27. Методика викладання теми «Пластичний обмін. Біосинтез білків»
1. Тема «Пластичний обмін. Біосинтез білків» викладається у розділі 2 «Клітинний рівень організації життя» у 10 класі. На неї відводиться 8 годин. Практичну частину теми складає практична № 5 «Розв’язання елементарних вправ з трансляції».
2. Мета: сформувати в учнів загальні уявлення про біосинтез білків, сформувати в учнів такі поняття: генетичний код, виродженість, транскрипція, РНК-полімераза, трансляція, ініціативний комплекс, стоп-кодони.
Завдання:
• поглибити знання про пласичний обмін клітин шляхом вивчення реалізації спадкової інформації в процесі біосинтезу білка;
• продовжити формування знань про зберігання інформації про білок в ДНК;
• сформувати знання про механізми біосинтезу білка на прикладі транскрипції і трансляції;
• показати роль транспортних РНК в процесі біосинтезу білка;
• розкрити механізми матричного синтезу поліпептидного ланцюга на рибосомах;
• корегувати і розвивати логічне мислення учнів.
3. Загальнобіологічне поняття, що розвивається в даній темі —біосинтез.
Звязки понять в темі можна представити наступним чином:
1. Функції білків (значення білків для живих організмів). Структурна — входять до складу всіх клітин організму; каталітична (білки-ферменти); рухова (актин і міозин); транспортна (гемоглобін, альбумін), захисна (антитіла, інтерферон); регуляторна (гормони); енергетична (при окисленні амінокислот вивільняється енергія); запасаюча (відкладається для живлення організму, що розвивається білки молока, яєць, насіння); рецепторна (рецептори на мембрані). Висновок: Білок необхідний всьому організму, кожній клітині для росту, здійснення процесів життєдіяльності, розмноження. Як же він утворюється?
2. Пластичний обмін — сукупність реакцій біохімічного синтезу, в результаті яких із речовин, що потрапили до клітини, синтезуються необхідні для неї сполуки. Основні процеси пластичного обміну - це біосинтез білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот, а також фотосинтез та хемосинтез.
3. Біосинтез — утворення органічних речовин, що відбувається в живих клітинах за допомогою ферментів і внутрішньоклітинних структур.
• Яка структура клітини відповідає за біосинтез білка? рибосома
• Де вона у клітині розміщується? цитоплазмі
• В якій частині клітини вона утворюється? ядрі
• Що ще знаходиться в ядрі клітини? Д НК
• Які функції ДНК? несе спадкову інформацію
Спробуйте порівняти молекули ДНК і білка. Який висновок можна зробити з факту, що розміри молекул ДНК набагато більші за розміри молекул білка; кількість молекул ДНК у клітині набагато менша за кількість видів білків клітини?
Структура білка зашифрована не в цілій молекулі ДНК, а в її певній ділянці. Як називається ця ділянка? ген
4. Ген — ділянка ДНК, яка містить інформацію про первинну структуру білка. Тому шифр, яким закодована інформація про структуру білка, називається генетичним кодом.
5. Генетичний код — властива всім живим організмам єдина система збереження спадкової інформації в молекулах нуклеїнових кислот у вигляді послідовності нуклеотидів. Ця послідовність визначає порядок амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі під час його синтезу.
6. Властивості генетичного коду:
а) Триплетність — це коли кожна амінокислота у поліпептидному ланцюзі кодується певною послідовністю з трьох нуклеотидів - триплетом. У організмі лише 20 амінокислот з яких можуть утворюватися білки. Чому ж для кодування 20-ти амінокислот необхідні ділянки ДНК саме з трьох нуклеотидів? Скільки амінокислот може кодувати ділянка ДНК, яка складається з одного, із двох, нарешті, із трьох нуклеотидів? (1 нукл. - 4 амін., 2 нукл. – 16 амін., 3 нукл. – 64 амін.)
Лише ділянки ДНК із трьох нуклеотидів забезпечать кодування всіх 20-ти видів амінокислот, які входять до складу білків. Таким чином установлюється перша властивість генетичного коду – триплетність.
б) Виродженість — це коли одну амінокислоту можуть кодувати кілька різних триплетів. Оскільки є 20 амінокислот, то можна припустити, що одна кодується декількома триплетами. Це підвищує надійність генетичного коду, адже випадкова зміна одного нуклеотиду в певному триплеті на інший не завжди супроводжуватиметься змінами в первинній структурі білка.
в) Однозначність — кожний триплет кодує лише одну певну амінокислоту.
г) Генетичний код не перекривається - від першого і до останнього триплету ген кодує тільки один білок.
д) Непреривність — всередині гена немає «розділових знаків». Вони тільки між генами.
е)Універсальність — єдиний для всіх організмів, які існують на Землі. У прокаріот, рослин, грибів, тварин одні й ті самі триплети кодують одні й ті самі амінокислоти.
З'ясовано також, що послідовність нуклеотидів починає зчитуватися із певної точки в одному напрямку. Між генами існують ділянки, які не несуть генетичної інформації і лише відокремлюють одні гени від інших, їх називають інтрони. Інформаційні ділянки екзони.
