Методическая разработка урока "Нуклеиновые кислоты", (9 или 10 класс)
методическая разработка по биологии (10 класс)

Тема урока. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. АТФ. 10класс (базовый уровень)

Цель: обобщение и углубление знаний о строении и функциях нуклеиновых кислот; АТФ

Задачи:

Образовательные: рассмотреть историю открытий пространственной структуры ДНК;

охарактеризовать особенности строения молекул нуклеиновых кислот как биополимеров;

рассмотреть виды нуклеиновых кислот, их нахождение в клетке и их функции;

сформировать знания о строении ДНК, отдельного нуклеотида, соединение мономеров в цепь, основанную по принципу комплементарности.

Развивающие: развивать умения  выявлять сходства и различие ДНК и РНК; умения схематично изображать участки ДНК, строить комплементарные данному.

Оборудование: презентация, пространственная модель ДНК, таблицы "Строение нуклеиновых кислот".

Использованная литература:

1. Каменский  А.А. Общая биология. 10-11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений / А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. пасечник.- 2-е изд., стереотип – М.: Дрофа, 2009.
2. Пименов А.В. Уроки биологии в 10(11) классе. Развернутое планирование – Ярославль: Академия развития, Академия Холдинг, 2003.
3. Пименов А.В., Гончаров О.В. Биология: Пособие для поступающих в вузы. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003.

Использованные ресурсы сети Интернет:

1. geoid.ru/city/203626/fact/7398/
2. via-midgard.info/news/copyright/17003-rnk-dnk-i-soznanie-cheloveka.html
3. ru.wikipedia.org/wiki/Мишер,_Иоганн_Фридрих
4. www.nanostalker.ru/docs/77/
5. dommedika.com/34.html
6. elementy.ru
7. chee-lan.narod.ru/articles/10/dnk.jpg
8. 900igr.net/kartinki/khimija/RNK-i-DNK/022-Struktury-dnk-i-rnk.html
9. nauka21vek.ru/archives/22397
10. bioshkola.ru/stuff/obshhaja_biologija/citologija/nukleinovye_kisloty/41-1-0-103
11. www.biorepet-ufa.ru/wp-content/uploads/2011/03/РНК-функции-по-Чернову-И.Ю.1.jpg
12. festival.1september.ru/articles/583805/
13. www.3dnews.ru/editorial/it_dna_nanotubes
14. journal-shkolniku.ru/molekula-dnk.html
15. ppbio.ucoz.ru/_ld/2/273_BT_.gif
16. polit.ru/article/2013/04/03/ps_RNA/

Структура урока:

I. Организационный момент. Сообщение темы и цели урока.

II. Актуализация знаний.  Из истории открытия нуклеиновых кислот.

III. Изучение нового материала

1. Строение нуклеиновых кислот: состав, нуклеотиды.

2. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

А) состав нуклеотидов

Б) структура ДНК

В) принцип комплиментарности.

Г) свойства молекулы ДНК (репликация)

Д) функции ДНК

IV. Физминутка.

3. Рибонуклеиновая кислота (РНК): состав нуклеотидов, строение, виды и функции.

4. Аденозитрифосфорная  кислота (АТФ): строение, функции.

V. Закрепление нового материала.

VI. Домашнее задание.

VII. Итог урока.

Содержание этапов урока.

I.Орг. момент. Сообщение темы и цели урока. (слайд 1)

II. Актуализация знаний.

На предыдущих уроках познакомились с самыми сложными по строению и функциями в живых организмах молекулами – белками. Теперь ясна причина разнообразия живой материи – это связано с разнообразием белков, которое в свою очередь объясняется почти безграничным числом сочетаний 20 аминокислот.

? А как клетка получает информацию о последовательности аминокислот в белке?

Долгое время этот вопрос оставался загадкой.

Началось раскрытие тайны…

Из истории открытия нуклеиновых кислот (сообщение обучающегося) (слайд 2)

Осень 1868 г. в Германии, Тюнингене, в лаборатории биохимика Гоппе-Зейлера начинает работать молодой, скромный сотрудник по имени Фридрих Мишер. Из гнойных клеток Мишер выделял клеточные ядра, из которых, в свою очередь, получал щелочные эксракты. Действуя на такой экстракт кислотой, ученый выделил какое-то новое вещество с сильнокислотными свойствами, которое он назвал нуклеином (nucleus – ядро). Кроме углерода, кислорода, водорода, содержит большое количество азота и фосфора. Так были открыты  нуклеиновые кислоты.

1889 г. Р.Альтман эти вещества назвал ядерными (нуклеиновыми кислотами).

Термин нуклеиновые кислоты предложен А.Косселем в 1889г.

III. Изучение нового материала.

1. Строение нуклеиновых кислот: состав, нуклеотиды.

Нуклеиновые кислоты – биологические полимеры, мономерами которых является нуклеотиды. Эти вещества содержат элементы: углерод, водород, кислород, азот, фосфор. Из курса биологии, вы уже знаете, из каких частей состоит нуклеотид – как структурное звено нуклеиновой кислоты. (слайд 3)

? Вспомним строение нуклеотида.

