Цели и задачи урока: раскрыть сущность пластического обмена, процесс биосинтеза белка, его основные закономерности; закрепить понятие “обмен веществ”, сформировать у учащихся понятие “генетический код” и познакомить их с основными его свойствами; рассмотреть особенности синтеза белков у эукариот.
Оборудование: таблицы “Биосинтез белка”, “Строение белка”, “Генетический код”.
Ход урока
I. Организационный момент.
II. Проверка знаний. Фронтальный опрос.
- Назовите одним словом: углекислый газ, хлорофилл, вода, глюкоза (фотосинтез)
- Постройте логическую цепочку из таких понятий:
- Растение, хлоропласт, лист, клетка, хлорофилл (растение, лист, клетка, хлоропласт, хлорофилл)
- Объясните понятие фотосинтез
- Сколько фаз в процессе фотосинтеза?
- Перечислите основные процессы световой фазы, темновой фазы.
- Раскройте значение фотосинтеза.
III. Изучение нового материала с предварительной актуализацией знаний.
Диалог учителя и учеников
Давайте вспомним, что такое метаболизм? Из каких противоположных процессов он состоит? Объясните схему. (Слайд 2)
- Какую роль при этом играют ферменты?
- Какова природа ферментов?
Итак, клетка поглощает вещества из окружающей среды и выделяет продукты жизнедеятельности в окружающую среду. Перечислите вещества, которые клетки человека поглощают из окружающей среды? Что выделяют клетки человека в окружающую среду? Какова роль энергии в этих процессах?
Таким образом, клетка является открытой системой, т.к. между ней и окружающей средой постоянно происходит обмен веществ и энергии.
- Каковы основные функции белков в клетке?
Исходя из перечисленных функций белков, становится понятна 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.
- Что же позволяет постоянно пополнять уровень белков в организме?
Биосинтез белка относится к реакциям пластического обмена.
Биосинтез белка – важнейший процесс в живой природе. Это создание молекул белка на основе информации о последовательности аминокислот в его первичной структуре, заключенной в структуре ДНК. (Слайд 3)
Процесс синтеза белка осуществляется в рибосомах и происходит в цитоплазме. Важную роль при этом играют молекулы АТФ, как источник энергии. В биосинтезе участвуют также аминокислоты, многочисленные ферменты и различные виды РНК.
Информация о первичной структуре белка находится в ядре и “записана” в виде последовательности нуклеотидов ДНК.
Образуется последовательность: ДНК —> РНК —> белок.
Постановка проблемы
Каким образом последовательность нуклеотидов в цепи ДНК может определять последовательность аминокислот в молекуле белка? Четырьмя типами нуклеотидов должны быть закодированы 20 типов аминокислот, из которых состоят все белковые молекулы. Если бы одной аминокислоте соответствовал один нуклеотид, то четыре типа нуклеотидов могли бы определять четыре типа аминокислот. Это явно не подходит. Если предположить, что каждый тип аминокислот определяется двумя нуклеотидами, то имея исходно четыре типа оснований, можно закодировать 16 разных аминокислот. Этого тоже недостаточно. Наконец, если каждой аминокислоте будут соответствовать три стоящие подряд нуклеотида, т.е. триплет, то таких сочетаний может быть 64, и этого более, чем достаточно, чтобы зашифровать 20 типов аминокислот.
Набор сочетаний из трех нуклеотидов, кодирующих 20 типов аминокислот, входящих в состав белков, называют генетическим кодом. (Слайд 4)
Суть генетического кода заключается в том, что последовательность расположения нуклеотидов в ДНК и в иРНК определяет последовательность расположения аминокислот в белках. Носителем генетической информации является ДНК, но так как непосредственное участие в синтезе белка принимает иРНК, то генетический код записан на “языке” РНК.
Основные свойства генетического кода (Слайд 5):
1. Триплетность: каждая аминокислота кодируется триплетом (кодоном) нуклеотидов.
2. Однозначность: кодовый триплет соответствует только одной аминокислоте.
3. Вырожденность (избыточность): одну аминокислоту могут кодировать несколько кодонов.
4. Универсальность: генетический код одинаков, одинаковые аминокислоты кодируются одними и теми же триплетами нуклеотидов у всех организмов Земли.
5. Неперекрываемость: последовательность нуклеотидов имеет рамку считывания по 3 нуклеотида, один и тот же нуклеотид не может быть в составе двух триплетов (жил был кот тих был сер мил мне тот кот).
