Тема. БИОСИНТЕЗ БЕЛКА. (10 класс)

Цель урока: формирование знаний о метаболизме клеток путем изучения реализации наследственной информации в процессе биосинтеза белка;

Задачи урока:

- продолжить формирование знаний о хранении информации о белках в ДНК;

- сформировать знания о механизмах биосинтеза белка на примере транскрипции и трансляции;

- раскрыть механизмы матричного синтеза полипептидной цепи на рибосомах;

- развивать умения применять информационные технологии для решения задач молекулярного уровня.

- развивать логическое мышление учащихся.

- совершенствовать умения работы в коллективе, малых и больших группах.

Методическое обеспечение:

• таблицы по общей биологии "Строение живой клетки,

• дидактический материал для проведения групповой работы,

• приложение: презентация Microsoft PowerPoint. «Биосинтез белка»,

• мультимедийная доска, мультимедийный проектор,

• ресурсы Internet

Ход урока

I.Организационный момент

Психологический тренинг ( Приложение, Слайд 2)

- Скрестить кисти рук и обратить внимание большой палец какой руки находиться сверху. Если правой - преобладает аналитическое мышление, если левой - человек » эмоциональный.

При удачном сочетании аналитического рассуждения и в меру необходимой эмоциональности - материал усвоится на достаточно высоком уровне

II. Активизация опорных знаний по теме "Белки"

Учитель предлагает учащимся определить объект изучения.

На экране записаны слова:

Миозин

Актин

Пероксидаза

Гемоглобин

Инсулин

глобулин

Липопротеины

(Приложение. Слайд 5.)

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.

Предполагаемые ответы учащихся:

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.

глобулин - белок плазмы крови, участвующий в иммунных реакциях организма. Это белок из группы антител, которые связываются с антигенами.

Липопротеины - белки, выполняющие строительную функцию.

(Приложение. Слайд 6.)

- 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.

(Приложение. Слайд 3.)

III. Изучение нового материала.

Тема урока: "Биосинтез белка".

1. Постановка проблемы (Приложение. Слайд 7)

- Что позволяет постоянно пополнять уровень белков в организме без ухудшения их свойств?

Групповая работа. ( Коммуникативная технология, методика «два-четыре-все»)

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 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?

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.

2. История изучения биосинтеза белка. Теория Жакоба-Моно. Догма молекулярной биологии. (Приложение. Слайд 9,10,11)

- 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.

3. Транскрипция - первый этап биосинтеза белка.

(Приложение. Слайд 12,13.)

Комментарии учителя.

Первый этап переноса генетической информации с ДНК в клетку заключается в том, что генетическая информация в виде последовательности нуклеотидов ДНК переводится в последовательность нукелеотидов 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.

(Приложение. Слайд 14,15)

4. Тренажёр «Транскрипция» ( Internet, Яндекс , Поиск «Тренажёр биосинтез белка» , п.5)

5. Трансляция как второй этап биосинтеза белков в клетке

Свойства генетического кода (Отвечают учащиеся).

Трансляция (лат. "translatio" - перевод) - II этап биосинтеза белка.

(Приложение. Слайд16,17.18,19,20,21,22)

6. Изучение процесса трансляции ( Методы исследования, моделирования) - докладывает группа учеников, самостоятельно изучившие материал.

(по необходимости 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. В ФЦР может находиться шесть нуклеотидов u -РНК: три - в акцепторном, три - в донорном участках.

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 со взаимодействия u-РНК с субъединицей рибосомы, к донорскому участку которой присоединяется инициаторная т -РНК, всегда метиониновая..

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 т -РНК, чей антикодон комплементарен кодону u -РНК, находящемуся в данном участке ФЦР. Между метионином и аминокислотой акцепторного участка образуется пептидная связь, после чего метиониновая т-РНК отсоединяется, а растущую цепь белка акцептирует (присоединяет)вторая т-РНК.

После образования пептидной связи т-РНК перемешается в донорный участок ФЦР. Одновременно с этим рибосом целиком передвигается в направлении следующего кодона u-РНК, а метиониновая т-РНК выталкивается в цитоплазму. В освободившийся акцепторный участок приходит новая т-РНК, связанная аминокислотой, которая шифруется очередным кодоном и РНК, Снова происходит образование пептидной связи, и белковая молекула удлиняется еще на одно звено. 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. Трансляция идет до тех пор, пока в акцепторный участок не попадет стоп-кодон ( кодон-терминатор), являющийся "знаком препинания" между генами. На этом элонгация, то есть рост полипептидной цепи, завершается.

7. Тренажёр «Трансляция» ( Internet, Яндекс ,Поиск «Тренажёр биосинтез белка» , п.5)

Полипептидная цепь отделяется от m -РНК и покидает рибосому, которая в дальнейшем распадается на субчастицы. Процесс завершения синтеза белковой молекулы называется терминацией. А далее идёт пространственное формирование белковой молекулы - модификация.

Для увеличения эффективности функционирования т-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.

С какой же скоростью осуществляются реакции синтеза белков?

8 . Решение задачи (устно)

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.

IV. Общие выводы по теме "Биосинтез белка"

V. Закрепление.

1. Работа малыми группами (Коммуникативная технология , методика « обучаясь-обучаю» ( в парах сильный и слабый ученики) ( Internet, Яндекс , Поиск «Тренажёр биосинтез белка» , п.14)

2. Работа с головным компьютером и мультимедийной доской (Приложение. Слайды 23,24,25)

3.Тест-задание. (Приложение. Слайды 26,27,28) + у каждгог ученика тест-опросник.

По окончании работы оценивание осуществляется методом «взаимопроверки» в парах.

VI. Домашнее задание ( Приложение. Слайд 30)

VII. Итог