Конспект урока по биологии на тему Основы цитологии. Биосинтез белка

Методическая разработка

урока

тема: Основы цитологии. Биосинтез белка

дисциплина: Биология

ПЛАН ЗАНЯТИЯ

1. Организационная часть урока (взаимное приветствие преподавателя и студентов; проверка отсутствующих; работа с журналом; организация внимания).

2. Постановка перед студентами цели занятия: раскрытие сущности метаболизма; формирование и закрепление знаний о биосинтезе белка, о генетическом коде; объяснение сущности матричных реакций; закрепление навыков по решению задач.

3. Проверка домашнего задания

Почему метаболизм является основой существования живых организмов?

Чтобы ответить на этот вопрос надо вспомнить пройденный материал.

Проверка домашнего задания включает три блока по теме «Химический состав клетки»:

1 блок «Теоретический».

2 блок «Лабораторно-практический».

3 блок «Решение задач по молекулярной биологии».

4. Объяснение нового материала.

Рассказ с элементами беседы о роли генетического кода в синтезе белка. Пластический обмен, как совокупность реакций биосинтеза.

Контроль наследственного аппарата за всеми процессами метаболизма в клетке.

Два этапа биосинтеза белка: транскрипция и трансляция.

Особенность матричных реакций, трансляция, условия ее осуществления; функции рибосом.

Значение и роль ферментов и энергии в биосинтезе белка. ГМП.

Обобщающая беседа.

Демонстрация слайдов. Межпредметные связи - химия, физика, история.

5. Закрепление новой темы

Контроль знаний по вопросам:

1. Что такое метаболизм? Назовите его этапы, охарактеризуйте ассимиляцию.

2. В каких структурах клетки, и каким образом осуществляется синтез белка?

3. Что такая видовая и индивидуальная специфичность белков?

4. Каким образом осуществляется эта специфичность?

5. Решение задач по молекулярной биологии.

6. Резерв времени.

1. Выступления студентов с докладами «На научной волне».

2. Дебаты по теме «Нужны ли генетически модифицированные продукты?».

7. Подведение итогов

Оценка знаний студентов (мотивировать): за доклады, за ответы у доски.

8. Домашнее задание

1.Тема «Биосинтез белка» стр.69-73. Н.Д.Андреева. Биология.

2. Решение задач по микробиологии (дифференцированно по карточкам).

Содержание занятия

1. Организационная часть урока (взаимное приветствие преподавателя и студентов; проверка отсутствующих; работа с журналом; организация внимания).

2. Постановка перед студентами цели занятия: раскрытие сущности метаболизма; формирование и закрепление знаний о биосинтезе белка, о генетическом коде; объяснение сущности матричных реакций; закрепление навыков по решению задач.

3. Проверка домашнего задания

Девиз нашего урока: « Прикинем, представим, найдем»

Прослушав внимательно вопрос, вы можете прикинуть, представить и найти правильный ответ на него. Итак, в путь.

Проверку пройденного материала мы осуществим в игровой форме. Игру назовем «Интеллектуальное шоу», которая состоит из 3 блоков по теме «Химический состав клетки» -

Блок 1 «Теоретический»

Блок 2 «Лабораторно-практический»

Блок 3 «Решение задач по молекулярной биологии»

Начнем с 3 блока. К доске приглашаются 3 студента для решения задач, которые получают карточки с заданиями (на выбор).

Для выполнения 2 блока попросим 2 студентов подойти к столу, где находятся реактивы. Они отвечают на свои вопросы, проводя практическую работу (объяснить студентам ход работы).

Пока 2 и 3 блоки разбираются у доски, мы с вами остановимся на теоретическом блоке. В своих тетрадях вы ставите номера вопросов и плюсы за правильные ответы, а в конце их суммируете и получаете оценку за этот блок.

Проверить выполнение 2 и 3 блоков. Оценить.

Вопросы для проверки домашнего задания

Блок 1 «Теоретический» по теме «Химический состав клетки»

1. Какое вещество Леонардо да Винчи назвал «соком жизни»? ( Воду)

2. Какое жизненно важное вещество являлось когда-то заменителем денег? (Поваренная соль)

3. Благодаря каким свойствам белка кератина археологи находят остатки рогов и копыт? (Кератин не растворяется в воде, не сворачивается, очень долго не разрушается в земле)

4. В какое время года и зачем концентрация глюкозы в крови лягушки увеличивается в 60 раз? ( Зимой и ранней весной, потому что при повышении концентрации глюкозы температура замерзания крови понижается).

