Пластический обмен.
план-конспект урока по биологии (10 класс) по теме

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №6» Бавлинского муниципального района Республики Татарстан

Разработка урока  

по биологии в 10 классе по теме:

«Пластический обмен. Биосинтез белка.

Реализация наследственной информации».

 Урок разработала  

                    Аблязизова Рима Раисовна,

                                                          учитель биологии I квалификационной категории

МБОУ СОШ №6.

                                                               город Бавлы

декабрь, 2013 год

Тема урока:

Пластический обмен. Биосинтез белка.

Реализация генетической информации.

Цель урока: изучить суть пластического обмена веществ, биосинтеза белка.

Введение элементов сингапурской программы.

Задачи урока:

*Образовательная:

1. Рассмотреть понятия «обмен  веществ», «ассимиляция», «ген», «триплет», «генетический код»

2. Сформировать знания об этапах биосинтеза белка:  транскрипции, трансляции; значении для живых организмов.

3. Показать,  как последовательность нуклеотидов в ДНК кодирует последовательность аминокислот в полипептиде, объяснить сущность матричных реакций.

4. Научить решать задачи по молекулярной биологии в стандартных и нестандартных ситуациях, научить новому способу действий  по сингапурской методике в применении знаний по теме «биосинтез  белка».

*Развивающая:

Формировать умения и навыки выделять главное, сравнивать, анализировать, формулировать выводы; развитие логического мышления; работать в группе по новой сингапурской методике.

Воспитательная:

Развитие материалистического мировоззрения, уважать свои и чужие взгляды, воспитание культуры поведения, творческие компоненты мышления.

Тип урока:

Комбинированный.

Метод проведения: лекция с элементами беседы, внедрение основ сингапурской системы.

Ученик должен:

*иметь представления о процессе биосинтеза белка

*знать определения: «обмен веществ», «ассимиляция», «ген», «триплет», генетический код», «комплементарность», «Правило Чаргаффа» и др.

*понимать, как происходит реализация генетической информации; знакомство и умение работать с таблицей генетического  кода

*научиться решать элементарные задачи на биосинтез белка.

Междисциплинарные связи: химия, математика.

Внутридисциплинарные связи:

Цитология, генетика.

Обеспечение занятия:

*наглядные пособия: таблицы ДНК и РНК, редупликации ДНК, синтеза и-РНК; биосинтеза белка, генетического кода (самодельная); аппликации нуклеиновых кислот, нуклеотидов ДНК и РНК, биосинтеза белков.

*раздаточный материал:

1.тесты, опорные конспекты по теме «Белки», «нуклеиновые кислоты», информационный лист «биосинтез белка», задачи.

2. набор для проведения урока по сингапурской методике: мэнэджмэты, ручки, фломастеры, листочки, секундомер.

*Оборудование:

1.мультимедийное приложение к учебнику Н.И. Сонина, показ слайдов по теме «биосинтез белка»

2. электронное интерактивное  приложение «Биология. Интерактивные дидактические материалы. 6-11 классы», тема «биосинтез белка».

3. компьютер, проектор.

4. учебник Н. И. Сонина « Биология. 10 класс»

Ход урока.

Материалы к уроку. 

ДНК

Живая клетка микрокосмос, А ДНК - её диктат. Обычно к нам благоволит

Наследственностью руководит, две полимерные цепи

Закручены в спираль линейно. Спирали, будто близнецы, Как отражение зеркальное

Вот лестница нуклеотидов,

Её «перила» - сахара, остаток

Кислоты фосфатной

Азотистые основания -

Ступени нити ДНК.

Пептидная цепь, то есть древний белок

Без ДНК появиться не мог.

Матрицей их РНК все считают.

Вот где начало!

Кто не знал, теперь знают.

Изучение нового материала.

Прежде чем объяснить, как происходит процесс биосинтеза белка, необходимо повторить роль белков в жизни клетки и их основные функции. Есть и такие белки, которые присущи только данному виду. В результате меняющихся условий среды, белки постоянно разрушаются, поэтому клетка должна восстанавливать их. Первичная структура белков определяет многообразие их функций. Генетическая информация о первичной структуре белка расположена в последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Участок ДНК, в котором содержится информация о первичной структуре одного белка, называется геном. Из генов состоят хромосомы, причем в одной хромосоме находится информация о структуре многих генов.

1.В каких структурах клетки и каким образом осуществляется биосинтез белка?

2.Что такое транскрипция? Каким образом осуществляется этот процесс?

3.Как отражен в процессе транскрипции принцип комплементарности? В чем смысл такой точности переписывания информации с ДНК на иРНК?

