Форма работы: индивидуальная, электронное обучение.
Тип урока: урок изучения нового материала.
Цель: сформировать систему знаний о принципах кодирования наследственной информации, углубить знания о белке.
Основные понятия: ген, генетический код, матричный синтез, свойства генетического кода.
Интернет-ресурсы: https://www.youtube.com/watch?v=FmA9Jjf12Ic
Используемая литература: учебник Общая биология 11 класс, В.И.Сивоглазов, И.Б. Агафонова, Е.Т. Захарова, изд. Дрофа 2014 год
Ход урока
1. Организационный момент.
Познакомимся с реакциями матричного синтеза, изучим значение РНК в осуществлении синтеза белка
2. Основная часть Лекция.
Основные свойства генетического кода:
1. Генетический код триплетен. Триплет (кодон) – последовательность трёх нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту. Поскольку в состав белков входит 20 аминокислот, то очевидно, что каждая из них не может кодироваться одним нуклеотидом. Двух нуклеотидов для кодирования аминокислот также не хватает, поскольку в этом случае могут быть закодированы только 16 аминокислот. Значит, наименьшее число нуклеотидов, кодирующих одну аминокислоту, оказывается равным трём. (В этом случае число возможных триплетов нуклеотидов составляет 43 = 64).
2. Избыточность (вырожденность) кода является следствием его триплетности и означает то, что одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами (поскольку аминокислот 20, а триплетов – 64), за исключением метионина и триптофана, которые кодируются только одним триплетом. Кроме того, некоторые триплеты выполняют специфические функции: в молекуле иРНК триплеты УАА, УАГ, УГА – являются терминирующими кодонами, т. е. стоп-сигналами, прекращающими синтез полипептидной цепи. Триплет, соответствующий метионину (АУГ), стоящий в начале цепи ДНК, не кодирует аминокислоту, а выполняет функцию инициирования (начала) синтеза.
3. Одновременно с избыточностью коду присуще свойство однозначности: каждому кодону соответствует только одна определённая аминокислота.
4. Код коллинеарен, т. е. последовательность нуклеотидов в гене точно соответствует последовательности аминокислот в белке.
5. Генетический код неперекрываем. Это значит, что процесс считывания не допускает возможности перекрывания кодонов (триплетов).
6. Генетический код универсален, т. е. одинаковые для всех живых организмов вне зависимости от уровня организации и систематического положения этих организмов.
7. Генетический код содержит «знаки препинания» – стоп-кодоны. Начавшись на определённом кодоне, считывание идёт непрерывно триплет за триплетом вплоть до стоп-сигналов (терминирующих кодонов).
Итак, последовательность триплетов в цепи ДНК определяет последовательность аминокислот в белковой молекуле. Ген – это участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру одной полипептидной цепи.
Транскрипция (от лат. transcription – переписывание). Информация о структуре белков хранится в виде ДНК в ядре клетки, а синтез белков происходит на рибосомах в цитоплазме. В качестве посредника, передающего информацию о строении определённой белковой молекулы к месту её синтеза, выступает информационная РНК.
Представьте себе библиотеку с уникальным фондом, книги из которой на дом не выдают. Для вашей работы и решения некой важной задачи необходимо получить информацию, записанную в какой-то из этих книг. Вы приходите в библиотеку, и для вас делают ксерокопию нужной главы из определённого тома. Не имея возможности забрать книгу, вы получаете копию её фрагмента и, уходя из библиотеки, уносите эту копию с собой, чтобы на основе записанных в ней сведений выполнить необходимую работу: сконструировать прибор, синтезировать какое-либо вещество, испечь пирог или сшить платье, т. е. получить результат.
Такой библиотекой является клеточное ядро, в котором хранятся уникальные тома – молекулы ДНК, ксерокопия – это иРНК, а результат – синтезированная белковая молекула.
Информационная РНК является копией одного гена. Двухцепочечная молекула ДНК раскручивается на определённом участке, водородные связи между нуклеотидами, стоящими друг напротив друга, разрываются, и на одной из цепей ДНК по принципу комплементарности синтезируется иРНК. Напротив тимина молекулы ДНК встаёт аденин молекулы РНК, напротив гуанина – цитозин, цитозина – гуанин, а напротив аденина – урацил (вспомните отличительные особенности строения РНК, § 9). В итоге формируется цепочка РНК, которая является комплементарной копией определённого фрагмента ДНК и содержит информацию о строении определённого белка. Процесс синтеза РНК на ДНК называют транскрипцией (рис. 43).
Трансляция (от лат. translation – передача). Молекулы иРНК выходят через ядерные поры в цитоплазму, где начинается второй этап реализации наследственной информации – перевод информации с «языка» РНК на «язык» белка. Процесс синтеза белка называют трансляцией (см. рис. 43). Для осуществления этого процесса информации о структуре полипептидной цепи, записанной с помощью генетического кода в молекулах иРНК, явно недостаточно. Мы не получим вещественного результата, имея на руках только «листки ксерокопии». Необходимы аминокислоты, из которых, согласно имеющемуся плану, будут собираться молекулы белка. Нужны структуры, в которых непосредственно будет происходить синтез, – рибосомы. Не обойтись также без ферментов, осуществляющих эту сборку, и молекул АТФ, которые обеспечат этот процесс энергией. Только при выполнении всех этих условий белок будет синтезирован.
