Урок Биологии в 10 классе. "Биосинтез белка"
методическая разработка по биологии (10 класс) на тему

Вступление:

Биология – наука о природе. Природа не имеет органов речи, но создает языки и сердца, по средствам которых говорит и чувствует.

Природа дала в руки оружие – интеллектуальную и моральную силу, но этим оружием можно воспользоваться по-разному.

Кому же, как ни современному учителю биологии на своих уроках учить детей открывать в себе и в каждом человеке что-то ценное подобное «злаку», либо «сорное». Учить их своевременно поливать первое и истреблять второе, учить беречь и любить природу и все живое в ней.

Урок биологии. 10й класс: «Биосинтез белка»

Учитель биологии высшей категории: Кулешова О. В.

Цели:

1. Сформировать знания об основном процессе метаболизма – биосинтезе белка, как сложном многоступенчатом процессе, в котором реализуются функции многих веществ и органоидов клетки.
2. Закрепить знания о генетическом коде, объяснить сущность матричных реакций.
3. Раскрыть механизм  трансляции и механизм работы рибосом.
4. Раскрыть биологическое значение биосинтеза белка.

Оборудование:

Таблица «Биосинтез белка», динамическое пособие (конструктор).

Тип урока : Урок изучение нового материала.

Ход урока:

«Жизнь – прекраснейшая из выдумок природы»

Гетте.

        Генетический код… Двойная спираль ДНК… От этих названий уже значительно веет мистикой, чудом. Но откуда появилось это чудо? Неужели природа, которая всегда и везде использует одни и те же правила порождения «частиц», изменила себе и… Сотворила чудо?!

        Нет никаких чудес! Все живое (сущее) живет по единому периодическому закону, одинаковому для всей вселенной. Следовательно, этот закон должен обязательно проявиться и в генетическом коде, в котором на практике реализуется принцип двойной спирали. Всем известна важность познания генетического кода. Именно с успехами познания кода связаны большие изменения, вносимые в нашу жизнь генной инженерией и смежными с ней науками.

Активизация деятельности учащихся

(Фронтальная беседа):

        Учитель: Какую роль в клетке выполняет РНК?

        Ученик: РНК является переписчиком генетического кода с ДНК, которое расположено в ядре на И-РНК, на которой осуществляются реакции трасляции.

        Учитель: Каковы функции белка в организме человека?

        Ученик: 1.Гармональная 2.Транспортная 3. Двигательная 4.Структурная 5.Рецепторная 6.Регуляторная

        Учитель: Что такое нуклеиновые кислоты?

        Ученик: Нуклеиновые кислоты-это природные высокомолекулярные соединения , обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации в живых организмах.

        Учитель: Какие виды нуклеиновых кислот вы знаете?

        Ученик: ДНК и РНК

        Учитель: Каково строение ДНК?

        Ученик: ДНК – это двуспиральная антипараллельная цепочка, построенная по принципу комплиментарности.

        Учитель: Что такое комплиментарность?

        Ученик: принцип дополнения. Одно азотистое основание обладает симметрией, позволяющей ей включиться в двойную спираль(А-Т , Т-А, Г-Ц, Ц-Г)

Сегодня у нас необычный урок!

        Мы с вами будем не только получать знания, а, как настоящие ученые, будем их добывать.

 Давайте перенесемся в середину XXв. Мы ученые биологи, находимся в лаборатории, перед которой стоят вопросы ( проблемные вопросы):

1. Открытие и изучение генетического кода человека.
2. Изучение механизма биосинтеза белка.

Вопросы сложные, одной лаборатории не под силу. Эти вопросы будут изучать, открывать… несколько лабораторий.

1я лаборатория.

Название: «Лаборатория генетического кода»

Руководитель: Советский ученый Николай Константинович Кольцов, впоследствии изучивший триплетность кода.

Перед лабораторией ставится задача: Выяснение строения генетического кода и его основных свойств.

Вопросы:

1. Что такое генетическая информация?
2. Почему на Земле нет двух абсолютно одинаковых существ?
3. Чем определяются свойства белков?
4. Из чего состоит наследственная информация о первичной структуре белка?
5. Что такое генетический код?
6. Поясните, что является генетической картой кода?
7. Какие свойства нужны для генетического кода?
8. Как пользоваться картой генетического кода?

Информационная карточка 1

Код ДНК и его свойства.

        Последовательность нуклеотидов каким-то образом кодирует последовательность аминокислот. Все многообразие белков образовано из 20 аминокислот, а нуклеотидов в составе ДНК – 4 вида. Если предположить, что один нуклеотид кодирует одну аминокислоту, то 4 нуклеотидами можно закодировать 4 аминокислоты, если 2 нуклеотида кодируют одну аминокислоту, то количество кодируемых кислот возрастет до 42 – 16. Значит, код ДНК должен быть триплетным. Было доказано, что именно три нуклеотида кодируют одну аминокислоту, в этом случае можно будет закодировать 43 – 64 аминокислоты. А, так как аминокислот всего 20, то некоторые аминокислоты должны кодироваться несколькими триплетами.

