Биополимеры. Нуклеиновые кислоты, АТФ и другие органические соединения.
методическая разработка по биологии (10 класс) по теме

Автор: Корчагина Елена Анатольевна

Полное название образовательного учреждения: Департамент среднего профессионального образования Томской области ОГБПОУ «Колпашевский социально-промышленный колледж»

Курс: Биология

Раздел: Общая биология

Возрастная группа: 10 класс

Тема: Биополимеры. Нуклеиновые кислоты, АТФ и другие органические соединения.

Цель занятия: продолжить изучение биополимеров, способствовать формированию приемов логической деятельности, познавательных способностей.

Задачи урока:

Образовательные: познакомить студентов с понятиями нуклеиновые кислоты, способствовать осмыслению и усвоению материала.

Развивающие:  развивать когнитивные качества студентов (умение видеть проблему, умение задавать вопросы).

Воспитательные: формировать  положительную  мотивацию  к  изучению биологии, стремление получить конечный результат, умение принимать решения и делать выводы.

Время реализации: 90 мин.

Оборудование:

• ПК и видеопроектор;
• авторская презентация, созданная в среде Power Point;
• раздаточный дидактический материал (список кодирования аминокислот);

План:

1. Типы нуклеиновых кислот.

2. Строение ДНК.

3. Основные виды РНК.

4. Транскрипция.

5. АТФ и другие органические соединения клетки.

Ход занятия:

I. Организационный момент. 
Проверка готовности к занятию.  

II. Повторение.

Устный опрос:

1. Охарактеризуйте  функции жиров в клетке.

2. В чем отличие биополимеров белков от биополимеров углеводов? В чем их сходство?

Тестирование (3 варианта)

III. Изучение нового материала. 

1. Типы нуклеиновых кислот. Название нуклеиновые кислоты происходит от латинского слова «нуклеос», т.е. ядро: они впервые были обнаружены в клеточных ядрах. В клетках имеются два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Эти биополимеры состоят из мономеров, называемых нуклеотидами. Мономеры-нуклеотиды ДНК и РНК сходны в основных чертах строения и играют центральную роль в хранении и передаче наследственной информации. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов, соединенных прочными химическими связями. Каждый из нуклеотидов, входящих в состав РНК, содержит триуглеродный сахар — рибозу; одно из четырех органических соединений, которые называют азотистыми основаниями, — аденин, гуанин, цитозин, урацил (А, Г, Ц, У); остаток фосфорной кислоты.

2. Строение ДНК. Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат пятиуглеродный сахар — дезоксирибозу; одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин (А, Г, Ц, Т); остаток фосфорной кислоты.

В составе нуклеотидов к молекуле рибозы (или дезоксирибозы одной стороны присоединено азотистое основание, а с другой — остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды соединяются между собой в длинные цепи. Остов такой цепи образуют регулярно чередующиеся остатки сахара и фосфорной кислоты, а боковые группы этой цепи — четыре типа нерегулярно чередующихся азотистых основания.

Молекула ДНК представляет собой структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью. Особенностью структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной лежит азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Г всегда расположено азотистое основание Ц.

Схематически сказанное можно выразить следующим образом:

А (аденин) — Т (тимин)

Т (тимин) — А (аденин)

Г (гуанин) — Ц (цитозин)

Ц (цитозин) — Г (гуанин)

Эти пары оснований называют комплементарными основаниями (дополняющими друг друга). Нити ДНК, в которых основания расположены комплементарно друг другу, называют комплементарными нитями.

Модель строения молекулы ДНК предложили Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г. Она полностью подтверждена экспериментально и сыграла исключительно важную роль в развитии молекулярной биологии и генетики.

Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК определяет порядок расположения аминокислот в линейных молекулах белков, т. е. их первичную структуру. Набор белков (ферментов, гормонов и др.) определяет свойства клетки и организма. Молекулы ДНК хранят сведения об этих свойствах и передают их поколениям потомков, т. е. являются носителями наследственной информации. Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток и в небольшом количестве в митохондриях и хлоропластах.

