Тема урока: Реализация наследственной информации в клетке

учитель химии и биологии

МОБУ «СОШ №7 г. Соль-Илецка»

Биология 10 класс

УМК: Ага­фо­но­ва И. Б., За­ха­ро­ва Е. Т., Си­во­гла­зов ­ло­гия 10–11 класс. Общая био­ло­гия. Ба­зо­вый уро­вень. – 7-е изд., доп. – Дрофа, 2014. – 384 с.

Тема урока: Реализация наследственной информации в клетке

Общее количество часов, отводимое на изучение темы: 7 ч

Место урока в теме: 5

Цель: формирование представлений о реализации наследственной информации в клетке, структуре и свойствах генетического кода.

Задачи:

Образовательные:

Сформировать представления о принципе кодировании наследственной информации о структуре белка.  Раскрыть роль органоидов клетки в биосинтезе белка, процессах транскрипции и трансляции Выявить основные свойства генетического кода Закрепить знания о структуре нуклеиновых кислот

Развивающие:

Продолжить формирование умений и навыков выделять главное, сравнивать молекулы и обобщать Развивать навыки решения задач по молекулярной генетике. Развивать эмоции и мотивы учащихся, создавая на уроке эмоциональные ситуации.

Воспитательные:

Содействовать реализации основных мировоззренческих  идей о единстве органического мира, его познаваемости. Развивать познавательный интерес к предмету. Способствовать профессиональному самоопределению

Планируемые результаты:

Учащиеся должны знать:

-свойства генетического кода;

-матричный принцип реализации наследственной информации в клетке;

-основные понятия темы: кодирование, триплет или кодон, генетический код, антикодон, транскрипция, трансляция.

Учащиеся должны уметь:

-пользоваться таблицей генетического кода;

-решать задачи на определение последовательностей в ДНК и иРНК, белке.

Оборудование.
Демонстрационное оборудование: модель ДНК, таблицы по общей биологии «Генетический код», Синтез белка», компьютер, проектор, экран.

Дополнительное обеспечение урока: видеоролик «Удвоение ДНК. Образование иРНК»

Содержание урока:

1.Организационный момент

Приветствие учителя и учащихся, подготовка класса к работе.

2.Актуализация знаний учащихся

Учитель организует самостоятельную работу учащихся в парах

Задание: Работая в парах, выполните задания  №1 №2  в карточках

Задание 1. Соотнесите функцию молекулы РНК и ее тип

Функции

Тип РНК

1) необходимый структурный компонент рибосом и, таким образом, обеспечение функционирования рибосом; 2)обеспечение взаимодействия рибосомы и тРНК; 3)первоначальное связывание рибосомы и кодона-инициатора иРНК и определение рамки считывания, 4) формирование активного центра рибосомы. 5)перенос генетической информации от ДНК к рибосомам, 6)матрица для синтеза молекулы белка, 7) определение аминокислотной последовательности первичной структуры белковой молекулы 8) входят в состав рибосом 9)участвуют в формировании активного центра рибосомы, где происходит процесс биосинтеза белка; 10)состоят из 3-5 тыс. нуклеотидов.

А)  иРНК Б) тРНК В)рРНК

Задание 2.

Если нуклеотидный состав ДНК - АТТ-ГЦГ-ТАТ-, то

А) каким должен быть нуклеотидный состав второй цепи ДНК?

Б) каким должен быть состав иРНК, которая синтезируется по этой нити ДНК?

В) В каком случае правильно указан состав нуклеотида ДНК:

1) рибоза, остаток фосфорной кислоты, тимин

2) фосфорная кислота, урацил, дезоксирибоза

3) остаток фосфорной кислоты, дезоксирибоза, аденин

4) остаток фосфорной кислоты, рибоза, гуанин

Учитель заслушивает ответы учащихся, корректирует их, учащиеся проводят самопроверку выполнения задания.

3.Мотивация к изучению нового материала.

Учитель демонстрирует изображения людей, носителей  гена альбинизма.

Один из 17 тысяч человек является альбиносом. Причины альбинизма заключаются в мутации нескольких генов. Каждый из этих генов обеспечивает выработку белков, необходимых для синтеза меланина – темного пигмента. Меланин вырабатывается в клетках, называемых меланоцитами, которые расположены в коже и глазах человека. В результате мутаций меланина становится мало, что приводит к обесцвечиванию глаз, кожи и волос.
Такой признак, как наличие окраски кожи и глаз формируется следующим образом:

- признак-наличие окраски

- наличие окраски определяется  пигментом меланином, а это по природе химическое вещество;

- все химические вещества образуются в ходе химических реакций;

- все химические реакции в организме идут под контролем ферментов;

- все ферменты по природе белки.

Какой вывод можно сделать из этого? Какова причина отсутствия  окраски кожи и глаз у человека?

Что же содержит ген?