5. Каждые 10 кг жира дают при расщеплении 11 кг метаболической воды. Какие животные используют эту особенность метаболизма жиров? (Животные, вынужденные долгое время находиться без доступа воды: медведи во время спячки. Верблюды в пустыне).

6. В 1881 г. Биолог Лунин получил сбалансированное по органическим веществам синтетическое молоко, которым он кормил лабораторных мышей. Мыши погибли. Чего не доставало в молоке? ( Витаминов, необходимый комплекс которых содержится в натуральном молоке).

7. Французские фармацевты Пельтье и Каванту залили зеленые листья спиртом, а потом выделили из полученного раствора зеленое вещество. Как они назвали его? (Хлорофилл).

8. В 1827 г. Английский врач Праут разделил все органические вещества клетки на три группы. Как мы их называем? ( Белки. Жиры. Углеводы).

9. Зачем морякам Британского флота давали лимонный сок? (Сок - источник витамина С, предотвращающий заболевание цингой).

10. Восемь лет понадобилось Сэнгеру, чтобы установить структуру белка из 50 аминокислот, а в 1953 г. Его синтезировать. Этот синтетический дешевый белок спас миллионы жизней. Как он называется? (Инсулин).

11. На Востоке рассказывают легенду. Арабский купец перед путешествием через пустыню наполнил молоком бурдюки из свежих овечьих желудков. В конце пути он имел не питье, а еду (сыр). Откуда взялся сыр? ( В бурдюке из желудка овцы содержался фермент химозин, или ренин, он и превратил молоко в сыр).

12. В романе Ж.Верна описывается забавный случай. Путешественники собрались поужинать мясом ламы гуанако, но оказалось, что мясо несъедобно. «Быть может, оно слишком долго лежало ?»- спросил один из путешественников. «Нет, оно слишком долго бежало»,- ответил ученый Паганель. Действительно мясо гуанако съедобно, если животное поймано во время отдыха. Почему? ( Во время продолжительного бега в мышцах накапливается молочная кислота).

13. Юлий Цезарь оставлял в войсках только тех солдат, которые при виде врага краснели, а не бледнели. Объясните его выбор. ( При выбросе адреналина, гормона агрессии, человек краснеет, а при выбросе норадреналина, гормона страха, человек бледнеет).

14. Какое вещество можно назвать энергетической валютой клетки? (АТФ).

15. В каждом килограмме печени белого медведя накапливается столько этого витамина, что хватит человеку на 40 лет. Считают, что именно этим веществом отравились полярники экспедиции Андре. Однако недостаток этого витамина вызывает «куриную слепоту». Как он называется? ( Витамин А ).

16. Кто должен употреблять больше белков: учитель или ученик? ( Ученик, у него интенсивнее идет пластический обмен).

Блок 2 «Лабораторно-практический»

1. Докажите опытным путем, что в клетках клубня картофеля имеется крахмал ( качественная реакция на крахмал:

Крахмальный клейстер + йод = посинение раствора, при нагревании окраска исчезает ).

2. Докажите опытным путем, что молекулы белков содержат пептидные (амидные) связи (цветные реакции на белки:

биуретовая реакция на белки-

к раствору белка приливаем гидроксид натрия + сульфат меди = образуется раствор красно-фиолетового цвета.)

Блок 3 «Решение задач по молекулярной биологии»

1 тип. Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав:

Т - А - А - Г - Г - Ц - Г - Ц - А - Т

Достройте вторую цепь. Найдите - длину цепи; массу фрагмента ДНК;

процентный состав каждого вида нуклеотида.

2 тип. Дана молекула ДНК: адениновых нуклеотидов составляет 200, гуаниновых - 350. Какова длина молекулы ДНК; определите процентный состав каждого вида нуклеотида.

3 тип. В молекуле ДНК гуаниновых нуклеотидов насчитывается 35% от общего числа азотистых оснований. Определите количество азотистых оснований цитозина и аденина, если общая масса всей молекулы составляет 241500

4. Объяснение нового материала.

Вернемся к вопросу, поставленного в начале урока «Почему метаболизм является основой существования живых организмов?».

Наша задача состоит в том, чтобы раскрыть сущность метаболизма и выявить роль генетического кода в биосинтезе белка.

Цель: умение выделить этапы биосинтеза белка; закрепить знания о процессах обмена веществ; научиться решать новые типы задач по микробиологии.

Организмы обладают способностью передавать следующим поколениям свои признаки и особенности, т.е. воспроизводить себе подобных. Это явление наследования признаков основано на передаче наследственной информации. Материальным носителем этой информации является молекула ДНК.

