Тема урока: "Биосинтез белков"

1. Закрепить знания о гене, генетическом ходе;
2. Сформировать умение о механизме трансляции, синтезе белков в рибосомах.
3. Сформировать умение использовать знания о механизме биосинтеза белков при решении задач по молекулярной биологии.
4. Обеспечить восприятие и первичное осознание учащихся нового учебного материала.
5. Создание условий для усвоения учащимися программного материала на разных уровнях обучения (запоминание и репродуктивное воспроизведение знаний, понимание, применение, обобщение и систематизация).

Оборудование: таблицы “Синтез белка”, “Строение белков”, “Генетический код”, “Аминокислоты”, “Магнитная доска и динамическое оборудование по синтезу белка”.

Вступительное слово учителя. 

Урок начинается со стихов Семена Яковлевича Надсона:

Меняя каждый миг свой образ прихотливый,
Капризна как дитя и призрачна как дым,
Кипит повсюду жизнь в тревоге суетливой
Великое смешав с ничтожным и смешным.

Эти строки позволяют задуматься над вопросом, который всегда волновал людей: что такое жизнь? Мы сегодня с вами рассмотрим жизнь с точки зрения биологии. Еще Ф. Энгельс в работе “Антидюринг” дал жизни такое определение: “Жизнь есть способ существования белковых тел”. Это определение, данное более ста лет назад не устарело и в наше время.

II. Первичное осознание.

Ребята, у нас с вами сегодня урок – деловая игра. Представьте себе, что вы попали в будущее, перенеслись вперед на 20-30 лет. Перед вами большой биохимический завод по производству белка. Вы знаете, что в настоящее время таких заводов нет, т.к. синтез белка в искусственных условиях крайне сложен. Первая белковая молекула была искусственно синтезирована в лаборатории в начале 50-х годов. Это был инсулин, полипептидная цепь которого состоит всего из 51 аминокислотного остатка. Для его синтеза потребовалось провести около 5000 операций. В этой работе принимали участие 10 человек в течение трех лет. Как видите, в лабораторных условиях синтез белка требует огромных усилий, времени и средств. По этой причине синтез белка в промышленных масштабах еще не ведется, а в живой клетке синтез одно молекулы белка, состоящий из 200-300 аминокислотных звеньев, завершается очень быстро в 1-2 минуты. Почему в искусственных условиях синтез белка очень сложен, а в живых организмах он протекает очень быстро? Это вопрос для вас, на который вы мне ответите в конце урока, после того как вы побываете на заводе и мы разберем технологию синтеза белка. Прежде чем попасть на завод вы должны предъявить пропуск, т.к. завод будущего, то и пропуск необычный. Им служат ваши знания основных понятий, связанных с синтезом белка. Не знающих на завод не пропускают. Мы надеемся, что когда-нибудь в России начнет цениться образование, и на таких заводах будут работать люди высокой квалификации.

Игра-цепочка. Учащиеся задают по очереди друг другу вопросы и сразу отвечают на них.

Теперь мы на территории завода. Сейчас нас инженер завода познакомит с ассортиментом выпускаемой продукции. В роли инженера выступает ученик.

– Наш завод выпускает много различных видов белков, которые используются в разных отраслях народного хозяйства: медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве. В первую очередь перечислю белки, которое помогают человеку при лечении многих серьезных заболеваний:

1. Лимфотоксин – белок, убивающий опухолевые клетки. Лимфотоксин убивает только опухолевые клетки и при этом не оказывает вредного воздействия на нормальные клетки.
2. Интерферон – белок, обладающий противовирусным действием. Он с успехом применяется для лечения гепатита и гриппа.
3. Инсулин – белок, который контролирует содержание сахара в крови. Инсулин применяется в медицине для лечения сахарного диабета, заболевания, характеризующегося недостаточным содержанием инсулина в организме больных.
4. Гормон роста – белок, который регулирует рост человека. При недостатке этого гормона у человека развивается карликовость.
5. Иммуноглобулины – белки, которые являются средством защиты организма. Они выполняют роль антител, т.е. ведут борьбу с бактериями и вирусами, нейтрализуют выделяемые ими токсины.
6. Альбумины – белки, которые выполняют транспортную функцию. В организме человека они переносят витамины, гормоны, микроэлементы.
7. Гемоглобин – белок, который транспортирует кислород. Он соединяясь с кислородом доставляет его ко всем клеткам.
8. Ферменты – это группа белков, благодаря которым возможен быстрый синтез всех других белков.
9. Группа белков, которые являются ценной пищевой добавкой при выращивании животных в животноводстве.

Это далеко не весь перечень той продукции, которую выпускает наш завод.

Я рассказала вам о наиболее старых, отработанных технологиях. Но в настоящее время ведутся разработки по выпуску многих новых белков, которые будут широко использоваться для получения искусственных продуктов питания. А сейчас я вас приглашаю в цех генной инженерии. Именно с него и начинается появление белка, здесь закладываются программы синтеза белка. Как это все происходит, вам расскажет научный сотрудник (ученик класса).

