Урок по биологии на тему ДНК — чудо жизни (10 класс)

Урок: «ДНК- Чудо жизни» 10 класс
Автор : Попова С.Г., учитель биологии МБОУ ДР «Дубовская СОШ № 1», Ростовская обл.
I. Организационный момент. Актуализация знаний.
На предыдущих уроках мы с вами изучали органические вещества, входящие в состав клеток. Какие? (белки, углеводы, липиды). В чём особенность их строения? (белки и углеводы- полимеры, состоят из мономеров). А какие вещества называются полимерами? Какие функции в клетке выполняют белки, углеводы, жиры?
II. Изучение нового материала: Сегодня на уроке мы с вами продолжим изучение биополимеров, приступаем к изучению ДНК.
В настоящее время почти каждый знает, что такое ДНК (как расшифровывается?) и зачем она нужна, но так было, естественно не всегда. Люди, изучая наследование признаков, не знали, какое именно вещество несет информацию.
Впервые ДНК была выделена в 1869 году Фридрихом Мишером: изучая ядра лейкоцитов обнаружил новое химическое соединение, которое он назвал «нуклеином» от лат. “нуклеус” – ядро. Позже Мишер определил, что это вещество обладает кислотными свойствами, название изменилось: нуклеиновая кислота. Но этому веществу не было придано должного значения. В 1928 году Грифитс проводил опыты на пневмококке и пришел к странным выводам: он обнаружил, что непатогенных бактерий можно превратить в патогенных, посредством введения какого-то вещества, которое содержится в клетках и его можно оттуда извлечь. Решение этому курьезу было найдено только через 15 лет. В 1943 году Эвери и Мак Карти на основании своих исследований сделали вывод, что полимерными молекулами дезоксирибонуклеиновой кислоты, т. е. химически очищенным веществом, впервые полученным еще в конце прошлого столетия Мишером, можно передавать наследственные признаки. Вещество является материальным носителем наследственности!!!
Итак, ДНК – носитель наследственности. Помимо этого одни называют её «книгой жизни», другие - «свидетелем и уликой». Какие же особенности строения ДНК позволяют использовать её в качестве свидетеля и улики? Почему молекулу называют книгой жизни? Ответы на эти вопросы мы получим с вами сегодня на уроке, изучив строение и свойства этой чудо - молекулы. Итак, тема урока «ДНК- чудо жизни».
Задание для групп: 2 группы в ходе урока фиксируют сведения, подтверждающие, что ДНК- книга жизни, 2 другие- свидетель и улика. 5- группа составляет опорный конспект по теме(схема, таблица)
Вернёмся к истории: Мишер выделил ДНК из клеточных ядер. Но современные методы цитологии позволили определить, что ДНК содержится и в других частях клетки. В каких? (хлоропласты, митоходрии - слайд).
ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота, природное высокомолекулярное органическое соединение, биополимер. В составе - C, H, O, N, P.- Вспомните, из курса 9 класса, что является мономером нуклеиновых кислот? (нуклеотид). Нуклеотид - сложное химическое соединение, состоящее из нескольких веществ. Из каких веществ состоит нуклеотид? (Используйте раздаточный материал, учебник)
Итак, в составе нуклеотида:
- Азотистое основание: из курса 9 класса мы с вами знаем, что их в составе ДНК 4 типа. Какие? (А, Г, Т, Ц). Азотистые основания делят на две группы: пуриновые — аденин и гуанин, пиримидиновые — тимин, цитозин.)( запись в тетрадь).
- Дезоксирибоза - пятиатомный сахар;
-Остаток фосфорной кислоты.
Итак, ДНК- полимер, то есть цепь, состоящая из нуклеотидов – полинуклеотид.
В какой последовательности они соединены? Обратите внимание на таблицу (слайд, рисунок в учебнике стр. 49): на одном конце полинуклеотидной цепи расположен связанный с 5 атомом пентозы фосфат, и этот конец молекулы называется «5' (штрих) концом». На другом - остаётся не связанная с фосфатом ОН группа около 3 атома пентозы- «3' конец».
Последовательность нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК это ее первичная структура.
Определение 1 структуры ДНК оказалось крайне тяжелой задачей т.к. размеры молекулы огромны, в тоже время состоит молекула ДНК из 4 видов нуклеотидов. Больших успехов в определении 1 структуры достигли Эмиль Чаргафф и сотрудники в 1950 г. Используя метод хроматографии впервые определили нуклеотидный состав ДНК выделенной из разных объектов. (инф лист). Они установили, что соотношение азотистых оснований ДНК подчиняется универсальным закономерностям (позднее назвали правилом Чаргаффа).
1.Сумма пуриновых нуклеотидов = сумме пиримидиновых нуклеотидов.
Пуриновые = Пиримидиновые ; А+Ц = Т+Г; А+Г +Т+Ц=1
2.В ДНК различных источников наблюдается не одинаковое соотношение нуклеотидов. У одних видов преобладает А+Т >Г+Ц, такую ДНК называют «АТ типа», в других- А+Т < Г+Ц ДНК «ГЦ типа».
