Відкритий урок у 10 класі

Тема: Хімічний склад,будова і функції рибосоми. Синтез білків на вільних рибосомах та на ендоплазматичній сітці.

Мета уроку: сформувати знання про хімічний склад, будову і функції рибосом, етапи біосинтезу білків,зясувати значення кожного етапу,показати значення біосинтезу білка для життєдіяльності організму; розвивати науковий світогляд та творчі здібності учнів,уміння працювати в команді та використовувати різні джерела інформації; удосконалювати вміння встановлювати взаємозв’язки;виховувати в учнів пошану до унікальності живих істот.

Очікувані результати: учні характеризують будову та функції рибосом, генетичний код та його значення в біосинтезі білків;основні етапи біосинтезу білків; розв’язують елементарні вправи з трансляції.

Обладнання: мультимедійна презентація ,саморобна модель –аплікація  «Біосинтез білка».

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.  
1.         Організаційний етап

Ми звикли зертатись до чужого,однак своє інколи буває кращим. Сьогодняшній урок я хочу розпочати словами мудрого,талановитого,прадавнього українського народу. Народна мудрість вчить «Основа навчання – старанність і праця». Дорогі діти нехай ці слова будуть девізом не тільки цього уроку,а й усього вашого життя.

Ну,що ж давайте посміхнемось одини одному,та з хорошим настроєм розпочнемо наш урок.

2. Актуалізація опорних знань учнів

Прийом «Брейн штормінг»

•       Які органічні речовини вам відомі?(білки , жири, вуглеводи)
•       Які з них займають особливе місце і є основою усього живого?(білки)
•       Що таке білки?(Полімери – мономерами яких є амінокислоти)
•       Скільки видів амінокислот існує у живих організмах? (20)
•       Які амінокислоти називаються незамінними? (Ті які організмлюдини і тварини синтезувати неможе)
•       Скільки рівнів структурної організації білкової молекули ви знаєте?
•       Чим представлена первинна структура білка? (Поліпептидний ланцюг)
•       Які звязки виникають між амінокислотами у поліпептидному ланцюгу? (ковалентні)
•       Чим представлена вторинна структура білка? (альфа-спіраль та бета-шар)
•       Який вигляд має третинна структура білка? (Глобула)
•       Що таке четвертинна структура білка? (Упакування лекількох поліпептидних ланцюгів)
•       Яка роль білків у нашому організмі (білки-гормони(вазопресин,окситоцин) – беруть участь в управлінні всіма життєвими процесами організму;завдяки очному білку родопсину ми маємо зір;ми здатні рухатися,тому що наші м’язи скорочуються і  розслаблюються завдяки білкам актину і міозину;наші волосся і нігті складаються з білка кератину;білок гемоглобін розносить кисень від легенів до всіх клітин нашого організму;без білка пепсину,що міститься у шлунковому соці, ми не змогли б перетравлювати їжу;Білок-інтерферон допомагає організму справлятися з різними шкідливими вірусами і захищає нас від хвороб.
•      Як білки потрапляють в організм людини?(з їжею)
•       Що з ними відбувається у травному каналі?(розщеплення до більш простіших сполук мономерів – амінокислот)
•       У чому проявляється індивідуальність кожного організму?(Укожному організмі синтезуються власні специфічні для неї білки                                                                                 3.         Мотивація навчальної діяльності

Зовсім недавно, на початку 50-х років 20 ст., уперше білок було синтезовано штучно. Це інсулін, поліпептидний ланцюг якого складається всього з 51 амінокислотного залишка. Для його синтезу було проведено близько 5000 операцій. У цій роботі брали участь 10 чоловік протягом трьох років. Як бачите, у лаборатор­них умовах синтез білка потребує величезних зусиль, часу і кош­тів. У живій клітині синтез однієї молекули білка, що склада­ється з 200—300 амінокислотних ланок, здійснюється дуже швид­ко — за 3-4 хв. У результаті половина білків нашого тіла (усьо­го в ньому близько 17 кг білка) відновлюється за 80 днів. А протягом усього життя людина відновлює весь свій білковий склад близько 200 разів. Найголовніший процес у нашому організмі — це біосинтез білка.

Перше, що приходить на думку при слові «білок», — це білок курячого яйця (його на­укова назва — альбумін). Але білки заховані не лише під яєчною шкаралупою. Наш власний організм, як завод, на якому постійно працює значна кількість найрізноманітніших білків. Ви­никає запитання: як саме здійснюється синтез білка?

Повідомлення теми уроку. Визначення разом з учнями мети і завдань уроку.

