Урок 35. Как реализуется генетическая информация
Предмет: Естествознание, 10 класс

Конспект урока

Конспект на интерактивный видео-урок

по предмету «Естествознание» для «10» класса

Урок 35. Как реализуется генетическая информация

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Что представляет собой генетический код?
Как информация о белке считывается с ДНК?
Как эта информация транслируется в виде последовательности аминокислот в белке?
Глоссарий по теме:
Генетический код – способ хранения генетической информации в ДНК в виде определённого сочетания нуклеотидов.
Триплет (кодон) - единица генетического кода, тройка нуклеотидных остатков (триплет) в ДНК или РНК, кодирующая, как правило, одну аминокислоту.
Транскрипция (от лат. транскрипцио – переписывание) генетической информации происходит путём синтеза молекулы м-РНК на одной из цепей хромосомной ДНК по принципу комплементарности, что обеспечивает сохранение последовательности нуклеотидов.
Трансляция (от лат. трансляцио – передача) – перевод последовательности нуклеотидов м-РНК (кодонов) в последовательность аминокислот белковой молекулы.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017.: с 152 - 154.

Электронные ресурсы:

Синтез белка. Портал открытая биология // Электронный доступ: https://biology.ru/textbook/chapter8/section2/paragraph3/

Как происходит синтез белка. Научно-познавательный журнал «Познавайка» // Электронный доступ: http://www.poznavayka.org/himiya/kak-proishodit-sintez-belka/

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Как мы убедились в предыдущих уроках, химические свойства различных веществ вытекают из особенности их строения. Для живых организмов такая связь оказывается более сложной. В принципе, все признаки того или иного организма формируются с использованием фермент-катализируемых реакций. Все ферменты представляют собой белки, состоящие из 20 различных блоков аминокислот. Структура и биологическая функция белка зависят от аминокислотной последовательности. Другими словами сходство и различия между различными живыми организмами связано с уникальным набором белков. Информация об этом наборе передаётся от родителей к потомству. Материальным носителем этой наследственной информации является ДНК. Механизм преобразования информации ДНК в белки определило появления жизни как феномена.

Генетический код.

В 50-х годах 20 века было высказано предположение о том, что последовательность нуклеотидов ДНК каким-то образом хранит информацию о необходимых организму белках. Позднее отечественным учёным Г. А. Гамовым была предложена идея о том, что каждую аминокислоту кодирует не один нуклеотид, а три. Таким образом, появляется достаточное количество комбинаций (43 =64) чтобы закодировать все аминокислоты. Эти троичные комбинации назвали триплетами или кодонами. К 70м годам прошлого века была установлена связь между всеми комбинациями нуклеотидов и аминокислотами – на сегодняшний день генетический код считается полностью разгаданным. Известно, что 61 кодон шифрует аминокислоты, 3 кодона выполняют роль сигнала окончания информации о белке (стоп-кодоны). При этом каждая аминокислота имеет несколько тройных комбинаций (триплетов) в шифре ДНК – генетический код, поэтому считается вырожденным. Удивительным является и то, что одинаковые комбинации нуклеотидов у разных групп организмов кодируют одинаковые аминокислоты, поэтому говорят, что генетический код универсален.

Аксиомы молекулярной биологии

Информация об одном белке занимает определённую часть цепочки ДНК, такие участки называют генами. Напомним, что ДНК и белки это совершенно различные соединения. Мономерами ДНК выступают 4 нуклеотида, а звеньями цепочек белков – аминокислоты. При этом ДНК никогда не покидает ядро, а местом синтеза белка являются рибосомы.

Таким образом, для реализации генетической информации, ДНК в ядре работает совместно с рибосомами в цитоплазме. Уже в 1953 году Ф. Крик установил, что поток информации из ДНК в рибосомы происходит через РНК, это выступает центральной догмой молекулярной биологии. Рибонуклеиновая кислота ( РНК ), которая встречается как в ядре, так и в цитоплазме, берет на себя роль передатчика генетической информации в белки.

