Синтез білків на вільних рибосомах



Скачати 120.38 Kb.
Дата конвертації29.04.2016
Розмір120.38 Kb.
Тема: Синтез білків на вільних рибосомах. 

Мета: познайомити з процесами транскрипції і трансляції. 
Завдання: 
- Освітня. Ввести поняття гена, триплету, кодону, коду ДНК, транскрипції і трансляції, пояснити сутність процес біосинтезу білків. 
- Развиваюча. Розвиток уваги, пам'яті, логічного мислення. Тренування просторової уяви. 
- Виховна. Виховання культури праці на уроці, поваги до чужої праці. 
Обладнання: Дошка, таблиці по біосинтезу білків, динамічна модель. 
Література: підручники Ю.І. Полянського, Д.К. Бєляєва, А.О. Рувінська; «Основи цитології» О.Г. Машанова, «Біологія» В.Н. Яригіна, «Гени і геноми» Сінгер і Берг, шкільний зошит. 
Методи та методичні прийоми: розповідь з елементами бесіди, демонстрація, тестування. 

Хід уроку

І. Організаційний момент.

Психологічний  тренінг „ Подаруй  товаришу  посмішку”

Налаштування на роботу «Чого ви очикуєте від уроку».

На дошці плакат з зображенням молекули ДНК. На партах в учнів кружечки різних кольорів. Діти пишуть на кружечках свої очікування від уроку, виходять, зачитують (за бажанням) та наклеюють їх на зображення молекули ДНК.

І
Метаболізм

Анаболізм

Катаболізм

Асиміляція

Дисиміляція

Пластичний обмін

Енергетичне обмін

Біосинтез вуглеводів

Біосинтез жирів

Синтез АТФ

Біосинтез білків

Біосинтез нуклеїнових кислот
І. Перевірка домашнього завдання.
Складання схеми метаболізму

ІІІ. Актуалізація чуттєвого досвіду й опорних знань учнів

Фронтальне опитування


  • Які процеси підтримують постійний зв'язок організму з навколишнім середовищем?

  • Реакції якого обміну забезпечують клітину необхідними продуктами?

  • У чому суть пластичного обміну?

  • Які основні процеси біосинтезу?

  • Які органічні речовини найважливіші в рослин і тварин? Чому ви так уважаєте?

ІV. Мотивація навчальної діяльності.

Серед усіх речовин органічної природи білки посідають особливе місце – вони становлять основу структури живих організмів.Утворення цих “унікальних молекул життя” відбувається щохвилини.



Проблемне запитання.

Як саме здійснюється синтез білка? Яка біологічна цінність білка?

Ми це з’ясуємо сьогодні на уроці.

V. Повідомлення теми і мети уроку.

VІ. Вивчення нового матеріалу.

1. Білки належать до життєво необхідних речовин, без яких неможливе життя, ріст і розвиток організму. Вони найважливіші компоненти харчування, що забезпечують пластичні та енергетичні потреби організму. Потреба в білках для дорослої людини становить у середньому 85- 90 г на день. Біологічна цінність білків залежить від наступних факторів:

• Збалансований амінокислотний склад

• Доступність окремих амінокислот

• Ступінь засвоюваності білка

Розглянемо процес синтезу білка.

2. Структури та речовини, що беруть участь у біосинтезі білка.

ДНК.

Самі ДНК безпосередньої участі в синтезі не беруть. ДНК міститься в ядрі, а білки синтезуються в рибосомах, що містяться в цитоплазмі. У ДНК тільки зберігається інформація про структуру білків. 

і-РНК.

Переносник інформації від ДНК до місця збірки білкової молекули. Містить генетичний код.

т-РНК.

Кодуючі амінокислоти і переносять їх до місця біосинтезу на рибосомі. Містить антикодон.

Рибосоми.

Органели, де відбувається власне біосинтез білка.

Фермент.

Каталізує біосинтез білка.

Амінокислоти.

Будівельний матеріал для побудови білкової молекули.

АТФ.

Речовина, яка забезпечує енергією всі процеси.

3. Генетичний код і його властивості. Розповідь учителя з використанням таблиці “Генетичний код”.

Генетичний код – спосіб запису послідовності амінокислот у білку за допомогою послідовності нуклеотидів у нуклеїнових кислотах.

Код ДНК.

У нас є 4 нуклеотиди і 20 амінокислот. Як же їх зіставити?

Якщо б 1 нуклеотид кодував 1 а/к, = 4 а/к; якщо 2 нуклеотиду - 1 а/к - (скільки?) 16 амінокислот.

Тому 1 амінокислоту кодує 3 нуклеотиду - триплет (кодон). Порахуйте скільки можливо комбінацій? - 64 (3 з них це знаки пунктуації). Досить і навіть з надлишком. Навіщо надлишок?