4.Что такое трансляция? Каким образом осуществляется этот процесс?

5.Значение биосинтеза белка.

1. Преемственность генетического материала в поколениях обеспечивается процессом репликации ДНК. Процесс репликации основан на принципах комплементарности, полуконсервативности, антипараллельности, прерывистости. Единица репликации -репликой.

2. Два этапа биосинтеза белка: транскрипция и трансляция. Первый этап - транскрипция. Матричные реакции: создание информационной РНК на базе фрагмента ДНК. Значение и роль ферментов и энергии в процессе транскрипции.

Биосинтез белка

Транскрипция        ^

Трансляция

I

полипептид

1. Транскрипция - механизм, с помощью которого последовательность оснований ДНК «переписывается» в комплементарную ей последовательность оснований иРНК.

Гистоны, связанные с двойной спиралью ДНК, отделяются, обнажая полинуклеотидные последовательности ДНК. ДНК раскручивается, и освобождаются одиночные цепи. Одна из них избирается матрицей для построения комплементарной цепи иРНК. Молекула иРНК образуется в результате связывания свободных рибонукпеотидов под действием РНК-полимеразы по принципу комплементарности (ДНК: А ТГЦ

РНК: У А Ц Г). Так синтезируются иРНК, тРНК, рРНК. Используются ферменты, АТФ, Mg2+. Синтезированные молекулы иРНК подвергаются процессингу (созреванию), и зрелая иРНК, несущая генетическую информацию, выходит из ядра через ядерные поры и направляется к рибосоме. Транскрипция прекращается, и две цепи ДНК вновь соединяются, восстанавливается двойная спираль и связь с гис-тонами.

Благодаря процессу транскрипции в клетке осуществляется передача информации от ДНК к белку. Генетическая информация, содержащаяся в ДНК и в иРНК, заключена в последовательности расположения нуклеотидов в молекулах.

Каким же образом происходит перевод информации с «языка» нуклеотидов на «язык» аминокислот?

Такой перевод осуществляется с помощью генетического кода.

Генетический код. Свойства генетического кода. Работа с таблицей генетического кода.

Генетический код - это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в иРНК.

Свойства генетического кода

1. Код триплетен: одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами - триплет (кодон), 43 = 64.
2. Код вырожден: каждая аминокислота кодируется более чем одним кодоном (2-6). Искл. три, мет - Г. АУГ(мет) - начало синтеза цепи.
3. Код однозначен: каждый кодон шифрует только одну аминокислоту.
4. Между генами есть «знаки препинания» - стоп-кодоны: УАА, УГА, УАГ.
5. Внутри гена нет «знаков препинания».
6. Код универсален, то есть един для всех живущих на Земле.

Известно20 аминокислот, каждой из которой в молекуле ДНК соответствует последовательность из трех нуклеотидов – триплет.

В настоящее время составлена карта генетического кода -; соответствие триплетам той или иной аминокислоты. В составе ДНК имеется 4 азотистых основания: Аденин, Гуанин, Тимин, Цитозин.

Число сочетаний из четырех по три составляет: 43=64, значит можно закодировать 64 различных аминокислоты, тогда как кодируется только 20 аминокислот. Многим аминокислотам соответствует не один, а несколько различных триплетов-; кодонов. Такое свойство генетического кода повышает надежность хранения и передачи генетической информации при делении клеток (например, серину соответствует 6 триплетов, случайная ошибка не может отразиться на структуре белка.

Триплеты ДНК, которые дают сигнал об окончании сборки цепи, являются «знаками препинания».

Дополнительная информация (повышенный уровень).

Транскрипция — синтез РНК с использованием ДНК в качестве матрицы. В результате возникает 3 типа РНК: - матричная (мРНК);

- рибосомная (рРНК);