Существует два процесса:

Транскрипция – переписывание генов ДНК в копию гена м-РНК (матричная РНК)

Трансляция – синтез белка, основанный на информации копии гена м-РНК

Транскрипция является первым шагом в биосинтезе белка на пути от гена к белку. Если в клетке требуется белок, сначала считывается соответствующий участок ДНК (ген) в ядре клетки и делается копия с него. Этот процесс получил название транскрипция. Механизм процесса, аналогичный самодублированию ДНК. Однако считывается только небольшая часть последовательности ДНК. Поэтому молекулы РНК намного короче, чем двойная спираль ДНК. Транскрипция катализируется ферментом РНК-полимеразой. Он распознает знаки начала и конца гена на нити ДНК на основе определённых последовательностей оснований.

Под действием специальных ферментов участок молекулы ДНК с необходимым геном раскручивается, связи между цепочками разрываются. Далее на одной из цепочек начинается процесс сборки молекулы РНК по принципу комплементарности. Напомним, что особенностью молекулы РНК является замена в нуклеотидной последовательности Тиминового нуклеотида на Урациловый. Такой механизм обеспечивает безошибочное переписывание участка молекулы ДНК. Эта копия, называемая м-РНК (матричная или информационная), которая затем мигрирует из ядра в цитоплазму к рибосомам.

Полученная м-РНК, таким образом, кодирует в виде своей специфической нуклеотидной последовательности инструкцию синтеза аминокислотной последовательности образующегося белка.

Трансляция. Нуклеотидная последовательность молекулы м-РНК определяет аминокислотную последовательность полипептида. Перевод «языка» нуклеиновой кислоты на белковый «язык» гарантируется трансляцией рибосомами.

Чтобы преобразовать эту информацию в синтез белка, в дополнение к рибосомам, аминокислотам и м-РНК, необходим другой вид РНК - транспортная РНК (т-РНК). Молекула т-РНК относительно мала, состоит всего из примерно 80 нуклеотидов и переносит аминокислоты в рибосомы. Молекула т-РНК всегда связывает только одну специфическую аминокислоту. Поэтому в клетке имеется, по меньшей мере, 20 различных типов т-РНК. Молекула т-РНК на одном из своих вершин имеет участок, с помощью которого происходит узнавание по принципу комплементарности кодона м-РНК. Этот участок получил название антикодон.

Рибосомы представляют собой сложный комплекс из белков и р-РНК. Рибосомы в цитоплазме нанизываются как бусины на цепочку м-РНК. Как только рибосома достигает стартового кодона – начинается синтез белка. По принципу комплементарности т-РНК распознает соответствующий кодон м-РНК, затем рядом с ней становится следующая молекула т-РНК. Принесённые ими аминокислоты связываются специальным ферментом, и рибосома передвигается скачком на следующий кодон. Такой процесс многократно продолжается, пока не будет достигнут один из стоп-кодонов. Рибосома распадается на две субъединицы и готова для следующего синтеза. Ещё до завершения пептидного синтеза, цепи начинают сворачиваться во вторичную и третичную структуру. Это приводит к образованию белковых молекул с определённой биологической функцией.

Этот процесс может быть многократно повторен, и клетка может для себя воспроизвести необходимый белок в нужное время. Благодаря этим механизмам обеспечивается управление регулирование биохимическими процессами в клетке, её обновление и самовоспроизведение.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Выберите один ответ.

Какой из следующих кодонов не может являться частью м-РНК?

ААУ

ГУГ

УАГ

ТТА

ГУГ

ЦЦГ

Ответ: ТТА

Пояснение: В молекулах РНК отсутствуют Тиминовые основания, они заменены Урацильными

2. Найдите ошибку (ошибки) и вычеркните их.

«К свойствам генетического кода относят: однозначность, вырожденность, комплементарность, неадекватность и универсальность.»

Ответ: «К свойствам генетического кода относят: однозначность, вырожденность, комплементарность, неадекватность и универсальность».