§ 7.3. ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН. БІОСИНТЕЗ БІЛКІВ

• Назад до змісту

ДІЯЛЬНІСТЬ

Навчальне завдання. Чим анаболізм відрізняється від катаболізму? Пояснення з використанням схеми «Морська зірка». ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН

Р Формулює визначення терміну «ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН»:
Пластичний обмін — це сукупність хімічних, фізичних та фізіологічних процесів, що забезпечують надходження, перетворення та видалення речовин в організмі. У клітинах його сукупність процесів називають анаболізмом.

В Визначає сутність змістових елементів схеми: особливості, основні процеси, значення, взаємозв’язок із катаболізмом, взаємодія із середовищем:

• Особливості: енергозалежність (використання хімічної енергії АТФ), етапність проходження та обов’язкова участь ферментів-синтетаз.
• Основні процеси: біосинтез білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпідів, а також фотосинтез і хемосинтез.
• Значення: виконання пластичної функції — утворення власних органічних речовин, ріст клітин і організму, оновлення зношених структур.
• Взаємозв’язок із катаболізмом: отримує від реакцій розпаду речовин енергію АТФ та прості органічні будівельні блоки для синтезу.
• Взаємодія із середовищем: поглинання поживних речовин ззовні (живлення, дихання, транспорт) та виведення продуктів кінцевого обміну.

К Конструює схему:

С Пояснює: особливості та формулює висновок:
Анаболізм відрізняється від катаболізму напрямком процесів: під час анаболізму прості молекули з’єднуються у складні з обов’язковою витратою енергії АТФ, тоді як під час катаболізму складні молекули розщеплюються з виділенням енергії. Обидва процеси тісно пов’язані й утворюють єдиний метаболізм.

Розвивальне завдання. Що забезпечує зв’язок етапів біосинтезу білків? ПРАКТИЧНА РОБОТА 7. Розв’язування елементарних вправ на тему: «Етапи біосинтезу білків»

Р Визначає пізнавальну ситуацію:
Вивчення молекулярного механізму синтезу білкових молекул від зчитування генетичного коду в молекулі ДНК до збирання ланцюга з амінокислот за допомогою транскрипції та трансляції.

В Формулює очікувані результати:
Уміння складати ланцюги іРНК за матрицею ДНК, визначати послідовність амінокислот у білку за допомогою таблиці генетичного коду та обчислювати довжину й масу відповідних генів.

К Розв’язує вправи:

Вправа 1.
За принципом комплементарності будуємо ланцюг мРНК за зразком кодувального ланцюга ДНК (Т $\rightarrow$ А, А $\rightarrow$ У, Г $\rightarrow$ Ц, Ц $\rightarrow$ Г):

• ДНК: ТАЦ ГТА АГГ ЦЦА
• мРНК: АУГ ЦАУ УЦЦ ГГУ

Вправа 2.
Відновлюємо кодувальний ланцюг ДНК за послідовністю молекули мРНК (У $\rightarrow$ А, А $\rightarrow$ Т, Ц $\rightarrow$ Г, Г $\rightarrow$ Ц):

• мРНК: УУА ЦГА ГАЦ ЦГА УЦА
• ДНК: ААТ ГЦТ ЦТГ ГЦТ АГТ

Вправа 3.
За таблицею генетичного коду знаходимо амінокислоти для кожного триплету мРНК:

• ЦЦГ — Пролін (Про)
• ЦАЦ — Гістидин (Гіс)
• ЦУА — Лейцин (Лей)
• ЦГУ — Аргінін (Арг)
• Склад білка: Про — Гіс — Лей — Арг

Вправа 4.
Визначаємо первинну структуру білка за триплетами мРНК:

• АУГ — Метіонін (Мет)
• ЦГА — Аргінін (Арг)
• ГАЦ — Аспарагінова кислота (Асп)
• УУГ — Лейцин (Лей)
• ГУА — Валін (Вал)
• Склад білка: Мет — Арг — Асп — Лей — Вал

Вправа 5.

