Разработка урока на тему Биосинтез белка

Урок биологии по теме "Биосинтез белка"

Белых Надежда Викторовна, учитель

Разделы: Преподавание биологии

Цели урока:

углубить знания о метаболизме клеток путем изучения реализации наследственной информации в процессе биосинтеза белка;

продолжить формирование знаний о хранении информации о белках в ДНК;

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

показать роль транспортных РНК в процессе биосинтеза белка;

раскрыть механизмы матричного синтеза полипептидной цепи на рибосомах;

коррегировать и развивать логическое мышление учащихся.

Методическое обеспечение:

таблицы по общей биологии “Строение живой клетки,

дидактический материал для проведения групповой работы,

приложение: презентация <см. Приложение1> Microsoft PowerPoint.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Активизация опорных знаний по теме “Белки”

Учитель предлагает учащимся определить объект изучения.

На экране записаны слова:

Миозин

Актин

Пероксидаза

Гемоглобин

Инсулин

у-глобулин

Липопротеины

(Приложение. Слайд 1.)

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.

у-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 2.)

На экране выстраиваем схему:

<Рисунок1>

– 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. 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 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.

(Приложение. Слайд 4.)

<Рисунок 2>

– 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 програм-мирует синтез белков клетки.

(Приложение. Слайд 5, 6)

2. Транскрипция – первый этап биосинтеза белка.

(Приложение. Слайд 7.)

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 нук-леотидов 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 8.)

3. Трансляция как второй этап биосинтеза белков в клетке

Свойства генетического кода (Отвечают учащиеся).

Трансляция (лат. “translatio” – перевод) – II этап биосинтеза белка.

(Приложение. Слайд 9, 10)

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.

(Приложение. Слайд 11.)

Комментарии учителя.

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 присоеди-няется инициаторная m -РНК, всегда метиониновая.

Любая полипептидная цепь начинается с метионина, который в дальней-шем отщепляется. Синтез полипептида идет от N- конца к С - концу, то есть пептидная связь обращается между карбоксильной группой первой и аминогруппой второй аминокислоты.

Далее к образовавшемуся комплексу присоединяется большая субъеди-ница рибосомы, после чего весь рибосомный комплекс начинает перемеща-ться 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. Между метионином и аминокислотой акцепторного участка образуется пептидная связь, после чего метиониновая m-РНК отсоединяется, а растущую цепь белка акцептирует (присоединяет)

 вторая m-РНК.

После образования пептидной связи m-РНК перемешается в донорный участок ФЦР. Одновременно с этим рибосомцеликом передвигается в направлении следующего кодона u-РНК, а метиониновая 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. 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 порув 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 стопкодон, являющийся “знаком препинания” между генами. На этомэлонгация, то есть рост полипептидной цепи, завершается.

(Приложение. Слайд 12)

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

Для увеличения эффективности функционирования m-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?

4. Решение задачи

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

(Приложение. Слайд 13,14,15,16

Тест-задание.

VI. Домашнее задание

1. Учебник “Общая биология” под ред. академика Д.К.Беляева, параграф 15

2. Подготовить сообщение: “Геномика – что это за наука?”

VII. Итог

<Приложение 1>

Литература:

Д.К.Беляев, Г.М.Дымщиц, А.О.Рувинский. “Общая биология. Учебник 10-11 классы”- М. “Просвещение”. 2000.

Большой справочник для поступающих в вузы. – М. Дрофа. 2004.

О.А.Пепеляева, И.В.Сунцова. Поурочные разработки по общей биологии.- М.ВАКО. 2006.

ЕГЭ Биология. Контрольные измерительные материалы 2006-2007. – М. Просвещение. 2007.