Тема урока: Структура и функции Нуклеиновых кислот.
Тема урока: Структура и функции Нуклеиновых кислот.
Тип урока: урок изучения нового материала.
Класс: 11
Цели и задачи урока:
Образовательные:
сформировать знания о строении, свойствах, структуре молекул нуклеиновых кислот, как биополимеров, о принципе комплиментарности в ДНК;
раскрыть роль нуклеиновых кислот в живой природе.
Развивающие:
развивать общеучебные умения (понимать и запоминать прочитанное, делать краткие записи, представление основных мыслей в виде схем, заполнение таблиц и др.);
развивать интеллектуальные умения (научить логически, мыслить, поиск ответов на вопросы творческого характера, задавать вопросы и составлять суждения, сравнивать, находить взаимосвязи (состава, структуры и функций молекул ДНК и РНК)
развивать коммуникационные умения (умение понятно, кратко, точно, вежливо излагать свои мысли, задавать вопросы и отвечать на них, слушать и сосредотачивать внимание).
Воспитательные:
воспитывать у учащихся культуру общения и труда в ходе беседы, просмотра презентации и анимационного фильма, выполнения заданий.
воспитывать критическую и объективную самооценку знаний.
План урока
I. Организационный момент (1мин).
II. Тестовая проверка знаний о строении и функциях белков с последующей самопроверкой ответов. (5 мин.)
III. Изучение новой темы (29 мин).
1 История открытия нуклеиновых кислот(2 мин)
2 Сравнительная характеристика ДНК и РНК (работа с учебником)(5 мин)
3 Репликация ДНК(9 мин)
4 Виды РНК и их функции (3 мин)
5 Генетический код и его свойства(10 мин)
IV. Повторение и закрепление материала. (5 минут)
1. тест
V. Домашнее задание и подведение итогов (5мин)
Материалы и оборудование:
мультимедийный комплекс (компьютер, проектор, экран);
слайдовая презентация “Нуклеиновые кислоты”
пространственная модель ДНК;
таблицы в электронном формате по теме;
анимационный фильм “Репликация ДНК”;
Ход урока.
I. Организационный момент (1-2 мин.).
II. Тестовая проверка знаний о строении и функциях белков с последующей самопроверкой ответов. (5 мин.)
№
1 вариант
2 вариант
1
В состав белков входят элементы:..
Мономерами белков являются
2
Всего в белках имеется видов аминокислот.
Основная связь между мономерами белка -.
3
Вторичная структура белка в виде
Первичная структура белка в виде цепочки
4
Восстановление природной структуры белка называется;
Разрушение природной структуры белка называется
5
Ускоряя химические реакции в клетке, белки выполняют функцию.
Антитела выполняют функцию
Правильные ответы
№
1 вариант
2 вариант
1
В состав белков входят элементы N,С,О,Н
Мономерами белков являются аминокислоты
2
Всего в белках имеется 20 видов аминокислот
Основная связь между мономерами белка - пептидная
3
Вторичная структура белка в виде спирали
Первичная структура белка в виде цепочки аминокислот
4
Восстановление природной структуры белка называется ренатурация
Разрушение природной структуры белка называется денатурация
5
Ускоряя химические реакции в клетке, белки выполняют каталитическую функцию
Антитела выполняют защитную функцию
Оценивается по 5-ти бальной системе.
III. Изучение новой темы (29 мин).
Актуализация знаний, постановка цели и задач
- Ребята, обратите внимание на слайд ( Слайд №1-2) . Какая связь между темой нашего урока и данным рисунком?
-Что вы знаете о нуклеиновых кислотах?
- Как мы можем сформулировать цель нашего урока
Цель:
Познакомиться с историей открытия НК.
Выяснить особенности строения и функций НК , как биополимеров: локализацию этих соединений в клетке.
Дать понятие о свойствах генетического кода.