– Прежде чем синтезировать белок необходимо иметь информацию о строении белка. Всем известно, что белки состоят из аминокислот. Но от последовательности аминокислот зависит структура белка. Как узнать порядок расположения аминокислот. Это информация зашифрована в молекулах. ДНК в любой клетке организма. Почти для всех белков код расшифрован. В нашей лаборатории мы переносим код белка с молекулы ДНК на другую нуклеиновую кислоту и – РНК, т.к. синтез белка идет на основе и – РНК. Получается мы искусственно выстраиваем цепочку и – РНК из нуклеотидов на основе молекулы ДНК по принципу комплиментарности. Сейчас я вам покажу наглядно, как это все происходит. Допустим, наша молекула ДНК имеет следующий состав нуклеидов:

АГЦ – ТЦА – ГТЦ

ДНК ТЦГ – АГТ – ЦАГ

И – РНК АГЦ – УЦА – ГУЦ

Знаем, что и – РНК состоит из тех же нуклеидов, что и ДНК, только в ней нет тимина, вместо него урацил. Аденин комплементарен тимину, а цитозин – гуанину. Комплементарен – это значит подходит как ключ к замку, т.е. точное соответствие. Процесс образования и-РНК называется транскрипцией. По длине каждая молекула и-РНК в сотни раз короче ДНК. И-РНК – копия не всей молекулы ДНК, только части ее, одного гена, несущего информацию о структуре одного белка. Поэтому в нашем цехе генной инженерии синтезируются и-РНК, в которых заложена программа о синтезе белка. О том, как идет процесс сборки белковой молекулы вы познакомитесь в следующем цеху нашего завода.

Далее в роли технолога цеха сборки белков выступает учитель.

– Я вам расскажу как непосредственно идет сборка белковой молекулы как аминокислоты соединяются друг с другом. Из цеха генной инженерии к нам поступают готовые и-РНК на основе которых и идет синтез белка. Допустим нам надо синтезировать белок, информация о котором заложена в следующий и-РНК: ЦУУ – УЦУ– АУТ.

К и-РНК подходит рибосома и запрыгивает на нее. Аминокислоты, из которых синтезируются белки, доставляются к рибосомам с помощью специальных т– РНК. Это небольшие молекулы, которые по форме напоминают лист клевера. В клетке имеется 20 – РНК, т.к. 20 аминокислот. Для каждой аминокислоты своя т-РНК. На вершине каждой т – РНК имеется последовательность из трех нуклеотидов, комплементарных кодонам и – РНК. Последовательность нуклеотидов в структуре т – РНК называют антикодонам. С помощью ферментов каждая т – РНК присоединяет к себе определенную, свою аминокислоту. Это первый этап синтеза белка.

Затем т-РНК приносит аминокислоту в рибосому, соединяется с и-РНК по принципу комплементарности отрывается от аминокислоты. Это второй этап синтеза белка.

На третьем этапе фермент синтеза присоединяет оторвавшуюся от -РНК аминокислоту к растущей полипептидной цепи. Когда на и-РНК встречается один из триплетов УГА – УАГ – УАА это означает, что синтез белка завершен. Готовая цепь белка отходит от рибосомы. Для увеличения выхода производства белка по одной и-РНК движутся сразу несколько рибосом и поэтому почти одновременно синтезируются несколько молекул. Все реакции при синтезе белка идут в присутствии ферментов, которые ускоряют реакции. И поэтому синтез белка идет очень быстро. Сам синтез белка называется трансляцией.

III. Первичная проверка понимания (работа строится по технологии деловой игры).

А сейчас я думаю вам интересно самим принять участие в процессе синтеза белка. Вы сейчас разделитесь на группы по 2 человека и каждой группе я дам задание по построению белка. Как только вы будете готовы, вы сразу выходите к доске и начинаете практически это осуществлять, т.к. жизнь это переплетение сложнейших химических процессов взаимодействия белков между собой и другими веществами. Жизнь и белок – понятия взаимосвязанные.

Учащимся сообщаются цели урока, которые они формируют сами.

1. Постройте начало цепочки белковой молекулы, использующейся как кормовая добавка в животноводстве по известной цепочке молекулы ДНК:

ЦТА – ГАА – ТТТ – АГА – ТГА.

2. Дана цепь ДНК: ГТТ – ЦТА – ААА – ГЦА. Определите:

А) первичную структуру белка, закодированную в этой цепи;
Б) количество (в %) различных нуклеотидов в этом гене (в двух цепях);
В) Длину этого гена.

3. Дана полипептидная цепь белка:

ПРО – ГЛУН – ЛИЗ – СЕР. Определите структуру соответствующих цепей ДНК.

4. Дана цепь и-РНК:

ЦУУ – ААА – ЦЦУ – ГГУ. Определите первичную структуру белка, закодированную в этой цепи.

5. Дана полипептидная цепь белка:
   АЛА – ГЛИ – ЛИЗ – ТИР … Определите структуру соответствующей цепи и-РНК.

В конце урока учащиеся отвечают на проблемные вопрос и формулируют выводы.

IV. Рефлексия.

Индивидуальная работа по написанию синквейна (это особая краткая запись основной обсуждаемой проблемы с учетом ряда требований).

Правила написания синквейна:

• понятие (одно слово);
• прилагательные (два слова);
• глаголы (три слова);
• предложение (из четырех слов);
• 5 существительное (одно слово).

VI. Домашнее задание по выбору учащихся 1 из 5.

1. Компьютерная презентация " Синтез белка" Ур "С".
2. Таблица "Значение синтеза белка" Ур "А".
3. Тест "Синтез белка" Ур "В".
4. Сообщение о значении искусственного биосинтеза белка. Ур "В".
5. Создать свою презентацию по теме "Синтез белка" Ур "С".