Тема: Органические вещества клетки: нуклеиновые кислоты. ДНК.

__________
Урок № 6
Тема: Органические вещества клетки:
нуклеиновые кислоты. ДНК.
 Ведущая дидактическая цель: изучение нового материала.
 Форма урока: комбинированная.
 Задачи урока:
Образовательная:
Продолжить изучение органических веществ клетки, сформировать знания о
нуклеиновых кислотах, об особенностях строения молекул ДНК как полимерах, о
нуклеотидах как мономерах ДНК, о принципе комплементарности , самоудвоении ДНК, о
роли ДНК в хранении и передаче наследственной информации от клетки к клетке, от
родителей к потомству; научить схематично изображать этот процесс.
Развивающая:
Развивать мышление, умения пользоваться биологической терминологией,
работать с текстом учебника, выделять главную мысль.
Воспитательная:
Возбудить у учащихся познавательный интерес к предмету; формирование
самооценки, самостоятельности как черты личности, дисциплины, внимания;
прививать навыки коммуникативного общения.
 Средства обучения: пространственная модель ДНК, таблица «Строение ДНК».
 Ключевые
слова
и
понятия:
нуклеиновая
кислота,
нуклеотид,
дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), дезоксирибонуклеотид, азотистые
основания: аденин, тимин, гуанин, цитозин, комплементарность, самоудвоение
(редупликация).
План урока
Домашнее задание: § 3 с. 20, § 4 ответить на вопросы в конце параграфа; из раздела
«Человек» повторите материал о вакцинации.
Записать в словарь термины:
1. денатурация
2. ренатурация
3. ферменты
Творческое задание: подготовьте рассказ о белках со специально допущенными
ошибками. Эти ошибки подчеркните в тексте рассказа красным цветом.
Актуализация знаний
Индивидуальный опрос
1. Чем можно объяснить многообразие функций белков в клетке и организме?
2. Расскажите о каталитической и строительной функциях белков.
3. Дайте краткую характеристику регуляторной, двигательной и транспортной
функциям белков.
4. Как проявляются защитная, сигнальная и энергетическая функции белков?
5. В пробирки с пероксидом водорода поместили кусочек колбасы, хлеба, моркови,
рубленного яйца. В одной из пробирок выделялся кислород. В какой?
6. Чем вызывается необходимость присутствия в пище витаминов?
7. Объясните биологическое значение вакцинации?
Работа в словарях с терминами
1. Денатурация –
2. Ренатурация –
3. Ферменты Изучение нового материала
1. Исторические сведения о ДНК. (Рассказ, поэтапное заполнение таблицы (для
таблицы выделить отдельный тетрадный лист))
Признаки
Сравнительная характеристика ДНК и РНК
ДНК
РНК
Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные органические соединения,
обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации в живых организмах. Они
состоят из углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора. Открыты они в 1869 г.
швейцарским химиком И.-Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов. Поэтому название нуклеиновых
кислот происходит от слова «нуклеус» - ядро.
Кроме ядра, нуклеиновые кислоты обнаружены в митохондриях и хлоропластах.
В природе существует 2 вида нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. Они представляют
собой биополимеры, состоящие из мономеров - повторяющихся строительных блоков, называемых нуклеотидами. Структура ДНК была смоделирована в 1953 г. в США учеными Д.
Уотсоном и Ф. Криком. За свои исследования они были удостоены Нобелевской премии.
Словарь:
Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные органические соединения,
биополимеры, биополинуклеотиды, состоящие из мономеров – нуклеотидов, обеспечивающие
хранение и передачу наследственной информации в живых организмах.
Сейчас уже твердо установлено, что хромосомы – хранительницы наследственной
информации состоят из ДНК.
Признаки
ДНК
РНК
Местонахождение в клетке Ядро, митохондрии, хлоропласты
Местонахождение в ядре
Хромосомы
2.
Строение ДНК. (Рассказ, поэтапное заполнение таблицы (для таблицы
выделить отдельный тетрадный лист)).
ДНК – полимерная макромалекула, молекулярная масса – сотни тысяч. Вдоль
молекулы можно уложить тысячи белковых молекул.
Молекула ДНК представляет собой двухцепочечную правозакрученную спираль,
закрученную вокруг собственной оси.
Диаметр двойной спирали ДНК — 2 нм, шаг общей спирали, на который
приходится 10 пар нуклеотидов — 3,4 нм. Длина молекулы — до нескольких сантиметров.
Молекулярный вес составляет десятки и сотни миллионов (для двойной спирали). В ядре
клетки человека общая длина ДНК около 2 м.
Признаки
ДНК
РНК
Строение макромолекулы
Полимер, двухцепочечная правозакрученная
спираль
3.
Виды нуклеотидов ДНК.
Мономером нуклеиновых кислот является нуклеотид.
Словарь:
Нуклеотид - это химическое соединение, состоящее из остатков трех веществ:
азотистого основания, пятиатомного сахара – пентозы и фосфорной кислоты.
Азотистое основание
Углевод
Фосфорная кислота
Мономерами ДНК являются дезоксирибонуклеотиды:
Азотистое основание
↓
↓
Пуриновые
Пиримидиновые
Аденин (А)
Цитозин (Ц)
Гуанин (Г)
Тимин(Т)
Углевод
Фосфорная кислота
дезоксирибоза
ДНК всего органического мира образованы всего 4 видами нуклеотидов.
? Чем отличаются нуклеотиды друг от друга и чем схожи? (Отличаются азотистым
основанием, а схожи содержанием дезоксирибозы и фосфорной кислоты.).