Нуклеотид состоит из трех частей: (слайд 4,5)

1. углевод (ДНК – дезоксирибоза, РНК – рибоза)
2. азотистое основание (пиримидиновые Ц, У, Т или пуриновое А, Г)
3. остаток фосфорной кислоты.

- В клетках различают 2 вида нуклеиновых кислот: ДНК – дезоксирибонуклеиновые кислоты и РНК – рибонуклеиновые кислоты. (слайд 6)

Значение нуклеиновых кислот для живых организмов заключается в обеспечении хранения, реализации и передачи наследственной информации.

2. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

А) Состав нуклеотидов.

ДНК – полимер, мономерами которой являются дезоксирибонуклеотиды, образованные углеводом – дезоксирибоза, азотистым основанием (аденином, гуанином, тимином, цитозином) и остатком фосфорной кислоты. (слайд 7)

Модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной спирали была предложена в 1953 г Дж. Уотсон и Ф. Криком. (слайд 8)

ДНК встречается в ядре и в период деления клетки, образует основную часть хромосом, она  также содержится в митоходриях и пластидах.

?. В каком же виде они находятся?  У нуклеиновых кислот, как и у белков, есть структура.

Б) Структура ДНК

Первичная структура представлена полинуклеотидной цепочкой.  (слайд 9)

Но оказалось, что молекулы ДНК имеют и вторичную структуру.

Две полинуклеотидные цепочки спирально закручены друг около друга вокруг общей воображаемой оси, т.е. представляет собой двойную спираль (исключение - некоторые  ДНК-содержащие вирусы имеют одноцепочечную ДНК). Диаметр двойной спирали ДНК – 2 нм, расстояние между соседними нуклеотидами – 0,34 нм, на один оборот спирали приходится 10 пар нуклеотидов, масса одного нуклеотида 345 (эти величины постоянные). Длина молекулы может достигать нескольких сантиметров. Суммарная длина ДНК ядра клетки человека – около 2м.

В) Принцип комплементарности  (слайд 10)

Против одной цепи нуклеотидов располагается вторая цепь. Расположение нуклеотидов в этих двух цепях не случайное, а строго определенное: против А одной цепи в другой цепи всегда располагается Т, а против Г – всегда Ц; А с Т образуют две водородные связи, а Ц с Г образуют три водородные связи. Закономерность, согласно которой нуклеотиды разных цепей ДНК строго упорядоченно располагаются (А-Т, Г-Ц) и избирательно соединяются друг с другом, называется комплементарностью. Следует отметить, что Дж. Уотсон и Ф. Крик пришли к пониманию принципа комплементарности после ознакомления с работами Э. Чаргаффа.

В 1905 г. американский биохимик Эдвин Чаргафф, изучив огромное количество образцов тканей и органов различных организмов, установил, что число пуриновых оснований в ДНК всегда равно числу пиримндиновых. Количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина - количеству цитозина. Такая закономерность получила название правила Чаргаффа, но объяснить этот факт он не смог.

Из принципа комплементарности следует, что последовательность нуклеотидов одной цепи определяет последовательность нуклеотидов другой. (А + Т) + (Г + Ц)=100%

Если построена одна цепь ДНК, то можно достроить вторую цепочку.

Есть и другие, более сложные структуры ДНК.

Например, при более плотной упаковке двойной спирали ДНК образуются хромосомы, которые содержатся в ядрах клеток – это третичная структура.  (слайд 11)

Г) Свойства молекулы ДНК (слайд 12)

1)Молекула ДНК способна к самоудвоению -репликации.

Под влиянием ферментов молекулы ДНК способны к самоудвоению, при этом происходит копирование содержащейся в них информации. При самоудвоении происходит частичный распад спирали ДНК на две нити.

К каждой нити притягиваются свободные нуклеотиды, синтезированные ранее в цитоплазме. По принципу комплементарности новые нуклеотиды присоединяются к определенным местам исходной цепи, играющей роль матрицы. Отдельные нуклеотиды вначале удерживаются только водородными связями. Затем особый фермент «замыкает» связи между нуклеотидами уже новой цепи» и в результате этого из одной возникают две молекулы ДНК, сходные между собой.

Процесс самоудвоения молекулы ДНК называется - репликацией. В результате репликации две новые молекулы ДНК представляют точную копию исходной молекулы. Этот процесс лежит в основе передачи наследственной информации, которая осуществляется на двух уровнях: клеточном и организменном,

IV. Физминутка (слайд 13)

Зная одну первую цепь ДНК, постройте вторую: 1цепь ДНК:  А-Т-А-Г-Ц-А-Т-Т-Г-Г-Ц-Т-Т-А-Т, применяя  принцип комплементарности                            2 цепь ДНК: Т-А-Т-Ц-Г-Т-А-А-Ц-Ц-Г-А-А-Т-А

(необходимо передать листок с последовательностью нуклеотидов - триплетами).

Д) Функция ДНК.

Функция ДНК – хранение и передача наследственной информации.

3. Рибонуклеиновая кислота (РНК): состав нуклеотидов, строение, виды и функции.

РНК – полимер, мономерами которой являются рибонуклеотиды. В отличие от ДНК, РНК образована не двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой (исключение некоторые РНК-содержащие вирусы имеют двухцепочечную РНК). Особенностью строения РНК является присутствие рибозы в качестве углевода, а вместо пиримидинового азотистого основания Т входит У.

Нуклеотиды РНК способны образовывать водородные связи между собой. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК. (слайд 14)

Выделяют три вида РНК: (слайд 15)

1. информационная (матричная) РНК – и-РНК (м-РНК)
2. транспортная РНК – т-РНК
3. рибосомная РНК – р-РНК.

Все виды РНК представляют собой неразветвленные полинуклеотиды, имеют специфическую пространственную конформацию и принимают участие в процессах синтезе белка. Информация о строении всех видов РНК хранится в ДНК. Процесс синтеза РНК на матрице ДНК называется транскрипцией.

Существует несколько видов одноцепочечных РНК:

1. Рибосомная РНК (р-РНК) в комплексе с белками образует рибосомы, на которых происходит синтез белка. Молекулы р-РНК состоят из 3-5 тыс. нуклеотидов.
2. Информационная (матричная) РНК (и-РНК) программирует синтез белков в клетке. Она осуществляет передачу кода ДНК к месту синтеза белка. Молекулы и-РНК могут состоять из 300— 30000 нуклеотидов.

3. Транспортная РНК (т-РНК) (слайд 16)

Молекулы т-РНК относительно невелики и состоят из 75—95 нуклеотидов. Т-РНК выполняет следующие функции; доставляет аминокислоты к месту синтеза белка и определяет точную ориентацию аминокислоты на рибосоме. Т-РНК имеет форму клеверного листа и образует четыре петли: акцепторную, где присоединяются аминокислоты; антикодоновую - в процессе трансляции при биосинтезе белков узнает кодон в и-РНК, и еще две боковые петли.

4. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ): строение, функции. (слайд 17)

Молекула АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) представляет собой нуклеотид, который имеет следующее строение:

азотистое основание (аденин) + углевод (рибоза) + три остатка фосфорной кислоты.

Фосфатные группы в молекуле АТФ соединены между собой макроэргическими связями (высокоэнергетическими}. Связи между фосфатными группами не очень прочны, и при их разрыве выделяется большое количество энергии. В результате гидролитического отщепления от АТФ фосфатной группы образуется АДФ (аденозиндифосфорная кислота) и высвобождается энергия.

Молекула с тремя остатками фосфорной кислоты — АТФ наиболее энергоемка. Отщепление концевого фосфата АТФ сопровождается выделением 40 кДж энергии. В связи с тем, что в молекулах АТФ имеются богатые энергией связи, клетка может накапливать большое количество энергии и расходовать ее по мере необходимости. АТФ содержится в каждой клетке в митохондриях, ядре и хлоропластах, в растворимой фракции цитоплазмы. С помощью АТФ в клетке осуществляется синтез веществ, биение жгутиков и ресничек в клетках простейших, и т.д. АТФ - универсальный биологический аккумулятор энергии.

V. Закрепление нового материала

1. Заполнение таблицы: (слайд 18)

3. Решение задач.

  1.

Ответ: А-20%;Ц-30%.

2. Укажите порядок нуклеотидов в цепочке ДНК, образующейся путем самокопирования цепочки:

Ц-А-Ц-Ц-Г-Т-А-А-Ц-Г-Г-А-Т-Ц. Какова длина полученной цепочки ДНК и ее масса?

Решение:

1. По принципу комплементариости построим вторую цепочку молекулы ДНК:

Ц – А – Ц – Ц – Г – Т – А – А – Ц – Г – Г – А – Т - Ц...

Г – T - Г – Г – Ц – A – T – T – Г – Ц – Ц – Т – А - Г...

2. Вычислим массу ДНК:

mднк = 14*2* 345 = 9660

3. Вычислим длину ДНК:

lднк =14* 0,34 нм = 4,76 нм

Ответ: порядок нуклеотидов в цепочке ДНК следующий: Г -Т-Г-Г-Ц-А-Т-Т-Г-Ц-Ц-Т-А-Г; масса ДНК -9660, длина ДНК-4,76 нм.

VI. Домашнее задание

§12, 13, вопросы нас.52, задачи (будут выложены в электронный дневник)

Задача № 1.

В молекуле ДНК адениновых нуклеотидов насчитывается 26% от общего числа нуклеотидов. Определите количество тиминовых и цитозиновых нуклеотидов.

Ответ: Т-26%;Ц-24%.

Задача № 2.

Фрагмент одной из цепочек молекулы ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов:

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

Какую последовательность нуклеотидов имеет вторая цепочка этой же молекулы?

Решение:

По принципу комплементарности можно построить вторую цепочку:

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

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

Задача № 3.

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

Ответ:  А= 1120, Т = 1120, Ц = 880, lДНК-= 680 мм.

VII. Итог урока.

- Спасибо за работу. Урок окончен.