Биосинтез белка Новикова Галина Кирилловна, учитель биологии МАОУ «СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №2»

МАОУ «СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №2»
Биосинтез белка
Новикова Галина Кирилловна,
учитель биологии
Колпашево, 2012
2
Проблемные вопросы
1. Почему же мы все такие
разные?
2. Что же нас сближает?
3. Как это можно связать с темой
урока?
3
Что такое жизнь?
Меняя каждый миг свой образ
прихотливый,
капризна, как дитя, и призрачна, как
дым,
кипит повсюду жизнь в тревоге
суетливой,
великое смешав с ничтожным и
смешным…
С.Я. Надсон
4
Определение жизни Ф. Энгельса
Жизнь
есть
способ
существования белковых тел, и
этот способ существования
состоит по своему существу в
постоянном
самообновлении
химических составных частей
этих тел.
Ф. Энгельс, «Анти-Дюринг»
5
Анализ определения жизни
по Ф. Энгельсу
• Жизнь связана с белками.
• Способ существования белков –
это обмен веществ с
окружающей средой.
Какие две стороны характеризуют
жизнь?
6
Определение жизни
М.В. Волькенштейна
Живые тела, существующие
на Земле, представляют собой
открытые, саморегулирующие и
самовоспроизводящие системы,
построенные из биополимеров –
белков и нуклеиновых кислот.
М.В. Волькенштейн
7
Анализ определения жизни
по М.В. Волькенштейну
• Живые тела, существующие на
Земле, это открытые,
саморегулирующие и
самовоспроизводящие системы.
• Живые тела состоят ещё и из
нуклеиновых кислот.
Что добавил М.В. Волькенштейн?
8
Обобщение информации о
жизни, исходя из этих двух
определений
• Жизнь связана с белками и
нуклеиновыми кислотами.
• Жизнь существует в форме открытых
систем.
• Живые системы постоянно
обмениваются с окружающей средой
энергией, веществом и информацией.
Как связать всё это с темой нашего
урока?
9
Центральная догма
молекулярной биологии
Транскрипция
ДНК
Трансляция
иРНК
В ядре
Белок
В цитоплазме
на рибосомах
В начале 50-х годов
20 века Ф. Крик
сформулировал
центральную догму
молекулярной
биологии.
10
Работа со схемой центральной
догмы молекулярной биологии
ДНК
иРНК
Белок
Что вам понятно в схеме?
С какой информацией вы уже знакомы, а какая
информация вам незнакома?
Как вы понимаете слова «Мы все
наследники его величества ДНК»?
11
Что же вы узнаете сегодня на
уроке?
• Познакомитесь с реакциями
матричного синтеза.
• Углубите знания о генетической
информации клетки.
• Узнаете где и как синтезируются
белки.
12
Поработаем со словарём
биополимер
мономер
комплементарность
аминокислоты
нуклеотиды
ген
генетический код
кодон
антикодон
АТФ, ДНК, РНК
метаболизм
анаболизм
катаболизм
ферменты
13
Вспомним свойства
генетического кода
1. Триплетность: 43 = 64.
2. Однозначность: 1 кодон – 1 аминокислота
3. Вырожденность (избыточность): 1
аминокислота – до 6 кодонов.
4. Универсальность: одинаков у всех.
5. Неперекрываемость: рамка считывания по
3 нуклеотида, нуклеотид может быть в
составе одного кодона.
6. 61 кодон – кодирующие и 3 кодона бессмысленные, терминирующие.
14
Обратите внимание и
запомните!
• Кодон АУГ – инициатор
(метиониновый), с которого
начинается синтез любого
полипептида. В дальнейшем
этот кодон отщепляется.
• УАА, УАГ,УГА – бессмысленные,
терминирующие кодоны, знаки
препинания между генами. Ещё
их называют стоп-кодонами.