        В настоящее время известны следующие свойства генетического кода:

1. Триплетность: каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов.
2. Однозначность: кодовый триплет, кодон, соответствует только одной аминокислоте.
3. Вырожденность (избыточность): одну аминокислоту могут кодировать несколько (до шести) 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 три 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 64 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.

Таблица генетического кода

        Первый нуклеотид в триплете – один из четырех левого вертикального ряда, второй – один их верхнего горизонтального ряда, третий – из правого вертикального.

Итоговая карточка

Каждая группа заполняет данную карточку к концу урока.

2я лаборатория

        Название: «Лаборатория транскрипции»

        Руководитель: Освальд Эйвери – исследовал реакции синтеза.

        Перед лабораторией ставится задача: Изучение реакций матричного синтеза с ДНК и образованием иРНК.

        Вопросы:

1. Какие факторы необходимы для биосинтеза?
2. Что такое транскрипция?
3. Какие принципы лежат в основе переписывания?
4. Где происходит процесс транскрипции в клетке?
5. Какова роль ферментов в данном процессе?
6. Что представляет собой иРНК?
7. Что такое промотор и какова его роль?

Информационная карточка 2

Транскрипция

        В начале 50-х годов XX века Ф. Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии ДНК=>РНК=>белок.

Информация о белке находится на ДНК, на матрице ДНК синтезируется иРНК, которая является матрицей для синтеза белковой молекулы. Матричный синтез позволяет очень точно и быстро синтезировать макромолекулы полимеров, состоящие из огромного количества мономеров. С реакциями матричного синтеза мы встречались при репликации молекулы ДНК, синтез иРНК (транскрипция) и синтез молекулы белка на иРНК (трансляция) – также реакции матричного синтеза.

        Транскрипция. В соответствии с принятыми соглашениями начало гена на схемах изображают слева. У некодирующей цепи молекулы ДНК левый конец 5’, правый 3’; у кодогенной, матричной цепи, с которой идет транскрипция, - противоположное направление. Фермент, отвечающий за синтез иРНК, РНК – полимераза, присоединяется к промотору, который находится на 3’ – конце матричной цепи ДНК и движется всегда от 3’ к 5’ концу. Промотор – определенная последовательность нуклеотидов, к которой может присоединиться фермент РНК – полимераза. Необходим для того, чтобы синтез иРНК был начат строго в начале гена. Из свободных рибонуклеозидтрифосфатоф (АТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ), комплементарных нуклеотидам ДНК, РНК – полимераза образует иРНК.

        Энергия для синтеза иРНК содержится в макроэргических связях рибонуклеозидтрифосфатов. Период полураспада мРНК исчисляется часами и даже сутками, т.е. они достаточно стабильны.

        Транскрипция и трансляция у эукариот разобщены в пространстве и времени, транскрипция происходит в ядре и в одно время, трансляция происходит в цитоплазме и совсем в другое время. Для транскрипции необходимы: 1 – кодирующая цепь ДНК, матрица; 2 – ферменты, один из них РНК – полимераза; 3 – рибонуклеозидтрифосфаты.

Итоговая карточка

Вторая группа заполняет свою колонку, а также соседнюю, по ответам первой группы.

3я лаборатория

        Название: «Лаборатория трансляции»

        Руководитель: Английский ученый Френсис Крик (В будущем открыл двойную спираль, в 1962 г. Нобелевский лауреат.)

        Перед лабораторией ставится задача: Выяснение механизма биосинтеза (синтеза белка).

        Вопросы:

1. Что такое трансляция?
2. Что необходимо для данного процесса?
3. Где происходит данный процесс?
4. Что такое ФЦР? (Функциональный Центр Рибосомы)
5. Что такое антикодон?
6. Какова роль тРНК? Её строение, виды, значение для данного процесса.
7. Стадии процесса трансляции?
8. Какова скорость движения рибосомы? Что такое полисома?

Информационная карточка 3

Трансляция

        Трансляция – процесс образования полипептидной цепи на матрице иРНК, или преобразование информации, закодированной в виде последовательности нуклеотидов иРНК, в последовательности аминокислот в полипептиде. Синтез белковых молекул происходит в цитоплазме или на шероховатой эндоплазматической сети. В цитоплазме синтезируются белки для собственных нужд клетки, белки, синтезируемые на ЭПС, транспортируются по ее каналам в комплекс Гольджи и выводятся из клетки.

