Урок биологии "Биосинтез белка" по технологии развития критического мышления (10 класс)

Бабушкина Ж.В. Название учебной дисциплины: Биология Тема занятия: Биосинтез белка Цель: формирование знаний об основном процессе метаболизма – биосинтезе белка, как  сложном многоступенчатом процессе, в котором реализуются функции многих веществ и  органоидов клетки  Планируемые результаты: Предметные:  усвоение   понятий   биосинтез   белка,   генетический   код,   нуклеотид,   транскрипция, трансляция, комплиментарность,  усвоение сущности механизма  трансляции и механизма работы рибосом,  умение формулировать биологическое значение биосинтеза белка. Метапредметные:  навыки самообразования, умения работать с текстом, выделять главное, устанавливать причинно­следственные связи,  умения продуктивно общаться и взаимодействовать в процессе совместной деятельности,  учитывать позиции других участников деятельности, эффективно разрешать конфликты;  умение работать в группе,  умения активно воспринимать изучаемый материал, обобщать, определять направление в дальнейшей деятельности, ставить цели  умение донести до окружающих свои проекты и предложения. Личностные: • навыки сотрудничества со сверстниками Ход урока:  I. Стадия вызова 1. Через высказывания  «Жизнь – прекраснейшая из выдумок природы» Гетте  и  “Жизнь – есть способ существования белковых тел”. Энгельс  выходим на понятие  «белок». 2. С помощью кластера  обучающиеся вспоминают, что они знают о белке. 3. На слайде выводиться часть цепочки ДНК и цепочка аминокислот в молекуле белка  (ДНК: Г  Т  Г – Г  Г  А ­ Т  Т  Т – Ц  Г  Т и аминокислоты: ВАЛ – ГЛИ – ФЕН – АРГ ) Учитель: Что общего между этими цепочками? (или  Что их объединяет?) В результате ответов на этот вопрос обучающиеся формулируют тему урока.  II. Стадия осмысления. Давайте перенесемся в середину XXв. Мы ученые биологи, находимся в лаборатории,  перед которой стоят вопросы ( проблемные вопросы): 1) Открытие и изучение генетического кода человека. 2) Изучение механизма биосинтеза белка. Вопросы сложные, одной лаборатории не под силу. Эти вопросы будут изучать,  открывать… несколько лабораторий. Происходит деление на группы 1 лаборатория. Название: «Лаборатория генетического кода» Руководитель: Советский ученый Николай Константинович Кольцов, впоследствии  изучивший триплетность кода. Перед лабораторией ставится задача: Выяснение строения генетического кода и его  основных свойств. 2 лаборатория Название: «Лаборатория транскрипции» Руководитель: Освальд Эйвери – исследовал реакции синтеза. Перед лабораторией ставится задача: Изучение реакций матричного синтеза с ДНК  и образованием иРНК. 3 лаборатория Название: «Лаборатория трансляции» Руководитель: Английский ученый Френсис Крик (В будущем открыл двойную  спираль, в 1962 г. Нобелевский лауреат.) Перед лабораторией ставится задача: Выяснение механизма биосинтеза (синтеза  белка). Алгоритм работы группы: 1. Каждая группа формулирует вопросы (используя ромашку Блума), которые  помогут ей решить задачу. 2. Работают с текстом на информационных картах (Приложение 1) , они  преобразуют его в одну из графических форм. 3. Отвечают на сформулированные ими вопросы 4. Презентация работы каждой лаборатории. III. Стадия Рефлексии. 1. Самооценка работы каждой лаборатории по качеству вопросов (помогли ли  они им решить поставленную перед ними задачу в полной мере) и  целесообразность выбора данной графической формы для преобразования  информации 2. Каждый обучающий дополняет свои кластеры новой информацией. 3. Обучающиеся возвращаются к цепочкам ДНК и аминокислот(из стадии  вызова) и воссоздают весь процесс биосинтеза белка  (ДНК иРНК тРНК цепочка аминокислот, т.е. молекула белка) на данном  конкретном примере 4. Решают задачи:  → → → a. Какова скорость синтеза белка у высших организмов, если на сборку  инсулина, состоящего из 51 аминокислотного остатка, затрачивается 7,3  с? b. Фрагмент кодирующей полинуклеотидной цепи ДНК имеет следующую  последовательность нуклеотидов: АААГЦТАЦЦГЦАААТГЦГ.  Определите последовательность нуклеотидов и последовательность  кодонов в и – РНК, синтезируемой на указанном фрагменте и в  получившемся на рибосоме белке. Приложение 1. Код ДНК и его свойства. Информационная карта 1 Последовательность нуклеотидов каким­то образом кодирует последовательность  аминокислот. Все многообразие белков образовано из 20 аминокислот, а нуклеотидов в  составе ДНК – 4 вида. Если предположить, что один нуклеотид кодирует одну  аминокислоту, то 4 нуклеотидами можно закодировать 4 аминокислоты, если 2 нуклеотида кодируют одну аминокислоту, то количество кодируемых кислот возрастет до 42 – 16.  Значит, код ДНК должен быть триплетным. Было доказано, что именно три нуклеотида  кодируют одну аминокислоту, в этом случае можно будет закодировать 43 – 64  аминокислоты. А, так как аминокислот всего 20, то некоторые аминокислоты должны  кодироваться несколькими триплетами. В настоящее время известны следующие свойства генетического кода: 1. Триплетность: каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов. 2. Однозначность: кодовый триплет, кодон, соответствует только одной  аминокислоте. 3. Вырожденность (избыточность): одну аминокислоту могут кодировать  несколько (до шести) кодонов. 