Клетки всех организмов сходны по строению, составу и функциям. Сходство и различия организмов определяется набором белков. Чем ближе организмы в систематическом положении, тем более сходны их белки.

Белки, выполняющие одинаковые функции, могут иметь сходное строение в клетках. Например, инсулин (гормон поджелудочной железы), регулирующий количество сахара в крови, близок по строению у собаки и человека. Или белки групп крови у человека отличаются по строению, хотя выполняют одну и ту же функцию.

Известно, что в эритроцитах (красных кровяных клетках дисковидной формы) содержится белок гемоглобин, который доставляет кислород ко всем клеткам тела. Это сложный белок. У людей, страдающих тяжелым наследственным заболеванием - серповидноклеточной анемией, эритроциты похожи не на диски, а на серпы. Причина изменения формы клетки- в различии первичной структуры гемоглобина у больных и здоровых людей. В чем же это различие? Из 574 аминокислот гемоглобина заменены только 2, и это приводит к изменению структуры белка, и, как следствие, к изменению формы и нарушению функции эритроцита. Серповидные эритроциты плохо справляются с переносом кислорода.

Каким же образом в эритроцитах здорового человека образуются миллионы молекул гемоглобина без ошибки расположения аминокислот? Почему в эритроцитах больных серповидноклеточной анемией все молекулы гемоглобина имеют одну и ту же ошибку в одном и том же месте?

Пример с книгопечатанием - типографская матрица. Если в матрицу вкралась ошибка, то она воспроизводится во всех экземплярах.

Роль матрицы в клетках живых организмов выполняют молекулы ДНК. Молекулы ДНК являются матрицами для синтеза всех белков. Каждый белок представлен полимерными цепями. Участок молекулы ДНК называют геном. Информацию, заключенную в молекулах ДНК называют генетической.

Молекулы ДНК обладают способностью к удвоению, в основе которого лежит принцип комплементарности. С помощью специальных ферментов водородные связи, скрепляющие нити ДНК, разрываются, нити расходятся, и к каждому нуклеотиду пристраиваются комплементарные нуклеотиды. В результате удвоения создаются 2 двойные спирали ДНК («дочерние» молекулы), каждая из них имеет 1 нить от материнской молекулы и 1 нить синтезированную вновь.

Ход образования иРНК. К рибосомам, местам синтеза белков, из ядра поступает несущий информацию посредник, способный пройти через поры ядерной оболочки. Таким посредником является иРНК. Это однацепочечная молекула, комплементарная одной нити молекулы ДНК. Специальный фермент- полимераза, двигаясь по ДНК подбирает по принципу комплементарности нуклеотиды и соединяет их в единую цепочку. Процесс образования иРНК называется транскрипцией (переписывание).

И-РНК - копия не всей молекулы ДНК, а одного гена, несущая информацию о структуре белка. В начале каждой группы генов находится посадочная площадка, называемая промотором. Присоединившись к промотору, полимераза способна начать синтез иРНК. В конце группы генов фермент встречает сигнал, означающий конец переписывания. Готовая иРНК отходит от ДНК, покидает ядро и направляется к месту синтеза белков- рибосоме, расположенной в цитоплазме клетки.

Генетический код и его свойства.

Генетическая информация, содержащаяся в ДНК и в иРНК, заключена в последовательности расположения нуклеотидов в молекулах.

Код триплетен. Каждая аминокислота зашифрована последовательностью 3 нуклеотидов, т.е. триплетом, который называется кодон.

Код однозначен. Каждый триплет шифрует только одну аминокислоту. Гемоглобин у здоровых людей имеет триплет ГАА или ГАГ на 6 месте и кодирует глутаминовую кислоту. У больных триплеты ГУА или ГУГ- валин.

Между генами имеются знаки препинания. В генетическом коде существует 3 триплета УАА, УАГ, УГА, которые обозначают прекращение синтеза и находятся в конце гена.

Внутри гена нет знаков препинания. Ген в цепи ДНК имеет строго фиксированное начало считывания.

Код универсален. Код един для всех организмов на Земле.

Биосинтез белка

И-РНК, несущая сведения о первичной структуре белка, синтезируется в ядре. Пройдя через поры ядерной оболочки, и-РНК направляется к рибосомам, где осуществляется расшифровка генетической информации - перевод ее с «языка» нуклеотидов на «язык» аминокислот.