4.      Засвоєння нового матеріалу

Сьогодні ми працюємо у домашніх групах,кожна з яких отримала в завдання, яке буде презентувати під час обговорення, навчаючи інших.

Методична стратегія «Джигсоу»

Питання для груп:

1.Будова та функції рибосом.

2. Поняття про генетичний код та його властивості.

3.Етапи синтезу білка – транскрипція,активізація амінокислот.

4. Етапи синтезу білка – трансляція.

(учні звітують та зображуть процеси на самостіно виготовленій модел-аплікаціїі)

Біосинтез — утворення органічних речовин, що відбувається в живих клітинах за допомогою ферментів і внутрішньоклітинних структур.

- Яка внутрішньоклітинна структура бере участь у синтезі білка?

Звіт першої групи

1.Будова і функції рибосом

Рибосоми — невеликі гранулоподібні сферичні тільця розміром від 15 до 35 нм. Вони були виявлені на початку 1950-х років. Перше глибоке дослідження та опис рибосом як клітинних органел було здійснене Джорджем Паладе. За іменем дослідника рибосоми були названі «частинками Паладе», але згодом, у 1958 р., їх було перейменовано в «рибосоми» з огляду на високий вміст РНК.

Утворюються рибосоми в ядерцях у вигляді ок­ремих субодиниць— великої і малої. Субодиниці об’єднуються в рибосому поза ядром. Частина рибосом сполучена з мембранами ендоплазматичної сітки (шорстка ЕПС), інша — розміщена в цитоплазмі. В еукаріотичних організмах рибосоми можна знайти не лише в цитоплазмі, а й усередині у деяких великих мембранних органел, зокрема в мітохондріях та хлоропластах Складається рибосома з молекул рибонуклеїнової кислоти (4 молекули: одна в малій і три у великій субодиницях у еукаріотів, і білка. Основ­ною функцією рибосом є синтез білків, під час якого рибосоми зв’язують і утримують компоненти білоксинтезуючої системи, виконують каталітичні функції і трансляцію. Мала рибосомальна субодиниця має активну ділянку для приєднання матричної і транспортної РНК, а велика — для синтезу поліпептидного ланцюга. Особливо багато рибо­сом у клітинах тканин, які швидко ростуть.

— Як ви вважаєте, від чого залежить кількість рибосом у клітині?

Очікувана відповідь учнів:

Їхня кількість у цитоплазмі залежить від синтетичної активності клітини і може налічувати від сотні до кількох тисяч на одну клітину.

 Якщо з однією молекулою іРНК з’єднуються кілька рибосом, то утворюються полісоми, що містять від 5 до 70 рибосом.

(на моделі-аплікації  учні зображують місцерозташування рибосом у клітині)

Звіт другої  групи

2. Поняття про генетичний код та його властивості.

     Постановка проблемного питання:

—    Як ви вважаєте, якій речовині належить основна роль у визначенні структури білка?

             (Основна роль у визначенні структури білка належить ДНК.)

— Чи бере ДНК безпосередню участь у синтезі білка?

Очікувана відповідь учнів:

Сама ДНК безпосередньої участі в синтезі білків не бере. ДНК міститься в ядрі, а білки синтезуються в рибосомах, що містяться в цитоплазмі. У молекулах ДНК тільки зберігається інформація про структуру білків.

Пригадайте:

— Що таке ген? (Ділянка молекули ДНК, що містить інформацію для синтезу РНК.)

Найважливішу роль у процесі біосинтезу білка відіграють нуклеїнові кислоти. Бо саме в молекулах нуклеїнових кислот зберігається спадкова інформація про порядок розміщення амінокислот, яку визначає генетичний код. Генетичний код був розшиф­рований у 60-х роках XX ст. М. Ніренбергом, У. Холлом і X. Кораною. Генетичний код - це встановлення відповідності між певною послідовністю нуклеотидів молекул ДНК і амінокислотами молекули білка. З’ясовано, що кожна амінокислота кодується трьома нуклеотидами ДНК, або комплементарними їй нуклеотидами інформаційної РНК - триплетами.

Властивості генетичного коду:

•     триплетність – одну амінокислоту кодує послідовність із трьох нуклеотидів. Таку послідовність називають кодоном,або триплетом. Наприклад ділянка Т–Т–Т відповідає амінокислоті лізину, ділянка А–Ц–А — цистеїну, Ц–А–А — валіну і т. д.

Поділивши цей ряд на трійки (триплети), відразу розшифруємо, які амінокислоти і в якій послідовності є в молекулі білка:

А–Ц–А Т–Т–Т А–А–Ц Ц–А–А Г–Г–Г

Цистеїн Лізин Лейцин Валін Пролін

•    виродженість – одна амінокислота може кодуватись декількома триплетами.( це підвищує надійність коду) 18 із 20 амінокислот кодуються 2-6 триплетами і тільки триптофан і метіонін – одним.