4. Универсальность: генетический код одинаков, одинаковые аминокислоты  кодируются одними и теми же триплетами нуклеотидов у всех организмов  Земли. 5. Неперекрываемость: последовательность нуклеотидов имеет рамку считывания по три нуклеотида, один и тот же нуклеотид не может быть в составе двух  триплетов. (Жил был кот тих был сер мил мне тот кот.) 6. Из 64 кодовых триплетов 61 кодон – кодирующие, кодируют аминокислоты, а 3  – бессмысленные, не кодируют аминокислоты, терминирующие синтез  полипептида при работе рибосомы (УАА, УГА, УАГ). Кроме того есть кодон –  инициатор (метиониновый), с которого начинается синтез любого полипептида. Таблица генетического кода Первое основание У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц) У(А) Фен Фен Лей Лей Лей Лей Лей Лей Иле Иле Иле Мет Вал Вал Вал Вал Второе основание Ц(Г) А(Т) Тир Сер Сер Тир Сер Сер Про Про Про Про Тре Тре Тре Тре Ала Ала Ала Ала ­ ­ Гис Гис Глн Глн Асн Асн Лиз Лиз Асп Асп Глу Глу Г(Ц) Цис Цис ­ Три Арг Арг Арг Арг Сер Сер Арг Арг Гли Гли Гли Гли Третье основание У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц) У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц) У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц) У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц) Первый нуклеотид в триплете – один из четырех левого вертикального ряда, второй  – один их верхнего горизонтального ряда, третий – из правого вертикального. Информационная карта 2 Транскрипция В начале 50­х годов XX века Ф. Крик сформулировал центральную догму  молекулярной биологии ДНК=>РНК=>белок. Информация о белке находится на ДНК, на матрице ДНК синтезируется иРНК, которая  является матрицей для синтеза белковой молекулы. Матричный синтез позволяет очень  точно и быстро синтезировать макромолекулы полимеров, состоящие из огромного  количества мономеров. С реакциями матричного синтеза мы встречались при репликации  молекулы ДНК, синтез иРНК (транскрипция) и синтез молекулы белка на иРНК  (трансляция) – также реакции матричного синтеза. Транскрипция. В соответствии с принятыми соглашениями начало гена на схемах  изображают слева. У некодирующей цепи молекулы ДНК левый конец 5’, правый 3’; у  кодогенной, матричной цепи, с которой идет транскрипция, ­ противоположное  направление. Фермент, отвечающий за синтез иРНК, РНК – полимераза, присоединяется к  промотору, который находится на 3’ – конце матричной цепи ДНК и движется всегда от 3’ к 5’ концу. Промотор – определенная последовательность нуклеотидов, к которой может  присоединиться фермент РНК – полимераза. Необходим для того, чтобы синтез иРНК был  начат строго в начале гена. Из свободных рибонуклеозидтрифосфатоф (АТФ, УТФ, ГТФ,  ЦТФ), комплементарных нуклеотидам ДНК, РНК – полимераза образует иРНК. Энергия для синтеза иРНК содержится в макроэргических связях  рибонуклеозидтрифосфатов. Период полураспада мРНК исчисляется часами и даже  сутками, т.е. они достаточно стабильны. Транскрипция и трансляция у эукариот разобщены в пространстве и времени,  транскрипция происходит в ядре и в одно время, трансляция происходит в цитоплазме и  совсем в другое время. Для транскрипции необходимы: 1 – кодирующая цепь ДНК,  матрица; 2 – ферменты, один из них РНК – полимераза; 3 – рибонуклеозидтрифосфаты. Информационная карта 3 Трансляция Трансляция – процесс образования полипептидной цепи на матрице иРНК, или  преобразование информации, закодированной в виде последовательности нуклеотидов  иРНК, в последовательности аминокислот в полипептиде. Синтез белковых молекул  происходит в цитоплазме или на шероховатой эндоплазматической сети. В цитоплазме  синтезируются белки для собственных нужд клетки, белки, синтезируемые на ЭПС,  транспортируются по ее каналам в комплекс Гольджи и выводятся из клетки. Органоиды, отвечающие за синтез белков в клетке – рибосомы. У эукариот  рибосомы находятся в некоторых органоидах – митохондриях и пластидах (70­S  рибосомы) и в цитоплазме: в свободном виде и на мембранах эндоплазматической сети (80­ S рибосомы). Малая субчастица рибосомы отвечает за генетические, декодирующие  функции; большая – за биохимические, ферментативные. В малой субъеденице рибосомы различают функциональный центр (ФЦР) с двумя  участками – пепетидильным (P – участок) и аминоацильным (A – участок). Синтез белка начинается с того момента, когда к 5’ – концу иРНК присоединяется  малая субъеденица рибосомы. Затем происходит присоединение большой субчастицы  рибосомы,  и в A – участок поступает вторая тРНК, чей антикодон комплементарно  спаривается с кодом иРНК, находящимся в A – участке. Как только образовалась пептидная связь, метиониновая тРНК отсоединяется от  метионина, а рибосома (за счет ГТФ) передвигается на следующий кодовый триплет иРНК.  Трансляция идет до тех пор, пока на ФЦР не попадет стоп­кодон (УАА, УАГ или УГА), с  которым связывается особый белковый фактор освобождения, белковая цепь отделяется  от тРНК и покидает рибосому. Происходит диссоциация, разъединение субчастиц  рибосомы. Скорость передвижения рибосомы по иРНК – 5­6 триплетов в секунду, на синтез  белковой молекулы, состоящей из сотен аминокислотных остатков, клетке требуется  несколько минут.