Методическая разработка урока "Биосинтез белка" 10 класс

Тема. Биосинтез белка в клетке.

Цель урока: сформировать знания о механизмах реализации наследственной информации в клетке.

Задачи:

Образовательные:

• закрепить знания учащихся о свойствах генетического кода, его свойствах, принципе комплементарности:

• выяснить особенности транскрипции и трансляции;

• раскрыть механизмы матричного синтеза полипептидной цепи на рибосоме.

Развивающие:

• закрепить умения учащихся пользоваться таблицей «Генетический код», умение переводить информацию из одной формы в другую;

• формировать у учащихся умения по выполнению тестов в форме ЕГЭ.

Воспитательные:

• продолжить формирование коммуникативно-конструктивных форм общения;

• мотивировать учащихся на усвоение темы с помощью индивидуального обучения с само- и взаимопроверкой.

Оборудование: компьютер, проектор, презентация на тему «Биосинтез белка».

Тип урока: комбинированный.

На уроке используются элементы здоровьесберегающей технологии (смена деятельности учащих-ся, чтобы избежать утомления, проводится физкультминутка), элементы технологии проблемного обучения (создаются проблемные ситуации в ходе урока)

Методы: частично-поисковый, объяснительно-иллюстративный.

Ход урока.

1. Организационный момент

2. Актуализация опорных знаний (учитель совместно с учащимися определяет объект изучения).

• Какова роль ядра?

• Какие органоиды участвуют в передаче наследственных признаков?

• Какие нуклеиновые кислоты известны?

• Виды РНК в клетке и их роль в биосинтезе белка?

• Что такое белки? Какие функции выполняют белки?

1. Изучение нового материала.

В клетках непрерывно идут процессы обмена веществ – процессы ассимиляции (синтеза) и диссоциации (распада). Одним из важнейших процессов синтеза в клетке – процесс биосинтеза белков. В каждой клетке синтезируются несколько тысяч различных белковых молекул. Белки недолговечны, время их существования ограничено, после чего они разрушаются. Следовательно, существует процесс восстановления белков, биосинтез.

Процесс биосинтеза белка включает в себя реакции, которые встречаются только в живой клетке – это реакции матричного синтеза.

Вопрос классу: Что такое матрица? (Версии школьников – запись на доске).

(Учитель предлагает вспомнить игры детей в песочнице, формы для изготовления печенья.)

• Что является матрицей в данном фрагменте? (Формочки)

• В каких видах деятельности человека используется матрица? (Копирование текста на ксероксе, отливка деталей и монет в форме).

• Что же такое матричный синтез в клетке?

• Предположите: какая из известных вам молекул может быть матрицей? (версии учащихся, работа с презентацией).

Определение: Матричный синтез (от лат. mater — основа, мать) — способ воспроизводства молекул ДНК и синтеза молекул РНК, при котором одна нить ДНК служит матрицей (образцом) для построения дочерней молекулы (запись в тетради).

Процесс биосинтеза белка включает в себя два основных этапа: транскрипция и трансляция:

БИОСИНТЕЗ БЕЛКА

ТРАНСКРИПЦИЯ ТРАНСЛЯЦИЯ

Транскрипция – первый этап биосинтеза белка.

Учащимся предлагается заполнить таблицу, используя материал учебника § 25:

Таким образом, транскрипция – это процесс синтеза молекулы иРНК на участке молекулы ДНК. 

Транскрипция - первый этап биосинтеза белка. Этот этап проходит в ядре клетки. По одной из нитей ДНК происходит строительство иРНК (или матричной, мРНК) по принципу комплемен-тарности. Копируется только часть ДНК, содержащая информацию о нужном белке. Для транскрип-ции необходим особый фермент – РНК-полимераза. Двигаясь по цепи ДНК вдоль необходимого гена, РНК-полимераза подбирает по принципу комплементарности нуклеотиды и соединяет их в цепочку в виде молекулы иРНК. В конце гена или группы генов фермент встречает сигнал (также в виде определенной последовательности нуклеотидов), означающий конец переписывания. Готовая иРНК отходит от ДНК и направляется к месту синтеза белка. 

Выполняем задание на карточке (учащиеся получают карточки-схемы в начале урока).

Предлагаю вам провести осуществить транскрипцию и выступить в роли фермента транскриптаза.

Используя принцип комплементарности, составляем молекулу иРНК по представленной на схеме молекуле ДНК. Один из учащихся выполняет задание у доски.

После транскрипции молекула ДНК, имеющая большие размеры и массу, остается в ядре, а молекула иРНК поступает в цитоплазму через ядерные поры.

После выполнения задания закрепляем новый материал.

Учитель. Давайте проведём параллели, рассмотрим слайд-шоу «Биосинтез белка» (электронная версия учебника «Биология. 10-11 класс», стр. 64).