- транспортная (тРНК). Процесс транскрипции требует больших затрат энергии в виде АТФ и осуществляется ферментом ДНК-зависимой-РНК-полимеразой трех типов и рядом так называемых вспомогательных факторов. Одномоментно транскрибируется не вся молекула ДНК, а лишь отдельные ее отрезки. Они называются единицами транскрипции, или транскриптонами. По сути транскриптон — это и есть ген с точки зрения молекулярной биологии. Напомним, что промотор — участок ДНК длиной в несколько десятков нуклеотидов, куда присоединяется РНК-полимераза и откуда начинается транскрипция. Терминатор — участок ДНК, содержащий сигнал (последовательность) окончания транскрипции. Поскольку у бактерий оперонная организация генома, у них транскрибируются сразу несколько генов, объединенных одной функцией. У эукариот за один раз транскрибируется только один ген. Транскрипция, как и репликация ДНК, основана на способности азотистых оснований нуклеотидов к комплементарному связыванию. Аналогично репликации, при транскрипции полимераза (здесь уже РНК-полимераза) шаг за шагом подбирает и “сшивает” нуклеотиды комплементарные матричной последовательности. Отличительной особенностью транскрипции является то, что в РНК нет тимидина, его замещает уридин; соответственно при транскрипции аденозин молекулы ДНК спаривается с уридином синтезируемой РНК. На время транскрипции двойная цепь ДНК разрывается и синтез РНК осуществляется по одной цепи ДНК, которая называется кодирующей. Вторая цепь является некодирующей. Какая цепь будет кодирующей, определяется тем, на какой из них находится промотор. В процессе транскрипции образуется гибрид одноцепочечной ДНК с РНК, который существует короткое время и очень быстро распадается, при этом восстанавливается нативная двуцепочечность ДНК.

Цикл транскрипции состоит из трех стадий:

- инициации;

- элонгации;

- терминации.

Им предшествует узнавание промотора или подготовительная стадия, на которой РНК-полимераза узнает промотор и связывается с ним. Одновременно происходит локальное расплетение ДНК примерно на 10 пар нуклеотидов.

1 Инициация. На этой стадии происходит образование нескольких начальных звеньев РНК (так называемый синтез критической длины). До этого комплекс полимераза-ДНК не стабилен и способен распадаться.

2. Элонгация. Продолжается дальнейшее расплетение ДНК и синтез РНК по кодирующей цепи. Он, равно как и синтез ДНК, осуществляется в направлении 5- 3.

3. Терминация. Как только полимераза достигает терминатора, она немедленно отщепляется от ДНК, локальный гибрид ДНК-РНК разрушается и новосинтезированная РНК транспортируется из ядра в цитоплазму. На этом транскрипция заканчивается.

Созревание РНК. Все образовавшиеся РНК непосредственно после трансляции не способны, функционировать, так как они синтезируются в виде молекул-предшественников: пре-р, пре-т и пре-м РНК. Чтобы начать работать, пре-РНК должны подвергнуться процессингу (созреванию). Под процессингом понимают совокупность биохимических реакций, при которых пре-РНК укорачиваются, подвергаются химическим модификациям, в результате которых образуются зрелые РНК. Процессинг т- и рРНК осуществляется по одинаковому плану. В основном вырезаются лишние фрагменты с 3'- и 5'-концов и химически модифицируются азотистые основания.

Процессинг мРНК гораздо сложнее. Интересно, что мРНК прокариот (бактерий) процессингу не подвергаются вообще — это единственные РНК, способные работать сразу после синтеза. У эукариот Процессинг мРНК осуществляется многоступенчато и включает модификацию 3'- и 5'- концов, а также вырезание интронов. В последнем процессе участвует четвертый известный тип РНК — малая ядерная РНК (мяРНК). которая удерживает концы, экзонов при вырезании интронов.

Второй этап биосинтеза белка - трансляция - перевод информации, заключенной в последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот белковой молекулы. Механизм работы рибосом. Матричный характер реакций. Значение и роль ферментов и энергии в биосинтезе белка.

Трансляция - механизм, с помощью которого последовательность триплетов оснований иРНК переводится в специфическую последовательность аминокислот в полипептидной цепи:

Как и транскрипция, трансляция — сложный многостадийный процесс, требующий значительных затрат энергии и участия большого числа (до 300) вспомогательных молекул. В трансляции участвуют все три основных типа РНК: м-, р- и тРНК. мРНК является информационной матрицей; тРНК “подносят” аминокислоты и узнают кодоны мРНК; рРНК вместе с белками образуют рибосомы, которые удерживают мРНК, тРНК и белок и осуществляют синтез полипептидной цепи. Процесс трансляции основывается на том, что каждому триплету мРНК (кодону) соответствует определенная аминокислота. Генетический код расшифровывают (реализуют) тРНК. Напомним, что тРНК имеет структуру, состоящую из четырех петель. К одной из них присоединяется аминокислота (акцепторная петля), в противоположной (антикодоновой) находится триплет нуклеотидов, комплементарный кодону мРНК. Этот триплет называют антикодоном. Так, аминокислоте триптофану соответствует кодон УГГ в мРНК, триптофановая тРНК имеет антикодон АЦЦ.