В связи с этим Чаргафф выдвинул положение о видовой специфичности ДНК. Однако, нерешенным оставался вопрос: если ДНК несет генетическую информацию, как она это делает? Ученые предполагали, что разгадка кроется в молекулярной структуре ДНК. Следует отметить, что над расшифровкой структуры ДНК работали одновременно 3 группы: одна в Калифорнийском технологическом институте США, под руководством Л. Пойлинга. Другая – в Королевском колледже в Лондоне (руководил М.Уилкинс). Третья- в Кембридже. В её составе –Д. Уотсон и Ф. Крик. Нужно было придумать такую модель ДНК, которая соответствовала бы рентгеновской фотографии. (Моррису Уилкинсу удалось “сфотографировать” молекулу ДНК с помощью рентгеновских лучей) (Слайд фото 51).
После 2-х лет кропотливой работы именно Уотсон и Крик предложили изящную и простую модель ДНК. (За эту самую модель они получили Нобелевскую премию.) В 1953 году они установили, что ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую их 2-х полинуклеотидных цепей. (Вторичная структура) (демонстрация модели и слайдов.) Каковы особенности этой модели? Из раздаточного материала собираем модель и вспоминаем её особенности: Г=Ц, Т=А. Как называется это правило? Верно. Правило комплементарности. У этого правила есть ещё одно название. Посмотрите раздаточный материал и скажите, в честь какого учёного оно называется? Обратите внимание, что азотистые основания связаны водородными связями: аденин и тимин - двумя, гуанин и цитозин - трёмя. Какую ещё особенность вы заметили? Цепи антипараллельных: - 3' -конец одной расположен напротив 5'-конца другой. Какую форму имеет молекула? – двойная спираль. Почему именно такую? Ответ найдите в информационных листах.(пуриновые и пиримидиновые основания различны по размеру, связи между атомами образуются под определённым углом и на определённом расстоянии).
Выяснение вторичной структуры ДНК – это одно из крупнейших открытий в биологии т.к. при этом одновременно был раскрыт механизм передачи наследственной информации в ряду поколений. На чём он основан? На способности к редупликации (самоудвоению)- слайд. Благодаря этому свойству осуществляется передача наследственных признаков в ряду поколений.
Структура каждой молекулы ДНК строго индивидуальна и специфична, так как представляет собой форму кодовой записи биологической информации – генетический код. Каким же образом реализуется наследственная информация? У вас есть ключевые слова- подсказки (триплет, ген, аминокислота): ген- участок ДНК, несущий информацию о структуре 1 белка. Белок состоит из аминокислот. В ДНК аминокислота кодируется последовательностью 3 нуклеотидов. А возможны ли здесь ошибки? Может ли произойти сбой и к чему он приведёт? (слайд).
Рефлексия.
Итак, мы познакомились со строением и функциями ДНК. Теперь послушаем отчёты групп (На подготовку 1-2 минуты) . ДНК «Свидетель и улика» или «книга жизни» ? Вывод.
Дополнительная информация.
- В 1984г. Британский генетик Алик Джеффрис предложил использовать структуру ДНК в качестве биохимических “отпечатков пальцев”.
- В 1998г. этот метод помог отвергнуть претензии одной дамы, объявившей себя дочерью известного французского певца Ива Монтана. Как это можно объяснить? 1.Теперь давайте обобщим и повторим всё, что узнали о строении и функциях ДНК. (в течение 1-2 минут группы совещаются, каждая даёт ответ 1-2 предложения)
Каждая молекула тела издаёт особое излучение, самые сложные вибрации издает молекула ДНК. Внутренняя “музыка” сложна и разнообразна и, что самое удивительное, в ней четко прослеживаются определенные ритмы. Преобразованные компьютером в графическую картинку, они являют собой завораживающее зрелище. (см. Приложение). Можно следить за ними часами, месяцами, годами - все время “оркестр” будет исполнять вариации на знакомую тему. Играет он не для собственного удовольствия, а на благо организма: ритм, заданный ДНК и “подхваченный” белками и другими молекулами, лежит в основе всех биологических связей, составляет нечто вроде каркаса жизни; нарушение ритма влечет за собой старение и болезнь. У молодых этот ритм более энергичный, поэтому они любят слушать рок или джаз, с возрастом белковые молекулы теряют свой ритм, поэтому более взрослые люди любят слушать классику. Классическая музыка совпадает с ритмом ДНК (академик Российской академии В.Н.Шабалин изучал это явление).Можно дать совет: Начинай утро с хорошей мелодии и проживешь дольше!
Домашнее задание:
2.Решите задачу: Дана последовательность фрагмента одной цепи ДНК, достройте вторую: АТТГЦАГЦТААТГ
3. Составьте синквейн по теме ДНК. (1 существительное, 2 прилагательных, 3 глагола. Предложение. Существительное- вывод)