и обеспечивают связывание их с опре деленной нуклеотидной последовательностью мРНК. Этим устанав ливаются начало и рамка считывания при образовании пептидной цепи. Кроме того, они обеспечивают взаимодействие рибосомы и тРНК. Многочисленные белки, входящие в состав рибосом на ряду с рРНК, выполняют как структурную, так и ферментативную роль.

 В цитоплазме происходит процесс синтеза белка, ко торый по-другому называют трансляцией. Трансляция — это пере вод последовательности нуклеотидов молекулы и-РНК в последова тельность аминокислот молекулы белка (рис. 43).  С тем концом  и-РНК, с которого должен начаться синтез белка, взаимодействует ри босома. При этом начало будущего белка обоаначается триплетом АУГ, который является знаком начала трансляции. Так как этот кодон кодирует аминокислоту метионин, то все белки (за исключени ем специальных случаев) начинаются с метионина. После связывания рибосома начинает двигаться по иРНК, задерживаясь на каждом ее участке, который включает в себя два кодона (т. е. 3 + 3 = 6 нукле-отидов). Время задержки составляет всего 0,2 с. За это время моле кула тРНК, антикодон которой комплементарен кодону, находяще муся в рибосоме, успевает распознать его. Та аминокислота, которая была связана с этой т-РНК, отделяется от «черешка» и присоединяется с образованием пептидной связи к растущей цепочке белка. В тот же самый момент к рибосоме подходит следующая т-РНК, антикодон ко торой комплементарен следующему триплету в иРНК, и следующая аминокислота, принесенная этой тРНК, включается в растущую це почку. После этого рибосома сдвигается по и-РНК, задерживается на следующих нуклеотидах, и все повторяется сначала. Наконец, рибо сома доходит до одного из так называемых стоп-кодонов (УАА, УАГ или УГА). Эти кодоны не кодируют аминокислот, они только

21 слайд Это интересно…

Синтез одной молекулы белка длится 3-4 минуты

За одну минуту образуется от 50 до 60 тыс. пептидных связей

Половина белков нашего тела

( всего  17 кг белка) обновляется за 80 дней

За свою жизнь человек обновляет весь свой белок около 200 раз

22 слайд Найдите ошибку:

Рибосомы, словно бусы
Забрались на ДНК.
С ДНК они читают
Код молекулы белкa.
Строят цепь белкa они
Согласно информации.
Вместе весь процесс зовем
Коротко,мы, трансляция

В искусственных условиях   ( вне клетки) удаётся синтезировать белок, используя для этого готовые, взятые из клеток организмов компоненты ( и-РНК, рибосомы, аминокислоты, АТФ, ферменты).

Задачи

3. Какой – овечий или кроличий – белок будет синтезироваться, если для искусственного синтеза      взяты рибосомы кролика, а и- РНК – из клеток овцы? Почему?
4. Одна макромолекула белка гемоглобина , состоит из 574 аминокислот, в молекулу белка за

 1 секунду «сшивается» 20 аминокислот;

 Объясните:

 а) за сколько секунд она синтезируется

 Итог урока: подведение результатов работы на уроке; выставление оценок.

VI. Домашнее задание