урок свойства генетического кода универсальность неперекрываемость

Биология. 10 класс

Конспект урока

Урок 7. «Генетическая информация её реализация в клетке. Ген. Геном. Реакции матричного синтеза.»

3. Перечень вопросов, рассматриваемых в теме;

На уроке мы узнаем как происходит передача и хранение наследственной информации в клетке, узнаем свойства генетического кода, а так рассмотрим процессы транскрипции и трансляции.

4. Глоссарий по теме (перечень терминов и понятий, введенных на данном уроке);

Ген; генетическая информация; геном; репликация ДНК; транскрипция; генетический код; кодон; трансляция; полисома

5. Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц);

Учебник «Биология.10-11класс», созданный под редакцией академика Д.К.Беляева и профессора Г.М.Дымшица / авт.-сост. Г.М. Дымшиц и О.В.Саблина.- М.: Просвещение, 2018г., с 247-256

1. А. Ю. Ионцева. «Весь школьный курс в схемах и таблицах» – М.: Эксмо, 2014.: С. 304- 309

3. А. А. Кириленко, С. И. Колесников., «Биология тематические тесты. (подготовка к ЕГЭ)» Учебно- методическое пособие.- Ростов н/Д: Легион, 2009г. С 103-107.

4..Г. И. Лернер «БИОЛОГИЯ : Полный справочник для подготовки к ЕГЭ »: АСТ, Астрель; Москва; 2010г (раздел VII)

6. открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);

7. Теоретический материал для самостоятельного изучения;

1. ДНК — матрица для синтеза белков. Каким же образом в эритроцитах здорового человека образуются миллионы идентичных молекул гемоглобина, как правило, без единой ошибки в расположении аминокислот? Почему в эритроцитах больных серповидноклеточной анемией все молекулы гемоглобина имеют од­ну и ту же ошибку в одном и том же месте?

Для ответа на эти вопросы обратимся к примеру, с книго­печатанием. Учебник, который вы держите в руках, издан ти­ражом п экземпляров. Все п книг отпечатаны с одного шаб­лона — типографской матрицы, поэтому они совершенно оди­наковы. Если бы в матрицу вкралась ошибка, то она была бы воспроизведена во всех экземплярах. Роль матрицы в клетках живых организмов выполняют молекулы ДНК. ДНК каждой клетки несет информацию не только о структурных белках, определяющих форму клетки (вспомните эритроцит), но и обо всех белках-ферментах, белках-гормонах и других белках.

Углеводы и липиды образуются в клетке в результате сложных химических реакций, каждая из которых катализируется своим белком-ферментом. Владея информацией о ферментах, ДНК программирует структуру и других органических соединений, а также управляет процессами их синтеза и расщепления.

Поскольку молекулы ДНК являются матрицами для синтеза всех белков, в ДНК заключена информация о структуре и деятельности клеток, о всех признаках каждой клетки и организма в целом.

Каждый белок представлен одной или несколькими полимерными цепями. Уча­сток молекулы ДНК, служащий матрицей для синтеза одной полипептидной цепи, т. е. в большинстве случаев одного белка, называют геном. Каждая молекула ДНК содержит множество разных генов. Всю информацию, заключенную в молекулах ДНК, называют генетической. Идея о том, что генетическая информация записана на молекулярном уровне и что синтез белков идет по матричному принципу, впервые была сформулирована еще в 20-х годах выдающимся отечественным биологом Н. К. Кольцовым.

2. Удвоение ДНК. 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. 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. 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 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.

Ход образования и-РНК. К рибосомам, местам синтеза бел­ков, из ядра поступает несущий информацию посредник, способный пройти через поры ядерной оболочки. Таким посредником является информационная РНК (и-РНК). Это одноцепочечная молекула, комплементарная одной нити молекулы ДНК. Специальный фермент — полимераза, двигаясь по ДНК, подбирает по принципу комплементарности нуклеотиды и соединяет их в единую цепочку (рис. 21). Процесс образования и-РНК называется транскрип­цией (от лат. «транскрипцио» — переписывание). Если в нити ДНК стоит тимин, то полимераза включает в цепь и-РНК аденин, если стоит гуанин — включает цитозин, если аденин — то урацил (в состав РНК не входит тимин).