Признаки
Мономеры
Состав нуклеотида
ДНК
Дезоксирибонуклеотиды
Азотистое основание (пуриновое – аденин,
гуанин; пиримидиновое – тимин, цитозин);
Дезоксирибоза (углевод );
Остаток фосфорной кислоты.
РНК
4.
Образование полинуклеотидной нити за счет взаимодействия остатков
фосфорной кислоты и пентозы.
Нуклеотиды в ДНК соединяются:
по вертикали в полипептидную цепь
по горизонтали - в двухцепочечную спираль.
Рассмотрим принцип соединения нуклеотидов в одной цепочке.
Соединены нуклеотиды в одной цепи ДНК через углевод одного нуклеотида и
остаток фосфорной кислоты соседнего нуклеотида прочной ковалентной полярной связью.
Принцип соединения двух нуклеотидов
в одной полинуклеотидной цепочке
Однако известно, что макромолекула ДНК состоит не из одной, а из двух
полинуклеотидных цепочек. Следовательно, должны быть связи, не дающие разным цепочкам возможности самопроизвольно отойти друг от друга. Сейчас известно, что напротив
азотистого основания конкретного нуклеотида одной цепочки ДНК находится азотистое
основание конкретного нуклеотида другой нити молекулы ДНК.
- Почему напротив азотистого основания аденин в одной цепи лежит азотистое
основание тимин в другой цепи, а напротив азотистого основания гуанин всегда расположено
азотистое основание цитозин?
Дело в том, что сферические края молекул подходят друг к другу как «обломки
разбитого стекла», этот принцип получил название принципа комплементарности.
Словарь:
Комплементарность – геометрическое и химическое соответствие между парами
нуклеотидов.
Между аденином и тимином образуется две, а между гуанином и цитозином — три
водородные связи. Большое число водородных связей обеспечивает прочность соединения нитей
ДНК и сохраняет ее подвижность.
Водородные связи между азотистыми основаниями
нуклеотидов разных цепочек
Теперь, используя приведенные выше обозначения, можно записать фрагмент
двойной полинуклеотидной цепочки молекулы ДНК.
В результате такого свойства, если известна последовательность оснований в одной
цепи ДНК, можно построить по принципу комплементарности противоположную цепь ДНК.
Рассмотрим пример:
Дан фрагмент цепочки ДНК:
…А–Г–Ц–Т–Т–Ц–Г–Г–А–Т…
Достройте вторую цепь.
Решение:
Согластно принципу комплементарности можно восстановить недостающую цепь
ДНК.
…А–Г–Ц–Т–Т–Ц–Г–Г–А–Т…
|| ||| ||| || || ||| ||| ||| || ||
…Т–Ц–Г–А–А–Г–Ц–Ц–Т–А…
О т в е т : фрагмент второй цепи ДНК имеет следующий состав:Т-Ц-Г-АА-Г-Ц-Ц-Т-А.
Нуклеотидный состав ДНК в 1905 г. впервые количественно проанализировал
американский биохимик Эдвин Чаргафф. Э.Чаргафф обнаружил, что число пуриновых
оснований в ДНК всегда равно числу пиримидиновых. Количество аденина равно
количеству тимина, а количество гуанина — количеству цитозина. Такая закономерность
получила название правила Чаргаффа.
Нуклеотиды расположены друг от друга на расстоянии 0,34 мм, и масса одного
нуклеотида равна 345. Эти величины постоянные.
Задача.
В молекуле ДНК адениловых нуклеотидов насчитывается 26% от общего числа
нуклеотидов. Определите количество тиминовых и цитозиновых нуклеотидов.
Признаки
Типы нуклеотидов
ДНК
Адениловый (А) = Тимидиловый (Т)
Гуаниловый (Г) ≡ Цитозин (Ц)
РНК
5. Свойство молекул ДНК воспроизводить себе подобных.
Принцип комплементарности, лежащий в основе структуры ДНК, позволяет
понять, как синтезируются новые молекулы ДНК незадолго перед делением клетки.
Этот син тез обусловлен замечательной способностью молекулы ДНК к
удвоению и определяет передачу наследственных свойств от материнской клетки к
дочерним.
Как происходит удвоение ДНК?
Двойная спираль ДНК под влиянием фермента начинает с одного конца
раскручиваться, и на каждой цепи из находящихся в окружающей среде свободных
нуклеотидов собирается новая цепь. Сборка новой цепи идет в точном соответствии с
принципом комплементарности. Против каждого А встает Т, против Г — Ц и т. д. В
результате вместо одной молекулы ДНК возникают две молекулы такого же точно
нуклеотидного состава, как и первоначальная. Одна цепь в каждой вновь
образовавшейся молекуле ДНК происходит из первоначальной молекулы, а другая
синтезируется вновь.
Этот процесс можно изобразить схематично:
Процесс самоудвоения молекулы ДНК называется - репликацией.
Словарь:
Репликация (редупликация) - процесс самоудвоения (синтеза) молекулы ДНК.
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.
Признаки
ДНК
РНК
Свойства
Способна к самоудвоению (репликации) по
принципу комплементарности
6.
Функция ДНК. (Самостоятельная работа с учебником, с. 24 – 25, заполнение
таблицы)
- Чем знаменита ДНК?
ДНК принадлежит роль хранителя наследственной информации и передачи этой
наследственной информации из поколения в поколение. Только благодаря ДНК возможны
размножение и сохранение вида, а также изменения, происходящие в процессе эволюции.
Признаки
ДНК
РНК
Функция
Хранитель наследственной информации
Закрепление изученного материала (по мере заполнения таблицы)
Домашнее задание: § 5, до ст. «Основные виды РНК», ответить на вопросы в конце
параграфа; учить термины; решить задачи № 4 и 5.