Отработать практические умения применять знания об особенностях строения НК, свойствах генетического кода
1. Из истории открытия нуклеиновых кислот
Фридрих Иоганн Мишер (Слайд №5-9)
(1844-1895) родился в Базеле. Окончил с отличием гимназию в этом городе. Посещал музыкальный кружок, в котором участвовали также его отец – профессор патологической анатомии, дядя – профессор физиологии В.Гис, известный химик К.Шёнбейн. В 1868 году окончил Базельский университет В том же году начал исследовать клетки гноя в лаборатории Гоппе-Зейлера в Тюбингене. В 1869 году Мишером была открыта ДНК. Вначале новое вещество получило название нуклеин (лат. Nucleus – ядро), полагая, что оно содержится лишь в ядрах клеток. Биологическая функция новооткрытого вещества была неясна, и долгое время ДНК считалась запасником фосфора в организме. Более того, даже в начале XX века многие биологи считали, что ДНК не имеет никакого отношения к передаче информации, поскольку строение молекулы, по их мнению, было слишком однообразным и не могло содержать закодированную информацию. Постепенно было доказано, что именно ДНК, а не белки, как считалось раньше, является носителем генетической информации.
Структура двойной спирали ДНК была предложена Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953 году на основании рентгеноструктурных данных, полученных Морисом Уилкинсом и Розалинд Франклин, и “правил Чаргаффа”, согласно которым в каждой молекуле ДНК соблюдаются строгие соотношения, связывающие между собой количество азотистых оснований разных типов. К 1953 году было известно, что ДНК состоит из 4 нуклеотидов, а каждый из них – из одного азотистого основания, 5-углеродного сахара дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Не было понятно, как эти части соединяются в молекулы ДНК.
Уотсон и Крик (Слайд №7)
сделали модели нуклеотидов и попытались построить из них двойную спираль. Это получилось только после того, когда они догадались перевернуть одну из цепей, так что те шли навстречу друг другу – антипараллельно. Такая модель показывает, как способность ДНК к воспроизводству своей структуры (свойство, лежащее в основе передачи признаков при делении клеток) объясняется ее химическим строением: при копировании ДНК порядок чередования нуклеотидов в одной цепи однозначно задает порядок чередования нуклеотидов в другой цепи, строящейся на первой, как на матрице.
Позже предложенная Уотсоном и Криком модель строения ДНК была доказана, а их работа отмечена Нобелевской премией по физиологии и медицине 1962 г. Среди лауреатов не было скончавшейся к тому времени Розалинды Франклин, так как премия не присуждается посмертно.
Френсис Крик родился в Нортхемптоне (Великобритания). В 1937 году окончил Университетский колледж в Лондоне. С 1937 преподавал в Кембриджском университете. С 1939 по 1947 год работал в США. С 1977 года – в Биологическом институте в Сан-Диего (США). Вместе с Джеймсом Уотсоном разработал знаменитую модель ДНК – двойную спираль. В опытах на фагах установил основные принципы генетического кода. Член Лондонского королевского общества (с 1959 года), Национальной Академии наук США, Германской академии наук, почетный член Американской академии искусств и наук (с 1962 года).
Джеймс Дьюи Уотсон (род.1928), США
Джеймс Уотсон родился в Чикаго. Окончил Чикагский университет в 1947 году как зоолог. Работал в Индианском университете. Вирусолог С. Лурия посоветовал ему заняться ДНК. Уотсон поехал в Данию, и немного поработал в Копенгагенском университете, откуда перебрался в Кембриджский. Там Уотсон вместе с Френсисом Криком предложил знаменитую модель ДНК – двойную спираль.
Работал также в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. С 1956 года преподавал биологию в Гарвардском университете. С 1962 года консультант президента США по науке, с 1968 года – директор лаборатории в Колд-Спрингс-Харборе (штат Нью-Йорк). Изучал структуру вирусов и их роль в онкогенезе, исследовал бактериальные рибосомы и роль РНК в синтезе белка.
2. Сравнительная характеристика ДНК и РНК (работа с учебником) (Слайд №10-14)
-Какие нуклеиновые кислоты вам известны? (ДНК и РНК)
-Почему они получили такое название?
-Дайте определение. Нуклеиновые кислоты – это полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.
-Рассмотрим строение нуклеотида.
