Пояснительная записка Календарно – тематическое планирование элективного курса составлено на основе авторских программ В.В. Асеева «Молекулярные основы жизнедеятельности клетки» , А.М.Рубцова «Биологические мембраны и транспорт веществ в живых организмах» ( Программы элективных курсов. Биология. Профильное обучение. 10-11 классы. Допущено Министерством образования и науки РФ. Москва. Дрофа.2005). Программа элективного курса способствует целенаправленной подготовке школьников к единому государственному экзамену и дальнейшему поступлению в высшие учебные заведения биологического и медицинского профиля. Элективный курс «Клетки и ткани» (продолжение), начатый в 10 классе, базируется на Программе элективного курса «Молекулярные основы жизнедеятельности клетки» (В.В.Асеев. Программы элективных курсов по биологии. Допущено Министерством образования и науки РФ. М.: Дрофа, 2005) и частично на Программе элективного курса «Биологические мембраны и транспорт веществ в живых организмах» (А.М.Рубцов, см. там же). Элективный курс «Клетки и ткани» (продолжение) является логическим продолжением элективного курса 10 класса. Если в 10 классе опора идет на строение клеток и тканей, то в 11 классе упор делается на процессы жизнедеятельности, происходящие в клетках. В данных программах рассматриваются вопросы строения и функций биополимеров и молекулярные механизмы таких основополагающих процессов, как хранение и удвоение генетической информации, биосинтез белка, регуляция работы генов, избирательная локализация синтезированных белков в клеточных структурах; особенности строения и функционирования биологических мембран и мембранных транспортных систем, их роль в обеспечении жизнедеятельности организмов разных систематических групп. Уделено внимание рассмотрению конкретных примеров: возникновению мембранного потенциала на плазматической мембране живых клеток. Электрическим явлениям на мембранах возбудимых клеток. Планируется познакомить школьников с некоторыми заболеваниями, возникающими при нарушении работы мембранных транспортных систем и способами их лечения. Это позволит учащимся получить общее представление о тех молекулярных механизмах, которые лежат в основе функционирования органов и тканей живых организмов и человека в частности. Особые акценты делаются на приспособительном характере этих процессов и их роли в эволюции. А также на использовании методов и результатов молекулярной биологии в других биологических дисциплинах, прежде всего в систематике, медицине и экологии. Особое внимание уделяется физико-химическим механизмам воздействия макромолекул, лежащим в основе процессов формирования клеточных структур и функционирования клетки. Рассматривается действие различных факторов, влияющих на эти взаимодействия, на процессы жизнедеятельности клетки и целого организма, в частности на развитие некоторых заболеваний. Курс опирается на знание учащимися обязательных учебных предметов и затрагивает многие вопросы, находящиеся на стыке биологии с другими науками (химия. Физика). Отдельные разделы курса содержат задачи, решение которых позволит учащимся лучше усвоить материал, а также контролировать степень его усвоения. Курс рассчитан на 34 часа в 11 классе средней школы. Цель курса: Формирование у учащихся понимания физико-химических основ важнейших процессов жизнедеятельности организмов, в первую очередь явлений наследственности и реализации генетической информации. Задачи курса: Углубить и расширить знания учащихся о строении и функциях важнейших биополимеров, механизмах их биосинтеза, роли слабых межмолекулярных и внутримолекулярных взаимодействий в определении структуры живых организмов и протекания важнейших биологических процессов; об особенностях структурной организации и функционирования биологических мембран и мембранных транспортных систем. Ознакомить учащихся с возможностями применения методов молекулярной биологии в практической деятельности человека, прежде всего в медицине. Познакомить учащихся с разными классами липидов и особенностями строения биологических мембран. Содержание и календарно-тематическое планирование курса. № Тема 1 Введение. 2 Физико-химические основы взаимодействия молекул. 3 Углеводы. 4 Липиды 5 Аминокислоты. 6 Белки – биологические полипептиды. 7 Функции белков. 8 Нуклеотиды, их строение. 9 Строение и функции ДНК. 10 РНК. 11-12 Реакции матричного синтеза. 13 Транскрипция. Содержание Живая клетка как сложный комплекс химических веществ. Низкомолекулярные и высокомолекулярные вещества. Гомополимеры и гетерополимеры. Многообразие полимеров. Взаимодействие молекул как основа образования и функционирования компонентов живых клеток. Вода, как среда обитания молекул. Её структура и свойства. Осмотические явления. Водородные связи. Ионные взаимодействия. Гидрофильные и гидрофобные молекулы и функциональные группы. Химические формулы углеводов. Моносахариды и полисахариды. Регулярные и нерегулярные полисахариды. Полимеризация как способ запасания веществ без повышения осмотического давления. Липиды – гидрофобные вещества живых организмов. Основные классы липидов. Роль липидов в построении биомембран. Строение и свойства аминокислот, их многообразие. Классификация аминокислот. Пептидная связь. Направления полипептидной связи. Глобулярные и фибриллярные белки. Уровни структурной организации глобулярных белков. Роль различных взаимодействий в образовании пространственной структуры белка. Примеры фибриллярных белков: коллаген, фиброин, кератин. Многообразие функций белков: каталитическая, структурная, двигательная, транспортная, защитная, регуляторная, энергетическая. Запасающая. История открытия нуклеиновых кислот. Строение нуклеотидов. Азотистые основания. Фосфатные группы. Рибоза и дезоксирибоза. Макроэргическая связь. Роль нуклеотидов в запасании энергии и восстановительных эквивалентов. Соединение нуклеотидов в полимеры. Направление полинуклеотидной цепи. Принцип комплементарности оснований – основа структурной стабильности ДНК и механизмов матричного синтеза НК. Антипараллельность цепей двойной спирали. РНК – однонитевой полимер. Образование коротких внутримолекулярных спиралей – основа пространственной структуры РНК. Основные виды РНК и их функции. Проблемы синтеза нерегулярных полимеров. Матричный синтез. Комплементарность оснований – основа матричного синтеза нуклеиновых кислот. Репликация – основа процессов размножения и роста живых организмов. Проблема расплетания двойной спирали. Хеликазы и топоизомеразы. Проблема синтеза противоположно направленных цепей, прерывистый синтез. Завершение синтеза: удаление затравок и сшивание фрагментов. ДНК – матрица для всех клеточных РНК. Основные отличия биосинтеза РНК от биосинтеза 14 Регуляция транскрипции. 