Budowa i funkcje tRNA i rybosomów, Schematy z Biologia

Pobierz Budowa i funkcje tRNA i rybosomów i więcej Schematy w PDF z Biologia tylko na Docsity! Budowa i funkcje tRNA i rybosomów Wprowadzenie Przeczytaj Grafika interaktywna Sprawdź się Dla nauczyciela Każda żywa komórka jest układem dynamicznym: w jej wnętrzu nieustannie zachodzą procesy biochemiczne prowadzące do tworzenia, niszczenia i przeobrażania jej struktury. Postępują one równolegle, nie naruszając wzajemnie swojego przebiegu. Wśród nich kluczowe znaczenie ma biosynteza białek, czyli proces łączenia aminokwasów w łańcuchy polipeptydowe – główną rolę odgrywają w nim transportujące kwasy rybonukleinowe (tRNA) oraz rybosomy. Twoje cele Scharakteryzujesz budowę cząsteczek molekularnych: tRNA oraz rybosomów. Określisz funkcje tRNA i rybosomów oraz ich składowych jako cząsteczek kluczowych w procesie biosyntezy białka. Omówisz strukturę oraz rolę aminoacylo‐tRNA. Przeanalizujesz różnice w budowie rybosomów prokariotycznych i eukariotycznych. Transportujący kwas rybonukleinowy (tRNA) jest zbudowany z krótkich łańcuchów kwasu nukleinowego (przeważnie zawiera od 63 do 94 nukleotydów) o charakterystycznej budowie przestrzennej. Jego zadaniem jest dostarczanie aminokwasów do miejsca syntezy białek. Źródło: Flickr, licencja: CC BY 2.0. Budowa i funkcje tRNA i rybosomów Cząsteczka tRNA złożona jest z czterech charakterystycznych pętli – są to formy przestrzenne jednoniciowego tRNA powstałe w wyniku sparowania nukleotydów wiązaniami wodorowymi u podstawy pętli. Reguła parowania nukleotydów w tRNA jest zgodna z zasadą komplementarności Watsona–Cricka. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. W podstawie cząsteczki tRNA występują dwa charakterystyczne końce stabilizowane sparowanymi nukleotydami. Jeden koniec, dłuższy, oznacza się jako 3′ (czytaj: trzy prim), a drugi, krótszy – jako 5′ (pięć prim). Razem oba końce tworzą tzw. ramię akceptorowe. Na końcu 5′ występuje zawsze nukleotyd guaninowy, a na końcu 3′ – trzy nukleotydy z zasadami: cytozyną, cytozyną i adeniną (CCA). To właśnie do nukleotydu adeninowego przyłącza się procesie aminoacylacji aminokwas, który następnie jest transportowany przez tRNA w przebiegu biosyntezy białka. Cząsteczka tRNA w kształcie koniczyny nosi nazwę struktury drugorzędowej tRNA. Struktura pierwszorzędowa tRNA to łańcuch nukleotydów połączonych wiązaniami kowalencyjnymi pomiędzy resztami fosforanowymi oraz cukrami. Struktura trzeciorzędowa tRNA to struktura drugorzędowa dodatkowo zwinięta przestrzennie w kształt litery L – umożliwia to wpasowanie się tRNA w strukturę rybosomu. Ciekawostka Francis Crick zwrócił uwagę na fakt, że istnieje pewne odstępstwo od parowania zasad azotowych budujących nukleotydy w momencie przyłączania się do kodonu cząsteczki mRNA antykodonu cząsteczki tRNA podczas translacji. Niektóre z cząsteczek tRNA mogą rozpoznawać więcej niż jeden rodzaj kodonu w cząsteczce mRNA. Według reguły tolerancji, nazwanej tak przez Cricka, zasada azotowa nukleotydu znajdująca się w trzeciej pozycji kodonu może się łączyć z zasadą azotową nukleotydu znajdującego się w trzeciej pozycji antykodonu niezgodnie z regułą komplementarności, np. U może łączyć się z A, ale także z G. Dlatego też kodony mRNA kodujące te same aminokwasy różnią się nukleotydem w pozycji trzeciej. Pozycja pierwsza i druga kodonu są takie same. Aminoacylo-tRNA Aminoacylo‐tRNA to tRNA, do którego został przyłączony aminokwas. Model dwuwymiarowy struktury drugorzędowej cząsteczki tRNA. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-ND 3.0.  Model struktury drugorzędowej tRNA z dołączonym aminokwasem. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. Proces przyłączenia się aminokwasu do tRNA nosi nazwę aminoacylacji. Polega na przyłączeniu aminokwasu do nukleotydu adeninowego przy końcu 3′ przez wiązanie kowalencyjne typu estrowego. Aminoacylo-tRNA – wzór strukturalny ostatniego nukleotydu i związanego wiązaniem estrowym aminokwasu. Źródło: Scienfic29, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0. Budowa i funkcje rybosomów Słownik aminoacylacja tRNA proces, w którym aminokwas zostaje przyłączony do tRNA; reakcja ta jest katalizowana przez enzymy syntetazy i wymaga użycia energii w postaci ATP aminoacylo-tRNA tRNA zawierający aminokwas przyłączony w procesie aminoacylacji biosynteza białka proces polegający na wytworzeniu cząsteczki łańcucha polipeptydowego białka Eukaryota, organizmy eukariotyczne organizmy w większości wielokomórkowe, zbudowane z komórek zawierających jądro komórkowe masa cząsteczkowa masa cząsteczki wyrażona w atomowych jednostkach masy (u); masa cząsteczkowa jako wielkość bezwymiarowa to wielokrotność masy atomu izotopu węgla C; w układzie SI jednostką masy cząsteczkowej jest 1 kg mRNA matrycowy kwas rybonukleinowy; w procesie translacji stanowi matrycę zawierającą informację o sekwencji aminokwasów w białku organelle półautonomiczne Cecha Rybosom prokariotyczny Rybosom eukariotyczny Typ rRNA (współczynnik sedymentacji S) 5 S, 16 S, 23 S 5 S, 5,8 S, 18 S, 28 S Stosunek RNA : białko 2 : 1 1 : 1 Współczynnik sedymentacji S kompletnego rybosomu 70 S 80 S Współczynnik sedymentacji S podjednostek rybosomów mała: 30 S duża: 50 S mała: 40 S duża: 60 S Średnica 21–29 nm 22–32 nm 1 12 12 mitochondria i plastydy; organelle te mają własne DNA oraz rybosomy i są zdolne do prowadzenia procesu biosyntezy białek niezależnie od jądra komórkowego polisom (polirybosom) struktura złożona z jednej cząsteczki mRNA oraz wielu rybosomów; zespół ten przypomina nić z nanizanymi na nią koralikami; uczestniczy w syntezie polipeptydów Prokaryota, organizmy prokariotyczne organizmy w większości jednokomórkowe, których komórka nie zawiera jądra komórkowego oraz organelli komórkowych typowych dla organizmów eukariotycznych rRNA (ang. ribosomal RNA) rybosomalny kwas rybonukleinowy, katalizuje syntezę białka tRNA (ang. transfer RNA) transportujący (transferowy; również: przenoszący lub przenośnikowy) kwas rybonukleinowy, pośredniczący w przyłączaniu kolejnych aminokwasów w procesie biosyntezy białka trójkowy kod genetyczny polega na tym, że trzy leżące obok siebie nukleotydy tworzą kodon, który koduje określony aminokwas podczas biosyntezy białka wiązanie estrowe wiązanie kowalencyjne powstające między grupą hydroksylową (–OH) a grupą karboksylową (–COOH) wiązanie kowalencyjne (atomowe) wiązanie chemiczne powstające przez uwspólnienie pary elektronów pochodzących od obu atomów tworzących to wiązanie współczynnik sedymentacji Svedberga (S) współczynnik określający szybkość poruszania się cząstek koloidalnych pod wpływem sił odśrodkowych zasada komplementarności Watsona–Cricka zasada mówiąca, że cytozyna (C) łączy się zawsze z guaniną (G) trzema wiązaniami wodorowymi, a adenina (A) łączy się dwoma wiązaniami wodorowymi z uracylem (U) w kwasie RNA, natomiast w kwasie DNA z tyminą (T) zdegenerowany kod genetyczny polega na kodowaniu tego samego aminokwasu przez więcej niż jeden kodon; maksymalna liczba kombinacji trójek utworzona z czterech nukleotydów budujących kwasy nukleinowe wynosi 64 (4 = 64); aminokwasów budujących białka jest tylko 20, stąd większość aminokwasów kodowanych jest przez więcej niż jedną trójkę (jeden kodon); spośród 64 kodonów trzy kodony stanowią sygnał STOP dla procesu translacji, a 61 koduje aminokwasy 3 Ćwiczenie 5 Tabela kodu genetycznego. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. Odczytywanie informacji genetycznej podczas biosyntezy białka bazuje na interakcji antykodonu w tRNA oraz kodonu w mRNA zgodnie z zasadą komplementarności Watsona– Cricka. Na podstawie tabeli kodu genetycznego przyporządkuj do podanych kodonów mRNA odpowiednie aminokwasy oraz antykodony tRNA. AUA, AUC, AUG, UAC, UAG, CAU, CUA, GUA Kodon Aminokwas Antykodon AUA AUC AUG UAC UAG CAU CUA 醙 GUA Ćwiczenie 6 Rybosomy są kompleksami złożonymi z rRNA i białek. Składają się z dwóch podjednostek: dużej i małej, które łączą się w procesie translacji. Mechanizm działania niektórych antybiotyków polega na ich wiązaniu się z rybosomami. Na przykład gentamycyna trwale wiąże się z miejscem A w rybosomie, do którego zazwyczaj przyłączają się cząsteczki aminoacylo-tRNA, transportujące do rybosomu kolejne aminokwasy. W komórkach prokariotycznych rybosomy powstają w cytoplazmie, a w komórkach eukariotycznych – w jądrze komórkowym. Spośród odpowiedzi A–D wybierz te dwa etapy powstawania rybosomów, które zachodzą w jądrze komórkowym eukariontów. synteza rRNA synteza białek rybosomowych składanie białek i rRNA w dużej i małej podjednostce rybosomu łączenie się małej i dużej jednostki rybosomu Na podstawie: Biologia, red. Andrzej Czubaj, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa 1999. 醙 Ćwiczenie 7 Przyporządkuj wymienione w tabeli cechy do odpowiednich rybosomów. Stosunek RNA : białko, Wielkość rybosomu, Współczynnik sedymentacji S podjednostek rybosomów, Średnica Cecha Rybosom prokariotyczny Rybosom eukariotyczny Stosunek RNA : białko Wielkość rybosomu Współczynnik sedymentacji S podjednostek rybosomów Średnica Ćwiczenie 8 Przedstaw definicję polisomu (polirybosomu) i określ, jaką pełni on funkcję. 醙 醙 Dla nauczyciela Autor: Anna Juwan Przedmiot: Biologia Temat: Budowa i funkcje tRNA i rybosomów Grupa docelowa: uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie podstawowym i rozszerzonym Podstawa programowa: Zakres podstawowy Treści nauczania – wymagania szczegółowe VI. Ekspresja informacji genetycznej w komórkach człowieka. Uczeń: 5) opisuje proces translacji i przedstawia znaczenie modyfikacji potranslacyjnej białek; Zakres rozszerzony Treści nauczania – wymagania szczegółowe XIII. Ekspresja informacji genetycznej. Uczeń: 6) opisuje proces translacji i przedstawia znaczenie modyfikacji potranslacyjnej białek; Kształtowane kompetencje kluczowe: kompetencje cyfrowe; kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się; kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii. Cele operacyjne ( językiem ucznia): Scharakteryzujesz budowę cząsteczek molekularnych: tRNA oraz rybosomów. Określisz funkcje tRNA i rybosomów oraz ich składowych jako cząsteczek kluczowych w procesie biosyntezy białka. Omówisz strukturę oraz rolę aminoacylo‐tRNA. Przeanalizujesz różnice w budowie rybosomów prokariotycznych i eukariotycznych. Strategie nauczania: konstruktywizm; konektywizm. Metody i techniki nauczania: z użyciem komputera; rozmowa kierowana; ćwiczenia interaktywne; analiza grafiki interaktywnej; metoda stolików eksperckich; gra dydaktyczna; mapa myśli. Formy pracy: praca w parach; praca w grupach; praca całego zespołu klasowego. Środki dydaktyczne: komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do internetu; zasoby multimedialne zawarte w e‐materiale; tablica interaktywna/tablica, pisak/kreda. Przed lekcją: 1. Uczniowie zapoznają się z treściami w sekcji „Przeczytaj”. 