Урок 7. Генетическая информация её реализация в клетке. Ген. Геном. Реакции матричного синтеза
Предмет: Биология, 10 класс

Конспект урока

Биология, 10 класс

Урок 7. «Генетическая информация её реализация в клетке. Ген. Геном. Реакции матричного синтеза.»

3. Перечень вопросов, рассматриваемых в теме;

На уроке мы узнаем как происходит передача и хранение наследственной информации в клетке, узнаем свойства генетического кода, а так рассмотрим процессы транскрипции и трансляции.

4. Глоссарий по теме (перечень терминов и понятий, введенных на данном уроке);

Ген; генетическая информация; геном; репликация ДНК; транскрипция; генетический код; кодон; трансляция; полисома

5. Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц);

Учебник «Биология.10-11класс», созданный под редакцией академика Д.К.Беляева и профессора Г.М.Дымшица / авт.-сост. Г.М. Дымшиц и О.В.Саблина.- М.: Просвещение, 2018г., с 247-256

Дополнительные источники:

1. А. Ю. Ионцева. «Весь школьный курс в схемах и таблицах» – М.: Эксмо, 2014.: С. 304- 309

2. Е. Н. Демьянков, А. Н. Соболев «Сборник задач и упражнений. Биология 10-11» - М.: ВАКО. С 140-151 учебное пособие для общеобразовательных организации

3. А. А. Кириленко, С. И. Колесников., «Биология тематические тесты. (подготовка к ЕГЭ)» Учебно- методическое пособие.- Ростов н/Д: Легион, 2009г. С 103-107.

4..Г. И. Лернер «БИОЛОГИЯ : Полный справочник для подготовки к ЕГЭ »: АСТ, Астрель; Москва; 2010г (раздел VII)

:

6. открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);

Российский общеобразовательный Портал www.school.edu.ru
Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов www.school-collection.edu.ru
Открытый колледж Биология http://college.ru/biology/
Каталог образовательных ресурсов по биологии http://www.mec.tgl.ru/index.php?module=subjects&func=viewpage&pageid=133

7. Теоретический материал для самостоятельного изучения;

1. ДНК — матрица для синтеза белков. Каким же образом в эритроцитах здорового человека образуются миллионы идентичных молекул гемоглобина, как правило, без единой ошибки в расположении аминокислот? Почему в эритроцитах больных серповидноклеточной анемией все молекулы гемоглобина имеют од­ну и ту же ошибку в одном и том же месте?

Для ответа на эти вопросы обратимся к примеру, с книго­печатанием. Учебник, который вы держите в руках, издан ти­ражом п экземпляров. Все п книг отпечатаны с одного шаб­лона — типографской матрицы, поэтому они совершенно оди­наковы. Если бы в матрицу вкралась ошибка, то она была бы воспроизведена во всех экземплярах. Роль матрицы в клетках живых организмов выполняют молекулы ДНК. ДНК каждой клетки несет информацию не только о структурных белках, определяющих форму клетки (вспомните эритроцит), но и обо всех белках-ферментах, белках-гормонах и других белках.

Углеводы и липиды образуются в клетке в результате сложных химических реакций, каждая из которых катализируется своим белком-ферментом. Владея информацией о ферментах, ДНК программирует структуру и других органических соединений, а также управляет процессами их синтеза и расщепления.

Поскольку молекулы ДНК являются матрицами для синтеза всех белков, в ДНК заключена информация о структуре и деятельности клеток, о всех признаках каждой клетки и организма в целом.

Каждый белок представлен одной или несколькими полимерными цепями. Уча­сток молекулы ДНК, служащий матрицей для синтеза одной полипептидной цепи, т. е. в большинстве случаев одного белка, называют геном. Каждая молекула ДНК содержит множество разных генов. Всю информацию, заключенную в молекулах ДНК, называют генетической. Идея о том, что генетическая информация записана на молекулярном уровне и что синтез белков идет по матричному принципу, впервые была сформулирована еще в 20-х годах выдающимся отечественным биологом Н. К. Кольцовым.