6. Из 63 кодовых триплетов 61 кодон - кодирующие, кодируют аминокислоты, а 3 – бессмысленные, не кодируют аминокислоты, терминирующие синтез полипептида при работе рибосомы (УАА, УГА,УАГ). Кроме того, есть кодон – инициатор (метиониновый), с которого начинается синтез любого полипептида.
Давайте ознакомимся с таблицей генетического кода. (Слайд 6)
- Как же происходит синтез белка? Биосинтез состоит из двух последовательных этапов: транскрипции и трансляции. (Слайд 7)
Транскрипция, или переписывание генетической информации с ДНК на иРНК происходит в ядре. Благодаря действию ферментов участок ДНК раскручивается, и вдоль одной из цепей по принципу коплементарности выстраиваются нуклеотиды. Соединяясь между собой, они образуют полинуклеотидную цепочку иРНК, которая оказывается точной копией участка ДНК, “списанной” с нее, как с матрицы.
Трансляция, или перевод генетической информации в структуру белка. Образовавшаяся иРНК выходит через поры в ядерной оболочке и вступает в контакт с многочисленными рибосомами.
Рибосома прерывисто скользит по иРНК, как по матрице, и в строгом соответствии с последовательностью расположения ее нуклеотидов выстраивает определенные аминокислоты в длинную полимерную цепь белка.
Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью транспортных РНК (тРНК), которые находятся в цитоплазме.
Для каждой аминокислоты требуется своя тРНК, комплементраная определенному участку иРНК. Такой участок иРНК представлен триплетом – сочетанием трех нуклеотидов, называемым кодоном. В свою очередь, и каждая аминокислота, входящая в белок, тоже закодирована определенным сочетанием трех нуклеотидов тРНК (антикодоном), по которым они и находят друг друга.
Вдоль молекулы иРНК движется сразу несколько рибосом (такая структура называется полисомой), при этом одновременно синтезируется несколько молекул белка.
IV. Закрепление изученного материала
1. Беседа. Работа учащихся со схемой “Синтез белка”. (Слайд 8)
2. Решение биологических задач. (Слайды 9-12)
Задача 1. Участок гена имеет такую последовательность нуклеотидов: ТЦАГГАТГЦАТГАЦЦ
Определите последовательность нуклеотидов иРНК и последовательность аминокислот в белковой молекуле, которая синтезируется под контролем этого гена.
Решение:
ДНК: ТЦА-ГГА-ТГЦ-АТГ-АЦЦ
1. По принципу комплементарности определяем последовательность нуклеотидов иРНК
АГУ-ЦЦУ-АЦГ-УАЦ-УГГ
2. По таблице генетического кода определяем последовательность аминокислот
сер-про-тре-тир-три.
Задача 2. Фрагмент цепи иРНК имеет последовательность нуклеотидов:
ЦЦЦАЦЦГЦАГУА
Определите последовательность нуклеотидов на ДНК, антикодоны тРНК и последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка, используя таблицу генетического кода.
Решение:
1. По принципу комплементарности определяем последовательность на ДНК:
ГГГТГГЦГТЦАТ
2. По принципу комплементарности определяем антикодоны молекул тРНК:
ГГГ, УГГ, ЦГУ,ЦАУ
3. По таблице генетического кода определяем последовательность аминокислот:
про-тре-ала-вал
Домашнее задание: изучить текст параграфа, записи в тетради.
Литература.
1. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: В 3 т.: Пер. с англ./ под ред. Р.Сопера. – М.: Мир, 1990.
2. Калинова Г.С. Оптимальный банк заданий для подготовки учащихся. Единый государственный экзамен 2012. Биология. Учебное пособие. – Москва: Интеллект-Центр, 2012.
3. Каменский А.А. Общая биология. 10-11 класс: Учебн. для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2005.
4. Каменский А.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учеб. для 9 кл. общеобразоват. учебн. заведений. – М.: Дрофа, 2008.
5. Пепеляева О.А., Сунцова И.В. Поурочные разработки по общей биологии: 9 класс. – М.: ВАКО, 2006.
6. Пименов А.В. Уроки биологии в 10 (11) классе. Развернутое планирование. – Ярославль: Академия развития, 2001.
7. Сивоглазов В.И. Общая биология. Базовый уровень: Учеб. для 10-11 кл. общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2005.