Аминокислоты, из которых синтезируются белки, доставляются к рибосомам с помощью т-РНК. Эти небольшие молекулы, состоящие из 70-90 нуклеотидов, способны сворачиваться в структуры , напоминающие по форме лист клевера. На вершине каждого «листа» т-РНК имеется последовательность трех нуклеотидов, комплементарных нуклеотидам кодона в и-РНК. Такая последовательность нуклеотидов в структуре т-РНК называется антикодоном. Специальный фермент узнает антикодон и присоединяет к черешку листа т-РНК определенную свою аминокислоту. В этом состоит первый этап синтеза белка.

На втором этапе синтеза т-РНК выполняет функцию переводчика с «языка» нуклеотидов на «язык» аминокислот. Такой перевод происходит на рибосоме. В ней имеется два участка: на одном т-РНК получает команду от и-РНК - антикодон узнает кодон, на другом - выполняется приказ- аминокислота отрывается от т-РНК.

Третий этап синтеза белка заключается в том, что фермент синтетаза присоединяет оторвавшуюся от т-РНК аминокислоту к растущей цепи.

И-РНК непрерывно скользит по рибосоме, каждый триплет сначала попадает в первый участок, где узнается антикодоном т-РНК, затем на второй участок. Сюда же переходит т-РНК с присоединенной к ней аминокислотой, здесь аминокислоты отрываются от т-РНК и соединяются друг с другом.

Когда на рибосоме в первом участке оказывается один из трех триплетов, являющихся знаками препинания между генами, это означает, что синтез белка завершен. Готовая полипептидная цепь отходит от рибосомы.

Процесс синтеза белковой молекулы требует больших затрат энергии. На соединение аминокислоты с т-РНК расходуется энергия молекулы АТФ., которая нужна и для движения и-РНК по рибосоме.

Аминокислоты бесперебойно поставляются к рибосомам с помощью т-РНК.

Отдав аминокислоту, молекула т-РНК тут же соединяется с другой такой же аминокислотой. Синтез белка на рибосомах носит название трансляции (передача).

Итак, делаем выводы по нашему уроку:

Метаболизм или клеточный обмен веществ - это совокупность химических реакций, протекающих в живых клетках и обеспечивающих организм веществами и энергией для его жизнедеятельности, роста, размножения.

Главная роль в реакциях метаболизма принадлежит ферментам и АТФ. В процессе метаболизма клетка получает энергию, которая освобождается при окислении молекул жиров, углеводов и белков. Метаболизм обеспечивает клетку и строительным материалом - в ней образуются новые сложные молекулы. Метаболизм включает две группы взаимосвязанных реакций - пластический обмен (синтез веществ) и энергетический обмен ( расщепление веществ).

Биосинтез белка включает ряд сложных процессов, в результате которых происходит реализация генетической информации.

В ядре происходит транскрипция - перенос информации с ДНК на и-РНК.

В цитоплазме осуществляется соединение т-РНК с аминокислотами и доставка их к рибосомам.

На рибосомах осуществляется трансляция - аминокислоты соединяются в полипептидную цепь.

5. Закрепление новой темы

Контроль знаний по вопросам:

1. Что такое метаболизм? Назовите его этапы, охарактеризуйте ассимиляцию.

2. В каких структурах клетки, и каким образом осуществляется синтез белка?

3. Что такая видовая и индивидуальная специфичность белков?

4. Каким образом осуществляется эта специфичность?

5. Решение задач по молекулярной биологии.

6. Резерв времени.

1. Выступления студентов с докладами «На научной волне».

2. Дебаты по теме «Нужны ли генетически модифицированные продукты?».

7. Подведение итогов

Оценка знаний студентов (мотивировать): за доклады, за ответы у доски.

8. Домашнее задание

1. Тема « Биосинтез белка» стр.69-73. Н.Д.Андреева. Биология.

2. Решение задач по микробиологии (дифференцированно по карточкам).

Список литературы

1. Н.Д.Андреева. Биология. 10-11 классы: учеб.для общеобразоват. учреждений (базовый уровень) / Н.Д.Андреева.- 3-е изд., испр.- М.: Мнемозина, 2010.- 327 с.:ил.

Приложение 1

Решение задач по теме "Белки"

Вариант - А

Укажите аминокислотный состав белковой цепи:

А-А-Т-Т-Г-Ц-А-Т-Г-Г-Ц-Ц-А-Т-Ц

Вариант - В

Указан аминокислотный состав белковой цепи:

ВАЛ - ГИС - ЛЕЙ - ТРЕ - ПРО

Определите структуру ДНК.

Вариант - С

Определите первичную структуру белка после выпадения 9 нуклеотида

в цепи и-РНК.

