Урок по теме Генетика
методическая разработка по теме

Нуклеиновые кислоты

Миасс

Тема:

Нуклеиновые кислоты

Цель урока

Формирование у учащихся представлений о строении и значении нуклеиновых кислот

Задачи:

  Образовательная:

Продолжить формирование знаний: о структуре и   значении нуклеиновых кислот, об особенностях строения молекул ДНК и РНК как биополимерах, мономер нуклеиновых кислот, принципе комплементарности,

самоудвоение ДНК и ее роль в хранении и передаче наследственной информации в клетке, от родителей к потомству, виды РНК – и-РНК, т-РНК, р-РНК, место и роль РНК в клетке.

     Развивающая:        

 Развивать умение учащихся давать сравнительную   характеристику объектов; развивать коммуникативные умения

     Воспитательная:

 Способствовать формированию материалистического мировоззрения учащихся для восприятия целостной картины мира.

Воспитывать критическую и объективную самооценку знаний

Методы и методические приемы

   словесно-наглядный, проблемный, частично-поисковый, исследовательский

Литература

и методические

пособия

Основная:

1. Общая биология 10-11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений \ А.А. Каменский, Е. А. Криксунов – 2-е изд. Стереотип.-  М. : Дрофа, 2006. – 367, [1] с.ил.

2.Шерстнев М.П., Комаров О.С. Химия и биология нуклеиновых кислот: Кн. Для учащихся 10-11 классов средней школы – М.: Просвещение, 1990.

3.Биология. 10кл. Технологические карты уроков. Метод. пособие.- СПб.: «Паритет», 2001.-224 с.

4. Биология. Общая биология 10-11класс: поурочное планирование по учебнику А.А. Каменский \ авт- сост. А.А.Калинина.- М.: «Вако» , 2007.- 256 с.

Дополнительная:

5. Биология. 10-11кл. : Развернутое тематическое планирование по программе  Н.И. Сонина, В. Б.Захарова, А.А. Плешакова/ Сост. М.В. Высоцкая. – Волгоград: Учитель, 2005.- 132с.

6.Биология. Общая биология 10-11класс: Рабочая тетрадь для учителя.- М.: Дрофа, 2001.- 128 с.

7. Мухамеджанов И.Р. Тесты, зачеты, блиц опросы по общей биологии: 10-11кл – М.:ВАКО”, 2006 г.  

8. Пименов А.В., Пименова И.Н. Биология: Дидактические материалы к разделу “Общая биология” 9 кл.; 10-11 кл – М.:Изд. НЦ ЭНАС, 2004.

9. Полянский Ю. Общая биология 10-11 класс М., 1997 г.

10. Библиотека электронных пособий “Биология 6-9 класс” КиМ, 2003 г

11.Франк-Каменецкий М.Д. Самая главная молекула. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1998.

Оборудование

1. Демонстрационный материал: таблицы по общей биологии «Строение клетки»;  
2. Таблицы “Строение животной клетки”, “Строение животной и растительной клетки”;
3. Раздаточный материал к уроку: рисунки “Строения митохондрии и хлоропласта”, табл. “Механизм поступления веществ, в клетку”, карточки для проверки усвоения задания, таблица “Строение и функции органоидов клетки”;
4. Компьютер, мультимедийный  проектор;

Основные понятия

Нуклеиновые кислоты, ДНК,РНК,  пиримидиновые и пуриновые основания, аденин, гуанин, тимин, урацил, цитозин, комплементарность, нуклеотид

Ход урока

на 5 минут

Вопросы для актуализации памяти

Запись в тетрадь

Учитель биологи

Заслуги отечественных ученых

запись в тетрадь

Запись в тетрадь, отработать термин нуклеотид

Схема нуклеотида

Вопрос учащимся

Учитель химии

Вывод

Учитель биологии

Работа с листами

Учитель химии

Учитель биологии

Работа с листами

1. Организационный момент.

2. Проверочная работа.