15
Составьте кластер
«Функции белков»
Структурная
Защитная
Ферментативная
Рецепторная
Функции
белков
Сократительная
Гормональная
Энергетическая
Запасающая
Токсическая
Транспортная
Используйте материал учебника §11
16
Вспомним строение
нуклеиновых кислот. ДНК
А Т
Т А
Г Ц
Ц Г
17
Составьте кластер «Виды
рибонуклеиновых кислот»
иРНК
тРНК
Виды
РНК
рРНК
мРНК
Используйте материал учебника §12
18
Строение тРНК
У
А
Антикодоновая ветвь
Ц
3 пары
комплементарных
спаренных нуклеотидов
СЕРИН
Акцепторный конец
19
Узнавание тРНК аминокислот
В цитоплазме клетки есть различные тРНК для транспорта 20 аминокислот.
Каждой тРНК соответствует свой специфический фермент кодаза.
Кодаза узнаёт антикодон тРНК и присоединяет к ней нужную аминокислоту.
А
Г
Ц
Г
Г
Г
А
АЛА
А
А
ВАЛ
ГЛИ
ПРО
ФЕН
СЕР
У
А
Ц
У
Ц
Ц
АСН
Ц
У
ТИР
МЕТ
ТРЕ
А
АРГ
ВАЛ
20
Строение рибосомы
• Где находятся рибосомы у эукариот?
• Каково строение рибосомы?
Малая субъединица
(отвечает за генетические,
декодирующие функции)
Р
А
ФЦР
Пептидильный участок
(Р-участок)
Аминоацильный участок
(А-участок)
Большая субъединица
(отвечает за биохимические,
ферментативные функции)
21
Из истории изучения
биосинтеза белка
Жак Люсьен Моно (19101976) - выдающийся
французский биохимик и
микробиолог
Франсуа Жакоб
(1920, Нанси, Франция) —
французский микробиолог и
генетик
Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и
медицине в 1965 году за открытия генетического
контроля синтеза ферментов и вирусов.
22
Биосинтез белка можно сравнить со
строительством любого здания
Выбор площадки под строительство
Создание проекта
Прораб
Рабочие
Строительные материалы
Материальное обеспечение, финансирование
Что же необходимо, чтобы построить любое
здание? С чего мы начнём строительство?
23
Биосинтез белка – это
стройплощадка
Площадка под строительство – цитоплазма
Материальное обеспечение и финансирование – АТФ
Проект – ДНК
Прораб – иРНК
Валин
Серин
Строительные материалы – аминокислоты
Лизин
Рабочие – ферменты, тРНК, рибосомы
24
Первый этап биосинтеза
белка – транскрипция
Транскрипция — это переписывание информации с
последовательности нуклеотидов ДНК в
последовательность нуклеотидов РНК.
Что необходимо:
1. Цепь ДНК – матрица.
2. Ферменты (РНК-полимераза).
3. Свободные
дезоксирибонуклеозидфосфаты
(АТФ, УТФ,ГТФ, ЦТФ).
25
Механизм транскрипции
Фермент
Д
Н
К
Т
А
Ц
А
А
А
А
Г
Т
Т
Ц
Ц
А
Т
Т
А
Т
Г
Т
Т
Т
Т
Ц
А
А
Г
Г
Т
А
А
иРНК
Ц
У
Фермент РНК-полимераза
А
У
Г
А
Г
У
У
Г
А
У
А
У
А
Какой принцип лежит в основе синтеза РНК на
матрице ДНК?
26
Второй этап биосинтеза белка трансляция
Трансляция – перевод последовательности
нуклеотидов в последовательность аминокислот белка.
Что необходимо:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Рибосомы.
иРНК.
Аминокислоты.
тРНК.
Ферменты.
Источники энергии (АТФ, ГТФ).
Этапы трансляции
Инициация
Элонгация
Терминация
27
Инициация – сборка рибосомы:
1. присоединение малой субъединицы рибосомы к
иРНК;
2. взаимодействие первого (стартового) кодона иРНК
АУГ с тРНК, несущей аминокислоту метионин;
3. присоединение большой субъединицы.