Ц-Т-А-Т-А-Г-Т-А-А-Ц-Ц-А-А

В каждом варианте определите длину нуклеотидной цепочки ДНК,

процентный состав каждого вида нуклеотида.

Решение задач по теме "Нуклеиновые кислоты"

Вариант - А

1 тип. Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав:

Т - А - А - Г - Г - Ц - Г - Ц - А - Т

Достройте вторую цепь. Найдите - длину цепи; массу фрагмента ДНК;

процентный состав каждого вида нуклеотида.

2 тип. Дана молекула ДНК: адениновых нуклеотидов составляет 200, гуаниновых - 350. Какова длина молекулы ДНК; определите процентный состав каждого вида нуклеотида.

3 тип. В молекуле ДНК цитозиновых нуклеотидов насчитывается 25% от общего числа азотистых оснований. Определите количество азотистых оснований гуанина и тимина, если общая масса всей молекулы составляет 690000.

Приложение 2

«На научной волне»

Что изучает цитология.

Закономерности строения и функции клеток, лежащие в основе организации всех одноклеточных и многоклеточных организмов, исследует цитология. Специалист-цитолог наблюдает и сопоставляет тонкие детали строения клеточных структур, анализируя объекты при помощи современных светооптических и электронных микроскопов. В этой работе ему помогают зрительная память и навыки рисования. Однако понимание исследуемых структур невозможно без анализа их химической организации. Поэтому цитолог должен владеть тонкими цитохимическими методами исследования, которые позволяют проследить биохимические процессы, протекающие в клетке. Обширной и широко разрабатываемой областью цитологии является сейчас культивирование вне организма клеток животных и растительных организмов. Цитолог, специализирующийся в этой области, владеет методом прижизненного микроскопирования, умеет быстро распознавать и устранять неблагоприятные факторы, препятствующие росту клеток. Современная цитология представляет собой одну из важнейших фундаментальных биологических дисциплин.

Сложность работы цитолога заключается в том, что методы цитологических исследований весьма трудоемки и требуют от специалистов большого упорства, природной наблюдательности, способности к многократным повторным операциям, умения вовремя устранить даже незначительные огрехи в работе.

Цитологи нужны в академических институтах, занимающихся разработкой фундаментальных проблем современной биологии, в медицинских и ветеринарных научных институтах, в учреждениях, разрабатывающих основы биотехнологии.

Аминокислоты стимулируют иммунитет.

В последние годы ученые все глубже понимают устройство защитных сил организма, его иммунную систему. Очень интересен вопрос о том, как возбуждается активность иммунитета, что именно заставляет организм при появление «чужака» вырабатывать антитела. Известно, что таким действием обладает ряд природных пептидов - малых белков. Но ведь пептиды, как и всякие белки, состоят из аминокислот и сами по себе обладают способностью стимулировать иммунитет!

Ученые петербургского Института экспериментальной медицины провели специальное исследование. Подопытным животным вводили, различны аминокислоты и, затем определяли, какие из них ускоряют преобразование клеток костного мозга в Т-лимфоциты и какие увеличивают выработку антител в ответ на появление чужака.

Выяснилось, что из 20 аминокислот 9 обладают способностью ускорять производство Т-лимфоцитов. Они же усиливают иммунный ответ - выработку антител. Своеобразным лидером оказалась аспарагиновая кислота.

Ученые проанализировали первичные структуры многих биологически активных пептидов и обнаружили, что стимулирующие иммунитет аминокислоты присутствуют преимущественно виммуноактивных пептидах тимуса; высоко их содержание и в головном мозге.

Результаты этих опытов имеют большое значение для понимания механизмов иммунитета и регуляции гомеостаза организма в целом, а также могут быть использованы и медицинской практике. («Наука и жизнь», № 8/1988.)

Знаменательные даты в развитии цитологии

1600г. - изготовлен первый микроскоп (Г.Галилей).

1665г. - обнаружена клеточная структура пробки (Р.Гук).

1831г. - открыто клеточное ядро (Р.Броун).

1839г. - сформулирована клеточная теория (Т.Шванн).

1862г. - показано фотосинтетическое происхождение крахмала (Ю.Сакс).

1871г. - открыты нуклеиновые кислоты (Ф.Мишер).

1892г. - открыты вирусы (Д.Ивановский).

1903г. - привлечено внимание к роли зеленых растений в космическом круговороте энергии и веществ (К.Тимирязев).

1953г. - сформулированы представления о структуре ДНК (Д.Уотсон и Ф.Крик).