Урок биологии "Биосинтез белка" (10 класс)

Муниципальное казённое образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №3

г. Россоши Россошанского муниципального района Воронежской области

Авторская разработка урока  биологии

«Биосинтез белка»

( 10 класс)

Автор: Кунахова Светлана Леоновна 

учитель биологии ВКК

Россошь, февраль 2014 г.

Цели и задачи  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;

·         закрепить знания о принципе комплементарности в процессе решения биологических задач

·         развивать логическое мышление учащихся.

Методическое обеспечение:

·         таблицы по общей биологии “Строение живой клетки,

·         дидактический материал для проверки понятийного аппарата

·         приложение: презентация  Microsoft PowerPoint.

Ход урока

I. Организационный момент

II.Актуализация опорных знаний по теме “Белки”

1.     Тестирование по теме «Генетический код. Свойства генетического кода» (приложение).

2.     Учитель предлагает учащимся определить объект изучения.

На доске – схема  (слайд 2)

Учитель: Какие вещества выполняют перечисленные функции? Приведите конкретные примеры.

Учащиеся. Это  белки.

Учитель. Верно. Дайте определение белков. 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.

Учитель:

 -  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. Что определяет строение и структуру белка?

 - Каким образом кодируется аминокислотный состав белков?

 - Вспомните и расшифруйте свойства генетического кода. (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?  (Слайд 5)

Групповая работа.

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 6.)

– В 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.

2. Транскрипция – первый этап биосинтеза белка.

(Слайд 7, 8)

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 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 комплементарности.

Двигаясь по цепи ДНК вдоль необходимого гена, РНК-полимераза подбирает по принципу комплементарности 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.

3. Трансляция как второй этап биосинтеза белков в клетке. (Слайд 9)

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

·        Строение и функции т- РНК.

(Слайд 10, 11)

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 субъединиц  – большой и малой. Малая субъединица отвечает за генетические, декодирующие функции; большая - за биохимические и ферментативные.

В малой субъединице рибосомы различают функциональный центр (ФЦР) с двумя участками – акцепторным и донорным. В ФЦР одновременно может находиться шесть нуклеотидов u -РНК: три - в акцепторном, три - в донорном участках.

(Слайд 12.)

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.

1.     Этап инициации. Функционирование рибосомной  системы начинается с взаимодействия u--РНК с субъединицей рибосомы, к донорскому участку которой присоединяется инициаторная m -РНК, всегда метиониновая. Любая полипептидная цепь начинается с метионина, который в дальнейшем отщепляется. Синтез полипептида идет от N- конца к  С - концу, то есть пептидная связь обращается между карбоксильной группой первой и аминогруппой второй аминокислоты.

2.     Этап элонгации. 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 комплементарен 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 рибосом целиком 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

Трансляция идет до тех пор, пока в акцепторный участок не попадет стоп-кодон, являющийся “знаком препинания” между генами. На этом элонгация, то есть рост полипептидной цепи, завершается.

3.     Этап терминации.  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 и протекает одновременный синтез нескольких полипептидных цепей. (Слайд 13)

Таким образом, процесс синтеза белка представляет собой серию ферментативных реакций, идущих с затратой энергии АТФ.

4.     Посттрансляционная модификация. это ковалентная химическая модификация белка после его синтеза на рибосоме, происходящая в комплексе Гольджи. (Слайд 14)

IV. Общие выводы по теме “Биосинтез белка”

V. Закрепление

Решение задачи (Слайд 15)

В трансляции участвовали  т-РНК , имеющие антикодоны АЦЦ, УАУ, АГГ, ААА, УЦА.         

Определите аминокислотный состав полипептида и участок ДНК, кодирующий данный полипептид.

Этапы решения:

         1. По принципу комплементарности  определяем последовательность нуклеотидов и-РНК.

         2. По таблице генетического кода определяем последовательность аминокислот.

Решение задачи: используется таблица генетического кода (Слайд 16)

         3. По принципу комплементарности определяем последовательность нуклеотидов в ДНК.

1.    Последовательность нуклеотидов и-РНК

         АУГ УГГ АУА УЦЦ УУУ АГУ УАГ

2.    Последовательность аминокислот в полипептиде: 

        мет – три – иле – сер – фен – сер 

3.        Участок 1 цепи ДНК имеет вид:

    Т А Ц -  А Ц Ц -  Т А Т -  А  Г  Г  - А А А -  Т Ц А -  А Т Ц  (Слайд 17)

Просмотр видеофрагмента, комментарии учащихся.

VI. Домашнее задание

1. Андреева Н.Н. Общая биология 10-11 классы.- М: Мнемозина,2011., параграф 16

2. Составить задачи по теме «Биосинтез белка»

VII. Подведение итогов, оценивание.

Литература:

• Андреева Н.Н. Общая биология 10-11 классы.- М: Мнемозина,2011.Большой справочник для поступающих в вузы. – М. Дрофа. 2004
• Резанова Е.А., Антонова И.П. Общая биология  в таблицах и схемах. – М.: Издат-школа, 2000
• Бодрова Н.Ф. изучение курса «Основы общей биологии» - Воронеж: ВГПУ, 2002
• Лернер Г.И.Общая биология. (10-11 классы): Подготовка к ЕГЭ. Контрольные и самостоятельные работы/Г.И.Лернер. – М.: Эксмо, 2007. – 288с.
• http://ru.wikipedia.org
• http://school-collection.edu.ru

Приложение

Вариант 1

Свойство	Значение
	В молекуле нуклеиновой кислоты одна аминокислота кодируется сочетанием трёх последовательно расположенных нуклеотидов
Специфичность
	Аминокислотам соответствует не один, а несколько кодонов, что повышает надёжность хранения и передачи наследственной информации
	Один нуклеотид не может входить одновременно в состав нескольких триплетов
Универсальность

Вариант 2

Свойство	Значение
	В ДНК содержатся гены, не кодирующие аминокислоты
Генетический код (определение)
	Один триплет (кодон) всегда кодирует только одну аминокислоту
	В молекуле нуклеиновой кислоты одна аминокислота кодируется сочетанием трёх последовательно расположенных нуклеотидов
Избыточность