Предыдущая тема была посвящена «Белки»

Сегодня проверочная работа будет в виде теста.(См. приложение1)

3. Новый материал. 

      Актуализация пройденного материала. Сегодня мы урок посвятим главной загадке жизни.

 «Из всего, что нас окружает, самой необъяснимой кажется жизнь. Мы  привыкли, что она всегда вокруг нас и в нас самих, и потеряли способность удивляться. Но пойдите в лес, взгляните так, будто вы их увидели впервые, на деревья, траву, цветы, на лес, птиц и муравьев, и вас охватит чувство беспомощности перед липом великой тайны жизни. Неужели во всём этом есть нечто общее, нечто такое, что объединяет все живые существа, будь то человек или невидимый глазом микроб? Что определяет преемственность жизни, её возрождение вновь и вновь из поколения в поколение? Эти вопросы стары как мир, но только нам, живущим во второй половине XX века, посчастливилось впервые узнать ответы. О том, как их удалось получить, и в чём они состоят, мы сейчас узнаем...»                          М.Д.  Франк-Каменецкий.

- Давайте вспомним, какие структурные компоненты клетки отвечают за наследственную информацию?

- Из чего состоит хромосома?

- А что такое ДНК?

Тема урока нашего сегодня «Нуклеиновые кислоты»

По страницам истории.

     Открытие нуклеиновых кислот принадлежит швейцарскому биохимику Фридриху Мишеру, который продолжительное время изучал ядра лейкоцитов, входящих в состав гноя. Кропотливая работа замечательного исследователя увенчалась успехом, в 1869г. Ф.Мишер обнаружил в лейкоцитах новое химическое соединение, в состав которого входят азот и фосфор. Ученый назвал это вещество нуклеином (лат.- ядро), полагая, что оно содержится лишь в ядре клетки. Позднее небелковая часть этого вещества была названа нуклеиновой кислотой. В последствие, нуклеиновые кислоты были обнаружены во всех растительных и животных клетках, бактериях и вирусах.

В  1909 г. в результате гидролиза, нуклеиновых кислот были выделены входящие в их состав сахара; рибоза и дезоксирибоза.

     Расшифровку структуры мононуклеотидов следует отнести к. 20-м годам, когда в результате продолжительной работы была раскрыта их структурная формула и было показано, что они являются основными составляющими единицами, из которых построены нуклеиновые кислоты. В  последующем эти данные были использованы при расшифровке структуры молекулы ДНК, в целом, а также для понимания механизма репродукции ДНК.

     В 1936 г. советский учёный-химик А.Н.Белозерский впервые обнаружил ДНК в клетках растении. Это открытие имело принципиальное значение - ДНК стали рассматривать как универсальный биологический материал.

     В период с 1900 по 1930 г. проводятся работы по созданию хромосомной теории наследственности, в основу которой положены данные о том, что материальная структура - гены ДНК - содержат генетическую информацию.

 1950 - 1953 гг. Э. Чаргафф с сотрудниками опубликовал сенсационную серию работ по изучению химической структуры нуклеиновых кислот. Они обследовали огромное количество разных организмов, брали образцы их различных органов и тканей. Проведённые исследования показали, что в состав ДНК, выделенной из ядер клеток человека, входят 30 аденина,  20  гуанина, 20 цитозина, 30 тимина. Было предложено правило Чаргаффа

Правило Чаргаффа.

Количество нуклеотидов впервые было проанализировано ам. б/х в 1951 г. Эдвидом Чаргаффом. Он доказал, что в состав ДНК входят 4 АО. – и выявил закономерность.

В любом фрагменте ДНК содержание Гуанина – Г соответствует содержанию Цитозину – Ц., а Аденин – А к Тимину – Т.