2. Удвоение ДНК. Молекулы ДНК обладают поразительным свойством, не присущим ни одной другой из известных молекул, — способностью к удвоению. Что представляет собой процесс удвоения? Вы помните, что двойная спираль ДНК построена по принципу комплементарности. Этот же принцип лежит в основе удвоения молекул ДНК. С помощью специальных ферментов водородные связи, скрепляющие нити ДНК, разрываются, нити расходятся, и к каждому нуклеотиду каждой из этих нитей последовательно пристраиваются комплементарные нуклеотиды. Разошедшиеся нити исходной (материнской) молекулы ДНК являются матричными — они задают по­рядок расположения нуклеотидов во вновь синтезируемой цепи. В результате действия сложного набора ферментов происходит соединение нуклеотидов друг с другом. При этом образуются новые нити ДНК, комплементарные каждой из ра­зошедшихся цепей. Таким образом, в результате удвоения создаются две двойные спирали ДНК (дочерние молекулы), каждая из них имеет одну нить, полученную от материнской молекулы, и одну нить, синтезированную вновь.

Дочерние молекулы ДНК ничем не отличаются друг от друга и от материнской молекулы. При делении клетки дочерние молекулы ДНК расходятся по двум образующимся клеткам, каждая из которых вследствие этого будет иметь ту же информацию, которая содержалась в материнской клетке. Так как гены — это участки молекул ДНК, то две дочерние клетки, образующиеся при делении, имеют одинаковые гены.

Каждая клетка многоклеточного организма возникает из одной зародышевой клетки в результате многократных делений, поэтому все клетки организма имеют одинаковый набор генов. Случайно возникшая ошибка в гене зародышевой клетки будет воспроизведена в генах миллионов ее потомков. Вот почему все эритроциты больного серповидноклеточной анемией имеют одинаково «испорченный» гемоглобин. Дети, больные анемией, по­лучают «испорченный» ген от родителей через их половые клет­ки. Информация, заключенная в ДНК клеток (генетическая информация), передается не только из клетки в клетку, но и от родителей к детям. Ген является единицей генетической, или наследственной, информации.

Трудно, глядя на типографскую матрицу, судить о том, хорошая или плохая книга будет по ней напечатана. Невозможно судить и о качестве генетической информации по тому, «хороший» или «плохой» ген получили потомки по наследству, до тех пор, пока на основе этой информации не будут построены белки и не разовьется целый организм.

Ход образования и-РНК. К рибосомам, местам синтеза бел­ков, из ядра поступает несущий информацию посредник, способный пройти через поры ядерной оболочки. Таким посредником является информационная РНК (и-РНК). Это одноцепочечная молекула, комплементарная одной нити молекулы ДНК. Специальный фермент — полимераза, двигаясь по ДНК, подбирает по принципу комплементарности нуклеотиды и соединяет их в единую цепочку (рис. 21). Процесс образования и-РНК называется транскрип­цией (от лат. «транскрипцио» — переписывание). Если в нити ДНК стоит тимин, то полимераза включает в цепь и-РНК аденин, если стоит гуанин — включает цитозин, если аденин — то урацил (в состав РНК не входит тимин).

По длине каждая из молекул и-РНК в сотни раз короче ДНК. Ин­формационная РНК — копия не всей молекулы ДНК, а только части ее, одного гена или группы рядом лежащих генов, несущих ин­формацию о структуре белков, не­обходимых для выполнения од­ной функции. У прокариот такая группа генов называется опероном. В начале каждой группы генов находится своего рода посадочная площадка для полимеразы, называемая промотором. Это специфическая последовательность нуклеотидов ДНК, которую фермент «узнает» благодаря химическому сродству. Только присоединившись к промотору, полимераза способна начать синтез и-РНК. В конце группы генов фермент встречает сигнал (в виде определенной последовательности нуклеотидов), означающий конец переписывания. Готовая и-РНК отходит от ДНК, покидает ядро и направляется к месту синтеза белков — рибосоме, расположенной в цитоплазме клетки.

В клетке генетическая информация передается благодаря транскрипции от ДНК к белку:

ДНК—и-РНК—белок.

3. Генетический код — определенные сочетания нуклеотидов, несущих информацию о структуре белка, и последовательность их расположения в молекуле ДНК.\

Ген — участок молекулы ДНК, несущий информацию о структуре одной молекулы белка.