По длине каждая из молекул и-РНК в сотни раз короче ДНК. Ин­формационная РНК — копия не всей молекулы ДНК, а только части ее, одного гена или группы рядом лежащих генов, несущих ин­формацию о структуре белков, не­обходимых для выполнения од­ной функции. У прокариот такая группа генов называется опероном. В начале каждой группы генов находится своего рода посадочная площадка для полимеразы, называемая промотором. Это специфическая последовательность нуклеотидов ДНК, которую фермент «узнает» благодаря химическому сродству. Только присоединившись к промотору, полимераза способна начать синтез и-РНК. В конце группы генов фермент встречает сигнал (в виде определенной последовательности нуклеотидов), означающий конец переписывания. Готовая и-РНК отходит от ДНК, покидает ядро и направляется к месту синтеза белков — рибосоме, расположенной в цитоплазме клетки.

В клетке генетическая информация передается благодаря транскрипции от ДНК к белку:

3. Генетический код — определенные сочетания нуклеотидов, несущих информацию о структуре белка, и последовательность их расположения в молекуле ДНК.\

Ген — участок молекулы ДНК, несущий информацию о структуре одной молекулы белка.

Свойства генетического кода:

— триплетность — одна аминокислота кодируется тремя рядом расположенными нуклеотидами — триплетом, или кодоном;

— универсальность — код един для всего живущего на Земле (у мха, сосны, амебы, человека, страуса и пр. одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты);

— вырожденность — одной аминокислоте может соответствовать несколько триплетов (от двух до шести). Исключение составляют аминокислоты метионин и триптофан, каждая из которых кодируется только одним трип­летом (метионин кодируется триплетом АУГ);

— специфичность — каждый триплет кодирует только одну аминокислоту.

Триплеты ГАА или ГАГ, занимающие шестое место в гене здоровых людей, несут информацию о цепи гемо­глобина, кодируя глутаминовую кислоту. У больных серповидноклеточной анемией второй нуклеотид заменен на У, а триплеты ГУА и ГУГ кодируют валин;

— неперекрываемость — кодоны одного гена не мо­гут одновременно входить в соседний;

— непрерывность — в пределах одного гена считывание генетической информации происходит в од­ном направлении.

4. Трансляция – механизм, с помощью которого последовательность триплетов оснований иРНК переводится в специфическую последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

Подготовительным этапом трансляции является рекогниция – активирование и присоединение аминокислоты к тРНК (фермент аминоацил-тРНК-синтетаза (кодаза)).

Затем иРНК соединяется с рибосомой (у прокариот начинается синтез с кодона АУГ, с которым взаимодействует антикодон особой тРНК (с формилметионином)), затем первая тРНК доставляет сюда первую аминокислоту (для каждой аминокислоты есть своя тРНК) и связывается с определенным участком иРНК по принципу комплементарности (антикодон тРНК соответствует кодону иРНК).

Происходит связывание с иРНК и с рибосомой второй тРНК, несущей вторую аминокислоту. Первая и вторая аминокислоты соединяются пептидной связью (фермент пептидил-трансфераза). Затем рибосома перемещается на один триплет вперед, первая тРНК освобождается, приходит третья тРНК. Рибосома перемещается по молекуле иРНК прерывисто, триплет за триплетом, делая каждый из них доступным для контакта с тРНК. Сущность трансляции в подборе по принципу комплементарности антикодона тРНК к кодону иРНК. Если антикодон тРНК соответствует кодону иРНК, то аминокислота, доставляемая такой тРНК, включается в полипептидную цепь, и рибосома перемещается на следующий триплет (фермент транслоказа).

Как только рибосома дойдет до стоп-кодона иРНК, происходит распад комплекса, полипептид отделяется от матрицы-иРНК и приобретает свою конформацию.

Таким образом, главными этапами трансляции являются:

1) присоединение иРНК к рибосоме;

2) рекогниция (активация аминокислоты и ее присоединение к тРНК);

3) инициация (начало синтеза) полипептидной цепи;

4) элонгация (удлинение) цепи;

5) терминация (окончание синтеза) цепи;

6) дальнейшее использование иРНК (или ее разрушение).

8. примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий).

Найдите и выделите цветом по вертикали и горизонтали названия химических элементов:

Тип вариантов ответов: Текстовые, Графические, Комбинированные.

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):

Подсказка: при необходимости обратитесь к дополнительным материалам

Установите соответствие между термином и его определением.

Тип вариантов ответов: (Текстовые, Графические, Комбинированные).

Процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК

Процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы

Процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов

Основоположники клеточной теории

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):

Процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК

Процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы

Процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов

Процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой

Источник

Конспект урока «Генетический код»

Образовательные: учащиеся должны:

усвоить и понимать:

сущность и механизм реализации наследственной информации;

сущность генетического кода; характеристики свойств генетического кода.

приводить доказательства единства живой природы.

уметь применять теоретический материал темы для решения цитологических задач.

понимать практическую значимость изучаемого материала.

Развивающие : развитие компетентностных способностей учащихся:

регулятивных (постановка целей, планирование деятельности);

информационных (работа с текстом);

коммуникативных (монологическая и диалогическая речь);

учебно-познавательных (анализ, сравнение, выделение главного, обобщение, установление причинно-следственных связей, применение знаний в новой ситуации).

Воспитательная : развитие познавательного интереса к предмету, будущее профессиональное самоопределение.

Междисциплинарные связи : химия.

Внутридисциплинарные связи : цитология, генетика.

Тип урока : комбинированный.

Оборудование : таблица «Генетический код», модель ДНК, технологическая карта для учащихся, информация по теме «Геном человека», презентация к уроку.

I. Организационный момент.

Проверка готовности учащихся к уроку.

Мотивация. Толкование смысла слов Л.Н. Толстого «Старайся дать уму как можно больше пищи» (Слайд 2).

II. Целеполагание и планирование деятельности учащихся.

Неподвластна она ювелирам,
модельерам удастся едва ль
переделать гармонию мира –
ДНК, завитую в спираль.

Две цепочки закручены ловко,
совершенна материи суть,
в двухцепочечной экипировке
закодирован жизненный путь!

У Вас на столах лежат технологические карты (Слайд 3). Заполните в них колонку таблицы «В начале урока…», поставив знак «+» напротив тех вопросов, которые у Вас не вызывают затруднение на данном этапе урока и знак «-« напротив тех вопросов, которые вызывают затруднения.

Учащиеся заполняют вторую колонку таблицы.

3. Я знаю, что такое метаболизм, умею давать характеристики двум сторонам метаболизма

4. Я знаю, каким способом и о чем записана наследственная информация в клетке

5. Я понимаю смысл понятий «генетический код», «триплет»

6. Я могу назвать и дать характеристики свойств генетического кода

7. Я умею решать цитологические задачи на применение материала по теме «Реализация наследственной информации. Генетический код»

8. Я могу пояснить смысл цитаты Мэтта Ридли «Нить ДНК – это письмо, записанное с помощью алфавита химических соединений, называемыми нуклеотидами. Одна буква – 1 нуклеотид. Невероятно просто, даже не верится, что код жизни записан символами, которые мы можем свободно прочитать. Удивительно, как людям удалось постичь алфавит жизни?»

Теперь, сформулируйте задачи урока и план нашей работы (Слайд 4).

III. Актуализация знаний учащихся по теме «Химический состав клетки», «Обмен веществ и превращение энергии».

Для того, чтобы понять новый материал, установить взаимосвязь и обеспечить целостную картину восприятия всей темы, мы повторим ряд вопросов по теме «Химический состав клетки», «Обмен веществ и превращение энергии».

Задания для учащихся:

1) О каком веществе идет речь в данных цепочках слов?

биополимер, пептидная, аминокислота, 20, первичная, вторичная, третичная, четвертичная структуры, ферменты, каталаза, гемоглобин ;

двойная спираль, водородная связь, биополимер, нуклеотид, Уотсон и Крик, адениновый, тиминовый, цитозиновый, гуаниновый, дезоксирибоза (Слайд 5).

2) Составьте краткую характеристику этих веществ, извлекая информацию из данных цепочек (Слайд 6).

3) Выберите в цепочке слов только те, которые характеризуют ДНК, а затем РНК.

(ядро, митохондрии, хлоропласты, рибосомы, цитоплазма, нуклеотид, А, Г, Ц, Т, У, дезоксирибоза, рибоза, двойная спираль, репликация; хранение и передача наследственной информации, транспорт аминокислот, входят в состав рибосом, передача информации с ядра на рибосому) (Слайд 7).

IV. Изучение нового материала.

Объяснение учителя с элементами эвристической беседы.

В клетках непрерывно идут процессы метаболизма. С помощью ферментов из простых низкомолекулярных веществ образуются сложные высокомолекулярные соединения: из аминокислот – белки; из моносахаридов – углеводы; из азотистых оснований и сахаров – нуклеотиды, а из них нуклеиновые кислоты. Сложные вещества распадаются до простых веществ, с освобождением энергии.

Чем клетка (организм) обеспечивается благодаря реакциям метаболизма? (ответ учащихся)

Все процессы обмена веществ и превращения энергии в клетке и целом организме протекают под контролем наследственного аппарата.

Из икринки карася развивается карась. Значит, уже в самой икринке предопределены особенности строения будущего организма, который разовьется из нее в данных условиях.

Какой у Вас может возникнуть вопрос? (Предполагаемый ответ: «Каким способом, фигурально выражаясь, «какими буквами», записана в зародышевой клетке информация о будущем организме?»)

Но сначала нам нужно ответить на еще более фундаментальный вопрос: «О чем именно эта наследственная информация? О цвете глаз, форме носа?»

Давно уже установлено, что все признаки развиваются постепенно. Одни части организма образуются позже других (Слайд 9).

Давайте сначала уточним, какие именно сведения наследственная информация включает в себя? (Предполагаемый ответ: о цвете глаз, строении органов, какими будут размеры, форма и т.д.).

То есть содержится информация не о том, каким будет организм, а как он будет формироваться в ходе онтогенеза. Если я Вас спрошу: «Что такое пирожное «безе»?». Вам будет проще ответить, не описав его, а рассказав о рецепте его приготовления.

В конечном итоге все определяется тем, где, какое вещество, в каком количестве образуется.

Например, такой признак, как карий цвет глаз формируется следующим образом:

признак – карий цвет глаз;

цвет определяется пигментом, а это по природе химическое вещество;

все химические вещества образуются в ходе химических реакций;

все химические реакции идут под контролем ферментов;

все ферменты по природе белки (Не все белки – ферменты, но все ферменты – белки) (Слайд 10).

Вывод: наследственная информация – это информация о первичной структуре белка-фермента (запись вывода в технологическую карту).

Чтобы описать строение белка, надо назвать последовательность аминокислот в нем, то есть указать какая аминокислота является 1 мономером, вторым, третьим и т.д. Последовательность мономеров в аминокислотах определяет свойства и функции белка. При нарушении определенной последовательности изменяются свойства и функции белка (Слайд 11).

Как называется органоид, на котором происходит сборка белковой молекулы? (Ответ – рибосома). Что необходимо, чтобы на рибосоме был синтезирован специфический белок? (Слайд 12).

Какая проблема отражена в данной схеме? (предполагаемый ответ: «Информация находится в ядре, а сборка белка происходит на рибосоме»)

Значит, между этими полимерами существует связь. Для ее установления заполним таблицу «Сравнительная характеристика ДНК и белка» (Слайд 13) в технологической карте.

Видимо самокопирование ДНК помогает как-то копироваться белкам и между ними есть определенная взаимосвязь.

Работа с текстом «Эксперименты на вирусах» (Приложение 3), (Слайд14). Выполнение задания в технологической карте.

Цель эксперимента: установить взаимосвязь между белком и ДНК

Теперь остается только разобраться, каким образом в нуклеиновых кислотах зафиксирован план белка и как он реализуется?

Давайте установим аналогию.

Каким образом в телеграфии передавали текст сообщения?

С помощью азбуки Морзе по проводам посредством электрических сигналов – импульсов («-«, «+»)

Букв 33 Сигналов 2

(Учащиеся рассчитывают комбинацию: 2 1 – 2 варианта, 2 2 – 4 варианта, 2 3 – 8 вариантов, 2 4 – 16 вариантов, 2 5 – 32 варианта. Хватает для всех 32 букв.

Это называется кодированием.

Кодирование – это отображение информации об одном объекте посредством другого.

Не встречается ли подобная аналогия в живой природе? Оказывается, встречается. Попробуйте сами определить, комбинацией из скольких нуклеотидов зашифрована информация об одной аминокислоте.

Число нуклеотидов ДНК – 4. Число аминокислот – 20.

Учащиеся делают расчет комбинаций по аналогии с азбукой Морзе в технологической карте.

Три нуклеотида, кодирующие информацию об одной аминокислоте, называется триплетом (кодоном (запись вывода в технологическую карту).

Генетический код – отображение наследственной информации о последовательности расположения аминокислот в белке триплетом (тройкой нуклеотидов) ДНК (Слайд 16) (запись вывода в технологическую карту).