1 а/к може кодуватися 2-6 триплетами для підвищення надійності зберігання та передачі інформації.

Властивості коду ДНК.

1) Код триплетний: 1 амінокислоту кодує 3 нуклеотиду. 61 триплет кодує а/к, причому один Ауг означає початок білка, а 3 - знаки пунктуації.

2) Код вироджений - 1 а/к кодує 1,2,3,4,6 кодонів

Виродженість -  це коли одну амінокислоту можуть кодувати кілька різних триплетів.



3) Код однозначна - 1 триплет тільки 1 а/к

Генетичний код однозначний, тобто кожний триплет кодує лише одну певну амінокислоту, та універсальний, єдиний для всіх організмів, які існують на Землі.



4) Код не перекриваються - від 1 і до останнього триплету ген кодує тільки 1 білок

5 ) Код неперервний - всередині гена немає розділових знаків. Вони тільки між генами.

6) Код універсальний - всі 5 царств мають один і той же код.

4. Фактори біосинтезу:

Наявність інформації, закодованою гені ДНК.

Наявність посередника і-РНК для передачі інформації від ядра до рибосоми.

Наявність органели-рибосоми.

Наявність сировини - нуклеотидів та амінокислот.

Наявність т-РНК для транспорту амінокислот до місця зборки.

Наявність ферментів і АТФ

5.Етапи біосинтезу білка.

Для того щоб синтезувався білок, інформація про послідовність амінокислот у його первинній структурі повинна бути доставлена до рибосом. Цей процес включає два етапи транскрипцію і трансляцію.

Схематично процес біосинтезу можна представити так: ДНК -> іРНК -> білок.

I. Транскрипція (переписування) - біосинтез молекул РНК в хромосомах на молекулах ДНК за принципом матричного синтезу за допомогою ферменту РНК - полімерази. Процес біосинтезу білка здійснюється на рибосомах, розташованих переважно в цитоплазмі. Отже, для передачі генетичної інформації з ДНК до місця синтезу білка потрібно посередник. Таким посередником є іРНК, яка на основі принципу комплементарності синтезується на одній з ланцюгів молекули ДНК. Процес цей отримав назву транскрипції, або переписування:

Транскрипція відбувається не на всій молекулі ДНК, а лише на невеликій її ділянці, певного гену. При цьому частина подвійної спіралі ДНК розкручується, оголюючи коротку ділянку однієї з ланцюгів, який тепер буде служити матрицею для синтезу іРНК. Потім уздовж цього ланцюга рухається фермент РНК-полімераза, з'єднуючи між собою нуклеотиди в зростаючу ланцюг іРНК. Транскрипція може протікати одночасно на декількох генах однієї хромосоми і на генах, розташованих на різних хромосомах. В результаті транскрипції утворюється іРНК, послідовність нуклеотидів якої є точною копією послідовності нуклеотидів матриці - одного або групи поряд розташованих генів. Так, якщо в молекулі ДНК є азотна основа цитозин, то в РНК - гуанін і навпаки. У ДНК комплементарної парою є аденін - тимін. Однак до складу РНК замість тиміну входить урацил



Стадії (запис у зошит):

1. Виявлення ферментом РНК - полімерази особливого ділянки який показує початок транскрипції - промотора.

2. Розкручування ділянки ДНК.

3. Синтез іРНК до стоп-сигналу.

4. Надходження іРНК на ЕРС.

II. Трансляція (передача) - синтез поліпептидних ланцюгів білків в рибосомах. Трансляція починається зі стартового кодону АУГ. Звідси кожна рибосома триплет за триплетом рухається уздовж молекули іРНК, що супроводжується зростанням поліпептидного ланцюжка. Число амінокислот в такому білку дорівнює числу триплетів іРНК.

Вибудовування амінокислот відповідно до кодонів іРНК здійснюється на рибосомах за допомогою тРНК. Завдяки певному розташуванню комплементарних нуклеотидів ланцюжок тРНК має форму, що нагадує лист конюшини.

Кожна тРНК має акцепторийі кінець, до якого приєднується активована амінокислота. Активацію амінокислот здійснюють специфічні ферменти аміноацил-тРНК-синтетази. Для кожної амінокислоти існує свій фермент.

У протилежній частині молекули тРНК розташовується специфічний триплет (антикодон), відповідальний за прикріплення за принципом комплементарності до певного триплету іРНК (кодон); звідси і його назва - антикодон. Таким чином, саме комплекси аміноацил-тРНК зчитують інформацію, закодовану в іРНК.