15 Трансляция. 16 Транспортная РНК. 17 Строение и функции рибосом. 18 Работа рибосом. 19 20 Постсинтетические преобразования белков. Нарушения структуры ДНК. 21 Восстановления структуры ДНК 22-23 Молекулярные механизмы генетической рекомбинации. 24-25 Методы определения последовательности ДНК. Биологические мембраны. Барьерная функция биологических мембран. Строение клеток прокариот и эукариот. 26 27 28 29 30 Транспорт низкомолекулярных веществ через мембраны. Транспорт веществ через мембрану по градиенту концентрации. Транспорт веществ через мембрану против ДНК. РНК-полимеразы и их свойства. Промоторы, их строение. Терминаторы транскрипции. Регуляция транскрипции. Операторы и белки-регуляторы. Схема Жакоба-Моно. Особенности регуляции у эукариот. Трансляция – перевод информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Генетический код и его свойства. Кодоны. Расшифровка генетического кода. Кодовая таблица. Универсальность генетического кода. Структура тРНК, антикодоны. Акцепторный конец т РНК. Реакция активации аминокислот, роль АТФ, ферменты. Строение рибосом. Различия в рибосомах прокариот и эукариот. Две субъединицы рибосом. Функциональные центры рибосом. Понятие о рамке считывания. Инициация трансляции. Различия инициации иу эукариот и прокариот. Элонгация полипептидной цепи. Этапы элонгации: связывание тРНК, несущей аминокислоту, присоединение аминокислоты к растущему пептиду. Перемещение матрицы и удаление пустой тРНК. Цикличность процесса. Терминация. Терминирующие кодоны, белковые факторы терминации. Сворачивание полипептида в глобулу, адресная доставка и созревание синтетического белка. Факторы, приводящие к нарушениям структуры ДНК: ошибки репликации, действие химических веществ и радиации. Разрывы цепи, сшивание оснований, изменение оснований, выщепление оснований. Последствия этих нарушений. Репарация. Светозависимая репарация тиминовых димеров. Удаление измененных оснований и вставка правильных. Репарация с удалением протяженного участка одной цепи и его синтеза по комплементарной цепи. Обмен участками между молекулами ДНК – основа комбинативной изменчивости. Гомологичная рекомбинация, условия и схема её протекания, ее роль в обмене участками между гомологичными хромосомами в мейозе. Негомологичная рекомбинация, её роль в образовании генов иммуноглобулинов. Подвижные элементы генома. Фосфолипиды и их роль в формировании биологических мембран. Амфифильная природа фосфолипидов. Мембранные белки и их свойства. Связь липидного состава мембран с условиями обитания организмов. Мембранные органоиды, их структура и функции. Понятие о внутриклеточной компартментализации. Специализация клеток и тканей в многоклеточных организмах. Транспорт низкомолекулярных веществ через мембраны. Растворимость газов в липидах. Газообмен одноклеточных и многоклеточных организмов с окружающей средой. Транспорт веществ через мембрану по градиенту концентрации. Простая диффузия. Облегчённая диффузия. Транспорт веществ через мембрану против градиента концентрации и его потребности в 31-32 градиента концентрации. Мембранные транспортные белки. 33-34 Мембранные АТФазы. энергии. Роль АТФ. Активный и вторично активный транспорт. Обзор мембранных транспортных белков: каналы. Переносчики, ионные насосы. Ионные каналы. Их классификация и свойства. Принципы работы каналов и переносчиков. Структура АТФаз разных классов, механизм их работы. Роль АТФаз в создании на биологических мембранах ионных градиентов. Использование ионных градиентов во вторично активном транспорте и регуляции клеточных функций. Основные требования к знаниям и умениям. Учащиеся должны знать: Особенности химической организации клетки. Основные классы органических и неорганических соединений в клетке, их строение и функции. Основные этапы биосинтеза белка. Роль нуклеиновых кислот в биосинтезе белка. Причины и последствия нарушения структуры ДНК, способы и механизмы репарации. Особенности структурной организации биологических мембран. Связь структуры мембран с выполнением ими барьерной функции. Физико-химические основы переноса веществ через мембраны по градиенту и против градиента концентрации. Основные типы мембранных транспортных систем и принципы их работы. Последствия нарушения работы мембранных транспортных систем и способы их корректировки. Учащиеся должны уметь: Объяснять особенности строения разных классов органических веществ в связи с выполняемыми ими функциями. Объяснять особенности строения молекулы воды и связанные с ним функции воды в живых организмах. Объяснять особенности структуры биологических мембран, связь структуры с выполняемыми мембранами функциями. Владеть терминологией и знать основные понятия в области биохимии и биофизики мембран. Ориентироваться в научно-популярной информации. Рекомендуемая литература: 1. Антонов В.Ф. Мембранный транспорт// Соросовский образовательный журнал. 1997, №6. с.14-20. 2. Болдырев А.А. Введение в биохимию мембран. М.: Высшая школа, 1986. 3. Мари Р. и др. Биохимия человека. М.: Мир, 1993.