Урок-обобщение "Нуклеиновые кислоты"

Урок-обобщение по теме «Нуклеиновые кислоты»

Цели урока: обобщение материала и углубление знаний учащихся о строении и функциях нуклеиновых кислот; развитие навыков самостоятельного поиска информации, совместного решения проблем, выступления перед аудиторией, быстрого анализа выступления и оценки выступающего.

Подготовка к уроку. В классе заблаговременно выделяется группа, в которую входят (добровольно или по рекомендации учителя) наиболее сильные или проявляющие интерес к биологии ученики. Каждый из них за 3-4 недели до урока получает задание подготовить сообщение на тему «История открытия ДНК и истории о ДНК». Учащиеся заранее показывают учителю подготовленный материал, затем, на уроке, из своих сообщений они должны составить одно обобщенное выступление. Остальные учащиеся работают на уроке под руководством учителя.

ХОД УРОКА

I. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ

II. ОБОБЩЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА (защита стендовых творческих проектов)

1. История открытия и исследования нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus — ядро) — высокомолекулярные органические соединения, биополимеры (полинуклеотиды), образованные остатками нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации.

История исследования

• В 1847 из экстракта мышц быка было выделено вещество, которое получило название «инозиновая кислота». Это соединение стало первым изученным нуклеотидом. В течение последующих десятилетий были установлены детали его химического строения. В частности было показано, что инозиновая кислота является рибозид-5-фосфатом, и содержит N- гликозидную связь.

• В 1868 году швейцарским химиком Фридерихом Мишером при изучении некоторых биологических субстанций было открыто неизвестное ранее вещество. Вещество содержало фосфор и не разлагалось под действием протеолитических ферментов. Также оно обладало сильновыраженными кислотными свойствами. Вещество было названо «нуклеином».

• Уилсон обратил внимание на практическую идентичность химического состава «нуклеина» и открытого незадолго до этого «хроматина» — главного компонента хромосом. Было выдвинуто предположение об особой роли «нуклеина» в передаче наследственной информации.

• В 1889 г Рихард Альтман ввел термин «нуклеиновая кислота», а также разработал удобный способ получения нуклеиновых кислот, не содержащих белковых примесей.

• Левин и Жакоб, изучая продукты щелочного гидролиза нуклеиновых кислот, выделили их основные составляющие— нуклеотиды и нуклеозиды, а также предложили адекватные структурные формулы, описывающие их свойства.

• В 1921 году Левин выдвинул гипотезу «тетрануклеотидной структуры ДНК», оказавшуюся впоследствии ошибочной.

• В 1935 году Клейн и Танхаузер с помощью фермента фосфатазы провели мягкое фрагментирование ДНК, в результате чего бьши получены в кристаллическом состоянии четыре днк-образующих нуклеотида. Это открыло новые возможности для установления структуры этих соединений.

• В 1940-е годы научная группа в Кембридже под руководством Александера Тодда проводит широкие синтетические исследования в области химии нуклеотидов и нуклеозидов. В результате их работы были установлены все детали химического строения и стереохимии нуклеотидов. За цикл работ в этой области Александер Тодд был награждён Нобелевской премией в области химии в 1957 году.

• Чаргаффом было установлена закономерность содержания в нуклеиновых кислотах нуклеотидов разных типов, получившая впоследствии название Правило Чаргаффа.

• В 1953 году Уотсоном и Криком установлена вторичная структура ДНК, двойная спираль.

2. ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) включает четыре типа нуклеотидов — адениновый, тиминовый, гуаниновый, цитозиновый, в состав которых входит пентоза — дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты. Для ДНК соблюдаются три правила Чаргаффа:

1. Количество аденинов в ДНК равно количеству тиминов (А=Т);

2. Количество гуанинов равно количеству цитозинов (Г=Ц);

3. Сумма пуриновых оснований равна сумме пиримидиновых (А+Г=Т+Ц).