Возможные ответы учащихся: Мутация в гене фермента приводит к отсутствию окраски кожи и глаз у человека, так как пигмент меланин не вырабатывается. Гены содержат наследственную информацию о структуре белка - фермента.

4.Изучение нового материала

В клетках непрерывно идут процессы метаболизма. С помощью ферментов из простых низкомолекулярных веществ образуются сложные высокомолекулярные соединения: из аминокислот – белки; из моносахаридов – углеводы; из азотистых оснований  и сахаров – нуклеотиды, а из них нуклеиновые кислоты. Сложные вещества распадаются до простых веществ, с освобождением энергии.  Все процессы обмена веществ и превращения энергии в клетке и целом организме протекают под контролем наследственного аппарата.

Каким образом может быть записана информация о структуре белка? Как связаны между собой белок и ДНК? Из чего состоят молекулы ДНК?  Из чего состоят белки? Сколько видов аминокислот могут содержать белки? Каким образом можно закодировать информацию о структуре белка?

Возможные ответы учащихся:

ДНК состоит из нуклеотидов, а белок – из аминокислот. Белки состоят из 20 видов аминокислот. Таким образом,  последовательность аминокислот зависит от последовательности нуклеотидов.

Что же такое кодирование?

Задание: Работая в группах, найдите в биологическом словаре определение следующих понятий: кодирование, триплет или кодон, генетический код, антикодон, транскрипция, трансляция и выпишите определения в тетрадь.

Учащиеся работают с биологическим словарем, озвучивают и записывают определение понятий в тетрадь.

Кодирование – это отображение информации об одном объекте посредством другого. Число нуклеотидов ДНК – 4. Число аминокислот – 20.

Три нуклеотида, кодирующие информацию об одной аминокислоте,  называется триплетом (кодоном)

Генетический код – отображение наследственной информации о последовательности расположения аминокислот в белке триплетом (тройкой нуклеотидов) ДНК.

Антикодомн — триплет участок в транспортной рибонуклеиновой кислоте (тРНК), который спаривается с кодоном матричной РНК (мРНК) и обеспечивает включение соответствующего аминокислотного остатка в белок в процессе трансляции.

Трансляция - это процесс, в результате которого рибосомы считывают генетическую информацию матричных РНК и создают белковый продукт в соответствии с этой информацией.

Транскримпция (от лат. transcriptio — переписывание) — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК.

Каким же образом информация, записанная в ДНК посредством генетического кода, может попасть на рибосому, месту синтеза белка?

Учитель выслушивает ответы учащихся и подводит их к мысли о необходимости посредника.

Дан­ные, по­лу­чен­ные с по­мо­щью раз­лич­ных экс­пе­ри­мен­тов, по­ка­за­ли, что про­цесс био­син­те­за белка про­хо­дит в два этапа: тран­скрип­ция и транс­ля­ция.

Но­си­те­лем ге­не­ти­че­ской ин­фор­ма­ции яв­ля­ет­ся ДНК, ко­то­рая рас­по­ло­же­на в ядре клет­ки у эу­ка­ри­от, а про­цесс био­син­те­за белка про­ис­хо­дит в ци­то­плаз­ме на ри­бо­со­мах. По­это­му необ­хо­ди­мо про­ме­жу­точ­ное звено, ко­то­рое пе­ре­но­сит ин­фор­ма­цию с ДНК на ри­бо­со­мы. Этим зве­ном яв­ля­ет­ся ин­фор­ма­ци­он­ная РНК (иРНК). Для того чтобы син­те­зи­ро­вать иРНК, уча­сток двух­це­поч­ной мо­ле­ку­лы ДНК рас­кру­чи­ва­ет­ся. Затем на одной из це­по­чек ДНК по прин­ци­пу ком­пле­мен­тар­но­сти син­те­зи­ру­ет­ся мо­ле­ку­ла иРНК. Это про­ис­хо­дит сле­ду­ю­щим об­ра­зом: про­тив, на­при­мер, гу­а­ни­на (Г) мо­ле­ку­лы ДНК ста­но­вит­ся ци­то­зин (Ц) мо­ле­ку­лы РНК, про­тив аде­ни­на (А) мо­ле­ку­лы ДНК – ура­цил (У) мо­ле­ку­лы РНК (вме­сто ти­ми­на РНК несет ура­цил), про­тив ти­ми­на (Т) мо­ле­ку­лы ДНК – А мо­ле­ку­лы РНК, и про­тив Ц мо­ле­ку­лы ДНК – Г мо­ле­ку­лы РНК. Таким об­ра­зом, фор­ми­ру­ет­ся це­поч­ка иРНК. Так ин­фор­ма­ция о по­сле­до­ва­тель­но­сти ами­но­кис­лот в белке пе­ре­во­дит­ся с «языка ДНК» на «язык РНК». Этот про­цесс по­лу­чил на­зва­ние тран­скрип­ции.