Тесты с выбором одного правильного ответа

1. Материальным носителем наследственной информации в клетке является:

а) иРНК;

б) тРНК;

в) ДНК;

г) хромосомы.

2. В основе индивидуальности, специфичности организмов лежит:

а) строение белков организма;

б) строение клеток;

в) функции клеток;

г) строение аминокислот.

3. ДНК клетки несет информацию о строении:

а) белков, жиров, углеводов;

б) белков и жиров;

в) аминокислот;

г) белков.

4. В одном гене закодирована информация:

а) о структуре нескольких белков;

б) о структуре одной из цепей ДНК;

в) о первичной структуре одной молекулы белка;

г) о структуре аминокислоты.

5. Какой из нуклеотидов не входит в состав ДНК?

а) тимин;

б) урацил;

в) гуанин;

г) цитозин;

д) аденин;

6. Какие связи разрываются в молекуле ДНК при ее удвоении?

а) пептидные;

б) ковалентные, между углеводом и фосфатом;

в) водородные, между двумя нитями;

г) ионные.

7. Сколько новых одинарных нитей синтезируется при удвоении одной молекулы?

а) четыре;

б) две;

в) одна;

г) три.

8. Какая из схем удвоения ДНК правильна?

а) молекула ДНК при удвоении образует совершенно новую дочернюю молекулу;

б) дочерняя молекула ДНК состоит из одной старой и одной новой цепи;

в) материнская ДНК распадается на мелкие фрагменты, которые затем собираются в новые дочерние молекулы.

9. Какой из фактов подтверждает, что ДНК является генетическим материалом клетки?

а) количество ДНК в клетках одного организма постоянно;

б) ДНК состоит из нуклеотидов;

в) ДНК локализована в ядре клетки;

г) ДНК представляет собой двойную спираль.

10. В какой из названных клеток человека нет ДНК?

а) зрелый лейкоцит;

б) зрелый эритроцит;

в) лимфоцит;

г) нейрон.

11. Если нуклеотидный состав ДНК – АТТ-ГЦГ-ТАТ, то каким должен быть нуклеотидный состав иРНК?

а) ТАА-ЦГЦ-УТА;

б) ТАА-ГЦГ-УТУ;

в) УАА-ЦГЦ-АУА;

г) УАА-ЦГЦ-АТА.

12. Транскрипцией называется:

а) процесс образования иРНК;

б) процесс удвоения ДНК;

в) процесс образования белковой цепи на рибосомах;

г) процесс соединения тРНК с аминокислотами.

13. Синтез иРНК начинается:

а) с разъединения молекулы ДНК на две нити;

б) с удвоения каждой нити;

в) с взаимодействия РНК-полимеразы и гена;

г) с расщепления гена на нуклеотиды.

14. Аминокислота триптофан кодируется кодоном УГГ. Какой триплет ДНК несет информацию об этой аминокислоте?

а) АЦЦ;

б) ТЦЦ;

в) УЦЦ.

15. Где синтезируется иРНК?

а) в рибосомах;

б) в цитоплазме;

в) в ядрышке;

г) в ядре.

16. Как будет выглядеть участок цепи иРНК, если второй нуклеотид первого триплета в ДНК (ГЦТ-АГТ-ЦЦА) будет заменен на нуклеотид Т?

а) ЦГА-УЦА-ГГТ;

б) ЦАА-УЦА-ГГУ;

в) ГУУ-АГУ-ЦЦА;

г) ЦЦУ-УЦУ-ГГУ.

Ответы:

1-в,2-а,3-г,4-в,5-б,6-в,7-б,8-б,9-а,10-б,11-в,12-а,13-в,14-а,15-г,16-б.

Информационный лист № 1 (ф.и. учащегося)        

I часть.

Отработайте данный материал, прочитав § 2.13. Затем решите задачи.

1. Чем определяется многообразие белков?        
2. Где заключена запрограммированная наследственная информация о структуре белка?        
3. Что называется геном?        
4. Как закодированы аминокислоты?        
5. Сколько кодов может быть у аминокислоты?        
6. Какое значение имеют несколько кодов у одной аминокислоты?        
7. Зачем это предусмотрено природой?        

Рассмотрите рисунок, подпишите органоиды, части клетки, процессы, происходящие при транскрипции.

Что называется транскрипцией? Укажите ее на рисунке.

8. Укажите место трансляции? (подпишите на рисунке). Что называется трансляцией? По имеющейся таблице (генетического кода), решите задачу. Задача.  По принципу комплементарности,  к данной цепи гена -А-Т-Г-Г-Ц-Ц-А-А-А-Т-Т-А-Г-Г-Ц-Ц-Ц-Г-

Достройте недостающую цепь. Определите состав цепи при транскрипции.