A=Т, Ц≡Г    или  

В  1950 г. английским физик М. Уилкинс получил рентгенограмму кристаллических волокон ДНК. Она показала, что молекула ДНК имеет определённую структуру, расшифровка которой помогла бы понять механизм функционирования ДНК. Рентгенограммы, полученное не на кристаллических волокнах ДНК, а на менее упорядоченных агрегатах, которые образуются при более высокой влажности, позволили Розалинд Франклин, коллеге М.Уилкинса, увидеть четкий крестообразный рисунок - опознавательный знак двойной спирали. Стало известно даже также, что нуклеотиды расположены друг от друга на расстоянии 0,34 нм, а на один виток спирали их приходится 10.

В  1953 г. Д.Уотсон (американский биохимик) и Ф.Крик (английский физик) обосновали существование двойной спирали ДНК и впервые предложили адекватную модель молекулы ДНК,  которая объяснила все факты, связанные с функционированием нуклеиновых кислот. По сути дела, был открыт способ записи и воспроизведения генетической информации на молекулярном уровне. Д.Уотсон и Ф.Крик сами не проводили рентгеноструктурных исследований нуклеиновых кислот, но воспользовались данными Юилкинса и Р.Франклин и работами Э.Чаргаффа.

       1955 г. считается датой рождения новой биологической науки - молекулярной биологии. Название "молекулярная биология" предложил английский учёный У.Астбери.

     Таким образом, история развития знаний о нуклеиновых кислотах наглядно демонстрирует постепенный переход от феноменологии нуклеиновых кислот к их экспериментальному и теоретическому изучению с последующим  выходом в практику. Но что же все-таки представляют собой нуклеиновые кислоты?

Нуклеиновые кислоты это?

Нуклеиновые кислоты - природные  высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах.

Мономерами нуклеиновых кислот является – нуклеотид.

азотистое основание

пентоза

фосфат

     В  природе существуют нуклеиновые кислоты двух типов, различающиеся но составу, строению и функциям. Одна из них содержит углеводный компонент дезоксирибозу и названа дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). Другая содержит рибозу и названа, - рибонуклеиновой кислотой (РНК).

- Какое строение имеет молекула ДНК

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота.

Строение: При помощи электролиза, ультроцентрифугирования  электронного микроскопа – было определенно строение ДНК, которое состоит из  C,H, N, P.

1. ДНК - это полимерная молекула, обладающая огромной молекулярной массой. Определение размеров молекулы ДНК стало возможным только после широкого распространения методов электронной микроскопии.
2. ДНК – двуцепочечная полинуклеотидная спираль, очень крупная (у человека 4 см., у бактерий – 0,25) ее ширина – 2 нм.  

Особенности строения:

1. Молекула ДНК состоит  из трех компонентов, соединенные прочными химическими связями. Это азотистое основание, углевод, остаток фосфорной кислоты.

- Какие химические связи участвуют в образование молекулы?

Две цепочки соединяются по средствам образования водородных связей между азотистыми основаниями по принципу комплементарности.

Комплементарность – это способность к избирательному соединению нуклеотидов. Связи, образующие цепочку – ковалентные. Они образуются между остатками  фосфорной кислоты и углеводами соседних нуклеотидов

     При полном гидролизе ДНК расщепляется до пуриновых и пиримидиновых оснований, дезоксирибозы и фосфорной кислоты.

Пуриновые основания - производные пурина, из них в состав нуклеиновых кислот входят аденин и гуанин:

Пиримидиновые основания, содержащиеся в нуклеиновых кислотах, цитозин и тимин в ДНК, а урацил в РНК - это производные пиримидина: Что это?

1.Гетероциклические соединения — это органические соединения, содержащие в своих молекулах кольца (циклы), в образовании которых кроме атома углерода принимают участие и атомы других элементов.

Пиримидиновые и пуриновые основания

В группе гетероциклических соединений наиболее важными являются гетероциклы, содержащие два атома азота.

Пиримидин — кристаллическое вещество, tпл=20-22°С.

Рассмотрим производные пиримидина — урацил, цитозин, тимин.

