БИОСИНТЕЗ БЕЛКА
Урок
биологии
12 класс
Учитель биологии Белых Н.В.
Красногвардейская специальная (коррекционная)
общеобразовательная школа-интернат №25 VI вида
Цель 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 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:
Гормоны Ферменты
Антитела
белки Транспорт
Строительство
Движение
— 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.)
ДНК матрица u – РНК матрица белок
— 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
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.