2. Wybrani/chętni uczniowie przygotowują informacje na temat przebiegu procesu translacji. Nauczyciel wyjaśnia uczniom, że na lekcji będą konsultantami. Przebieg lekcji Faza wstępna: 1. Nauczyciel wyświetla zawartość sekcji „Wprowadzenie”. Uczniowie wspólnie z nauczycielem omawiają cele lekcji i określają kryteria sukcesu. 2. Rozmowa wprowadzająca. Nauczyciel zapisuje na tablicy następujące pytania: – Czym są tRNA i jakie pełnią funkcje? – Czym są rybosomy i jakie pełnią funkcje? – Czym są aminoacylo‐tRNA i jakie pełnią funkcje? Uczniowie indywidualnie przygotowują odpowiedzi na zadane pytania. Chętni wypowiadają się na forum klasy. Nauczyciel podsumowuje odpowiedzi uczniów. Faza realizacyjna: 1. Praca w grupach z treścią e‐materiału. Nauczyciel dzieli klasę na trzy grupy. Każda z grup opracowuje jedno zagadnienie na podstawie informacji zawartych w e‐materiale. Grupa I – budowa i funkcje tRNA Grupa II – budowa i funkcje rybosomów Grupa III – budowa i funkcje aminoacylo‐tRNA Po opracowaniu zagadnień przez każdą z grup nauczyciel miesza grupy tak, aby w każdej z nowych grup było przynajmniej dwóch przedstawicieli ze starej grupy. Każdy z uczniów przedstawia kolegom partię materiału, którą opracował wcześniej (następuje moment właściwego nauczania). Nauczyciel prosi o wypisanie na małych kartkach pojęć, jakie uczniowie zapamiętali na dany temat. Grupy porządkują kartki w zbiory, wyszukując połączenia pomiędzy zapisanymi pojęciami. Grupy przyklejają kartki na arkuszu papieru A1, łączą strzałkami, rysują linie i dopisują nowe hasła, tworząc mapę myśli. Przedstawiciele grup omawiają swoje mapy myśli. Nauczyciel weryfikuje informacje, w razie potrzeby uzupełnia. 2. Praca z grafiką interaktywną pt. „Przebieg procesu translacji”. Nauczyciel wyświetla grafikę interaktywną i wspólnie z uczniami dokonuje jej analizy. Następnie prosi uczniów, aby podzielili się na grupy, tak by w każdej znalazł się jeden z konsultantów wybranych przed lekcją, i wykonali w nich polecenie 1: „Przeanalizuj proces translacji przedstawiony na grafice interaktywnej. Wyjaśnij funkcję tRNA oraz rybosomów w tym procesie”. Po ustalonym wcześniej czasie przedstawiciel wskazanej (lub zgłaszającej się na ochotnika) grupy prezentuje propozycję odpowiedzi, a pozostali uczniowie ustosunkowują się do niej. Nauczyciel w razie potrzeby uzupełnia ją. 3. Uczniowie, pracując w parach, wykonują polecenie nr 2: „Wykaż związek procesu translacji z procesami zachodzącymi na obszarze jądra komórkowego”. Nauczyciel monitoruje pracę uczniów, w razie potrzeby naprowadza ich na prawidłowe rozwiązanie. 4. Utrwalenie wiedzy i umiejętności. Uczniowie w parach wykonują ćwiczenie nr 7 (polegające na przyporządkowaniu wymienionych w tabeli cech do rybosomów prokariotycznych lub eukariotycznych) z sekcji „Sprawdź się”. Następnie porównują swoje odpowiedzi z najbliżej siedzącymi sąsiadami. Nauczyciel monitoruje pracę uczniów, w razie trudności naprowadza podopiecznych na właściwe rozwiązania lub wyjaśnia wątpliwości. 5. Uczniowie rozwiązują w grupach 4‐osobowych ćwiczenie 10 („Określ dwie funkcje, jakie pełni tRNA w procesie biosyntezy białka”), wyświetlone przez nauczyciela na tablicy. Po jego wykonaniu następuje omówienie rezultatów na forum klasy. Faza podsumowująca: 1. Uczniowie rozwiązują ćwiczenie nr 9 (typu „prawda/fałsz”) z sekcji „Sprawdź się”. Następnie przygotowują podobne zadanie dla osoby z pary: wymyślają trzy prawdziwe lub fałszywe zdania dotyczące tematu lekcji. Uczniowie wykonują ćwiczenie otrzymane od kolegi lub koleżanki. 2. Nauczyciel wyświetla na tablicy temat lekcji i cele zawarte w sekcji „Wprowadzenie”. W tym kontekście dokonuje podsumowania najważniejszych informacji przedstawionych na lekcji oraz wyjaśnia wątpliwości uczniów. Praca domowa: 1. Wykonaj ćwiczenia od 1 do 6 z sekcji „Sprawdź się”.