В настоящее время генетический код полностью расшифрован. Обратить внимание учащихся на таблицу генетического кода в учебнике.

Генетический код обладает рядом свойств:

Внутри гена нет «знаков препинания»

Между генами есть «знаки препинания»

Выполните задание в карте «Установите соответствие между свойством кода и его определением» (Слайд 18).

А. Каждая аминокислота может определяться более чем одним триплетом
Б. Три нуклеотида несут информацию об одной аминокислоте.
В. У животных, растений, грибов, бактерий и вирусов генетический код одинаков.
Г. Один и тот же триплет несет информацию только об одной аминокислоте.

Объяснить технологию работы к таблицей генетического кода.

Расшифровка генетического кода имеет большое практическое значение для человечества (сообщение учащихся по теме «Геном человека»; Биология для школьников, 2003 №2).

V. Первичное закрепление изученного материала (задания из КИМов ЕГЭ).

1. Определите, о каких аминокислотах несет информацию следующий триплет: ТТА, ААГ, ААА, ГГЦ, АТТ, АТЦ (Слайд 19).

2. Решение задач по цитологии.

Справочный материал для решения задач.

Длина 1 нуклеотида = 3,4 Ао

Размер 1 гена = длина 1 нуклеотида × n (кол-во нуклеотидов)

Кол-во нуклеотидов = кол-во аминокислот × 3

Масса 1 гена = кол-во нуклеотидов × массу 1 нуклеотида

Молекулярная масса 1 нуклеотида =300

Молекулярная масса 1 аминокислоты = 110

Соотношение нуклеотидов в молекуле ДНК, согласно правилу Чаргаффа =А+Г / Т+Ц=1

1) Фрагмент цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов: ГГАТЦТАААЦАТ. Определите последовательность нуклеотидов на второй цепи ДНК и последовательность аминокислот фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода учебника.

А) каким должен быть нуклеотидный состав второй цепи ДНК?

Б) каким должен быть состав иРНК, которая синтезируется по этой нити ДНК?

В) В каком случае правильно указан состав нуклеотида ДНК:

1) рибоза, остаток фосфорной кислоты, тимин

2) фосфорная кислота, урацил, дезоксирибоза

3) остаток фосфорной кислоты, дезоксирибоза, аденин

4) остаток фосфорной кислоты, рибоза, гуанин

Задание 3: Работая в группах, найдите в биологическом словаре определение следующих понятий: кодирование, триплет или кодон, генетический код, антикодон, транскрипция, трансляция и выпишите определения в тетрадь.

Задание 4. Работая в группах с таблицей генетического кода ответить на вопросы:

1.Определите, сколько нуклеотидов кодируют аминокислоту?

2. Повторяются ли триплеты?

3. Могут ли кодировать одну аминокислоту несколько триплетов? Зачем?

4.В состав всех живых организмов входят одни и те же аминокислоты. Что вы можете предположить?

5.Как вы думаете, зачем нужны кодоны, которые не кодируют аминокислоты? Почему их называют «знаками препинания»?

6.Как вы думаете, может ли последний нуклеотид в гене являться началом второго гена? Почему?

Задание 5. Реши задачи самостоятельно

Пользуясь таблицей «Генетический код» определите, какие аминокислоты кодируют триплеты:

Последовательность аминокислот в начале белка меланина следующая, определите, какими триплетами они кодируются

3. В молекуле белка инсулина 51 аминокислотный остаток, сколько нуклеотидов находится в ДНК, кодирующей белок?

4. Участок гена имеет след строение

Ц-Г-Г-Ц-Г-Ц-Т-Ц-А-А-А-А-Т-Ц-Г- укажите состав белка информация о котором содержится в гене. Как отразится на строении белка удаление из гена 4го нуклеотида?

5. Сколько содержится нуклеотидов А, Т, Ц во фрагменте молекулы ДНК, если в нем обнаружено 130 нуклеотидов Г, что составляет 20% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте ДНК?

кодирование, триплет или кодон, генетический код, антикодон, транскрипция, трансляция.

Какими свойствами обладает генетический код?

Какие вопросы у вас возникли при изучении этой темы?

Какие затруднения возникли при решении задач?

Заполните третью колонку таблицы «В конце урока…» (Слайд 3)

(п. 8 таблицы) (Слайд 21)

задачи в технологической карте

Приложения к уроку:

Источник