Р
иРНК
А
У
А
Г
У
У
У
У
Ц
А
А
Г
5’
У
А
Г
У
А
А
Ц
А
А
Г
А
3’
У
А
СЕР
ФЕН
МЕТ
У
Ц
Ц
МЕТ
АРГ
28
Элонгация – удлинение полипептидной цепи:
1. начинается с образования первой пептидной связи
между аминокислотами;
Р
иРНК
А
У
А
Г
У
У
У
У
Ц
А
А
Г
5’
У
А
Г
У
А
А
Ц
А
А
Г
А
3’
У
А
СЕР
ФЕН
МЕТ
МЕТ
У
Ц
Ц
Первая пептидная связь
АРГ
29
Элонгация (продолжение):
2. после образования первой пептидной связи
рибосома начинает двигаться по иРНК;
3. образования следующих пептидных связей между
аминокислотами;
Р
иРНК
А
У
Г
5’
У
А
А
У
У
У
А
А
А
У
Ц
А
А
Г
Г
У
А
А
А
Г
3’
У
Ц
ФЕН
СЕР
У
Ц
Ц
МЕТ
Пептидные связи
АРГ
30
Элонгация (продолжение):
4. заканчивается при «прочтении»
последовательности иРНК до стоп-кодона РНК.
иРНК
Р
А
5’
У
А
У
А
У
Г
А
У
У
У
Ц
А
А
А
Г
Г
У
А
А
А
3’
А
Г
У
У
Ц
Ц
Ц
ФЕН
СЕР
АРГ
МЕТ
Пептидные связи
31
Терминация – завершение синтеза белка:
1. происходит узнавание стоп-кодонов (УАА, УАГ, УГА);
2. к последней аминокислоте в полипептидной цепи
присоединяется вода и она отщепляется от тРНК;
3. пептидная цепь отделяется от рибосомы;
4. рибосома распадается на две субъединицы.
А
5’
У
Г
У
У
У
У
Ц
иРНК
МЕТ
ФЕН
СЕР
А
А
Г
Г
У
Ц
Ц
У
А
А
3’
АРГ
32
Работа полисомы
Для увеличения производства белков иРНК часто
одновременно проходит не через одну, а несколько рибосом
последовательно. Такую структуру, объединённую одной
молекулой иРНК, называют полисомой. На каждой рибосоме
последовательно
синтезируются
несколько
молекул
одинаковых белков.
иРНК на рибосомах
Белок
33
Это интересно…
• Синтез одной молекулы белка длится
3-4 секунды
• За одну минуту образуется от 50 до
60 тыс. пептидных связей
• Половина белков нашего тела
( всего 17 кг белка) обновляется за 80
дней
• За свою жизнь человек обновляет весь
свой белок около 200 раз
34
Повторим изученное!
Какие процессы изображены под номерами 1, 2, 3?
2
1
7
6
3
4
8
5
9
Что изображено под номерами 4, 5, 6, 7, 8, 9?
35
Подумаем вместе!
1. Как отражён в процессе транскрипции
принцип комплементарности? В чём смысл
такой точности переписывания
информации с ДНК на РНК?
2. Объсните, почему синтез белка происходит
не непосредственно на матрице ДНК, а на
иРНК?
3. Что представляет собой код ДНК?
4. Какой процесс называется трансляцией, в
чём её суть?
36
Решите!
ДНК
А
Ц
Ц
А
Т
А
Г
Т
иРНК
У
Г
Г
У
А
У
Ц
тРНК
А
Ц
Ц
А
У
А
Г
Белок
Триптофан
Тирозин
А
У
Ц
Ц
Г
Г
Ц
Ц
Глутамин
А
А
У
А
У
А
Валин
Г
Г
Ц
Ц
Г
А
У
Г
А
Пролин
Чем руководствовались при решении
данной задачи?
37
Поразмышляем!