Комплекс аміноацил-тРНК за допомогою антикодону приєднується до кодону іРНК на малій субодиниці рибосоми. Потім до тієї ж рибосомі прикріплюється другий комплекс у відповідності з наступним кодоном. У рибосомі виявляються дві амінокислоти, орієнтовані по відношенню один до одного таким чином, що карбоксильная група однієї амінокислоти виявляється поруч із аминогруппой іншої амінокислоти. В результаті між ними з’являється пептидний зв'язок. Перша тРНК, звільнившись від амінокислоти, залишає рибосому. Далі до утвореного дипептиду тим же чином прилаштовується третя амінокислота, принесена в рибосому своєї тРНК, четверта … Все це продовжується до тих пір, поки рибосома не дійде до одного з трьох термінуючи кодонів: УАА, УАГ або УГА. Після цього синтез білка припиняється.

Стадії (у зошит):

1. Активація амінокислот.

АК - вихідний матеріал з якого будується білок. АК завжди в розчиненому вигляді присутня в клітинному соку. Активація відбувається за допомогою сполученого розщеплення АТФ і акцептована ( Ковалентно приєднана) спеціальної молекулою тРНК за допомогою особливого ферменту - кодази.

2. Ініціація - об'єднання 2-х субодиниць рибосоми з иРНК.

3. Елонгація - створення білкової молекули.

     Рибосома послідовно сканує ланцюг іРНК, при цьому вибирає із середовища амінокислоти тРНК. Специфічність обраній рибосомою тРНК визначається специфічністю комбінацій нуклеотидів зчитує ділянки іРНК. Цей процес йде тільки по одній програмі - генетичний код.

6. Проблема синтезу білка.

Щоб отримати заданий білок, слід з’ясувати його амінокислотний склад, встановити первинну структуру, визначити просторову конфігурацію білкової молекули, а потім штучно відтворити це.

Найлегше встановити амінокислотний склад. Це здійснюють автоматичні пристрої. Великі труднощі зустрічаються під час  синтезу первинної структури, тому що слід дотриматися  чіткої послідовності  амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюгу.

Цікавий приклад. Якщо  в білку еритроцитів – гемоглобіні-  замість однієї ланки глутамінової кислоти стане залишок валіну , то утвориться білок з іншими властивостями, що виявиться причиною важкої хвороби –  серповидної анемії.

Крім того великі труднощі виникають  із-за наявності в амінокислотах різних функціональних груп, оскільки в процесі синтезу вони можуть зазнавати перетворень, а це також веде до  відхилення від складу заданого білка. Щоб зберегти функціональні групи на період синтезу їх перетворюють у  інші, які більш хімічно стійкі, а потім знову їх відновлюють.Це обумовлює дуже велику кількість реакцій. Так, наприклад, для синтезу інсуліну потрібно зробити  220 реакцій.

Легше буде вирішуватись слідуюче завдання –  утворення вторинної та третинної структури. Адже. Якщо отримати пептид  точно заданої будови, то в певних умовах за рахунок взаємодії його груп він сам  набуде властивої йому структури.

Синтез білків має  не тільки теоретичне але і практичне  значення для збагачення харчових ресурсів.

7. Повідомлення  дітей про синтез інсуліну , інтерферону, мікробіологічну промисловість.

Синтез інсуліну

Інсулін людини являє собою молекулу білка з молекулярною масою 5808. Він складається з двох амінокислотних ланцюжків, з'єднаних між собою дисульфідними зв'язками. Якщо ці зв'язки зруйнувати, роз'єднавши таким чином ланцюжка амінокислот, інсулін втратить свою активність.

Інсулін синтезується в бета-клітинах острівців Лангерганса звичайним механізмом синтезу білка. Трансляція інсуліну починається на рибосомах, пов'язаних з ендоплазматичним ретикулумом, з освіти препрогормонов інсуліну. Цей вихідний препрогормонов з молекулярною масою 11500 в ЕПР розщеплюється до проінсуліна з молекулярною масою близько 9000. Далі в апараті Гольджі більша його частина дробиться на інсулін, упаковуються в секреторні гранули, і пептидний фрагмент. Однак майже 1/6 частина кінцевого секретованої продукту залишається у формі проінсуліна. Проінсулін є неактивною формою гормону.

У крові інсулін циркулює в незв'язаної формі, час його напіввиведення складає всього близько 6 хв, тому плазма практично повністю звільняється від інсуліну за 10-15 хв. Залишилося незв'язаної з рецепторами клітин-мішеней частина інсуліну руйнується головним чином в печінці ферментом инсулиназу; в меншій мірі руйнування інсуліну відбувається в нирках і м'язах; зовсім невелика частина - в інших тканинах. Таке швидке очищення плазми від інсуліну дуже важливо, тому що іноді швидке припинення регуляторних впливів інсуліну не менш істотно, ніж їх включення.