Демонстрация: удвоение молекулы ДНК http://files. school-collection. edu. ru/dlrstore/42937ea6-2bdd-45ca-a2b9-1a56a008c156/[BIO11_03-31]_[IA_02].swf

Затем молекула иРНК следует через ядерную оболочку на рибосому, где происходит процесс передачи информации - трансляции и идет построение молекулы белка. Более подробно эти процессы будут рассмотрены на следующем уроке.

Все указанные процессы носят матричный характер – т. е. ДНК является матрицей, где на основе генетического кода  синтезируются иРНК, тРНК, рРНК и белки.

Какими же свойствами обладает генетический код?

Учитель предлагает учащимся, работая в группах с таблицей генетического кода ответить на вопросы:

1.Определите, сколько нуклеотидов кодируют  аминокислоту?

2. Повторяются ли триплеты?

3. Могут ли кодировать одну аминокислоту несколько триплетов? Зачем?

4.В состав всех живых организмов входят одни и те же аминокислоты. Что вы можете предположить?

5.Как вы думаете, зачем нужны кодоны, которые не кодируют аминокислоты? Почему их называют «знаками препинания»?

6.Как вы думаете, может ли последний нуклеотид в гене являться началом второго гена? Почему?

7. В каждом триплете можно провести 9 однократных замен, т. е. выбрать, какую из позиций меняем - можно тремя способами (1-я или 2-я или 3-я), причем выбранную букву (нуклеотид) можно поменять на 4-1=3 других буквы (нуклеотида). Общее количество возможных замен нуклеотидов - 61 по 9 = 549. Прямым подсчетом по таблице генетического кода можно убедиться, что из них:

23 замены нуклеотидов приводят к появлению кодонов - терминаторов трансляции, а 134 замены не меняют кодируемую аминокислоту. Какой вывод из этого можно сделать?

Учитель обобщает ответы учащихся,  затем  они записывают в тетрадь свойства генетического кода:

1.Три­плет­ность – одну аминокислоту кодируют три нуклеотида.

2.Специфичность - один три­плет все­гда ко­ди­ру­ет толь­ко одну ами­но­кис­ло­ту.

3.Вырожденность - мно­гим ами­но­кис­ло­там со­от­вет­ству­ет не один, а несколь­ко ко­до­нов, что повышает надежность хранения информации.

4.Универсальность - то есть одни и те же три­пле­ты ко­ди­ру­ют одни и те же ами­но­кис­ло­ты у раз­ных групп ор­га­низ­мов, от бак­те­рий до че­ло­ве­ка.

5.Непрерывность – ген имеет начало и конец кодирования. Внутри гена нет знаков «препинания».

6.Неперекрываемость - ни один нук­лео­тид из од­но­го ко­до­на не яв­ля­ет­ся со­став­ной ча­стью со­сед­не­го.

7.Помехоустойчивость - Мутации замен нуклеотидов, не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными.

5.Закрепление

Учитель предлагает учащимся самостоятельно  решить задачи

Пользуясь таблицей «Генетический код» определите, какие аминокислоты кодируют триплеты:

УАУ	ЦЦУ	ГУГ	ГУЦ	АГЦ	ГЦГ	ЦГЦ	УУУ	ЦГУ	ГГА

Последовательность аминокислот в начале белка меланина следующая, определите, какими триплетами они кодируются 

аспаргин	гистидин	фенилаланин	аргинин	тирозин

3. В молекуле белка инсулина 51 аминокислотный остаток, сколько нуклеотидов находится в ДНК, кодирующей белок?

4. Участок гена имеет след строение

Ц-Г-Г-Ц-Г-Ц-Т-Ц-А-А-А-А-Т-Ц-Г - укажите состав белка информация о котором содержится в гене. Как отразится на строении белка удаление из гена 4го нуклеотида?

5. Сколько содержится нуклеотидов А, Т,  Ц во фрагменте молекулы ДНК, если в нем обнаружено 130 нуклеотидов Г, что составляет 20% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте ДНК?

Учитель организует самопроверку решения задач, комменирует ответы учащихся и исправляет неточности.

6. Итоги урока:

Дайте определение понятиям: кодирование, триплет или кодон, генетический код, антикодон, транскрипция, трансляция.

Какими свойствами обладает генетический код?

Какие вопросы у вас возникли при изучении этой темы?

Какие затруднения возникли при решении задач?

Дом. задание п. «Генетический код», выучить свойства генетического кода.

Дополнительную информацию можно найти здесь:

https://www. syl. ru/article/143908/mod_geneticheskiy-kod-opisanie-harakteristiki-istoriya-issledovaniya

Интернет-урок:

https://interneturok. ru/biology/10-klass/bosnovy-citologii-b/geneticheskiy-kod-transkriptsiya