Задача 2. Какие нуклеотиды, и в каком порядке составляют ген, если известно, что в молекуле белка аминокислоты расположены в следующей последовательности:

Лизин - лейцин - цистеин - пролин - валин

Задачи по теме «Биосинтез белков».

1. Известен фрагмент полипептидной цепочки

- ала - ала - цис - глу- ала - тир -мет - арг - лиз - фен -

Определите последовательность нуклеотидов участка гена, несущего информацию для указанной полипептидной цепи.

2. Дана последовательность нуклеотидов участка гена: -А-А-Т-Т-Т-Г-Ц-Ц-А-Ц-А-Ц-А-А-Т-Г-Ц-А-А-Т-Г-

Определите первичную структуру белковой молекулы, закодированной данной последовательностью нуклеотидов.

3. На фрагменте ДНК, имеющем состав -А-Г-Т-Ц-Ц-Ц-Т-А-Г-А-А-Т-

Синтезирован фрагмент и-РНК. Укажите его состав.

4. Какой принцип лежит в основе удвоения молекул ДНК. По этому принципу достройте недостающую цепь к следующей последовательности нуклеотидов в ДНК

- ААТ -ТГЦ - АТЦ -ЦТГ - ГГА - ААТ - АТЦ -

Укажите последовательность нуклеотидов в и-РНК и закодированную в ней пептидную цепь.

5. Из общего количества нуклеотидов в ДНК гуанинов содержится 30 %. Каково содержание аденинов?

6. Определите первичную структуре белка, закодированного в левой цепи гена, если участок его правой цепи имеет следующую последовательность нуклеотидов:

-А-А-Т-А-Т-Г-Ц-А-Ц-Г-Ц-А-...

7.        Пользуясь таблицей кода ДНК, определите какие аминокислоты кодируют триплеты
АТГ-        ААТ-        ГАЦ-        ТТТ-
Какими триплетами закодированы аминокислоты:

Вал -        Гли -        Сер -

8.        В цепи ДНК находится 16 % цитозинов. Определите процентное содержание тиминов,
аденинов.

Задачи для самостоятельного решения.

Задача № 1.Одна из цепочек  ДНК имеет последовательность нуклеотидов : АГТ  АЦЦ  ГАТ  АЦТ  ЦГА  ТТТ  АЦГ  ... Какую последовательность нуклеотидов имеет вторая цепочка ДНК той же молекулы. Для наглядности  можно использовать  магнитную "азбуку" ДНК (прием автора статьи) .
Решение: по принципу комплементарности достраиваем вторую цепочку (А-Т,Г-Ц) .Она выглядит следующим образом: ТЦА  ТГГ  ЦТА   ТГА  ГЦТ  ААА  ТГЦ.

Задача № 2. Последовательность нуклеотидов в начале гена, хранящего информацию о белке инсулине, начинается так: ААА  ЦАЦ  ЦТГ  ЦТТ  ГТА  ГАЦ. Напишите последовательности аминокислот, которой начинается цепь инсулина.
Решение: Задание выполняется с помощью таблицы генетического кода, в которой нуклеотиды в иРНК (в скобках – в исходной ДНК) соответствуют аминокислотным остаткам.

Задача № 3. Большая из двух цепей белка инсулина имеет (так называемая цепь В) начинается со следующих аминокислот : фенилаланин-валин-аспарагин-глутаминовая кислота-гистидин-лейцин. Напишите последовательность нуклеотидов в начале участка молекулы ДНК,  хранящего информацию об этом белке.

Решение (для удобства используем табличную форму записи решения): т.к. одну аминокислоту могут кодировать несколько триплетов, точную структуру и-РНК  и участка  ДНКопределить невозможно, структура может варьировать. Используя принцип комплементарности  и таблицу генетического кода получаем один из вариантов:

Задача № 4. Участок гена имеет следующее строение, состоящее из последовательности нуклеотидов: ЦГГ  ЦГЦ  ТЦА  ААА  ТЦГ  ...  Укажите строение соответствующего участка белка, информация о котором содержится в данном гене. Как отразится на строении  белка удаление из гена четвертого нуклеотида?

Решение (для удобства используем табличную форму записи решения): Используя принцип комплементарности  и таблицу генетического кода получаем:

При удалении из гена четвертого нуклеотида – Ц произойдут заметные изменения – уменьшится количество и состав аминокислот в  белке:

Опорный конспект «Нуклеиновые кислоты».