ТРАНСКРИПЦИЯ. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД - ОБМЕН ВЕЩЕСТВ - КЛЕТКА — ЕДИНИЦА ЖИВОГО

Задачи. Сформировать знания о значении биосинтеза белков для живых организмов, о двух этапах биосинтеза белков в клетке — транскрипции и трансляции, показать, как последовательность нуклеотидов в ДНК кодирует последовательность аминокислот в полипептиде. Дать характеристику генетическому коду и основным его свойствам с позиций единства происхождения всех живых организмов Земли, рассмотреть особенности транскрипции у эукариот. Проверить знания о хранении информации о белках в ДНК, репликации ДНК.

Оборудование. Демонстрационное оборудование: таблицы по общей биологии, модель молекулы ДНК, кодограмма, возможно использование фрагмента кинофильма «Биосинтез белков».

Ход урока:

Повторение. Письменная работа с карточками на 10 мин.

1. Какие вещества обуславливают индивидуальные различия и видовую принадлежность организмов?

2. Как вы понимаете фразу: «Молекулы ДНК — матрицы для синтеза белков»?

3. Как происходит репликация ДНК?

Работа с карточкой у доски: приложение 2.

Компьютерное тестирование: приложение 3.

Устное повторение.

Изучение нового материала. Объяснение с помощью кодограммы (приложение 1).

Транскрипция. В начале 50-х годов Ф. Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии: ДНК → РНК → белок.

Информация о белке находится на ДНК, на матрице ДНК синтезируется иРНК, которая является матрицей для синтеза белковой молекулы. Матричный синтез позволяет очень точно и быстро синтезировать макромолекулы полимеров, состоящие из огромного количества мономеров. С реакциями матричного синтеза мы встречались при репликации молекулы ДНК, синтез иРНК (транскрипция) и синтез молекулы белка на и PHК (трансляция) — также реакции матричного синтеза.

Транскрипция. В соответствии с принятыми соглашениями начало гена на схемах изображают слева. У некодирующей цепи молекулы ДНК левый конец 5', правый 3'; у кодирующей, матричной, с которой идет транскрипция, — противоположное направление. Фермент, отвечающий за синтез иРНК, РНК-полимераза, присоединяется к промотору, который находится на З'-конце матричной цепи ДНК и движется всегда от 3' к 5'-концу. Промотор — определенная последовательность нуклеотидов, к которой может присоединиться фермент РНК-полимераза. Необходим для того, чтобы синтез иРНК был начат строго в начале гена. Из свободных рибонуклеозидтрифосфатов (АТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ), комплементарных нуклеотидам ДНК, РНК-полимераза образует иРНК.

Энергия для синтеза иРНК содержится в макроэргических связях рибонуклеозидтрифосфатов. Период полураспада мРНК исчисляется часами и даже сутками, т. е. они стабильны.

Транскрипция и трансляция разобщены в пространстве и во времени, транскрипция протекает в ядре и в одно время, трансляция происходит в цитоплазме и совсем в другое время. Для транскрипции необходимы: 1 — кодирующая цепь ДНК, матрица; 2 — ферменты, один из них РНК-полимераза; 3 — рибонуклеозидтрифосфаты.

Код ДНК и его свойства. Последовательность нуклеотидов каким-то образом кодирует последовательность аминокислот. Все многообразие белков образовано из 20 различных аминокислот, а нуклеотидов в составе ДНК — 4 вида. Если предположить, что один нуклеотид кодирует одну аминокислоту, то 4 нуклеотидами можно закодировать 4 аминокислоты, если 2 нуклеотида кодируют одну аминокислоту, то количество кодируемых кислот возрастает до 42 —16. Значит, код ДНК должен быть триплетным. Было доказано, что именно три нуклеотида кодируют одну аминокислоту, в этом случае можно будет закодировать 43 — 64 аминокислоты. А так как аминокислот всего 20, то некоторые аминокислоты должны кодироваться несколькими триплетами.

В настоящее время известны следующие свойства генетического кода:

1. Триплетность: каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов.

2. Однозначность: кодовый триплет, кодон, соответствует только одной аминокислоте.

3. Вырожденность (избыточность): одну аминокислоту могут кодировать несколько (до шести) кодонов.

4. Универсальность: генетический код одинаков, одинаковые аминокислоты кодируются одними и теми же триплетами нуклеотидов у всех организмов Земли.

5. Неперекрываемость: последовательность нуклеотидов имеет рамку считывания по 3 нуклеотида, один и тот же нуклеотид не может быть в составе двух триплетов (жил был кот тих был сер мил мне тот кот).

6. Из 64 кодовых триплетов 61 кодон — кодирующие, кодируют аминокислоты, а 3 — бессмысленные, не кодируют аминокислоты, терминирующие синтез полипептида при работе рибосомы (УАА, УГА, УАГ). Кроме того, есть кодон — инициатор (метиониновый), с которого начинается синтез любого полипептида.

Таблица генетического кода

Первое основание	Второе основание				Третье основание
	У(А)	Ц(Г)	А(Т)	Г(Ц)
У (А)	Фен	Сер	Тир	Цис	У (А)
	Фен	Сер	Тир	Цис	Ц(Г)
	Лей	Сер	—	—	А(Т)
	Лей	Сер	—	Три	Г(Ц)
Ц(Г)	Лей	Про	Гис	Apr	У (А)
	Лей	Про	Гис	Apr	Ц(П
	Лей	Про	Глн	Apr	А(Т)
	Лей	Про	Глн	Apr	ДЦ)
А(Т)	Иле	Тре	Асн	Сер	У (А)
	Иле	Тре	Асн	Сер	Ц(Г)
	Иле	Тре	Лиз	Apr	А(Т)
	Мет	Тре	Лиз	Apr	ЦЦ)
Г(Ц)	Вал	Ала	Асп	Гли	У(А)
	Вал	Ала	Асп	Гли	Ц(П
	Вал	Ала	Глу	Гли	А(Т)
	Вал	Ала	Глу	Гли	Г(Ц)

Первый нуклеотид в триплете — один из четырех левого вертикального ряда, второй — один из верхнего горизонтального ряда, третий — из правого вертикального.

Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

Приложение 1. Кодограмма к уроку

Тема: Транскрипция, код ДНК. § 14

Транскрипция

В начале 50-х годов Ф. Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии:

ДНК → РНК → белок.

Синтез мРНК — транскрипция, синтез белка на мРНК — трансляция.

РНК полимераза присоединяется к промотору, который находится на 3'-конце матричной цепи ДНК и из свободных рибонуклеозидтрифосфатов (АТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ), комплементарных нуклеотидам ДНК, антипараллельно образует иРНК. Что необходимо(3)?

Код ДНК

Свойства кода:

1. Триплетность: Г. Гамов, начало 50-х годов. 43 = 64.

2. Однозначность: 1 кодон — 1 аминокислота.

3. Вырожденность: 1 аминокислота — до 6 кодонов.

4. Универсальность: одинаков у всех.

5. Неперекрываемость, рамка считывания по 3 нуклеотида, нуклеотид может быть в составе одного кодона (жил был кот тих был сер мил мне тот кот).

6. 61 кодон — кодирующие и 3 бессмысленные, терминирующие (УАА, УАГ, УГА), знаки препинания между генами. Есть кодон — инициатор (метиониаовый), с которого начинается синтез любого полипептида.

Как пользоваться таблицей генетического кода?

Приложение 2. Карточка для работы у доски

Запишите номера вопросов, против них — правильные ответы.

1. Можно ли утверждать, что белки у одного вида одинаковы?

2. Сколько полипептидных цепей входит в состав молекулы гемоглобина?

3. Что может быть закодировано в гене кроме последовательности аминокислот?

4. Укажите пары комплементарных нуклеотидов в ДНК.

5. Что необходимо для репликации?

6. Где хранится информация о белках у эукариот (кроме ядра)?

7. Фрагмент ДНК содержит 30000 нуклеотидов. Сколько нуклеозидтрифосфатов потребуется при репликации?

8. В молекуле ДНК 30000 адениловых нуклеотидов. Происходит репликация, сколько потребуется адениловых и тимидиловых нуклеозидтрифосфатов?

9. Произошла репликация. Что можно сказать о нуклеотидных цепях в образовавшей молекуле ДНК?

Записав ответы, садитесь на место.

Приложение 3. Компьютерное тестирование

Задание 12. «Хранение генетической информации. Репликация ДНК»

Тест 1. Сходство и отличие организмов определяются, в конечном счете, набором:

1. Белков.

2. Жиров.

3. Углеводов.

4. И белков, и жиров, и углеводов.

Тест 2. Какое суждение верно?

1. Белки у представителей одного вида одинаковы.

2. Гемоглобин человека и шимпанзе одинаков.

3. Мутация в белке инсулине приводит к серповидно-клеточной анемии.

4. Белки устойчивы и сохраняются на протяжении всей жизни человека.

Тест 3. Молекула гемоглобина состоит из:

1. Одной полипептидной цепи.

2. Двух полипептидных цепей.

3. Трех полипептидных цепей.

4. Четырех полипептидных цепей.

**Тест 4. Что может быть закодировано в гене?

1. Последовательность аминокислот в полипептиде.

2. Последовательность моносахаридов в полисахариде.

3. Набор карбоновых кислот в молекуле жира.

4. Последовательность нуклеотидов в тРНК, рРНК.

**Тест 5. Укажите пары комплементарных нуклеотидов в ДНК.

1. Адениловый — гуаниловый.

2. Адениловый — тимидиловый.

3. Гуаниловый — цитидиловый.

4. Цитидиловый — тимидиловый.

**Тест 6. Что необходимо для репликации?

1. АТФ.

2. УТФ.

3. ГТФ.

4. ЦТФ.

5. ТТФ.

6. РНК-полимераза.

7. ДНК-полимераза.

8. Матричные цепи ДНК.

Тест 7. Укажите верное суждение.

1. При репликации одна молекула ДНК остается неизменной, вторая синтезируется заново.

2. При репликации в образованных молекулах ДНК одна цепь нуклеотидов неизменна, вторая синтезируется заново.

3. При репликации происходит разрушение старых цепей нуклеотидов и образование новых.

4. При репликации только одна цепь нуклеотидов разрушается, вторая остается неизменной и служит в качестве матрицы.

**Тест 8. Где находится информация о белках у эукариот?

1. В ядре.

2. В митохондриях.

3. В пластидах.

4. В лизосомах.

5. В комплексе Гольджи.

6. В рибосомах.

7. В ЭПС.

8. Во включениях.

Тест 9. Фрагмент ДНК содержит 30 000 нуклеотидов. Сколько нуклеозидтрифосфатов потребуется при репликации?

1. 15 000.

2. 30 000.

3. 60 000.

4. 90 000.

Тест 10. В молекуле ДНК 30000 адениловых нуклеотидов. Происходит репликация, сколько потребуется адениловых и тимидиловых нуклеозидтрифосфатов?

1. А — 60 000, Т — 60 000.

2. А — 30 000, Т — 30 000.

3. А — 15 000, Т — 15 000.

4. Данных для ответа недостаточно.