1. Визначаємо кількість амінокислотних залишків у молекулі білка:
   $N_{\text{ак}} = \dfrac{28\,000\text{ а.о.м.}}{110\text{ а.о.м.}} \approx 255\text{ амінокислот}$
2. Кількість нуклеотидів одного кодувального ланцюга гена (одну амінокислоту кодує триплет із 3 нуклеотидів):
   $N_{\text{нукл}} = 255 \cdot 3 = 765\text{ нуклеотидів}$
3. Довжина кодувальної ділянки гена (відстань між сусідніми нуклеотидами становить $0{,}34\text{ нм}$):
   $l = 765 \cdot 0{,}34\text{ нм} = 260{,}1\text{ нм}$
4. Загальна кількість нуклеотидів у двох ланцюгах гена:
   $N_{\text{всього}} = 765 \cdot 2 = 1530\text{ нуклеотидів}$
5. Молекулярна маса гена (середня маса одного нуклеотиду становить $345\text{ а.о.м.}$):
   $M_r = 1530 \cdot 345\text{ а.о.м.} = 527\,850\text{ а.о.м.}$

Вправа 6.

1. Знаходимо кількість нуклеотидів в інформативних ділянках (екзонах) після сплайсингу:
   $N_{\text{екзон}} = 1800 - 600 = 1200\text{ нуклеотидів}$
2. Обчислюємо кількість амінокислотних залишків у білку:
   $N_{\text{ак}} = \dfrac{1200}{3} = 400\text{ амінокислотних залишків}$

С Організовує: ОБҐРУНТУВАННЯ взаємозв’язку процесів біосинтезу білків:
Зв’язок усіх етапів біосинтезу забезпечується передачею закодованої інформації: послідовність нуклеотидів ДНК переписується на мРНК (транскрипція), дозріла матриця переходить до цитоплазми, де рибосоми за допомогою тРНК транслюють її в послідовність амінокислот білка (трансляція), який набуває просторової форми за участю білків-шаперонів.

Ціннісне завдання. Чому біосинтез білків відбувається за участю АТФ? Вправа для реагування. АТФ та біосинтез білків

Р Висловлює міркування про роль АТФ у біосинтезі білків:
Біосинтез білків є анаболічним процесом утворення нових хімічних зв’язків між амінокислотами. Будь-який процес синтезу в клітині потребує витрат енергії, універсальним джерелом якої є молекули АТФ.

В Визначає сутність термінів «фосфорилювання» та «гідроліз АТФ» та доводить участь АТФ у процесах біосинтезу білків:

• Гідроліз АТФ — процес відщеплення залишку фосфатної кислоти з виділенням хімічної енергії (близько $40\text{ кДж/моль}$).
• Фосфорилювання — процес утворення АТФ шляхом приєднання неорганічного фосфату до АДФ із поглинанням енергії.
• Доведення участі АТФ: енергія розщеплення АТФ необхідна для активації амінокислот (приєднання до тРНК), руху рибосоми вздовж нитки мРНК та утворення кожного пептидного зв’язку.

К Конструює інфографіку «Гідроліз і синтез АТФ»:

С Виявляє ставлення на рівні реагування та пояснює зв’язок речовин, інформації та ЕНЕРГІЇ:
Біосинтез білків об’єднує речовини, інформацію та енергію в єдине ціле: ДНК містить інформацію про структуру, амінокислоти слугують речовиною-матеріалом, а АТФ надає енергію для здійснення всіх реакцій.

САМОРОЗВИТОК

Самонавчання. Комунікаційне завдання. Кросворд «Біосинтез білків»

• Транскрипція — переписування спадкової інформації про структуру білка з молекули ДНК на матричну РНК.
• Трансляція — перетворення послідовності нуклеотидів молекули мРНК на амінокислотний ланцюг білка на рибосомі.
• Інтрони — неінформативні ділянки структурного гена, що вирізаються під час дозрівання молекули РНК.
• Екзони — інформативні ділянки гена, які зшиваються і залишаються у складі зрілої мРНК.
• Сплайсинг — процес вирізання інтронів та зшивання екзонів під час дозрівання про-мРНК.
• Процесинг — комплексні перетворення та дозрівання новосинтезованої молекули РНК перед трансляцією.
• Триплети — три послідовні нуклеотиди в ланцюзі нуклеїнової кислоти.
• Кодони — триплети нуклеотидів у складі мРНК, які кодують певну амінокислоту або зупиняють трансляцію.

Самооцінювання. Репродуктивне завдання. Тест-відтворення. ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН

I. Пластичний обмін

1.1. Пластичний обмін – це обмін…
А речовин ✅
Б енергії
В інформації
Обґрунтування: пластичний обмін забезпечує утворення власних хімічних сполук і побудову структур організму.

1.2. Пластичний обмін – це сукупність … процесів
А енергозалежних ✅
Б енергонезалежних
Обґрунтування: процеси анаболізму завжди вимагають витрати хімічної енергії у формі АТФ.

II. Генетичний код

2.1. Аналізую твердження щодо генетичного коду:
I. Генетичний код відображає закономірний зв’язок між такими малими молекулами, як нуклеотиди й амінокислоти.
II. Властивість генетичного коду, згідно з якою одну амінокислоту можуть кодувати кілька різних триплетів, це триплетність.
Чи є поміж них правильні?
А лише I ✅
Б лише II
В обидва правильні
Г немає правильних
Обґрунтування: твердження I правильне; кодування однієї амінокислоти декількома різними триплетами є властивістю надлишковості (виродженості), а не триплетності.

2.2. Аналізую опис: «Триплет АУГ, що також кодує амінокислоту (1), починає утворення поліпептидного ланцюжка в процесі трансляції, тому називається (2)».
А 1 – валін, 2 – стоп-кодоном
Б 1 – метіонін, 2 – старт-кодоном ✅
В 1 – гліцин, 2 – нонсенс-кодоном
Г 1 – серин, 2 – антикодоном
Обґрунтування: кодон АУГ кодує амінокислоту метіонін і одночасно слугує сигналом початку трансляції (старт-кодоном).

III. Біосинтез білків

3.1. Які органічні сполуки є «будівельними блоками» білків?
А моносахариди
Б жирні етери
В амінокислоти ✅
Г нуклеотиди
Обґрунтування: мономерними одиницями білкових ланцюгів є 20 основних амінокислот.

3.2. Біосинтез білків є сукупністю процесів…
А анаболізму ✅
Б катаболізму
Обґрунтування: збирання макромолекул білка з амінокислот із витратою енергії належить до пластичного обміну (анаболізму).

IV. Транскрипція

4.1. В якій частині еукаріотичних клітин відбувається транскрипція?
А поверхневий апарат
Б цитоплазма
В нуклеоїд
Г ядро ✅
Обґрунтування: у клітинах еукаріотів хромосоми з молекулами ДНК розташовані в ядрі, де й відбувається синтез РНК.

4.2. Скільки амінокислот закодовано мРНК, що складається з 60 нуклеотидів, якщо перший і останній триплети беззмістовні?
А 9
Б 10
В 18 ✅
Г 20
Обґрунтування: загальна кількість триплетів: $\dfrac{60}{3} = 20$. За вирахуванням першого й останнього беззмістовних кодонів: $20 - 2 = 18$ кодонів, що кодують 18 амінокислот.

V. Трансляція

5.1. Які органели цитоплазми є місцем проходження трансляції?
А центріолі
Б рибосоми ✅
В лізосоми
Г вакуолі
Обґрунтування: синтез білкових молекул здійснюється на немембранних органелах — рибосомах.

5.2. Білки, що утворюються після трансляції мають структуру…
А первинну ✅
Б вторинну
В третинну
Г четвертинну
Обґрунтування: на рибосомах збирається лінійний поліпептидний ланцюг, тобто первинна структура білка.

VI. Функції білків

6.1. Називаю функцію, яку виконують в клітинах білки-ферменти:
А захисна
Б каталітична ✅
В сигнальна
Г регуляційна
Обґрунтування: ферменти слугують біологічними каталізаторами, які прискорюють перебіг біохімічних реакцій.

6.2. Які білки здатні скорочуватися та виконувати рухову функцію?
А актин та міозин ✅
Б кератин та колаген
В родопсин та йодопсин
Г пепсин та трипсин
Обґрунтування: актин і міозин утворюють скоротливі елементи м’язів і цитоскелета клітини.