Биосинтез белка.
план-конспект занятия по биологии (10 класс) на тему

Тема урока.  Биосинтез белка.

Тип урока:  Урок открытия новых знаний.

Цель урока: Создание условий для усвоения темы урока и формирования познавательного интереса к предмету через использование современной мультимедийной технологии и технологии системно-деятельностного подхода.

Задачи урока:

1. Сформировать знания о механизмах биосинтеза белка на примере транскрипции и трансляции; показать роль транспортных РНК в процессе биосинтеза белка;

2. Развивать умения сравнения, доказательства, вычленения основных идей в учебном материале, составления схемы.

3. Формировать коммуникативную компетенцию: уметь оформлять свою мысль, отвечать на вопросы, применять в своей речи логические приемы. Продолжить формирование умений по выполнению  заданий ЕГЭ.

Оборудование: интерактивная доска, компьютер с мультимедийным проектором, компьютерные модели, программа SMART Board

Ход урока.

1. Самоопределение к деятельности 

СТРАНИЦА 1 «Грандиозные вещи делаются грандиозными средствами. Одна природа делает великое дело даром». А. Герцен

• Половина белков нашего тела (всего  17 кг белка) обновляется за 80 дней
• За свою жизнь человек обновляет весь свой белок около 200 раз

Живые организмы характеризуются высшей степенью упорядоченности в своем строении, что выражается в разнообразии признаков и функций. Это свойство в первую очередь обеспечивается белками, которые в организме выполняют множество функций.  Каждый вид живых существ имеет свой собственный, строго определенный набор белков. Белки являются основой уникальности каждого вида.

  СТРАНИЦА 2 Сопоставьте три факта:

А). Молекулы белков в клетке расщепляются, разрушаются и заменяются новыми молекулами того же белка.

Б). Молекулы белка не обладают свойствами редупликации, как нуклеи-новые 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?

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.

СТРАНИЦА 3

Итак, тема урока – « Биосинтез белка» .

Запишите в тетради.

II. Актуализация знаний и фиксация затруднений в деятельности - - --                            -  Составьте, пожалуйста кластер. Что на данный момент известно вам по этой теме?  

                                                               Метаболизм

                          Пластический обмен                Энергетический обмен

Фотосинтез                             Биосинтез белка

Транскрипция                                                           Трансляция

III. Постановка учебной задачи.

- Как создаются белки в клетках и каковы обязательные условия процесса биосинтеза?

IV. Актуализация изученного материала.

СТРАНИЦА 4. Проверим багаж знаний, который нам пригодится для изучения этой темы.

- Выполните тест.  (Приложение ) Проверьте по ключу.

1. ДНК . Носителем наследственной информации является ДНК, а где она находится? В каком состоянии бывает ДНК – об этом нам расскажет Янзытова Я. СТРАНИЦА 5

Сообщение «Уровни организации по Ю.С. Ченцову»

Запишите названия уровней в тетрадь и с помощью ИД попробуйте воспроизвести последовательность конденсации ДНК?

2. РНК. ДНК находится в ядре, а синтез белков происходит в цитоплазме.

Как попадает информация к месту синтеза? (С помощью иРНК)

Вопрос к учащимся - Какие виды РНК бывают?

Строение. Молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК) всех типов построены по общим структурным принципам. Они состоят из одной полинуклеотидной цепочки, значительно более короткой, чем цепочка ДНК. В нуклеотидах РНК имеется 4 типа азотистых оснований: А, Г, Ц, У (урацил).

Виды РНК:

Информационная (матричная) РНК — и-РНК (м-РНК). Содержит 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 непосредственного синтеза полипептидной цепочки.

СТРАНИЦА 6 Учащиеся вспоминают,  какими свойствами обладает генетический код.

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

• Код не перекрывается –нуклеотид не может входить в состав двух триплетов.
• Код однозначен. Каждый кодон шифрует только одну аминокислоту.
• Код избыточен. Это означает, что каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном 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.
• Внутри гена нет «знаков препинания».
• Код универсален.

3. Транспортная РНК — т-РНК. Переносит аминокислоты к месту синтеза белков на рибосомы.