•    однозначність – кожен триплет кодує тільки одну амінокислоту. Триплети УАА,УАГ, УГА не кодують амінокислот, їх називають стоп кодонами, вони означають припинення синтезу поліпептидного ланцюга. Триплет АУГ позначає місце, де починає синтезуватись наступний поліпептидний ланцюг.

•    універсальність – генетичний код універсальний для усіх живих організмів.

Реалізація генетичного коду в живих клітинах здійснюється шляхом двох матрич­них процесів - транскрипції і трансляції. На рівні генетичного коду та процесу біосинтезу білка реалізується центральна догма молекулярної біології ДНК—>РНК—> білок

Звіт третьої  групи

3.         Етапи синтезу білка – транскрипція.

      Постановка проблемного питання

«Яким чином клітина синтезує необхідний білок,якщо інформація про нього зберігається у ядрі,а органели,що здійснюють синтез білка у цитоплазмі?»

Перший     етап біосинтезу білка називається— транскрипція — передавання інформації про структуру білка з молекули ДНК на іРНК. Інформація про структуру конкретно­го білка (наприклад, яко­гось ферменту) закодована на молекулі ДНК, яка міс­титься в ядрі. Ця інформа­ція може бути переписана на молекулу і - РНК лише в тому разі, коли подвійний ланцюг ДНК на певному відрізку роз’єднається і кожний із ланцюгів відійде один від одно­го. Цей процес здійснюється за допомогою специфічних ферментів, які розривають водневі зв’язки між азотисти­ми основами окремих ланцюгів. Далі за участю ферменту РНК-полімерази вздовж одного із роз’єднаних ланцюгів ДНК розпочинається синтез молекули і-РНК. За принци­пом комплементарності послідовність нуклеотидів у ній повністю відповідатиме послідовності нуклеотидів в од­ному з ланцюгів молекули ДНК. Отже, певна ділянка ДНК (ген) є матрицею для відповідної і-РНК.

Синтезовані молекули іРНК за участю інших ферментів відокремлюються від ланцюга ДНК і переходять із ядра в цитоплазму, де сполучаються з рибосомами ЕПС, а моле­кула ДНК відновлює свою структуру.

Розміри молекули ІРНК залежать від обсягу інформації про розміри моле­кули білка, закодованої в ній. Чим довша молекула ІРНК, тим більша білкова молекула. Максимальна молекуляр­на маса ІРНК може досягати 2 млн а.о.м.

(на динамічній моделі учні зображують процес транскрипції)

Наступний етап — активування амінокислот. Цей процес відбу­вається в цитоплазмі шляхом з’єднання різноманітних амінокислот, які утворюються під час розщеплення білків, із специфічними ферментами і молекулами АТФ. Акти­вовані молекули амінокислот сполучаються з молекула­ми транспортної РНК (тРНК). Кожній з 20 відомих амінокислот відповідає певна транспортна  РНК(т-РНК),яка має форму листка конюшини.

У молекулах тРНК є дві важливі ділянки: до однієї з них прикріплюється відповідна амінокислота, а інша містить триплет нуклеотидів (антикодон), який відпові­дає коду цієї амінокислоти в молекулі іРНК.

Активовані амінокислоти, сполучені з тРНК, надходять до рибосом, де і розпочинається процес безпосе­реднього синтезу поліпептидних ланцюгів.

(на динамічній моделі учні зображують процес прикріплення амінокислот до транспортних РНК)

   Звіт третьої  групи

4. Етапи біосинтезу білка - трансляція.

      Розповідь учителя

Отже,молекула іРНК із записаною на неї інформацією прямує до рибосоми. Туди ж прямує «будівельний матеріал» з якого будується білок – молекули амінокислот.І розпочинається етап реалізації спадковаї інформації – синтезується відповідний білок.

Трансляція (процес безпосереднього синтезу поліпептидного лан­цюга) - переклад послідовності нуклеотидів у молекулі іРНК у послідовність аміно­кислотних залишків молекули білка, відбувається на рибосомах в гранулярній ЕПС.

