Тема: Реализация наследственной информации Цель: урока сформировать знания об основных этапах процесса биосинтеза белка. Выяснить суть понятий транскрипция и трансляция. Закрепить знания о механизме синтеза полипептидной цепи на основе знаний о матричном синтезе, характерном только для живой природы. Задачи: Образовательная : Познакомить с молекулярными и цитологическими основами реализации наследственной информации на уровне синтеза полипептидной цепи и роли нуклеиновых кислот и белков в этом процессе. Раскрыть биологическое значение биосинтеза белка. Развивающая: Продолжать формировать межпредметные связи, развивать познавательный интерес, продолжить формирование учебно-познавательной компетенции :характеризовать процессы биосинтеза белка, его стадии. Воспитательная: Формировать коммуникативную компетенцию: уметь оформлять свою мысль, отвечать на вопросы, применять в своей речи логические приемы, соблюдать процедуру группового обсуждения. Тип урока: комбинированный урок с закреплением знаний, новым материалом, решением проблемных вопросов и познавательных задач. Оборудование: учебник 10 класса, плакаты, презентация. Ход работы 1. Организационный момент. 2. Актуализация знаний. 3. Мотивационный момент. 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 раз личных 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. Николай Константинович Кольцов (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 4. Изучение нового материала. Единственные молекулы, которые синтезируются под контролем генетического материала клетки, - это белки (если не считать РНК). Белки могут выполнять разные функции; это определяется аминокислотной последовательностью, которая зависит от информации о составе белка, закодированной в последовательности нуклеотидов ДНК (генетический код). 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. Процесс транскрипции происходит следующим образом: против, например, Г молекулы ДНК стано вится Ц молекулы РНК, против А молекулы ДНК — У молекулы РНК (вспомните, что вместо тимина РНК несет урацил, или У), против Т молекулы ДНК — А молекулы РНК и против Ц молекулы ДНК — Г молекулы РНК. Таким образом, формируется цепочка иРНК, представляющая собой точную копию второй (нематричной) цепочки ДНК (только вместо тимина включен урацил). Так информация о последовательности аминокислот в белке переводится с «языка ДНК» на «язык РНК». Этот процесс получил название транскрипции. Для транскрипции, т. е. для синтеза иРНК, необходим особый фермент — РНК-полимераза. Так как в одной молекуле ДНК может находиться множество генов, очень важно, чтобы РНКполимера за начала синтез иРНК со строго определенного места ДНК, иначе в структуре иРНК будет записана информация о белке, которого нет. 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 пи щей, 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. Разнообразие белков обусловлено различной последовательностью аминокислот в первичной структуре белковой молекулы. А зашифрована информация об этой первичной структуре в последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Молекула ДНК способна к самоудвоению. Репликация это - реакция матричного синтеза, при которой на одной цепи ДНК по принципу комплементарности строится вторая цепь (т. е. удвоение ДНК). В цитоплазме происходит процесс синтеза белка, который по-другому называют трансляцией. Трансляция — это пере вод последовательности нуклеотидов молекулы и РНК в последовательность аминокислот молекулы белка (рис. 43). С тем концом и-РНК, с которого должен начаться синтез белка, взаимодействует рибосома. При этом начало будущего белка обозначается триплетом АУГ, который является знаком начала трансляции. Так как этот кодон кодирует аминокислоту метионин, то все белки (за исключением специальных случаев) начинаются с метионина. После связывания рибосома начинает двигаться по иРНК, задерживаясь на каждом ее