        Органоиды, отвечающие за синтез белков в клетке – рибосомы. У эукариот рибосомы находятся в некоторых органоидах – митохондриях и пластидах (70-S рибосомы) и в цитоплазме: в свободном виде и на мембранах эндоплазматической сети (80-S рибосомы). Малая субчастица рибосомы отвечает за генетические, декодирующие функции; большая – за биохимические, ферментативные.

В малой субъеденице рибосомы различают функциональный центр (ФЦР) с двумя участками – пепетидильным (P – участок) и аминоацильным (A – участок).

        Синтез белка начинается с того момента, когда к 5’ – концу иРНК присоединяется малая субъеденица рибосомы. Затем происходит присоединение большой субчастицы рибосомы,  и в A – участок поступает вторая тРНК, чей антикодон комплементарно спаривается с кодом иРНК, находящимся в A – участке.

        Как только образовалась пептидная связь, метиониновая тРНК отсоединяется от метионина, а рибосома (за счет ГТФ) передвигается на следующий кодовый триплет иРНК. Трансляция идет до тех пор, пока на ФЦР не попадет стоп-кодон (УАА, УАГ или УГА), с которым связывается особый белковый фактор освобождения, белковая цепь отделяется от тРНК и покидает рибосому. Происходит диссоциация, разъединение субчастиц рибосомы.

        Скорость передвижения рибосомы по иРНК – 5-6 триплетов в секунду, на синтез белковой молекулы, состоящей из сотен аминокислотных остатков, клетке требуется несколько минут.

Итоговая карточка

Третья группа заполняет свою колонку, а также соседние по ответам первой и второй группы.

Итак, подведём итоги:

1.Проверка правильности заполнения таблиц( правильная таблица появляется на экране из презентации урока) .

2.Закрепление материала проверяется тестом(тест самопроверкой-ребята уходят с урока с оценкой) .

Тест

1.Транскрипция – это

        а) удвоение ДНК

        б) синтез иРНК на ДНК

        в) синтез полипептидной цепочки на иРНК

        г) синтез иРНК, затем синтез на ней полипептидной цепочки

2. Транскрипция происходит:

        а) в ядре                                          д) в комплексе Гольджи

        б) в митохондриях                         е) на рибосомах

        в) в пластидах                                ж) на ЭПС

        г) в лизосомах                                 з) во включениях

3. Всё многообразие аминокислот, входящих в состав белков может быть закодировано:

        а) 20 кодовыми триплетами

        б) 64 кодовыми триплетами

        в) 61 кодовым триплетом

        г) 26 кодовыми триплетами

4. Матрицей при транскрипции является:

        а) кодогенная цепь ДНК

        б) ген, состоящий из двух цепей ДНК, которые могут быть матрицей

        в) иРНК

        г) смысловая цепь ДНК, комплементарная кодогенной.

5. Для транскрипции необходимо:

        а) АТФ                                         д) ТТФ

        б) УТФ                                         е) кодирующая цепь ДНК

        в) ГТФ                                         ж) рибосома

        г) ЦТФ                                         з) ДНК полимераза

6. Трансляция происходит:

        а) в ядре                              в) в пластидах

        б) в митохондриях                      г) в цитоплазме

7. Матрицей при трансляции является:

        а) цепь ДНК

        б) ген, состоящий из двух цепей ДНК, способных быть матрицей

        в) иРНК

        г) смысловая цепь ДНК, комплементарная, кодогенная

8. У одной аминокислоты может быть тРНК:

        а) всего 1                                       в) всего 3

        б) всего 2                                       г) у некоторых аминокислот 1, у некоторых больше

Итог урока:

Воистину, чудес не бывает. Генетика развенчала одно из последних – чудо жизни. Или все-таки не развенчала? Ведь то, что все многообразие форм живого подчиняется одной системе удивительно. Разве нельзя считать это чудом? Изученным людьми, используемым людьми, но все-таки чудом?

(Появляются фото на слайде детей «индиго» и «имаго»)

Домашнее задание

1.Что такое дети «индиго» ?

2.Подумайте дома о том, что такое дети «имаго»?

3.В чем отличия детей «имаго» от «индиго»?

Вступление:

Биология – наука о природе. Природа не имеет органов речи, но создает языки и сердца, по средствам которых говорит и чувствует.

Природа дала в руки оружие – интеллектуальную и моральную силу, но этим оружием можно воспользоваться по-разному.

Кому же, как ни современному учителю биологии на своих уроках учить детей открывать в себе и в каждом человеке что-то ценное подобное «злаку», либо «сорное». Учить их своевременно поливать первое и истреблять второе, учить беречь и любить природу и все живое в ней, любить родной Брянский край.