Синтез інтерферону

Невід’ємною умовою синтезу інтерферону є нормальне функціонування клітинної ДНК. Інформація для утворення інтерферону закодована в ДНК клітини, але перебуває в ній в репресованому (загальмованому) стані. Тому витягти інтерферон з клітин, що не піддавалися впливу індукторів, не вдається. Процес утворення інтерферону запускається різними індукторами, пов’язаними з депресією гена (або генів) інтерферону і після транскрипції і трансляції інформаційних РНК для інтерферону (іРНК-ІФ) завершується секрецією інтерферону з клітин.

Схематично механізм продукції інтерферону був представлений Ф.І. Єршовим і А.С. Новохатським в 1980 році.


В даний час основні етапи описаного процесу розшифровані.

У відповідності зі схемою генетичної регуляції інтерферону, запропонованої в 1972 році Клейншмідтом, вона складається з регуляторного цистрона, відповідального за ініціацію, і структурного цистрона, з якого транскрибується іРНК-ІФ. За цією схемою індуктор пов’язує або блокує репрессор, після чого починає функціонувати структурний цистрон. Генетичний репрессор може здійснювати свою функцію на стадії трансляції або транскрипції

іРНК-ІФ; можливо його взаємодія і з геном-оператором. У геномі клітини є кілька структурних генів, що несуть інформацію про синтез інтерферону. Локалізація їх різна. Наприклад, такі структурні гени клітин людини знаходяться в хромосомах 2 і 5. Існування двох генетичних локусів пояснює широку варіабельність інтерферону в молекулярній масі та інших параметрах, що спостерігається при використанні різних індукторів. Встановлено, що цистрони, відповідальні за продукцію інтерферону, відмінні від таких антивірусного білка, що здійснює в клітинах противірусний ефект інтерферону. Інформаційна РНК для інтерферону починає виявлятися в культурі клітин через одну-дві години після індукції, досягає максимуму до шостого годині і надалі снижается.

З огляду на те, що структура іРНК─ІФ в точності відповідає певній ділянці ДНК клітини, то трансляція її на рибосомах визначає видову специфічність інтерферону. Це проявляється як при природному синтезі, тобто в гомологічних клітинах, так і при експериментальному введенні попередньо отриманого препарату іРНК─ІФ в гетерологічні клітини. Але і в останньому випадку іРНК─ІФ проявляє матричну активність, тобто будучи отриманої з клітин миші транслюється в гетерологичних клітинах з утворенням відповідно «мишачого» інтерферону.

Синтез інтерферону здійснюється клітиною за рахунок ендогенного запасу амінокислот. Разом з тим екзогенні амінокислоти ─ аланін і серин ─ підвищують вихід інтерферону, а лізин, триптофан і орнітин ─ знижують . Синтез здійснюється на мембранно-асоційованих ванних полісомах.

Є деякі непринципові відмінності в реалізації механізмів продукції інтерферону при використанні двох основних класів індукторів (першого ─ вірусів і синтетичних полінуклеотидів, другого ─ гетерогенної групи агентів ненуклеотідной природи). Виявлені відмінності одержуваних інтерферонів по чутливості до температури і pH, а також їх молекулярній масі. Так, інтерферон, стимульований ендотоксином, має високу молекулярну масу (до 89 кДа), тоді як для вірусіндуцірованого інтерферону вона становить зазвичай 25 кДа. Гросберг в 1972 році припустив існування двох структурних цистрон для інтерферону, один з яких кодує поліпептид з високою молекулярною масою, інший ─ з низькою. Комбінація цих двох основних субодиниць дозволяє отримати до п’яти різних за молекулярною масою інтерферонів.

VII. Розв’язування вправ.

1. Білок вазопресин (гормон гіпофізу, підвищує кров’яний тиск) складається з дев’яти амінокислот, кодується такими нуклеотидами:

ТГТ – ТАТ – ТТГ – ГАА – ГАТ – ТГТ – ЦЦЦ – ЦГТ – ГГТ.

Визначте:

Скільки нуклеотидів і триплетів у цій ділянці ДНК?

Яка довжина гена, що кодує вазопресин?

Який амінокислотний склад вазопресину?



2. Правий ланцюг фрагмента гена має таку структуру:

ТАТ – ТЦТ – ТТГ – ТГТ – ГТА – ЦГА…

Укажіть структуру відповідної частини молекули білка, що синтезується за участю лівого ланцюга ДНК.

Визначте, як зміниться структура білка, якщо у правому ланцюзі ДНК під впливом хімічних факторів випадає одинадцятий нуклеотид.

VIII. Підсумок уроку. Гра « Ваша думка».

Діти висловлюють свої думки на рахунок почутого  та вивченого на уроці.Оцінювання роботи учнів на уроці.



IX. Домашнє завдання.

Опрацювати параграф.



Підготувати повідомлення про цікаві досягнення мікробіологічної промисловості .


База даних захищена авторським правом ©shag.com.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка