Урок биологии в 10-м классе. Тема: "Биосинтез белка"

Тип урока: урок изучения нового материала.

Задачи урока:

• Образовательные:
  • познакомить с молекулярными и цитологическими основами реализации наследственной информации на уровне синтеза полипептидной цепи и роли нуклеиновых кислот и белков в этом процессе. Раскрыть значение биосинтеза белка;
  • проконтролировать первичное усвоение знаний с помощью дидактических материалов.
• Развивающие:
  • продолжать формировать межпредметные связи, развивать познавательный интерес;
  • продолжить формирование учебно-познавательной компетенции: характеризовать процессы биосинтеза белка, его стадии; владеть умениями сравнения, доказательства, вычленения основных идей в учебном материале, составления схемы, планирования проекта;
  • развивать  умения работать с компьютером.
• Воспитательные:
  • продолжить формирование естественнонаучной картины мира при рассмотрении успехов современной науки в решении вопросов, связанных с реализацией наследственной информации;
  • формировать коммуникативную компетенцию: уметь оформлять свою мысль, отвечать на вопросы, применять в своей речи логические приемы, соблюдать процедуру группового обсуждения;
  • воспитание ценностного отношения к своему здоровью (необратимые изменения возникающие при нарушении генетического кода).

1. Учащиеся должны усвоить новые понятия: «пластический обмен, транскрипция, трансляция, генетический код, триплетность, однонаправленность.  вырожденность, специфичность, универсальность генетического кода, антикодоны ; знать сущность этапов транскрипции и трансляции, посттрансляционной модификации белков.

2. Учащиеся должны уметь самостоятельно прорабатывать учебный материал, объяснять схемы транскрипции и трансляции, аргументировать выводы, применять знания для выполнения ситуативных задач.

Оборудование:модель ДНК, презентация «Синтез белка», компьютер с мультимедийным проектором, компьютерные модели.

Методическое обеспечение:

• таблицы по общей биологии «Строение клетки», «Биосинтез белка»;
• раздаточный тестовый материал для закрепления, проверки и взаимопроверки знаний;
• презентация Microsoft PowerPoint «Биосинтез белка» – презентационное сопровождение урока 35 слайдов (POWER POINT).

Актуальность использования средств ИКТ

• Возможность представления в мультимедийной форме уникальных информационных материалов.
• Демонстрация этих процессов помогает наглядно представить сущность биосинтеза, расширить представление  о матричном синтезе и  кодировании наследственной информации.
• Необходимость наглядной визуализации изучаемых процессов.
• Возможность остановки на ключевых кадрах и повторной демонстрации  наиболее важных фрагментов.

Тип урока: комбинированный урок с закреплением знаний, новым материалом, решением проблемных вопросов и познавательных задач.

ХОД УРОКА

Пояснения к Презентации

I. Оргмомент – 2 мин.

II. Мотивация и целеполагание

Первый слайд – титульный (вопрос)

Почитайте текст

Процесс осуществляется в хромосомах на молекулах ДНК по принципу матричного синтеза.
При участии ферментов РНК-полимеразы на соответствующих участках молекулы ДНК (генах) синтезируются все виды РНК (иРНК, тРНК, рРНК).
В цитоплазму через ядерную оболочку перемещаются иРНК и тРНК, в субъединицы рибосом встраиваются рРНК.
Рибосома вступает на один из концов иРНК (именно на тот, с которого начинается ее синтез в ядре) и начинает перемещаться прерывисто по иРНК, триплет за триплетом, соответственно наращивается полипептидная цепочка, одна за другой соединяются аминокислоты, поднесенные с соответствующим участкам иРНК транспортными РНК. Каждой аминокислоте соответствует свой фермент, присоединяющий ее к тРНК.Используется энергия АТФ.

Какой процесс описан?

III. Этап самоопределения (определение темы урока)

Учащиеся работают с текстом (Приложение 1), в котором описывается биологический процесс. Их задача определить процесс.

Второй слайд – ставим цель урока, задачи урока, знакомим с содержанием.

Третий слайд «Жизнь – есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит в постоянном самообновлении химических составляющих частей этих тел» (Ф. Энгельс)

Многообразие белков и строение молекулы ДНК

Важнейшим процессом ассимиляции в клетке является синтез белка. Так как белки выполняют в организме целый ряд функций, то необходимо синтезировать тысячи различных белков, тем более что большинство белков имеют ограниченный срок функционирования и синтез таких белков (компонентов мембран, гормонов, ферментов) не прекращается ни на минуту. Так, например, за сутки в организме человека распадается около 400 г различных белков, следовательно, такую же массу нужно синтезировать снова.
Каждый вид живых существ имеет свой собственный, строго определенный набор белков. Белки являются основой уникальности каждого вида, хотя некоторые белки, выполняющие одну и ту же функцию в разных организмах, могут быть похожими и даже одинаковыми.
С другой стороны, все особи одного вида хоть немного, но отличаются друг от друга. На Земле нет, например, двух абсолютно одинаковых людей или амеб. Индивидуальную неповторимость каждой особи определяют различия в структуре белков.