участке, который включает в себя два кодона (т. е. 3 + 3 = 6 нукле-отидов). Время задержки составляет всего 0,2 с. За это время моле кула тРНК, антикодон которой комплементарен кодону, находящемуся в рибосоме, успевает распознать его. Та аминокислота, которая была связана с этой тРНК, 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 ко торой 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 сначала. Наконец, рибосома доходит до одного из так называемых стоп-кодонов(УАА, УАГ или УГА). Эти кодоны не кодируют аминокислот. Решение задач из сборника 5. Закрепление изученного материала («Умный мяч») 6. Рефлексия Что я узнал нового на уроке… Что мне понравилось сегодня на уроке… Мне сегодня на уроке было… 7. Домашнее задание §29,30. Генетический код (иРНК) Второе основание Первое основание У Ц У Ц А Г А Г Третье основание Фен Сер Тир Цис У Фен Сер Тир Цис Ц Лей Сер — — А Лей Сер — Три Г Лей Про Гис Арг У Лей Про Гис Арг Ц Лей Про Глн Арг А Лей Про Глн Арг Г Иле Тре Асн Сер У Иле Тре Асн Сер Ц Иле Тре Лиз Арг А Мет Тре Лиз Арг Г Вал Ала Асп Гли У Вал Ала Асп Гли Ц Вал Ала Глу Гли А Вал Ала Глу Гли Г Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАЦЦЦТЦАЦТТГ. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода. ДНК Т АЦЦЦТ ЦАЦТ Т Г иРНК АУГ Г Г АГ УГ ААЦ тРНК УАЦЦЦУЦАЦУУГ АК мет гли вал асн В биосинтезе полипептида участвовали тРНК с антикодонами УУА, ГГЦ, ЦГЦ, АУУ, ЦГУ. Определите нуклеотидную последовательность участка каждой цепи молекулы ДНК, который несет информацию о синтезируемом полипептиде, и число нуклеотидов, содержащих аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц) в двуцепочной молекуле ДНК. Ответ поясните. тРНК УУАГ Г ЦЦГ ЦАУУЦГ У иРНК ААУЦЦГ Г ЦГ УААГ ЦА Т Т АГ Г ЦЦГ ЦАТ Т ЦГ Т ДНК ААТ ЦЦГ Г ЦГ Т ААГ ЦА тРНК комплементарна иРНК, иРНК комплементарна кодирующей цепочке ДНК, две цепочки ДНК комплементарны друг другу. Количество аденина в двуцепочечной молекуле ДНК равно количеству тимина, количество гуанина равно количеству цитозина. Аденина и тимина по 7 штук, гуанина и цитозина по 8 штук. В биосинтезе фрагмента молекулы белка участвовали последовательно молекулы тРНК с антикодонами ААГ, ААУ, ГГА, УАА, ЦАА. Определите аминокислотную последовательность синтезируемого фрагмента молекулы белка и нуклеотидную последовательность участка двухцепочечной молекулы ДНК, в которой закодирована информация о первичной структуре молекулы белка. Объясните последовательность ваших действий. Для решения задачи используйте таблицу генетического кода. тРНК иРНК ААГ ААУГ Г АУААЦАА УУЦУУАЦЦУАУУГ УУ ААГ ААТ Г Г АТ ААЦАА ДНК Т Т ЦТ Т АЦЦТ АТ Т Г Т Т аминокислоты фен лей про иле вал 1. По тРНК по принципу комплементарности находим иРНК. 2. По кодонам иРНК находим аминокислоты с использованием таблицы. 3. По иРНК по принципу комплементарности находим кодирующую цепь ДНК. 4. По кодирующей цепи ДНК по принципу комплементарности находим некодирующую цепь ДНК. Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: АЦГЦЦГЦТААТТЦАТ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода. ДНК АЦГ ЦЦГ ЦТ ААТ Т ЦАТ тРНК УГ ЦГ Г ЦГ АУУААГ УА На цепочке ДНК по принципу комплементарности строится тРНК. Третий антикодон ГАУ будет присоединяться к кодону ЦУА. В таблице генетического кода находим, что кодону ЦУА соответствует аминокислота лейцин. В результате мутации во фрагменте молекулы белка аминокислота треонин (тре) заменилась на глутамин (глн). Определите аминокислотный состав фрагмента молекулы нормального и мутированного белка и фрагмент мутированной иРНК, если в норме иРНК имеет последовательность ГУЦАЦАГЦГАУЦААУ. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода. иРНК ГУЦАЦАГЦГАУЦААУ нормальный белок вал тре ала иле асн После мутации фрагмент молекулы белка будет иметь состав вал-глн-ала-иле-асн. Глутамин кодируется кодонами ЦАА и ЦАГ, следовательно, мутированная иРНК будет ГУЦЦААГЦГАУЦААУ или ГУЦЦАГГЦГАУЦААУ.
