Урок биологии. 12 класс Тема. Биосинтез белка

(Приложение. Слайд 1.)

Учащиеся. Это все белки!

Учитель. Правильно. Что такое белки?

Строение белков определяет их свойства и функции.

Вспомните, какие функции выполняют белки, упомянутые нами в начале урока.

Предполагаемые ответы учащихся:

Миозин, актин — специальные сократительные белки, обеспечи­вающие сокращение и расслабление мышц при движении.

Пероксидаза — фермент, разрушающий пероксид водорода до во­ды и кислорода.

Гемоглобин — транспортный белок, входящий в состав эритроци­тов крови и способствующий переносу кислорода,

Инсулин — гормон поджелудочной железы, регулирующий уро­вень сахара в крови.

у-глобулин - белок плазмы крови, участвующий в иммунных ре­акциях организма. Это белок из группы антител, которые связыва­ются с антигенами.

Липопротеины - белки, выполняющие строительную функцию.

(Приложение. Слайд 2.)
На экране выстраиваем схему:

Гормоны Ферменты

Антитела белки Транспорт



Строительство Движение

— Исходя из перечисленных функций белков, становится понят­ной та роль, которую они играют в жизнедеятельности клетки и организма в целом.

— В каждой клетке синтезируются несколько тысяч различных белковых молекул. Белки недолговечны, время их существова­ния ограничено, после чего они разрушаются.

(Приложение. Слайд 3.)
III. Тема урока: « Биосинтез белка ».

Изучение нового материала.

1. Постановка проблемы

— Что позволяет постоянно пополнять уровень белков в организ­ме без ухудшения их свойств?

Групповая работа.

Задание. Сопоставьте три факта:

А). Молекулы белков (например, гемоглобина) в клетке расщеп­ляются, разрушаются (диссимиляция) и заменяются новыми моле­кулами того же белка.

Б). Молекулы белка не обладают свойствами редупликации, как нуклеи-новые кислоты, поэтому из одной молекулы белка не могут создаваться две, как это происходит с ДНК.

В). Несмотря на это, вновь синтезируемые в клетке тысячи моле­кул одного вида белка являются точными копиями разрушенных (по структуре, свойствам и функциям).
Как, по вашему мнению, происходит синтез большого количества одинаковых молекул одного и того же белка, хотя редупликацией белок не обладает?

Предполагаемый ответ:

Синтезируемые в клетке тысячи молекул одного вида белка являются точными копиями разрушенных (по структуре, свойствам и функциям).

Известно, что они не могут создаваться путем редупликации, как это происходит с ДНК. Но синтез большого числа одинаковых моле­кул возможен, так как молекулы ДНК являются носителями наследственной информации, то есть в них записана информация о всех белках клетки и организма в целом.

(Приложение. Слайд 4.)

ДНК матрица u – РНК матрица белок
— Да, в организме (клетке) существует единая белоксинтезирующая система. В нее входит система нуклеиновых кислот, со­стоящая из ДНК и РНК, рибосомы и ферменты. Причем ин­формация о белках, заключенная в молекулах ДНК, вначале переносится на u-РНК; которая затем програм-мирует синтез белков клетки.

(Приложение. Слайд 5,6)
2. Транскрипция – первый этап биосинтеза белка.

(Приложение. Слайд 7.)

Комментарии учителя.

Первый этап переноса генетической информации с ДНК в клетку заключается в том, что генетическая информация в виде последова­тельности нуклеотидов ДНК переводится в последовательность нук-леотидов u-РНК. Этот процесс получил название транскрипции (лат. «transcriptio»— переписывание). Транскрипция, или биосинтез u-РНК на исходной ДНК, осуществляется в ядре клетки фермента­тивным путем по принципу комплиментарности.

Двигаясь по цепи ДНК вдоль необходимого гена, РНК-полимераза подбирает по принципу комплиментарности нуклеотиды и соединяет их в цепочку в виде молекулы u-РНК. В конце гена или группы генов фермент встречает сигнал (также в виде определенной последователь­ности нуклеотидов), означающий конец переписывания. Готовая u -РНК отходит от ДНК и направляется к месту синтеза белка.

(Приложение. Слайд 8.)
3. Трансляция как второй этап биосинтеза белков в клетке

Свойства генетического кода ( Отвечают учащиеся).