Молекула иРНК соединяется с рибосомой тем концом, с которого должен начаться синтез белка. Аминокислоты, необходимые для сборки белка, доставляются к рибосоме специальными транспортными РНК (тРНК). Каждая тРНК может переносить только «свою» аминокислоту, имя которой определяется триплетом нуклеотидов – антикодоном, расположенным в центральной петле молекулы тРНК (рис. 44). Если антикодон какой-либо тРНК окажется комплементарным триплету иРНК, находящемуся в данный момент в контакте с рибосомой, произойдёт узнавание и временное связывание тРНК и иРНК (рис. 45). Одновременно на рибосоме находится две тРНК с соответствующими аминокислотами. Расположенная на рисунке слева аминокислота серин (сер) отделяется от своей тРНК и образует пептидную связь с аминокислотой аспарагин (асп).
Рис. 43. Взаимосвязь между процессами транскрипции и трансляции
Рис. 44. Строение тРНК
Рис. 45. Трансляция
Освобождённая тРНК (АГА) уходит в цитоплазму, а рибосома делает «шаг», сдвигаясь на один триплет по цепи иРНК. К этому новому триплету (ЦГУ) подойдёт другая тРНК и принесёт аминокислоту аргинин (арг), которая присоединится к растущему белку. Так, шаг за шагом, рибосома пройдёт по всей иРНК, обеспечивая считывание закодированной в ней информации. Таким образом, включение аминокислот в растущую белковую цепь происходит строго последовательно в соответствии с последовательностью расположения триплетов в цепи иРНК.
Процессы удвоения ДНК (§ 9), синтеза РНК и белков в неживой природе не встречаются. Они относятся к так называемым реакциям матричного синтеза. Матрицами, т. е. теми молекулами, которые служат основой для получения множества копий, являются ДНК и РНК. Матричный тип реакций лежит в основе способности живых организмов воспроизводить себе подобных.
Образование в клетках других органических молекул, таких как жиры, углеводы, витамины и т. д., связано с действием белков-катализаторов (ферментов). Например, ферменты, обеспечивающие синтез жиров у человека, «делают» человеческие липиды, а аналогичные катализаторы у подсолнечника – подсолнечное масло. Ферменты углеводного обмена у животных образуют резервное вещество гликоген, а у растений при избытке глюкозы синтезируется крахмал.
Обобщение материала.
Решение задач с использованием таблицы:
1.Транскрибируемый участок цепи ДНК имеет нуклеотидную последовательность:
ГЦА ЦГТ ААА ЦГТ.
Определите последовательность синтезируемой иРНК, последовательность нуклеотидов и антикодонах тРНК, последовательность аминокислот в полипептиде.
2. Пептид имеет аминокислотную последовательность:
Фен-Глу-Арг-Цис-Иле-Арг.
Напишите последовательность нуклеотидов участка молекулы ДНК, хранящего информацию об этом белке.
4. Домашнее задание: Выполнить тест.
I. Выберите один правильный ответ
1. Реакции биосинтеза белка, в которых последовательность триплетов в и- РНК обеспечивает последовательность аминокислот в молекуле белка, называют
а) гидролитическими б) матричными в) ферментативными г) окислительными
2. Какая последовательность правильно отражает путь реализации генетической информации
а) ген-и-РНК- белок -признак б) признак - белок –и-РНК -ген-ДНК в) и-РНК-ген-белок-признак
г) ген- ДНК-признак- белок
3. Роль матрицы в синтезе молекул и-РНК выполняет
а)полипептидная цепь б)плазматическая мембрана в)мембрана ЭПС г)одна из цепей молекулы ДНК
4. Антикодону ААУ на транспортной РНК соответствует триплет на ДНК
а) ТТА б) ААТ в) АГА г)АТТ
5. Белок состоит из 50 аминокислотных остатков. Сколько нуклеотидов в гене, в котором закодирована первичная структура этого белка?
а) 50 б) 100 в) 150 г) 250
6. Информация о последовательности расположения аминокислот в молекуле белка переписывается в ядре с молекулы ДНК на молекулу
а) АТФ б) р-РНК в)т-РНК г) и-РНК
7. В основе каких реакций обмена лежит матричный принцип
а) синтеза молекул АТФ б) сборки молекул белка из аминокислот
в) синтеза глюкозы из СО2 и Н2О д) образования липидов
8. Определенной последовательностью трех нуклеотидов зашифрована в клетке каждая молекула
а) аминокислоты б) глюкозы в) крахмала г) глицерина
9. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с гуанином составляет 10% от общего числа. Сколько
нуклеотидов с аденином в этой молекуле?
а) 10% б) 20% в) 40% г)90%
5. Используемая литература:
1. Сивоглазов В. И., Агафонова И. Б., Захарова Е. Т. Общая биология.11 кл. Учебник-М., Дрофа,2015г
Конспект и ответы на тест присылать в личные сообщения в ВК