Свойства генетического кода:

— триплетность — одна аминокислота кодируется тремя рядом расположенными нуклеотидами — триплетом, или кодоном;

— универсальность — код един для всего живущего на Земле (у мха, сосны, амебы, человека, страуса и пр. одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты);

— вырожденность — одной аминокислоте может соответствовать несколько триплетов (от двух до шести). Исключение составляют аминокислоты метионин и триптофан, каждая из которых кодируется только одним трип­летом (метионин кодируется триплетом АУГ);

— специфичность — каждый триплет кодирует только одну аминокислоту.

Триплеты ГАА или ГАГ, занимающие шестое место в гене здоровых людей, несут информацию о цепи гемо­глобина, кодируя глутаминовую кислоту. У больных серповидноклеточной анемией второй нуклеотид заменен на У, а триплеты ГУА и ГУГ кодируют валин;

— неперекрываемость — кодоны одного гена не мо­гут одновременно входить в соседний;

— непрерывность — в пределах одного гена считывание генетической информации происходит в од­ном направлении.

4. Трансляция – механизм, с помощью которого последовательность триплетов оснований иРНК переводится в специфическую последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

Подготовительным этапом трансляции является рекогниция – активирование и присоединение аминокислоты к тРНК (фермент аминоацил-тРНК-синтетаза (кодаза)).

Затем иРНК соединяется с рибосомой (у прокариот начинается синтез с кодона АУГ, с которым взаимодействует антикодон особой тРНК (с формилметионином)), затем первая тРНК доставляет сюда первую аминокислоту (для каждой аминокислоты есть своя тРНК) и связывается с определенным участком иРНК по принципу комплементарности (антикодон тРНК соответствует кодону иРНК).

Происходит связывание с иРНК и с рибосомой второй тРНК, несущей вторую аминокислоту. Первая и вторая аминокислоты соединяются пептидной связью (фермент пептидил-трансфераза). Затем рибосома перемещается на один триплет вперед, первая тРНК освобождается, приходит третья тРНК. Рибосома перемещается по молекуле иРНК прерывисто, триплет за триплетом, делая каждый из них доступным для контакта с тРНК. Сущность трансляции в подборе по принципу комплементарности антикодона тРНК к кодону иРНК. Если антикодон тРНК соответствует кодону иРНК, то аминокислота, доставляемая такой тРНК, включается в полипептидную цепь, и рибосома перемещается на следующий триплет (фермент транслоказа).

Как только рибосома дойдет до стоп-кодона иРНК, происходит распад комплекса, полипептид отделяется от матрицы-иРНК и приобретает свою конформацию.

Для трансляции необходимы ферменты (кодаза, пептидил-трансфераза, транслоказа), энергия АТФ, ионы Mg2+.

Таким образом, главными этапами трансляции являются:

1) присоединение иРНК к рибосоме;

2) рекогниция (активация аминокислоты и ее присоединение к тРНК);

3) инициация (начало синтеза) полипептидной цепи;

4) элонгация (удлинение) цепи;

5) терминация (окончание синтеза) цепи;

6) дальнейшее использование иРНК (или ее разрушение).

8. примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий).

Задание 1.

Найдите и выделите цветом по вертикали и горизонтали названия химических элементов:

самый распространённый элемент в земной коре и живых организмов;
элемент – основа строения органических соединений, атомы которого способны соединяться друг с

Тип вариантов ответов: Текстовые, Графические, Комбинированные.

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):

Кислород
Угл

Подсказка: при необходимости обратитесь к дополнительным материалам

Задание 2.

Текст задания:

Установите соответствие между термином и его определением.

Тип вариантов ответов: (Текстовые, Графические, Комбинированные).

Варианты ответов:

Определение

Термин

Процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК

Транскрипция

Процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы

Фотосинтез

Процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов

Репликация

Основоположники клеточной теории

Трансляция

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):

процесс

Термин

Процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК

Репликация

Процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы

Транскрипция

Процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов

Фотосинтез

Процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой

Трансляция

Подсказка: