Урок – практикум «Решение задач по биологии» Аудитория: 10-11 классы Цель: формировать умения решать задачи по молекулярной, классической и популяционной генетике разной степени сложности. Задачи: обобщить знания учащихся по теме «Генетика», обосновав место и роль биологических знаний в практической деятельности людей; развивать познавательный интерес, интеллектуальные и творческие способности в процессе изучения биологии, путём применения метода решения генетических задач, имеющих место и роль в практической деятельности людей. воспитывать убеждённость в возможности познания живой природы, необходимости уважения мнения оппонента при обсуждении биологических проблем. Оборудование: таблицы по теме «Законы Менделя. Моногибридное скрещивание. Дигибридное скрещивание. Анализирующее скрещивание», «Синтез белка в клетке». ХОД ЗАНЯТИЯ: I. Организационный момент. Приветствие. Сегодня наш урок – практикум непростой. Во-первых, на занятие мы пригласили учащихся 10 класса. Они тоже готовятся к экзаменам, но переводным. В перспективе они тоже планируют сдавать ЕГЭ в будущем году. На уроке они будут работать наравне с вами и проверят тем самым свои знания перед экзаменами. Во-вторых, у нас на занятии присутствуют гости. Гости оценят наши знания и умения по предмету и по теме занятия. Бояться их не надо, это наши друзья. В-третьих, наше занятие будет продолжаться 50 минут. Надеюсь, что этого нам будет достаточно, чтобы выполнить все запланированное. И конечно же я желаю вам всем успехов и надеюсь на хорошие результаты. II. Разминка. ( на доске записаны биологические символы) Чтобы понять, чем мы будем сегодня заниматься, предлагаю проделать следующую работу. На доске вы видите запись: - грамотно прочитайте общепринятые в биологии обозначения: АА, КкСс, вв, ААВВ, р2+2рg+g2=1, Аа, ААВВСС, А=Т, Г=Ц, РрКкСс, Аа *аа, У=А, (p+g)2 = 1 Вопросы: - какими гаметами представлены генотипы АА, КкСс, ААВВ, ААВВСС, Аа, РрКкСс? - какой генотип вызвал у вас затруднения в определении гамет? Что можно использовать в этом случае? (формула 2n, n – количество гетерозигот) Назовите хотя бы два вида гамет данного генотипа. - Молодцы! Все вы сделали правильно. А теперь еще раз посмотрите на эту запись и скажите, при изучении каких тем мы использовали эти формулы и обозначения? (молекулярная биология, классическая генетика, популяционная генетика) - как вы думаете, чем же мы будем заниматься на нашем занятии? А почему именно эти темы выбраны по вашему мнению? - решением задач по этим темам мы и займемся сегодня. Задачи этих разделов биологии встречаются в части «С» итоговой аттестации по биологии. А формула закона Харди-Вайнберга встречается так же и в части «А». Значит, на сегодняшнем занятии мы будем продолжать готовиться к итоговой аттестации и к переводным экзаменам. (учащиеся сами формулируют цель нашего занятия). И так, мы начинаем нашу работу. У каждого из вас на столе есть лист с задачами по темам занятия. По каждому разделу вам предлагается по две задачи. Первая задача решается кем-то из вас у доски с объяснением, а вторую вы можете успеть выполнить, пока учащийся решает первую задачу у доски. Я контролирую правильность выполнения вторых задач. Предлагаю начать работу с молекулярной биологии. III. Решение задач 1) Молекулярная биология. Работа с таблицей. Транскрипция – процесс переписывания информации, содержащейся в генах ДНК на синтезируемую молекулу и-РНК. Трансляция – процесс сборки молекулы белка, идущий в рибосомах. - Что мы используем при решении задач по этой теме? (таблицу генетического кода, знания о комплементарности пар азотистых оснований) Желающий – к доске. 1. Задача № 1. В биосинтезе полипептида участвовали т-РНК с антикодонами: УУА, ГГЦ, ЦГЦ, АУУ, ЦГУ, Определите нуклеотидную последовательность участка каждой цепи молекулы ДНК, который несет информацию о синтезируемом полипептиде, и число нуклеотидов. Содержащих аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин(Ц) в двуцепочечной молекуле ДНК. Ответ поясните. Решение. 