У генетичному коді є три триплети (УАА, УАГ, УГА), кожен з яких означає припинення синтезу одного поліпептидного ланцюга (так звані стоп-кодони), а триплет АУГ визначає місце початку синтезу наступного.
7. Етапи біосинтезу білків. Настав час дізнатись, як зчитується інформація, що записана на певному відрізку ДНК?
а) Транскрипція (від лат. транскрипціо - переписування) — синтез іРНК з ДНК. Спочатку фермент РНК-полімераза розщеплює подвійний ланцюг ДНК і на одному з ланцюгів за принципом комплементарності синтезує молекулу іРНК, яка таким чином повторює послідовність нуклеотидів певної ділянки молекули ДНК, далі з іРНК видаляються ділянки, позбавлені генетичної інформації (інтрони). Потім і-РНК із ядра надходить до цитоплазми клітини. (Для узагальнення можна використати задачу або динамічну модель).
б) Трансляція (від лат. транслятіо — передача) — переклад послідовності нуклеотидів у молекулі іРНК у послідовність амінокислотних залишків молекули білка.
• Куди несе свою інформацію і-РНК? До рибосоми. Знайшовши вільну рибосому і-РНК протягується через неї. і-РНК входить до рибосом кодоном АУГ. Одночасно в рибосомі (у функціональному центрі)може перебувати тільки 2 триплети (6 нуклеотидів).
• Нуклеотиди в рибосомі у нас є тепер треба туди якось доставити амінокислоти. За допомогою чого? т-РНК. Розглянемо її будову. Транспортні РНК (т-РНК) складаються приблизно з 70 нуклеотидів. Кожна т-РНК має акцепторний кінець, до якого приєднується амінокислотний залишок, і адаптерний кінець, що несе трійку нуклеотидів, комплементарних якому-небудь кодону (триплету) і-РНК, тому цей триплет назвали антикодон.
• Т-РНК з відповідною амінокислотою, намагається приєднатися до і-РНК. Якщо антикодон т-РНК компліментарний кодону і-РНК, то він приєднується і виникає зв'язок, який служить сигналом для пересування рибосоми по нитки і-РНК на один триплет. Амінокислота приєднується до пептидного ланцюжку, а т-РНК, звільнившись від амінокислоти виходить у цитоплазму у пошуках іншої такої ж. Пептидний ланцюжок, таким чином, продовжується до тих пір, поки не закінчиться трансляція. Коли рибосома досягає одного з трьох триплетів (УАА, УАГ, УГА), що сигналізує про припинення синтезу поліпептидного ланцюга, вона разом із білковою молекулою залишає і-РНК. Згодом вона розпадається на субодиниці, які потрапляють на будь-яку іншу молекулу і-РНК. На одній і-РНК одночасно може міститися кілька рибосом. (Для узагальнення можна використати задачу або динамічну модель).
в) Термінація — утворення вторинної, третинної і четвертинної структури білка. Синтезована молекула білка надходить у порожнину ендоплазматичної сітки, якою транспортується в певну ділянку клітини. На заключному етапі синтезований білок набуває своєї природної просторової структури. За участю відповідних ферментів від нього відщеплюються зайві амінокислотні залишки, вводяться небілкові фосфатні, карбоксильні та інші групи, приєднуються вуглеводи, ліпіди тощо. Лише після цих процесів молекула білка стає функціонально активною.
Процеси синтезу білкових молекул потребують затрат енергії, яка вивільняється при розщепленні молекул АТФ.
8. Узагальнення. Для синтезу білка необхідно:
1) енергія (у вигляді АТФ);
2) відповідні ферменти (рнк-полімераза);
3) інформація про структуру білка (у ДНК, а потім в і-РНК);
4) амінокислоти і відповідні їм т-РНК;
5) рибосоми.
Молекули білка синтезуються у клітині впродовж 1-2 с. Синтез білків у клітині відбувається в інтерфазі — період між її поділом.
4. Міжпредметні зв'язки. Тема «Пласичний обмін. Біосинтез білка» має внутрішньопридметні зв’язки з розділами:
Розділ «Творини»
а) з темою «Клітинна будова тварин та особливості будови тваринних клітин»
- будова та функції ядра, рибосом, ендоплазматичної сітки.
Розділ «Людина»
а) з темою «Особливості будови клітин»
- будова та функції ядра, рибосом, ендоплазматичної сітки.
Розділ «Молекулярний рівень організації життя»
а) з темою «Будова, властивості, функції макромолекул білків»
- функції і будова амінокислот та білків.
б) з темою «Будова, властивості, функції нуклеїнових кислот. АТФ»
- види нуклеїнових кислот (ДНК і РНК), типи РНК, компліментарність, процеси транскрипції та реплікації.
Розділ «Клітинний рівень організації життя»
а) ) з темою «Ядро. Будова і функції ядра»
б) з темою «Клітинний цикл. Мітоз»
- фази мітозу, інтерфаза.
До теми