Урацил (У) — в зависимости от условий может существовать в разных формах:

Цитозин (Ц):

Тимин (Т):

Пиримидиновое кольцо вместе с кольцом имидазола образуют бициклическое основание — пурин:

Наиболее широко из производных пурина в природе распространены аденин и гуанин.

Аденин (А), представляет собой кристаллическое вещество, плавящееся с разложением при 360°С, труднорастворимое в воде:

В свободном состоянии он содержится в растительных и животных тканях.

Гуанин (Г), содержится в растительных и животных тканях. В воде и спирте гуанин почти не растворим, но легко растворяется в кислотах и щелочах с образованием солей:

Производные пиримидина — урацил, тимин, цитозин — и производныепурина — аденин и гуанин — называются пиримидиновыми и пуриновыми основаниями соответственно. Пиримидиновые и пуриновые основания входят в состав нуклеиновых кислот.

 При щадящем гидролизе нуклеиновых кислот получались соединения, дезоксирибоза которых была связана с пуриновым или пиримидиновым основанием посредством атома азота. Подобные соединения получили название нуклеозидов. Нуклеозиды, соединяясь с одной молекулой фосфорной кислоты, образуют более сложные вещества - иуклеотиды. Именно они являются мономерами нуклеиновых кислот ДНК и РНК.

     Итак, нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты. Нуклеотиды связываются между собой в полинуклеотидную цепь через 3-й углеродный атом одной молекулы углевода, кислотный остаток фосфорной кислоты и 5-й углеродный атом другой молекулы углевода. Остатки азотистых оснований направлены в одну сторону Последовательность из трех нуклеотидов называют триплетом. Триплет кодирует одну аминокислоту.

ДНК несет наследственную информацию; триплеты кодируют аминокислоты, ген (участок молекулы ДНК.) кодирует белок. Молекула ДНК может содержать тысячи таких генов.

С подробным строением вы познакомили, теперь рассмотрим какие же функции выполняет молекула ДНК в клетке

  ДНК является носителем наследственном (генетической) информации в клетке, основой возникновения новых признаков.

     ДНК  состоит из отдельных участков - генов. Ген содержит информацию о синтезе одного белка. От разнообразия белков зависит многообразие признаков организма.

     Молекулы ДНК  в основном находятся в ядрах клеток. Однако небольшое их количество содержится в митохондриях и хлоропластах.

     Воспроизведение точных копий исходной молекулы, т.е. осуществляется передача наследственной информации от материнской клетки дочерним вовремя деления.

Это очень сложный процесс, осуществляется полуконсервативным способом, т.е. под действием ферментов (ДНК – полимеразы) молекула ДНК раскручивается в роли матрицы, по принципу комплементарности, достраивается новая цепь. Таким образом, в каждой дочерней – ДНК 1 цепь матричная, а 2-вновь синтезированная.

Заполните вторую графу в раздаточном материале на основание полученных знаний

Теперь мы переходим ко второй нуклеиновой кислоте – Рибонуклеиновая кислота РНК.

Рибонуклеиновая кислота РНК.

Строение: молекул РНК во многом сходно со строением молекул ДНК. Тем не менее имеется ряд существенных отличий.

1. В состав нуклеотидов РНК вместо дезоксирибозы входит сахар рибоза. Основание тимин замещено на урацил.
2. Главное отличие от ДНК состоит в том, что РНК имеет лишь одну цепь. Из-за этого химически РНК менее стабильна, чем ДНК: вводных растворах РНК быстрее подвергается расщеплению. Поэтому РНК менее подходит для долговременного хранения информации.

Нуклеотиды РНК способны образовывать водородные связи между собой (например, в молекулах тРНК), но это внутри,- а не межцепочечное соединение комплементарных нуклеотидов. Устойчивых комплексов с другими молекулами РНК или ДНК в норме РНК не образует. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК. У небольшой группы вирусов носителем генетической информации является двухцепочная РНК, которая заменяет ДНК остальных живых организмов. Это единственный пример стабильного РНК-РНК комплекса.