3. Основные виды РНК. Наследственная информация, хранящаяся в молекулах ДНК, реализуется через молекулы белков. Информация о строении белка передается в цитоплазму особыми молекулами РНК, которые называются информационными (и-РНК). Информационная РНК переносится в цитоплазму, где с помощью специальных органоидов – рибосом идет синтез белка. Именно информационная РНК, которая строится комплементарно одной из нитей ДНК, определяет порядок расположения аминокислот в белковых молекулах.

В синтезе белка принимает участие и другой вид РНК — транспортная            (т-РНК), которая подносит аминокислоты к месту образования белковых молекул — рибосомам, своеобразным фабрикам по производству белков.

В состав рибосом входит третий вид РНК, так называемая рибосомная            (р-РНК), которая определяет структуру и функционирование рибосом.

Каждая молекула РНК в отличие от молекулы ДНК представлена одной нитью; вместо дезоксирибозы она содержит рибозу и вместо тимина — урацил.

Итак, нуклеиновые кислоты выполняют в клетке важнейшие биологические функции. В ДНК хранится наследственная информация обо всех свойствах клетки и организма в целом. Различные виды РНК принимают участие в реализации наследственной информации через синтез белка.

4. Транскрипция.

Процесс образования и-РНК называется транскрипцией (от лат. «транскрипцио» - переписывание). Транскрипция происходит в ядре клетки. ДНК → и-РНК с участием фермента полимеразы. т-РНК выполняет функцию переводчика с «языка» нуклеотидов на «язык» аминокислот,  т-РНК получает команду от и-РНК — антикодон узнает кодон  и несет аминокислоту.

5. АТФ и другие органические соединения клетки

В любой клетке, кроме белков, жиров, полисахаридов и нуклеиновых кислот, насчитывается несколько тысяч других органических соединений. Их можно условно разделить на конечные и промежуточные продукты биосинтеза и распада.

Конечными продуктами биосинтеза называют органические соединения, которые играют самостоятельную роль в организме или служат мономерами для синтеза биополимеров. К числу конечных продуктов биосинтеза относятся аминокислоты, из которых в клетках синтезируются белки; нуклеотиды — мономеры, из которых синтезируются нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК); глюкоза, которая служит мономером для синтеза гликогена, крахмала, целлюлозы.

Путь к синтезу каждого из конечных продуктов лежит через ряд промежуточных соединений. Многие вещества подвергаются в клетках ферментативному расщеплению, распаду.

Конечными продуктами биосинтеза являются вещества, играющие важную роль в регуляции физиологических процессов и развитии организма. К числу их относятся многие гормоны животных. Гормоны тревоги или стресса (например, адреналин) в условиях напряжения усиливают выход глюкозы в кровь, что, в конечном счете, приводит к увеличению синтеза АТФ и активному использованию энергии, запасенной организмом.

Аденозинфосфорные кислоты. Особо важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к которому присоединены еще два остатка фосфорной кислоты. Такое вещество называют аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ). Молекула АТФ представляет собой нуклеотид, образованный азотистым основанием аденином, пятиуглеродным сахаром рибозой и тремя остатками фосфорной кислоты. Фосфатные группы в молекуле АТФ соединены между собой высокоэнергетическими (макроэргическими) связями.

АТФ — универсальный биологический аккумулятор энергии. Световая энергия Солнца и энергия, заключенная в потребляемой пище, запасаются в молекулах АТФ. 

Средняя продолжительность жизни 1 молекулы АТФ в организме человека менее минуты, поэтому она расщепляется и восстанавливается 2400 раз в сутки.

В химических связях между остатками фосфорной кислоты молекулы АТФ запасена энергия (Е), которая освобождается при отщеплении фосфата:

АТФ = АДФ + Ф + Е

В этой реакции образуется аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и фосфорная кислота (фосфат, Ф).

АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 + энергия(40 кДж/моль)

АТФ + H2O → АМФ + H4P2O7 + энергия(40 кДж/моль)

АДФ + H3PO4 + энергия(60 кДж/моль) → АТФ + H2O

Энергию АТФ все клетки используют для процессов биосинтеза, движения, производства тепла, передачи нервных импульсов, свечений (например, у люминесцентных бактерий), т. е. для всех процессов жизнедеятельности.

IV.  Итог занятия.

1. О б о б щ е н и е изученного материала.

Вопросы к студентам:

1. Какие компоненты входят в состав нуклеотидов?

2. Почему постоянство содержания ДНК в разных клетках организма считается доказательством того, что ДНК представляет собой генетический материал?

3. Дайте сравнительную характеристику ДНК и РНК.

4. Решите задачи:

1) Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав:

   Г-Г-Г-А-Т-А-А-Ц-А-Г-А-Т достройте вторую цепь.

Ответ: ДНК    Г-Г-Г- А-Т-А-А-Ц-А-Г-А-Т

                Ц-Ц-Ц-Т-А-Т-Т-Г-Т-Ц-Т-А

          (по принципу комплементарности)

2) Укажите последовательность нуклеотидов в молекуле и-РНК, построенной на этом участке цепи ДНК. 

Ответ: и-РНК   Г-Г-Г-А-У-А-А-Ц-А-Г-Ц-У

3) Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав:

• —А—А—А—Т—Т—Ц—Ц—Г—Г—. достройте вторую цепь.

• —Ц—Т—А—Т—А—Г—Ц—Т—Г—.

5. Решите тест:

4) Какой из нуклеотидов не входит в состав ДНК?

а) тимин;

б) урацил;

в) гуанин;

г) цитозин;

д) аденин.

Ответ: б

5) Если нуклеотидный состав ДНК

    -АТТ-ГЦГ-ТАТ-  то каким должен быть нуклеотидный состав и-РНК?

      а) ТАА-ЦГЦ-УТА;

      б) ТАА-ГЦГ-УТУ;  

      в) УАА-ЦГЦ-АУА;

      г) УАА-ЦГЦ-АТА.

Ответ: в

6) Антикодон т-РНК УУЦ соответствует коду ДНК? 

а) ААГ;

б) ТТЦ;

в) ТТГ;

г) ЦЦА.

Ответ: б

7) В реакцию с аминокислотами вступает:

а) т-РНК;  

б) р-РНК;    

в) и-РНК;  

г) ДНК.

Ответ: а

6. В чем сходство и различие между белками и нуклеиновыми кислотами?

7. Каково значение АТФ в клетке?

8. Что является конечными продуктами биосинтеза в клетке? Каково их биологическое значение?

9. Рефлексия:

• Что было трудно запомнить на занятии?
• Что нового узнал на занятии?
• Что вызвало интерес на занятии?

VI. Домашнее задание.

Прочитать с. 157-163, составить фрагменты цепочек ДНК и РНК.

Решить задачу:

АТФ - постоянный источник энергии для клетки.  Его роль можно сравнить с ролью аккумулятора. Объясните, в чем заключается это сходство?

Список использованной литературы и Интернет-ресурсов:

1. Биология. Общая биология. 10-11 классы / Д.К. Беляева, П.М. Бородин, Н.Н. Воронцов – М.: Просвещение, 2010. – с.22
2. Биология. Большой энциклопедический словарь /гл. ред. М.В. Гидяров. – 3-е  изд. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. – с.863
3. Биология. 10-11классы: организация контроля на уроках. Контрольно-измерительные материалы /сост. Л.А.Тепаева – Волгоград: Учитель, 2010. – с.25
4. Энциклопедия для детей. Т. 2. Биология /сост. С.Т. Измаилова. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Авнта+, 1996. – ил: с. 704
5. Модель АТФ - http://lenta.ru/news/2009/03/06/protein/
6. Модель ДНК– http://dna-rna.net/2011/07/01/dna-model/
7. Нуклеиновые кислоты –   http://ra03.twirpx.net/0912/0912772_ACFDA_stroenie_nukleinovyh_kislot_atf.pptx