1) Антикодоны т-РНК комплементарны кодонам и-РНК, а последовательность нуклеотидов и-РНК комплементарна одной из цепей ДНК; 2) Т-РНК И-РНК 1 ц ДНК 1 ц ДНК 3) Т-РНК: УУА ГГЦ ЦГЦ АУУ ЦГУ И-РНК: ААУ ЦЦГ ГЦГ УАА ГЦА 1 ДНК: ТТА ГГЦ ЦГЦ АТТ ЦГТ 2 ДНК: ААТ ЦЦГ ГЦГ ТАА ГЦА 4) А=Т, А=7, Т=7; Г=Ц, Г=8, Ц=8 Задача №2 Участок гена имеет следующее строение, состоящее из последовательности нуклеотидов: ЦГГ ЦГЦ ТЦА ААА ТЦГ ... Укажите строение соответствующего участка белка, информация о котором содержится в данном гене. Как отразится на строении белка удаление из гена четвертого нуклеотида? Решение (для удобства используем табличную форму записи решения): Используя принцип комплементарности и таблицу генетического кода получаем: Цепь ДНК ЦГГ ЦГЦ ТЦА ААА ТЦГ и -РНК ГЦЦ ГЦГ АГУ УУУ АГЦ Аминокислоты цепи белка Ала-Ала-Сер-Фен-Сер При удалении из гена четвертого нуклеотида – Ц произойдут заметные изменения – уменьшится количество и состав аминокислот в белке: Цепь ДНК ЦГГ ГЦТ ЦАА ААТ ЦГ и -РНК ГЦЦ ЦГА ГУУ УУА ГЦ Аминокислоты цепи белка Ала-Арг-Вал-Лей2) Классическая генетика Вам предлагается решить задачу на актуальную сегодня тему «Зависимость от алкоголя и табакокурения». Думаю, что результат решения будет вам интересен и вы возьмете себе его на заметку. Задача №1. Алкогольная зависимость определяется доминантным аутосомным геном (А), а потребность в курении табака – сцепленным с полом рецессивным геном (b). Курящий и пьющий мужчина женится на женщине, которая не курит и не пьет. Мужчина гетерозиготен по гену алкоголизма, а женщина гетерозиготна по гену табакокурения. А. С какой вероятностью в этой семье могут родиться дети со склонностью к алкоголизму? Б. С какой вероятностью могут родиться дети со склонностью к курению? В. С какой вероятностью могут родиться дети со склонностью к курению и алкоголизму одновременно? Г. С какой вероятностью эти дети будут мальчиками? А – алкогольная зависимость а - отсутствие алкогольной зависимости Хв – потребность к курению Мужчина – курящий и пьющий, гетерозиготен по гену алкоголизма Женщина – не пьет и не курит, гетерозиготна по гену тавакокурения Женщина – аа ХВ Хв Мужчина – Аа Хв У Гаметы Ж: аХВ, аХв М: АХв, АУ, аХв, аУ F1: АаХВ Хв, АаХВ У, аа ХВ Хв, аа ХВ У Аа Хв Х в, АаХв У, аа Хв Хв, аа Хв У Ответ: 50 % потомства склонна к алкоголизму;( АаХВ Хв, АаХВ У, Аа Хв Х в, АаХв У) 50 % - склонны к курению;( Аа Хв Х в, АаХв У, аа Хв Хв, аа Хв У ) 25 % детей склонны к курению и алкоголизму; (Аа Хв Х в, АаХв У) 12,5 % мальчиков с вредными привычками (и пьют и курят).( АаХв У) Задача №2. У человека ген нормального слуха (В) доминирует над геном глухоты и находится в аутосоме; ген цветовой слепоты (дальтонизма – d) рецессивный и сцеплен с Х-хромосомой. В семье, где мать страдала глухотой, но имела нормальное цветовое зрение, а отец – с нормальным слухом (гомозиготен), дальтоник, родилась девочкадальтоник с нормальным слухом. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей, дочери, возможные генотипы детей и вероятность в будущем рождения в этой семье детей-дальтоников с нормальным слухом и глухих. В – нормальный слух, b – глухота. XD – нормальное зрение, Xd – дальтонизм. Мать страдает глухотой, но имеет нормальное цветовое зрение bbXDX_. Отец с нормальным слухом (гомозиготен), дальтоник BBXdY. Девочка-дальтоник XdXd получила одну Xd от отца, а вторую от матери, следовательно мать bbXDXd. P bbXDXd x BBXdY bXD BXd bXd BY G F1 BbXDXd девочки с норм. слухом и зрением BbXDY BbXdXd BbXdY мальчики с норм. слухом и зрением девочки с норм. слухом, дальтоники мальчики с норм. слухом, дальтоники Ответ: Дочь BbXdXd. Вероятность рождения детей-дальтоников = 2/4 (50%). Все они будут иметь нормальный слух, вероятность рождения глухих = 0%. 3) Популяционная генетика Сахарный диабет — одно из наиболее распространённых заболеваний развитых стран, где им больны до пяти процентов населения. Сахарный диабет занимает третье место среди причин смертности от болезней. - чем вызвано это заболевание? (нарушением деятельности поджелудочной железы, нехватка гормона инсулина) - назовите еще гормон поджелудочной железы (глюкагон) Задача № 1 Вычислите частоту носителей рецессивного аллеля гена, вызывающего сахарный диабет, если известно, что заболевание встречается с частотой 1 на 200. (Ответ: частота гетерозиготного генотипа 1 на 7,7) Решение: g (aa)=1/200 g (a)= корень из 1/200=0,07 р (А)=1-0,07=0,93 значит частота гетерозигот 2рg (Аа)=2*0,93*0,07= 0,13 или 13% Тогда: 200чел – 100% Х чел. – 13% х=26 чел. Являются носителями рецессивного гена, вызывающего сахарный диабет. Частота гетерозиготного генотипа 200 : 26 = 7,7( один человек на 7, 7, приблизительно 8) Задача № 2 В Европе на 10 000 человек с нормальным содержанием меланина встречается 1 альбинос. Ген альбинизма наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Рассчитать частоту встречаемости носителей гена альбинизма. Носителем называют организм, гетерозиготный по гену, который может вызвать в гомозиготном состоянии нарушение метаболизма. Решение: g2(аа) =1/10 000 g(а) =√1/10 000 = 0,01 р(А) = 1- 0,01 = 0,99 значит частота гетерозигот 2рg (Аа)=2 * 0,99 * 0,01=0,0198 или почти 2%,то есть на 50 человек приходится 1 носитель гена альбинизма. 