В искусственных условиях ( вне клетки)
удаётся синтезировать белок, используя
для этого готовые, взятые из клеток
организмов компоненты ( и-РНК, рибосомы,
аминокислоты, АТФ, ферменты).
Какой – овечий или кроличий белок будет
синтезироваться, если для искусственного
синтеза взяты рибосомы кролика, а и- РНК
– из клеток овцы? Почему?
38
Выскажи своё мнение об
уроке
• Что нового узнали сегодня на
уроке?
• Что вызвало затруднение?
• Какое значение лично для вас
имеют знания о биосинтезе
белка?
• На какой вопрос хотели бы
больше получить информации?
39
Домашнее задание
Изучите § 26, лист опорного
конспекта.
Творческое задание
На планете Смерть Белоснежки белки состоят из
семи аминокислот, а ДНК образована нуклеотидами
трёх видов: аурин (А), бодрин (Б), валокордин (В).
Сколько нуклеотидов должно входить в генетический
код живых существ этой планеты? Ответ обоснуйте.
Предложите свою таблицу генетического кода и
названия для всех семи аминокислот.
40
Список использованной
литературы
1.
Биология. Большой энциклопедический словарь /Гл. ред. М.В. Гидяров. – 3-е изд. – М.: Большая
Российская энциклопедия, 1998. – 863 с.
2.
Грин Н., Тейлор Д., Стаут У. Биология: в 3-х томах./ Под ред. Р. Сопера. – М.: Мир, 1996.
3.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология. 10 - 11 классы: учебник для ОУ
/А. А. Каменский, Е. А. Криксунов, В. В. Пасечник. – М: Дрофа, 2008. – 302 с.
4.
Мухамеджанов И.Р. Тесты, блицопросы по общей биологии: 10-11 классы. / И.Р. Мухамеджанов.
– М.: ВАКО, 2007. – 224 с. – (Мастерская учителя)
5.
Панфилова Л.А., Донецкая Э.Г.Анатомия, физиология и гигиена человека. Общая биология:
Учеб. Пособие. /Под общ. ред. Л.А. Панфиловой. – М.:РИПОЛ КЛАССИК, 1999. – 640 с., ил.
6.
Пименова И.Н., Пименов А.В. Лекции по общей биологии: Учеб. пособие. /И.Н. Пименова, А.В.
Пименов. – Саратов: Лицей, 2003. – 208 с.
7.
8.
Чебышев Н.В., Гузикова Г.С., Лазарева Ю.Б., Ларина С.Н. Биология. Новейший справочник. /Н.В.
Чебышев, Г.С. Гузикова, Ю.Б.Лазарева, С.Н.Ларина . – М.: Махаон, 2007. – 512 с. – (Для
школьников и абитуриентов)
Энциклопедия для детей. Т. 2. Биология /Сост. С.Т. Измаилова. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.:
Авнта+, 1996. – 704 с: ил.
41
Список Интернет-ресурсов
1. Модель белка - http://lenta.ru/news/2009/03/06/protein/
2. Модель ДНК – http://dna-rna.net/2011/07/01/dna-model/
3. Портрет Ф.Энгельса – http://www.epwr.ru/quotauthor/392/
4. Портрет М.В. Волькенштейна - http://e-drofa.ru/materials/bio9/0077-mihailvladimirovich-volkenshtejn.html
5.
Портрет Ф. Крика http://www.darwin.museum.ru/expos/livenature/person.asp?koptonkrik
6. Портрет Жака Люсьен Моно –
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BD%D0%BE,_%D0%96%D0%B0%D0
%BA
7.
Портрет Франсуа Жакоба - http://uzrf.ru/today/17-06-1920-rodilsy-Jacob_Fransois
8. Рисунок клетки – http://www.medical-enc.ru/10/kletka.shtml
9. Титульный лист книги Ф Энгельса «Анти-Дюринг» - http://lib.rus.ec/b/207915/read
42