Представьте себе, что мы затеяли строительство дома. Проект нашего дома находится в читальном зале библиотеки, общий план громоздкий, его невозможно вынести из библиотеки, нам это ни к чему. Строителю необходима только копия проекта нашего дома. Выносим копию из библиотеки и едем на строительный участок. Итак определим:

ЧТО ЕСТЬ ЧТО?

(Физкультминутка)

Трансляция – второй этап биосинтеза белка. Вы встречались с этим словом на уроках английского языка. Что оно означает? (перевод)

Учитель. Образно говоря, трансляция – это перевод информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот.

Что же при этом происходит в клетке? Трансляция представляет собой процесс построения белковой молекулы из аминокислот. Данный процесс протекает в цитоплазме клетки, в нем участвуют рибосомы, ферменты, иРНК и тРНК. Трансляция идет с использованием энергии АТФ.

Задание для работы с учебником.

Прочитайте в учебнике статью «Транспортные РНК» (стр. 63), рассмотрите рисунок 2.13, ответьте на вопросы:

• Почему данный вид РНК называют транспортной?

• Сколько аминокислот может переносить каждая тРНК?

• Как тРНК определяет «свою» аминокислоту?

• Определите, используя таблицу «Генетический код», какую аминокислоту переносит тРНК с антикодоном ЦГА? (Один ученик работает у доски).

Антикодон ЦГА

Кодон ГЦУ

Аминокислота Аланин

Данная молекула тРНК будет транспортировать аминокислоту аланин.

     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.

          Функционирование рибосомной системы начинается со взаимодействия иРНК с субъединицей рибосомы, к которой присоединяется инициаторная тРНК, всегда метиониновая (АУГ). Рибосомы имеют функциональный центр, в котором помещаются два триплета (ФЦР). Весь рибосомный комплекс начинает перемещаться вдоль иРНК. К ФЦР поступает вторая тРНК, чей антикодон комп-лементарен кодону иРНК, находящемуся в данном участке ФЦР. Между метионином и аминокислотой образуется пептидная связь, после чего метиониновая тРНК отсоединяется, а растущую цепь белка присоединяет вторая тРНК. После образования пептидной связи иРНК перемешается на один триплет ФЦР. Одновременно с этим рибосома целиком передвигается в направлении следующего кодона иРНК, а метиониновая тРНК выталкивается в цитоплазму. В освободившийся участок приходит новая тРНК, связанная аминокислотой, которая шифруется очередным кодоном иРНК. Снова происходит образование пептидной связи, и белковая молекула удлиняется еще на одно звено.  Трансляция идет до тех пор, пока в ФЦР не попадет стоп-кодон, являющийся «знаком препинания» между генами. На этом рост полипептидной цепи завершается.

Для увеличения эффективности функционирования иРНК часто соединяется не с одной, а с несколь-кими рибосомами. Такой комплекс называется полисомой, на котором протекает одновременный синтез нескольких полипептидных цепей.

Предлагаю ребятам продолжить работу с карточкой-схемой. Учащиеся переписывают последо-вательность нуклеотидов на молекулу иРНК, которая находится в цитоплазме. «Сажаем» рибосо-му на первые два триплета и рисуем молекулу тРНК с антикодоном, соответствующим первому кодону иРНК. Необходимо напомнить учащимся, что рибосома имеет функциональный центр, в котором одновременно может находиться только два триплета. По таблице генетического кода находим аминокислоту и рисуем на схеме. Затем рисуем вторую молекулу тРНК – находим вторую аминокислоту. Передвигая рибосому на один триплет, прикрепляем следующую тРНК.

Для определения аминокислоты к доске приглашаю следующего ученика. Сменяя друг друга, ребята определяют состав фрагмента белка и закрепляют навыки работы с таблицей «Генетический код».

В конце иРНК стоит триплет УАГ, напротив этого кодона стоит прочерк, - это «стоп-кодон». Он означает, что синтез белка окончен.

Карточку-схему учащиеся вкладывают в свою тетрадь. Для закрепления материала рассматри-ваем 3D модель «Трансляция» (электронный учебник, стр. 64).

1. Рефлексия

В начале урока учащиеся получили карточки с вопросами и смайликами.

• Встречались ли вы в своей повседневной жизни с кодированием информации? (Штрих-коды на товарах, кодирование пищевых добавок - Е100, Е305)

• Сегодня на уроке я узнал…

• Меня поразило…

• Мне пригодится в дальнейшем…

• Отметьте смайлик, который соответствует вашим знаниям, полученным сегодня на уроке:

V. Подведение итогов урока

VI. Домашнее задание.

Учить § 26, повторить § 25.

Используя в качестве примера карточку-схему, составить аналогичную задачу и решить ее.

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 4