10000-100% Х - 2% х=200 чел. Являются гетерозиготными по гену альбинизма. Тогда 10000:200=50, т.е. на 50 человек приходится 1 альбинос. IV. Итоги работы - самостоятельное решение (задачи по каким темам выполнены самостоятельно) - при решении каких задач вы испытывали затруднения? Почему? - какие задачи были для вас интересны? - удовлетворены ли работой на занятии? - рекомендации V. Задание на дом Решить по одной задаче по данным разделам (задание на листочках). Домашнее задание Задача № 1. При синдроме Фанкоми (нарушение образования костной ткани) у больного с мочой выделяются аминокислоты , которым соответствуют кодоны в и -РНК : АУА ГУЦ АУГ УЦА УУГ ГУУ АУУ. Определите, выделение каких аминокислот с мочой характерно для синдрома Фанкоми, если у здорового человека в моче содержатся аминокислоты аланин, серин, глутаминовая кислота, глицин. Задача №2. Врожденная близорукость наследуется как аутосомный доминантный признак, отсутствие веснушек – как аутосомный рецессивный признак. Признаки находятся в разных парах хромосом. У отца врожденная близорукость и отсутствие веснушек, у матери нормальное зрение и веснушки. В семье трое детей, двое близорукие без веснушек, один с нормальным зрением и с веснушками. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей и родившихся детей. Рассчитайте вероятность рождения детей близоруких и с веснушками. Объясните, какой закон имеет место в данном случае. Задача 3. Галактоземия (неусваиваемость молочного сахара) наследуется по аутосомно – рецессивному типу, встречается с частотой 1 на 40 000. Рассчитать частоту встречаемости носителей гена галактоземии. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО БИОЛОГИИ 1) Молекулярная биология Задача № 1 В биосинтезе полипептида участвовали т-РНК с антикодонами: УУА, ГГЦ, ЦГЦ, АУУ, ЦГУ. Определите нуклеотидную последовательность участка каждой цепи молекулы ДНК, который несет информацию о синтезируемом полипептиде, и число нуклеотидов. Содержащих аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин(Ц) в двуцепочечной молекуле ДНК. Ответ поясните. Задача №2 Участок гена имеет следующее строение, состоящее из последовательности нуклеотидов: ЦГГ ЦГЦ ТЦА ААА ТЦГ ... Укажите строение соответствующего участка белка, информация о котором содержится в данном гене. Как отразится на строении белка удаление из гена четвертого нуклеотида? 2) Классическая генетика Задача №1 Алкогольная зависимость определяется доминантным аутосомным геном (А), а потребность в курении табака – сцепленным с полом рецессивным геном (b). Курящий и пьющий мужчина женится на женщине, которая не курит и не пьет. Мужчина гетерозиготен по гену алкоголизма, а женщина гетерозиготна по гену табакокурения. А. С какой вероятностью в этой семье могут родиться дети со склонностью к алкоголизму? Б. С какой вероятностью могут родиться дети со склонностью к курению? В. С какой вероятностью могут родиться дети со склонностью к курению и алкоголизму одновременно? Г. С какой вероятностью эти дети будут мальчиками? Задача №2 У человека ген нормального слуха (В) доминирует над геном глухоты и находится в аутосоме; ген цветовой слепоты (дальтонизма – d) рецессивный и сцеплен с Х-хромосомой. В семье, где мать страдала глухотой, но имела нормальное цветовое зрение, а отец – с нормальным слухом (гомозиготен), дальтоник, родилась девочка-дальтоник с нормальным слухом. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей, дочери, возможные генотипы детей и вероятность в будущем рождения в этой семье детей-дальтоников с нормальным слухом и глухих. 3) Популяционная генетика Задача №1 Вычислите частоту носителей рецессивного аллеля гена, вызывающего сахарный диабет, если известно, что заболевание встречается с частотой 1 на 200. Носителем называют организм, гетерозиготный по гену, который может вызвать в гомозиготном состоянии нарушение метаболизма. Задача №2 В Европе на 10 000 человек с нормальным содержанием меланина встречается 1 альбинос. Ген альбинизма наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Рассчитать частоту встречаемости носителей гена альбинизма.