Предложить нарисовать на ИД, обозначить антикодон и акцепторный участок
Каждая молекула т-РНК содержит примерно 80 нуклеотидов. Специфичность т-РНК определяется структурой антикодона, т. е. участка соединения с конкретным триплетом и-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 достигает 10 млн.

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

V. Изучение нового материала.

СТРАНИЦА  7. Этапы биосинтеза. Генетическая информация с ДНК на белок передаётся через иРНК.

Френсис Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии она выражается в схеме:

ДНК   —>    иРНК    —>    белок

транскрипция                            трансляция

Ген – участок ДНК, кодирующий информацию об одном белке.

СТРАНИЦА  8.  Сообщение Кузминой Е. «Структура гена»

Перерисовать схему в тетрадь.

VI. Первичное закрепление во внешней речи.

СТРАНИЦА 9. На схеме ИД расставить структурные элементы гена.

СТРАНИЦА 10. Проверим. Тест с ключом

СТРАНИЦА 11. Трансляция. В цитоплазме происходит завершающий процесс синтеза белка – трансляция. Это перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот молекулы белка.

СТРАНИЦА 12.  Важную роль здесь играют тРНК. Каждая тРНК присоединяет определённую аминокислоту и транспортирует её к месту сборки полипептида в рибосоме.             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.

Установлено также существование нескольких видов тРНК, способных соединяться с одним и тем же кодоном. В результате в цитоплазме клеток встречается не 61 (по количеству кодонов), а около 40 различных молекул тРНК. Этого количества достаточно, чтобы транспортировать 20 разных аминокислот к месту сборки белка.

 Присоединение аминокислоты к соответствующей тРНК.

I - 1-й этап, взаимодействие аминокислоты и АТФ с выделением пирофосфата;          II - 2-й этап, присоединение аденилированной аминокислоты к 3'-концу РНК

На первом этапе аминокислота активируется, взаимодействуя своей карбоксильной группой с АТФ. В результате образуется адепилированная аминокислота.  На втором этапе это соединение взаимодействует с ОН-группой, находящейся на 3'-конце соответствующей тРНК, и аминокислота присоединяется к нему своей карбоксильной группой, высвобождая при этом АМФ. Таким образом, этот процесс протекает с затратой энергии, получаемой при гидролизе АТФ до АМФ.

СТРАНИЦА 13. Этапы трансляции 

1. СТАДИЯ ИНИЦИАЦИЯ

Фаза инициации, или начало синтеза пептида, заключается в объединении двух находящихся до этого порознь в цитоплазме субчастиц рибосомы на определенном участке мРНК и присоединении к ней первой аминоацил-тРНК. С тем концом  и-РНК, с которого должен начаться синтез белка, взаимодействует рибосома. При этом начало будущего белка обоаначается триплетом АУГ, который является знаком начала трансляции- это точка промотор.. Так как этот кодон кодирует аминокислоту метионин, то все белки (за исключением специальных случаев) начинаются с метионина.

2. СТАДИЯ ЭЛОНГАЦИЯ – удлинение

После связывания рибосома начинает двигаться по иРНК, задерживаясь на каждом ее участке, который включает в себя два кодона (т. е. 3 + 3 = 6 нуклеотидов). Время задержки составляет всего 0,2 с. За это время молекула тРНК, антикодон которой комплементарен кодону, находящемуся 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 которой комплементарен следующему триплету в иРНК, и следующая аминокислота, принесенная этой тРНК, включается в растущую цепочку. После этого рибосома сдвигается по и-РНК, задерживается на следующих нуклеотидах, и все повторяется сначала. Сборка полипептидной цепи идет в направлении 5-3

3. СТАДИЯ ТЕРМИНАЦИЯ

Завершение синтеза белка в участке-терминаторе, который узнается РНК-полимеразой при участии особых белковых факторов терминации.
Рибосома доходит до одного из так называемых стоп-кодонов (УАА, УАГ или УГА). Эти кодоны не кодируют аминокислот.

ПОСТТРАНСЛЯЦИОННАЯ МОДИФИКАЦИЯ формирование третичной структуры белковой молекулы.

VII. Самостоятельная работа с самопроверкой по эталону.

Решите задачи с помощью таблицы генетического кода.