·         ініціація - початок трансляції - триплет АУГ, що кодує амінокислоту метіонін, утворює ініціативний комплекс, який дає сигнал про початок синтезу поліпеп­тидного ланцюга;

·         елонгація - багаторазово повторюваний процес: іРНК зв’язана з рибосомою таким чином, що опиняється між двома її субодиницями; рибосома рухається зліва направо по іРНК і складає білкову молекулу. Рибосома має функціональний центр - розміри відповідають довжині двох триплетів. В одній частині функціо­нального центру антикодон тРНК розпізнає кодон іРНК, а в іншій - амінокислота звільняється від тРНК і кріпиться до рибосоми. Приєднання другої амінокислоти до попередньої відбувається на тій же рибосомі, але на наступному кодонові іРНК, утворюючи з нею пептидний зв’язок з відщепленням молекули води. Далі рибосома робить наступний крок по іРНК, а на її місце надходить друга, третя і т. д. Молекули іРНК з нанизаними на неї рибосомами називають полісомою;

•                     термінація - закінчення трансляції: ІРНК містить стоп-кодон, який не кодує амінокислоти, а сигналізує про завершення синтезу білкової молекули. Рибо­сома залишає іРНК, а білок від’єднується від рибосоми і йде в ЕПС, по якій транспортується у певну ділянку клітини .

Останній етап - посттрансляційна модифікація - білок набуває природної труктури - утворює певну просторову конфігурацію (спіраль, клубок).

Синтезовані білки спочатку накопичуються в каналах і порожнинах ендоплазматичної сітки, а потім транспортуються до органел і ділянок клітин, де вони використовуються.     Фізкультпауза.

Динамічна вправа «Напиши слово»

А зараз  виконаємо вправу,яка покращує роботу головного мозку,роботу шийних хребців та суглобів кінцівок. Ми будемо писати букви у повітрі, вони мають бути високими та великими. А писати ви їх будете за моїми інструкціями. Напишемо назву процесу ,який ми вивчаємо на сьогодняшньому уроці «Біосинтез»

«Б» - пишемо головою,

«І» - пишемо підборіддям»

«О» - пишемо носом,

«С» - пишемо правим плечем,

 «И» - пишемо лівим плечем,

«Н» - пишемо правим ліктем,

«Т» - пишемо лівим ліктем,

«Е» - пишемо правим коліном,

«З» - пишемо лівим коліном».

    Дослідницько-пошукова робота учнів.

 - Ви отримли випереджальне пошуково-дослідницьке завдання,зясувати  «Чи брали участь у дослідженні білка та синтезу білка українські вчені.» Хто з вас виконав це завдання?

(учні розказують про українських вчених ,які досліджували синтез білків)

Отже -  українські вчені не стоять осторонь  розвитку світової науки,а плідно працюють  примножуючи знання щодо дослідження найголовнішої речовини нашого організму – білка.

 5.      Первинне засвоєння та узагальненя матеріалу.

5.1 Алгоритм «Ціцерона»

Щоб зрівняти два ключових питання біосинтезу білка,скористаємося чотирма питаннями

Термін	Що?	Де?	Як?	Навіщо?
Транскрипція	Синтез молекули і РНК з фрагмента молекули ДНК	В ядрі	Згідно принципу комплементарності	Щоб доправити інформацію про білок  у цитоплазму
Трансляція	Переклад послідовності нуклеотидів у молекулі і РНК у послідовність амінокислот молекули білка.	В цитоплазмі	На рибосомах за допомогою і РНК ,амінокислот та рибосом.	Щоб синтезувати специфічний для даного організму білок.

5.2 Заповніть таблицю за фрагментом молекули ДНК

А зараз,ми навчимося застосовувати отримані знання на практиці.

Транскрипція	Фрагмент молекули ДНК	ТГГ АЦЦ	ГАГ ЦТЦ	ЦГГ ГЦЦ
	Фрагмент молекули  і -РНК	УГГ	ГАГ	ЦГГ
Трансляція	т-РНК (антикодони)	АЦЦ	ЦУЦ	ГЦЦ
	Фрагмент молекули білка	Триптофан	Гліцин	Аргінін

5.3Ситуативне завдання

Уявіть,що ви – учений генетик і вивчаєте процеси,що відбуваються в генах після дії радіації. Як саме зміниться первинна структура білка, якщо ген,який має структуру ТТА АЦЦ ЦТГ ГТА  в результаті  мутації втратить третій і сьомий нуклеотид ?

5.4 Прийом «Ти – мені,я – тобі»  -команди задають одна одній питання по темі уроку.

6.         Підбиття підсумків уроку

Метод «Незакінчені речення»

Учні працюють з відкритими реченнями, наприклад:

— На сьогоднішньому уроці для мене найважливішим відкриттям було…

— Урок важливий, тому що…

— Мені сподобалося…

7.         Домашнє завдання

Завдання для всього класу. Опрацювати параграф 23.

Індивідуальні та творчі завдання.Скласти умову задачі з молекулярної біології.