Структура ДНК была открыта Ф.Криком и Д .Уотсоном в 1953 году. За открытие структуры ДНК Ф.Крик и Д. Уотсон были удостоены Нобелевской премии. Сущность модели Крика и Уотсона:

1. ДНК— двуцепочная спираль. Цепи правозакручены вокруг общей оси. Диаметр спирали — 2 нм, расстояние между соседними нуклеотидами в цепи — 0,34 нм(1 нм= 10*⁹м).

1. Цепи антипараллельны.

1. Нуклеотиды в цепь соединяются через остаток фосфорной кислоты и пентозу прочными ковалентными связями.

2. Нуклеотиды разных цепей соединяются через азотистые основания водородными связями по принципу комплементарности: аденин соединяется с тимином двумя водородными связями, гуанин — с цитозином тремя водородными связями. В основе принципа комплементарности лежат число водородных связей и линейные размеры пары.

5) Фосфатные группировки находятся снаружи спирали, а азотистые основания — внутри.
Таким образом, в ДНК различают первичную структуру (линейная последовательность нуклеотидов в антипараллельных цепях) и вторичную структуру (двойная спираль). Коэффициент специфичности ДНК показывает соотношение пар азотистых оснований (А+Т/ Г+Ц) и является видовым признаком.

Важнейшее свойство ДНК - способность к репликации (самоудвоению). Репликация происходит в синтетическом периоде интерфазы. Материнские цепи раскручиваются. К азотистым основаниям нуклеотидов материнских цепей по принципу комплементарности присоединяются свободные нуклеотиды, находящиеся в кариоплазме. Фермент ДНК полимераза "сшивает" дочерние цепи через остаток фосфорном кислоты и пентозу. Из одной молекулы ДНК получается дне, идентичные по последовательности нуклеотидов материнской ДНК. Репликация ДНК относится к реакциям матричного сип теза, так как происходит при наличии матрицы (материнские цепи ДНК), с участием фермента и затратой энергии. Репликация ДНК имеет полуконсервативный механизм, т.к. только одна из цепей новой ДНК синтезируется, а вторая остается материнской. Функции ДНК:

1. Аутосинтетическая - связана с самовоспроизведением ДНК в процессе репликации.

2. Гетеросинтетическая —ДНК хранит и передает генетическую информацию о белках.

В эукариотических клетках ДНК сосредоточена в ядре (геном), небольшое количество ДНК встречается в митохондриях и пластидах (плазмон).

3. РНК

Рибонуклеиновая кислота (РНК) сохраняет общий принцип организации нуклеиновых кислот, но имеет ряд особенностей:

1. В состав нуклеотидов РНК входят азотистые основания аденин, гуанин, цитозин, урацил (вместо тимина). Пентоза-рибоза.

2. РНК - одноцепочечная.

3. РНК значительно короче ДНК.
   Выделяют три вида РНК:

а) информационная РНК (и-РНК) — синтезируется на ДНК и несет информацию о белках;

б) транспортная РНК (т-РНК) — имеет сложную конфигурацию «листа клевера», несмотря на небольшое количество нуклеотидов. В т-РНК выделяют два основных функциональных участка: «посадочная площадка» и антикодон, соответствующий кодону ДНК.

Т-РНК транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка;

в) рибосомальная РНК (р-РНК) — самая крупная и входит в состав рибосомы, в которой осуществляется синтез белка.

Таким образом, РНК участвует в биосинтезе белка.

Считывание РНК с матрицы ДНК называется транскрипцией (от лат. transcriptio -переписывание). Она осуществляется специальным ферментом - РНК-полимеразой. В клетках эукариот обнаружены три разные РНК-полимеразы, синтезирующие разные классы РНК.