Трансляция (лат. «translatio»— перевод) – II этап биосинтеза белка.
( Приложение.Слайд 9, 10)
Комментарии учителя.

Природа создала универсальную организацию рибосом. Какой бы живой организм мы ни взяли, в любых его клетках рибосомы построены по единому плану: они состоят из двух субчастиц — большой и малой. Малая субчастица отвечает за генетические, декодирующие функции; большая - за биохимические, ферментативные.

В малой субъединице рибосомы различают функциональный центр (ФЦР) с двумя участками — акцепторным и донорным. В ФЦР может находиться шесть нуклеотидов u -РНК: три - в акцепторном, три - в донорном участках.

(Приложение. Слайд 11.)
Комментарии учителя.

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 m-РНК с затратой энергии АТФ.

Функционирование рибосомной системы начинается со взаимо­действия u--РНК с субъединицей рибосомы, к донорскому участку которой присоеди-няется инициаторная m -РНК, всегда метиониновая.

Любая полипептидная цепь начинается с метионина, который в дальней-шем отщепляется. Синтез полипептида идет от N- конца к С - концу, то есть пептидная связь обращается между карбоксильной группой первой и аминогруппой второй аминокислоты.

Далее к образовавшемуся комплексу присоединяется большая субъеди-ница рибосомы, после чего весь рибосомный комплекс начинает перемеща-ться вдоль u-РНК. При этом акцепторный участок ФЦР находится впереди, а донорный участок - сзади.

К акцепторному участку поступает вторая m -РНК, чей антикодон комплиментарен кодону u -РНК, находящемуся в данном участке ФЦР. Между метионином и аминокислотой акцепторного участка образуется пептидная связь, после чего метиониновая m-РНК отсоединяется, а растущую цепь белка акцептирует (присоединяет)
вторая m-РНК.

После образования пептидной связи m-РНК перемешается в донорный участок ФЦР. Одновременно с этим рибосомцеликом передвигается в направлении следующего кодона u-РНК, а метиониновая m-РНК выталкивается в цитоплазму. В освободившийся акцепторный участок приходит новая m-РНК, связанная аминокислотой, которая шифруется очередным кодоном и РНК, Снова происходит образование пептидной связи, и белковая молекула удлиняется еще на одно звено. Соединение аминокислот в полипептидную цепь осуществляется в месте выхода каналоподобной структуры в пространство (зазор) между большой и малой субчастицами рибосомы так, что синтезируемый белок располагается в этой каналоподобной структуре и по завершении синтеза через порув мембране ЭПС поступает в ее внутреннее пространство для окончательного формирования и транспорта по месту назначения. Трансляция идет до тех пор, пока в акцепторный участок не попадет стопкодон, являющийся «знаком препинания» между генами. На этомэлонгация, то есть рост полипептидной цепи, завершается.

( Приложение. Слайд 12)
Полипептидная цепь отделяется от m -РНК и покидает рибосому, которая в дальнейшем распадается на субчастицы. Процесс завершения синтеза белковой молекулы называется терминацией.

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

Таким образом, процесс синтеза белка представляет собой серию ферментативных реакций, идущих с затратой энергии АТФ.
С какой же скоростью осуществляются реакции синтеза белков?
4. Решение задачи

Какова скорость синтеза белка у высших организмов, если на сборку инсулина, состоящего из 51 аминокислотного остатка, затрачивается 7,3 с?

Решение задачи:

5I : 7,3 = 7 (аминокислот в 1 сек.).

(Ответ: в 1 сек. сливается 7 аминокислот.)
- Действительно, скорость передвижения рибосомы по u -РНК со­ставляет 5—6 триплетов в секунду, а на синтез белковой молекулы, состоящей из сотен аминокислот, клетке требуется 1-2 минуты.
- Инсулин является первым белком, синтезированным искусственно. Но для этого потребовалось провести около 5000 опера­ций, над которыми трудились 10 человек в течение 3 лет.
IV. Общие выводы по теме «Биосинтез белка»

V. Закрепление

(Приложение. Слайд 13,14,15,16
Тест - задание.

VI. Домашнее задание

1. Учебник «Общая биология» под ред. академика Д.К.Беляева, параграф 15

2. Подготовить сообщение: « Геномика – что это за наука?»

VII. Итог