Четвёртый – пятый слайд Николай КонстантиновичКольцов (1872-1940) Отечественный зоолог, цитолог, генетик. Выдвинул идею о том, что синтез белка идет по матричному принципу.
Центральная догма (основной постулат) молекулярной биологии – матричный синтез.
Смысл матричного синтеза в том, что, имея одну молекулу в качестве матрицы (формочка), можно синтезировать множество других одинаковых молекул

IV. Актуализация изученного материала (повторение теоретического материала по разделу  Репликация и транскрипция)

6-7слайды.  Участники  синтеза белка (работа с текстом)

Направлен на актуализацию знаний, необходимых для восприятия новой темы – повторяем материал о нуклеиновых кислотах, их видах и функциях. Обращаем внимание на рисунки, демонстрирующие разное пространственное строение молекул РНК и связь такого строения с выполняемыми функциями. учащихся имеются бумажные варианты тестов и технологические карты, куда они записывают результат.
Используя таблицу учащиеся дают определения терминам, названием веществ и органоидов клетки, проговариваемых в ходе работы над темой

Участники биосинтеза белка (далее – примерные ответы учащихся по пройденным темам)

1. ДНК

Строение. Актуализация знаний о строении ДНК, самоудвоении ДНК, реакциях матричного синтеза, принципе комплементарности.
Разнообразие белков обусловлено различной последовательностью аминокислот в первичной структуре белковой молекулы. А зашифрована информация об этой первичной структуре в последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК (самостоятельная работа учащихся с компьютером

Биологические функции ДНК

2. РНК

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:

Все типы РНК образуется в результате реакций матричного синтеза.
В большинстве случаев матрицей служит одна из цепей ДНК. Таким образом, синтез РНК на матрице ДНК является гетерокаталитической реакцией матричного типа. Этот процесс называется транскрипцией.

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.

• 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.
• Определение аминокислот по генетическому коду и-РНК( самост-ая работа с компьютером)

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

8 слайд

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

ДНК   —>    иРНК    —>    белок

транскрипция                            трансляция

Ген – участок ДНК, кодирующий информацию об одном белке.

1. Транскрипция. Носителем генетической информации является ДНК, расположенная в клеточном ядре. Сам же синтез белка происходит в цитоплазме на рибосомах. Из ядра в цитоплазму информация о структуре белка поступает в виде информационной РНК (иРНК). Для того чтобы синтезировать иРНК, участок двуцепочечной ДНК раскручивается, а затем на одной из цепочек ДНК по принципу

Модель-анимация процесса транскрипции (самостоятельная работа учащихся с компьютером)

В начале каждого гена находится особая специфическая последовательность нуклеотидов, называемая промотором. РНК-полимераза «узнает» промотор, взаимодействует с ним и, таким образом, начинает синтез цепочки иРНК с нужного места. Фермент продолжает синтезировать иРНК, присоединяя к ней новые нуклеотиды, до тех пор, пока не дойдет до очередного «знака препинания» в молекуле ДНК — терминатора. Это последовательность нуклеотидов, указывающая на то, что синтез иРНК нужно прекратить.
В цитоплазме обязательно должен иметься полный набор аминокислот, необходимых для синтеза белков. Эти аминокислоты образуются в результате расщепления белков, получаемых организмом с пищей, а некоторые могут синтезироваться в самом организме.

Необходимо помнить, что любая аминокислота может попасть в рибосому, только прикрепившись к специальной транспортной РНК (тРНК).

Трансляция. В цитоплазме происходит завершающий процесс синтеза белка – трансляция. Это перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот молекулы белка. Важную роль здесь играют тРНК. Каждая тРНК присоединяет определённую аминокислоту и транспортирует её к месту сборки полипептида в рибосоме. В молекуле тРНК есть два активных участка: триплет-антикодон на одном конце и акцепторный конец на другом. Антикодон считывает информацию с иРНК, акцепторный конец является посадочной площадкой для аминокислоты. 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.

Этапы трансляции (слайды 11-16.)

1. СТАДИЯ ИНИЦИАЦИЯ

Начала синтеза цепи
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 сначалаСборка 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.

20 слайд Это интересно…

• Синтез одной молекулы белка длится 3-4 минуты
• За одну минуту образуется от 50 до 60 тыс. пептидных связей
• Половина белков нашего тела (всего  17 кг белка) обновляется за 80 дней
• За свою жизнь человек обновляет весь свой белок около 200 раз

21 слайд Найдите ошибку:

Рибосомы, словно бусы
Забрались на ДНК.
С ДНК они читают
Код молекулы белкa.
Строят цепь белкa они
Согласно информации.
Вместе весь процесс зовем
Коротко, мы, трансляция

VI. Закрепление знаний по теме: “Биосинтез белка”. Решение задач по изученному материалу

Работу можно проводить в малых группах, а так же индивидуально – 10 мин.

Слайд 22:  Фильм  по теме  «Биосинтез белка»
Слайд № 23 Карточка-задание №1 Процесс синтеза  белка
Слайды № 24-26

ПОДВЕДЁМ ИТОГИ:

Задачи:

1. В искусственных условиях (вне клетки) удаётся синтезировать белок, используя для этого готовые, взятые из клеток организмов компоненты ( и-РНК, рибосомы, аминокислоты, АТФ, ферменты). Какой – овечий или кроличий белок будет синтезироваться, если для искусственного синтеза взяты рибосомы кролика, а и-РНК – из клеток овцы? Почему?

2. Одна макромолекула белка гемоглобина , состоит из 574 аминокислот, в молекулу белка за 1 секунду «сшивается» 20 аминокислот. Объясните  за сколько секунд она синтезируется

VII. Итог урока: подведение результатов работы на уроке; выставление оценок.

VIII. Домашнее задание:  §15 Биосинтез белка. Решение задач из технологической карты.