    РНК обнаружено также в цитоплазме.

В клетке встречается три вида РНК каких именно?

Существует три основных вида РНК.

   Информационная (матричная) РНК – мРНК.

   Наиболее разнородная по размерам, структуре и стабильности группа молекул РНК с длиной цепи 75-3000 нуклеотидов. мРНК представляет собой полинуклеотидную незамкнутую цепь. Единой пространственной структуры, характерной хотя бы для большинства мРНК, не обнаружено.

    Все мРНК объединяет их функция – они служат в качестве матриц для синтеза белков, передавая информацию об их структуре с молекул ДНК.

Транспортная (акцепторная) РНК – тРНК.

    Самая маленькая из РНК. Молекулы тРНК состоят из 75-100 нуклеотидов. Функция тРНК – перенос аминокислот к синтезируемой молекуле белка.

    Число различных видов тРНК в клетке невелико: 20-61. Все они имеют сходную пространственную организацию. Благодаря внутрицепочечным комплементарным взаимодействиям молекула тРНК приобретает характерную вторичную структуру, которую традиционно изображают в виде плоского креста, называя его клеверным листом. Трёхмерная же модель тРНК выглядит несколько иначе. В тРНК выделяют 4 петли (или плеча):

   - акцепторная (служит местом присоединения

     переносимой кислоты).

   - антикодоновая (узнаёт кодон в мРНК в процессе трансляции).

   - 2 боковые

Рибосомная РНК – рРНК.

    Одноцепочечные нуклеиновые кислоты, которые в комплексе с рибосомными белками образуют рибосомы – органеллы, на которых происходит синтез белка.

             рРНК – разнородная группа молекул с длинной цепи 120-3500 нуклеотидов. В клетке больше всего содержится рРНК, значительно меньше тРНК и совсем немного мРНК. Так, у кишечной палочки E.coli соотношение этих видов РНК составляет примерно 82%, 16 и 2%, соответственно.

В силу ряда причин связь между двумя фосфатами энергетически очень насыщена и при её разрыве выделяется большое количество энергии. Подобные связи называют макроэргическими, а вещества, обладающие ими, - макроэргами. При разрыве первой макроэргической связи в молекуле АТФ (между концевым и вторым фосфатами) выделяется 40 кДж/моль и столько же при разрыве второй (между вторым и внутренним фосфатами

Заполняете третью графу в раздаточном материале

Закрепление пройденного материала

Оформление таблицы

Решение задачи. В молекуле ДНК обнаружено 880 гуаниновых нуклеотидов, которые составляют 22% от общего количества нуклеотидов этой ДНК. Определить: а) сколько содержится других нуклеотидов (по отдельности) в этой молекуле ДНК? б) Какова длина ДНК?

Дано:                                Решение:

 Г – 880 – 22%                  1) Исходя из правила Чаргаффа  вычислим количество ____________                       цитозина: Г = Ц  =  880 или 22%.

Найти:                                2) Принцип комплементарности: ( А + Т) + ( Г + Ц ) = 100%.

А -?                                         А = Т = 100 –( 22+22) = 56%

Т-?                                      3)  Вычислим количество нуклеотидов:

Ц-?                                          880 – 22%         х = 880 · 56  : 22= 2240 нуклеотидов

                                                Х – 56 %               А + Т = 2240 : 2 = 1120 ( А =Т)

                                       4) общее количество нуклеотидов 880+880+ 1120+ 1120 = 4000

                                            В одной цепи  4000 : 2 = 2000 нуклеотида

                                       5)  длина молекулы ДНК: 2000· 0,34 = 680 нм.

Ответ А = Т = 1120, Г=Ц =880. Длина ДНК = 680 нм.

Домашнее задание

1. § учить тетрадь;
2. Решить задачу. 

В молекуле ДНК адениновых нуклеотидов 26% от общего числа. Определить % содержание других нуклеотидов .