Транскрипция также является примером реакции матричного синтеза. Цепочка РНК очень похожа на цепочку ДНК: также состоит из нуклеотидов (рибонуклеотидов, весьма похожи на дезоксирибонуклеотиды). РНК считывается с участка ДНК, в котором она закодирована, в соответствии с принципом комплементарности: напротив аденина ДНК становится урацил РНК, напротив гуанина - цитозин, напротив тимина - аденин и напротив цитозина - гуанин. В пределах определенного гена только одна цепь из двух комплементарных цепей ДНК служит матрицей для синтеза РНК. Эта цепь назьюается рабочей.

III. ЗАКРЕПЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА (компьютерная презентация)

IV. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА (тестовые задания)
Выберите из предложенных ответов правильный
Наследственную информацию из ядра к месту синтеза белков передает:
а) ДНК б) и-РНК в) р-РНК г) т-РНК

Наследственную информацию сохраняют: а)липиды б) углеводы в) белки г) ДНК.

Нуклеотид тимин входит в состав: а) и-РНК б) ДНК в) р-РНК г) т-РНК.

Выберите из предложенных ответов один или несколько правильных

1. К биополимерам относятся:

а) глюкоза б) и-РНК в) жиры г) крахмал д)вода.

2. Нуклеотид урацил входит в состав:

а) белков б)и-РНК в)т-РНК г) ДНК д) гликогена.

3. В состав нуклеотидов входят остатки:

а) нитратного основания б) аминокислоты в) пентозы,

г) жирных кислот д) хлоридной кислоты д) фосфатной кислоты.

Укажите черты сходства и различия между разными типами нуклеиновых кислот, заполнив

таблицу:

Охарактеризуйте различные виды РНК, заполнив таблицу:

V. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ (по вариантам)

Задача 1. В лаборатории исследован участок одной из цепочек молекулы ДНК. Оказалось, что он состоит из 20 мономеров, которые расположены в такой последовательности: Г-Т-Г-Т-А-А-Ц-Г-А-Ц-Ц-Г-А-Т-А-Ц-Т-Г-Т-А.

Что можно сказать о строении соответствующего участка второй цепочки той же молекулы ДНК и соответствующего этому фрагменту и-РНК?

Решение

Зная, что цепи молекулы ДНК комплементарны друг другу, определим последовательность нуклеотидов второй цепи той же молекулы ДНК: Ц-А-Ц-А-Т-Т-Г-Ц-Т-Г-Г-Ц-Т-А-Т-Г-А-Ц-А-Т.

Задача 2. На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в последовательности: А-А-Г-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т...

1. Нарисуйте схему структуры второй цепи данной молекулы ДНК.

2. Какова длина в нм этого фрагмента ДНК, если один нуклеотид занимает около 0,34 нм?
Решение

1. Достраиваем вторую цепь данного фрагмента молекулы ДНК, пользуясь правилом комплементарности: Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Г-Ц-А-Т-А.

2. Определяем длину данного фрагмента ДНК: 12x0,34=4,08 нм.
Ответ: Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Г-Ц-А-Т-А; 4,08 нм;

Задача 3. Каков будет состав второй цепочки ДНК, если первая содержит 18% гуанина, 30%

аденина и 20% тимина?

Решение

1. Зная, что цепи молекулы ДНК комплементарны друг другу, определяем содержание нуклеотидов (в %) во второй цепи:

т.к. в первой цепи Г=18%, значит во второй цепи Ц=18%; т.к. в первой цепи А=30%, значит во второй цепи Т=30%; т.к. в первой цепи Т=20%, значит во второй цепи А=20%;

2. Определяем содержание в первой цепи цитозина (в %).

• суммируем содержание трех других типов нуклеотидов в первой цепи ДНК: 18% + 30% +
  20% = 68%(Г+А+Т);

• определяем долю цитозина в первой цепи ДНК: 100% - 68% = 32% (Ц);

• если в первой цепи Ц=32%, тогда во второй цепи Г=32%.
Ответ: Ц=18%; Т=30%; А=20%; Г=32%

Задача 4. В молекуле ДНК насчитывается 23% адениловых нуклеотидов от общего числа

нуклеотидов. Определите количество тимидиловых и цитозиловых нуклеотидов.