Задача №1

Участок молекулы ДНК, кодирующий часть полипептида, имеет следующее строение:

-А -Ц -Ц -А -Т -А - Г -Т - Ц - Ц - А - А - Г - Г - А -

Определите последовательность аминокислот в полипептиде.

Дано:                                                                                      

Участок молекулы ДНК,   кодирующий часть полипептида:                                      

 -А-Ц-Ц-А -Т-А-Г-Т-Ц-Ц- А- А- Г-Г-А -

Найти: последовательность аминокислот  в полипептиде.

Решение:

1.Зная кодирующую цепь ДНК,  по принципу комплемента

ДНК:     -А -Ц -Ц - А - Т - А - Г - Т - Ц - Ц - А - А - Г - Г - А -

и -РНК:-У - Г - Г - У - А - У - Ц - А - Г - Г -У - У - Ц - Ц - У -

2. Используя таблицу генетического кода, определяем последовательность аминокислот в полипептиде.

Ответ: триптофан - тирозин - глутамин - валин - пролин

Задача №2

Сколько нуклеотидов содержит ген (обе цепи ДНК), в котором запрограммирован белок инсулин из 51 аминокислоты?

Дано:                                                                              

Белок инсулин - 51 аминокислота                      

Найти: количество нуклеотидов,                        

содержащихся в гене, в котором       запрограммирован белок инсулин?

Решение: 1.Подсчитаем количество нуклеотидов в одной цепи ДНК.

51*  3=153 нуклеотида

2.Подсчитаем, сколько нуклеотидов содержит ген (обе цепи ДНК)

153* 2 =306 нуклеотидов

Ответ: 306 нуклеотидов.

VIII. Включение в систему знаний и повторение.

Вернемся к нашему кластеру и дополним его. Сумели мы выполнить нашу учебную задачу? Можете объяснить выбор эпиграфа к уроку?

IX. Рефлексия.

Как вы оцениваете свою работу на уроке? Какие этапы  вам больше понравились? Какие вызвали затруднения? Где вам пригодятся знания и навыки, полученные на уроке?

Домашнее задание:   Биосинтез белка. Решение задач из технологической карты.

Тест. Вспомним.

1.  Материальным носителем наследственной информации в эукариотической клетке является:

1)иРНК                                                                   3) ДНК

2) тРНК                                                                   4) хромосома

2. В гене закодирована информация о:

1) строении белков, жиров и углеводов

2) первичной структуре белка

3) последовательности нуклеотидов в ДНК

4) последовательности аминокислот в 2-х и более молекулах белков

3. Репликация ДНК сопровождается разрывом химических связей:

1) пептидных, между аминокислотами

2) ковалентных, между углеводом и фосфатом

3) водородных, между азотистыми основаниями

4) ионных, внутри структуры молекулы

4.   Сколько новых одинарных нитей синтезируется при удвоении одной молекулы ДНК:

1) четыре     2) одна         3) две               4) три

5. При репликации молекулы ДНК образуется:

1) нить, распавшаяся на отдельные фрагменты дочерних молекул

2) молекула, состоящая из двух новых цепей ДНК

3) молекула, половина которой состоит из нити иРНК

4) дочерняя молекула, состоящая из одной старой и одной новой цепи ДНК

1-3,  2-2,  3-3,  4-3,  5-4

Тест. Проверим.

1. Синтез иРНК начинается с:

1) разъединения ДНК на две нити

2) взаимодействия фермента РНК — полимеразы и гена

3) удвоения гена

4) распада гена на нуклеотиды

2. Транскрипция — это процесс:

1) репликации ДНК         2) синтеза иРНК       3) синтеза белка    

4) присоединения тРНК к аминокислоте

3. Матрицей для синтеза молекулы иРНК при транскрипции служит:

1) вся молекула ДНК

2) полностью одна из цепей молекулы ДНК

3) участок одной из цепей ДНК

4) в одних случаях одна из цепей молекулы ДНК, в других– вся   молекула ДНК.

4. Транскрипция происходит:

1) в ядре     2) на рибосомах             3) в цитоплазме    4) на каналах гладкой ЭПС