Каждый нуклеотид содержит:
1 молекула фосфорной кислоты
1 молекула сахара Дезоксирибоза или Рибоза
Одно из четырех азотистых оснований: аденин. Гуанин. Цитозин. Тимин у ДНК, вместо Тимина Урацил у РНК.
-Как нуклеотиды соединяются между собой? Фосфоэфирные связи между Сахаром одного нуклеотида и Фосфатом следующего.
Пользуясь текстом учебника, заполните таблицу
Признаки
ДНК
РНК
Строение макромолекулы
Двойной неразветвленный линейный полимер, свернутый правозакрученной спиралью
Одинарная полинуклеотидная цепочка
Азотистое основание
пуриновые: аденин, гуанин, пиримидиновые тимин, цитозин
пуриновые: аденин, гуанин, пиримидиновые урацил, цитозин
Сахар
дезоксирибоза
рибоза
Свойства
Способна к самоудвоению по принципу комплементарности (дополнительности)
А = Т, Т = А,
Г = Ц, Ц= Г. Стабильна
Не способна к самоудвоению.
Лабильна.
(Генетическая РНК вирусов способна к редупликации)
Функции
Хранение и передача наследственной информации
Каждый вид РНК выполняет специфическую функцию
Обсуждение таблицы, работа с моделью и таблицей.
Сообщение учащегося. Слайды (15-16)
3. Репликация ДНК. слайды (17)
1. Сообщение учащегося, просмотр анимационного фильма.
Молекулы ДНК обладают поразительным свойством, не присущим ни одной другой из известных молекул, - способностью к удвоению. Что представляет собой процесс удвоения? Вы помните, что двойная спираль ДНК построена по принципу комплементарности (см. рис. ). Этот же принцип лежит в основе удвоения молекул ДНК. С помощью специальных ферментов водородные связи, скрепляющие нити ДНК, разрываются, нити расходятся, и к каждому нуклеотиду каждой из этих нитей последовательно пристраиваются комплементарные нуклеотиды. Разошедшиеся нити исходной (материнской) молекулы ДНК являются матричными - они задают порядок расположения нуклеотидов во вновь синтезируемой цепи. В результате действия сложного набора ферментов происходит соединение нуклеотидов друг с другом. При этом образуются новые нити ДНК, комплементарные каждой из разошедшихся цепей (рис. ).
Таким образом, в результате удвоения создаются две двойные спирали ДНК (дочерние молекулы), каждая из них имеет одну нить, полученную от материнской молекулы, и одну нить, синтезированную вновь.
Дочерние молекулы ДНК ничем не отличаются друг от друга и от материнской молекулы. При делении клетки дочерние молекулы ДНК расходятся по двум образующимся клеткам, каждая из которых вследствие этого будет иметь ту же информацию, которая содержалась в материнской клетке. Так как гены - это участки молекул ДНК, то две дочерние клетки, образующиеся при делении, имеют одинаковые гены.
Каждая клетка многоклеточного организма возникает из одной зародышевой клетки в результате многократных митотических делений, поэтому все клетки организма имеют одинаковый набор генов. Случайно возникшая ошибка в гене зародышевой клетки будет воспроизведена в генах миллионов ее потомков. Вот почему все эритроциты больного серповидноклеточной анемией имеют одинаково «испорченный» гемоглобин. Дети, больные анемией, получают «испорченный» ген от родителей через их половые клетки. Информация, заключенная в ДНК клеток (генетическая информация), передается не только из клетки в клетку, но и от родителей к детям. Ген является единицей генетической, или наследственной, информации.
Трудно, глядя на типографскую матрицу, судить о том, хорошая или плохая книга будет по ней напечатана. Невозможно судить и о качестве генетической информации по тому, «хороший» или «плохой» ген получили потомки по наследству, до тех пор, пока на основе этой информации не будут построены белки и не разовьется целый организм.
2. Решение задач
Одна нить ДНК имеет следующую последовательность: АЦЦГАТАТГЦГТ
Достроить по принципу комплиментарности 2 нить
Показать процесс репликации
1 вариант: АЦЦГАТАТГЦГТ
2 вариант: ГЦГААТГТАГАЦ
4. Виды РНК и их функции (Слайд №18-19)( самостоятельная работа с текстом)
и-РНК - информационная передает код наследственной информации о первичной структуре белковой молекулы, могут состоять из 300-30000 нуклеотидов
р –РНК - рибосомальная входит в состав рибосом; на ее долю приходится 80-90% РНК цитоплазмы , её молекулы относительно невелики и состоят из 3 -5 тысяч нуклеотидов
тРНК – транспортная переносит аминокислоты к рибосомам, включают 76-85 нуклеотидов
митохондриальная и пластидная входят в состав рибосом этих органелл
5. Генетический код ( Объяснение учителя) слайды(20-22)
- Как устроены нуклеиновые кислоты мы с вами выяснили. А сейчас нам необходимо выяснить, что представляет собой наследственная информация и каков механизм ее передачи
- Наследственная информация – это информация о первичной структуре молекулы белка (Все свойства живых организмов обусловлены их белками)
- Основное положение молекулярной биологии утверждает, что перенос генетической информации может происходить от ДНК через и-РНК к белку, то есть по схеме:
ДНК и-РНК белок.
Для перевода последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК и и-РНК в последовательность аминокислот в синтезируемой молекуле белка используется специальный генетический код.
Генетический код (Слайд №15)
- это последовательность расположения нуклеотидов в молекуле ДНК, определяющая последовательность расположения аминокислот в молекуле белка
Ген – это отрезок молекулы ДНК, несущий информацию об одном белке
Свойства генетического кода: (Слайд №16)
1 Триплетность. Триплет (кодон) - последовательность из трех нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту.
2 Избыточность или вырожденность. Т.к. число возможных триплетов составляет 43 = 64, а аминокислот - 20, то большинство аминокислот кодируется несколькими триплетами. Исключения составляют аминокислоты метионин и триптофан. Каждая из них кодируется только одним триплетом. Для кодирования 20 аминокислот используется 61 комбинация нуклеотидов. Триплет АУГ, кодирующий метионин, называется стартовым. С него начинается синтез белка. Три кодона (УАА, УАГ, УГА) несут информацию о прекращении синтеза белка , т.е. отделяют в молекуле ДНК один ген от другого . Их называют триплетами терминации, или нонсенс-кодонами.
3 Неперекрываемость. В молекуле ДНК каждый нуклеотид входит в состав только одного кодона.
4 Однозначность или специфичность. Каждый кодон шифрует только одну аминокислоту.
5 Универсальность. Генетический код един для всех живущих на земле существ.
6 Коллинеарность. Последовательность нуклеотидов в гене точно соответствует последовательности нуклеотидов в белке
Код - триплет нуклеотидов ДНК, кодирующих одну аминокислоту
Кодон - триплет нуклеотидов и РНК, комплиментарный триплету ДНК
Антикодон - триплет нуклеотидов т- РНК, который взаимодействует с комплиментарным кодоном и-РНК и передает соответствующую аминокислоту
2.Работа с таблицей “Генетический код”
1. Вопросы для закрепления (Слайд №23-24)
№
1 вариант
2 вариант
1
Сколькими триплетами кодируются аминокислоты: серин, треонин
Сколькими триплетами кодируются аминокислоты: лейцин, валин
2
Укажите стартовый триплет
Укажите триплеты терминации
3
Какую аминокислоту способна транспортировать т-РНК, имеющая следующий антикодон: ЦЦЦ
Какие аминокислоты кодируются только одним триплетом?
4
Каким из указанных триплетов может быть прекращен синтез полипептидной цепи?
а) ГАУ; б) ААГ; в) УАА; г) АГУ.
Если антикодон т-РНК состоит из триплета АУА, то из какой аминокислоты будет синтезироваться белок?
а) из цистеина; б) из триптофана; в) из тирозина; г) из фенилаланина.
5
Последовательность нуклеотидов во фрагменте и РНК следующая: УУЦУУАЦЦЦЦАУ. Определите последовательность аминокислот в белке, пользуясь таблицей генетического кода.
Последовательность нуклеотидов во фрагменте и РНК следующая: ЦГЦААЦГГУУУЦ. Определите последовательность аминокислот в белке, пользуясь таблицей генетического кода.
Ответы
№
1 вариант
2 вариант
1
6 и 4
6 и 4
2
АУГ
УАА, УАГ, УГА
3
глицин
метионин и триптофан
4
в
в
5
Фен-лей-про-гис
Арг-асн-гли-фен
IV. Повторение и закрепление материала. (3-4 минуты)
1. тест
№
1 вариант
2 вариант
1
Из каких частей состоит нуклеотид?
Мономером нуклеиновых кислот является
2
Азотистые основания в составе РНК
Азотистые основания в составе ДНК
3
В состав ДНК входит сахар
В состав РНК входит сахар
4
Молекула РНК цепочная
Молекула ДНК цепочная
5
Фрагмент молекулы ДНК: ААЦТГЦГТТ
Фрагмент молекулы ДНК:ЦГЦАТТАГЦ
Правильные ответы
№
1 вариант
2 вариант
1
Азотистое основание, сахар, остаток фосфорной кислоты.
нуклеотид
2
Аденин, гуанин, цитозин, урацил.
Аденин, гуанин, цитозин, тимин.
3
дезоксирибоза
рибоза
4
одноцепочная
двуцепочная
5
ДНК:ААЦТГЦГТТ
ТТГАЦГЦАА
ДНК: ЦГЦАТТАГЦ
ГЦГТААТЦГ
V. Домашнее задание и подведение итогов (1-2минуты)
Глава 3. Молекулярный уровень жизни.
Модуль 3. Тема: Структура и функции нуклеиновых кислот.
Цель урока: Познакомиться с историей открытия НК.
Выяснить особенности строения и функций НК, как биополимеров. Изучить свойства генетического кода. Отработать практические умения применять знания об особенностях строения НК, свойствах генетического кода
Номер учебного элемента (УЭ)
Учебный материал с указанием заданий
Руководство по усвоению учебного материала
1
2
3
УЭ-0
Интегрирующая цель:
Познакомиться с историей открытия НК.
Выяснить особенности строения и функций НК, как биополимеров. Дать понятие о свойствах генетического кода. Отработать практические умения применять знания об особенностях строения НК, свойствах генетического кода
Внимательно прочитай цель урока.
УЭ-1
Цель: Провести диагностику знаний по теме «строение и функции белков»
Выполнение тестового задания.
№
1 вариант
2 вариант
1
В состав белков входят элементы:
Мономерами белков являются
2
Всего в белках имеется видов аминокислот.
Основная связь между мономерами белка -
3
Вторичная структура белка в виде
Первичная структура белка в виде цепочки
4
Восстановление природной структуры белка называется;
Разрушение природной структуры белка называется
5
Ускоряя химические реакции в клетке, белки выполняют функцию.
Антитела выполняют функцию
1.Выполните тест в тетради.
2.В конце работы проведите взаимопроверку. Ключ ответа даст учитель. Выясните, какие пункты вами усвоены недостаточно.
3.Правильный ответ оценивается одним баллом.
Внесите кол-во баллов в Оценочный лист учащегося
УЭ-2
Цель: Ознакомление с историей открытия нуклеиновых кислот.
. В 1869 году ФИ Мишером была открыта ДНК.
. Структура двойной спирали ДНК была предложена Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953 году.
Заслушивание сообщения учащихся; фиксирование основных моментов в тетради.
УЭ-3
Цель: Выяснить особенности строения и функций НК, как биополимеров.
- Какие нуклеиновые кислоты вам известны?
- Почему они получили такое название?
- Дайте определение. Нуклеиновые кислоты – это .
- Какое строение имеет нуклеотид?
-Что такое принцип комплиментарности?
Пользуясь текстом учебника, заполните таблицу
Признаки
ДНК
РНК
Строение макромолекулы
Азотистое основание
Сахар
Свойства
Функции
Самостоятельная работа 1.прочитайте статью учебника,
2. ответьте на вопросы
3.заполните таблицу, 4.сформулируйте вывод,
5. защита.
Выступление оценивается по пятибалльной системе.
Внесите кол-во баллов в Оценочный лист учащегося
УЭ-4
Цель: Изучить процесс репликации ДНК, закрепить навыки выполнения задания на комплиментарность.
. Решение задач
Одна нить ДНК имеет следующую последовательность:
1 вариант: АЦЦГАТАТГЦГТ
2 вариант: ГЦГААТГТАГАЦ
Достроить по принципу комплиментарности 2 нить
Показать процесс репликации
1 прослушать сообщение;
2 выполнить задание;
3 проверка задания
4 внесите кол-во баллов в Оценочный лист учащегося.
УЭ-5
Цель: Изучить виды РНК и их функции.
1самостоятельная работа с текстом
2 защита
3 внесите кол-во баллов в
Оценочный лист
УЭ-6
Цель: Изучить свойства генетического кода, научиться работать с таблицей генетического кода.
Свойства генетического кода: 1.
2
3
4
5
Код - триплет нуклеотидов ДНК, кодирующих одну аминокислоту.
Кодон - триплет нуклеотидов и РНК, комплиментарный триплету ДНК.
Антикодон - триплет нуклеотидов т- РНК, который взаимодействует с комплиментарным кодоном и-РНК и передает соответствующую аминокислоту.
№
1 вариант
2 вариант
1
Сколькими триплетами кодируются аминокислоты: серин, треонин
Сколькими триплетами кодируются аминокислоты: лейцин, валин
2
Укажите стартовый триплет
Укажите триплеты терминации
3
Какую аминокислоту способна транспортировать т-РНК, имеющая следующий антикодон: ЦЦЦ
Какие аминокислоты кодируются только одним триплетом?
4
Каким из указанных триплетов может быть прекращен синтез полипептидной цепи?
а) ГАУ; б) ААГ; в) УАА; г) АГУ.
Если антикодон т-РНК состоит из триплета АУА, то из какой аминокислоты будет синтезироваться белок?
а) из цистеина; б) из триптофана; в) из тирозина; г) из фенилаланина.
5
Последовательность нуклеотидов во фрагменте и РНК следующая: УУЦУУАЦЦЦЦАУ. Определите последовательность аминокислот в белке, пользуясь таблицей генетического кода.
Последовательность нуклеотидов во фрагменте и РНК следующая: ЦГЦААЦГГУУУЦ. Определите последовательность аминокислот в белке, пользуясь таблицей генетического кода.
1.внимательно прослушать сообщение;
2. записать в тетради основные понятия;
3. выполнить задания;
4. сделать проверку (1 правильный ответ 1 балл)
5. Внесите кол-во баллов в Оценочный лист учащегося
УЭ-7
Цель: Закрепление изученного материала
№
1 вариант
2 вариант
1
Из каких частей состоит нуклеотид?
Мономером нуклеиновых кислот является
2
Азотистые основания в составе РНК
Азотистые основания в составе ДНК
3
В состав ДНК входит сахар
В состав РНК входит сахар
4
Молекула РНК цепочная
Молекула ДНК цепочная
5
Фрагмент молекулы ДНК: ААЦТГЦГТТ, достроить по принципу комплиментарности вторую цепочку, указать водородные связи.
Фрагмент молекулы ДНК: ЦГЦАТТАГЦ,
достроить по принципу комплиментарности вторую цепочку, указать водородные связи.
1. тест
2. сделать проверку (1 правильный ответ 1 балл)
3. Внесите кол-во баллов в Оценочный лист учащегося
УЭ-8
Цель: Подведение итогов.
1. Вспомните интегрирующую цель.
2. Достигли ли мы этих целей.
3. Подсчитайте количество баллов полученных на уроке.
4. Оцените свою работу на уроке
УЭ-9
Цель: Домашнее задание §29, вопросы в конце §, сообщение КА Тимирязев, «Значение фотосинтеза».
Оценочный лист ученика 11 А кл _______________________________________
повторение
тест
История НК
сообщ-е
Сравнительная хар-ка ДНК и РНК
Самост. раб
Генетический код
Репликация ДНК
Виды РНК их функции самост. р
тест
Решение задач
итоговая
Заголовок 315