Решение

1. По правилу Чаргаффа находим содержание тимидиловых нуклеотидов в данной молекуле
   ДНК: А=Т=23%.

2. Находим сумму (в %) содержания адениловых и тимидиловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: 23% + 23% = 46%.

3. Находим сумму (в %) содержания гуаниловых и цитозиловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК: 100% - 46% = 54%.

4. По правилу Чаргаффа, в молекуле ДНК Г=Ц, в сумме на их долю приходится 54%, а по отдельности: 54% : 2 = 27%.

Ответ: Т=23%; Ц=27%

VI. БИОЛОГИЧЕСКИЙ ДИКТАНТ «Сравнение ДНК и РНК»

Учитель читает тезисы под номерами, учащиеся записывают в тетрадь номера тех тезисов, которые подходят по содержанию их варианту. Вариант 1 - ДНК; вариант 2 - РНК.

1. Одноцепочечная молекула.

2. Двухцепочечная молекула.

3. Содержит аденин, урацил, гуанин, цитозин.

4. Содержит аденин, тимин, гуанин, цитозин.

5. В состав нуклеотидов входит рибоза.

6. В состав нуклеотидов входит дезоксирибоза.

7. Содержится в ядре, хлоропластах, митохондриях, центриолях, рибосомах, цитоплазме.

8. Содержится в ядре, хлоропластах, митохондриях.

9. Участвует в хранении, воспроизведении и передаче наследственной информации.

10. Участвует в передаче наследственной информации.
Ответы

Вариант 1 - 2; 4; 6; 8; 9; Вариант 2-1;3; 5; 7; 10.

VII. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Повторить материал по основным классам органических веществ, обнаруживаемых в живом веществе.

1 вариант

Самостоятельная работа

1. Охарактеризуйте различные виды РНК, заполнив таблицу:

2. Решение задач

Задача В лаборатории исследован участок одной из цепочек молекулы ДНК.
Оказалось, что он состоит из 20 мономеров, которые расположены в такой
последовательности: Г-Т-Г-Т-А-А-Ц-Г-А-Ц-Ц-Г-А-Т-А-Ц-Т-Г-Т-А.

Что можно сказать о строении соответствующего участка второй цепочки той же молекулы ДНК и соответствующего этому фрагменту и-РНК?

3. Биологический диктант

ДНК:

РНК:

2 вариант

Самостоятельная работа

1. Укажите черты сходства и различия между разными типами нуклеиновых

кислот, заполнив таблицу:

2. Решение задач

Задача На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в

последовательности: А-А-Г-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Т...

1. Нарисуйте схему структуры второй цепи данной молекулы ДНК.

2. Какова длина в нм этого фрагмента ДНК, если один нуклеотид занимает около
   0,34 нм?

3. Биологический диктант

ДНК:

РНК:

3 вариант

Самостоятельная работа

1. Выберите из предложенных ответов правильный

1.1. Наследственную информацию из ядра к месту синтеза белков передает:

а) ДНК б) и-РНК в)р-РНК г) т-РНК 1.2.Наследственную информацию сохраняют:

а) липиды б) углеводы в) белки г) ДНК. 1.3. Нуклеотид тимин входит в состав:

а)и-РНК б) ДНК в)р-РНК г) т-РНК.

2. Выберите из предложенных ответов один или несколько правильных

2.1. К биополимерам относятся:

а) глюкоза б) и-РНК в) жиры г) крахмал д) вода.

2.2. Нуклеотид урацил входит в состав:

а) белков б) и-РНК в) т-РНК г) ДНК д) гликогена.

2.3. В состав нуклеотидов входят остатки:

а) нитратного основания б) аминокислоты в) пентозы,
г) жирных кислот д) хлоридной кислоты д) фосфатной кислоты.

3. Задача Каков будет состав второй цепочки ДНК, если первая содержит 18% гуанина, 30% аденина и 20% тимина?

4. Биологический диктант

ДНК:

РНК: