Конспект урока "Генетический код"

  Генетический код.  

Цели урока:

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.

Ход урока

I. Организационный момент.

1. Приветствие учителя.
2. Проверка готовности учащихся к уроку.
3. Мотивация. Толкование смысла слов Л.Н. Толстого «Старайся дать уму как можно больше пищи» (Слайд 2).

II. Целеполагание и планирование деятельности учащихся.

Слово учителя.

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.

Вопросы	В начале урока	В конце урока
1. Я владею материалом по теме «Химический состав клетки»
2. Я могу дать подробную характеристику следующим биополимерам: белкам и нуклеиновым кислотам
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?»

В 17 веке многие серьезные ученые - биологи полагали, будто в яйцеклетке, либо в спермии человека «запрятан» малюсенький человечек – прообраз будущего ребенка. В ходе зародышевого развития происходит лишь простой рост (увеличение размеров) всех частей тела миниатюрного человечка.

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.

Признаки	ДНК	Белок
1. Биополимер
2. Мономер
3. Количество видов мономеров
4. Свойство

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

Ход эксперимента:

Результат эксперимента:

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: 2¹ – 2 варианта, 2² – 4 варианта, 2³ – 8 вариантов, 2⁴ – 16 вариантов, 2⁵ – 32 варианта. Хватает для всех 32 букв.

Примеры:

А +----
Б--++-
В-++-+ (Слайд 15)

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).

Ген - участок ДНК, несущий информацию о первичной структуре белка – фермента (Слайд 17) (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:

1. Код триплетен
2. Код однозначен
3. Код вырожден
4. Код универсален
5. Внутри гена нет «знаков препинания»
6. Между генами есть «знаки препинания»

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

Свойства кода:

1. Код триплетен
2. Код однозначен
3. Код избыточен
4. Код универсален

Характеристики свойств:

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.

1. Длина 1 нуклеотида = 3,4 Ао
2. Размер 1 гена = длина 1 нуклеотида × n (кол-во нуклеотидов)
3. Кол-во нуклеотидов = кол-во аминокислот × 3
4. Масса 1 гена = кол-во нуклеотидов × массу 1 нуклеотида
5. Молекулярная масса 1 нуклеотида =300
6. Молекулярная масса 1 аминокислоты = 110
7. 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.

2) Дан фрагмент молекулы белка: лизин – треонин - аргинин-лейцин-лизин. Определите, какими триплетами ДНК зашифрована информация о данных аминокислотах. Используйте таблицу генетического кода (Слайд 20).

Задание 2.

Если нуклеотидный состав ДНК -АТТ-ГЦГ-ТАТ-, то

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?

7.  В каждом триплете можно провести 9 однократных замен, т.е. выбрать, какую из позиций меняем - можно тремя способами (1-я или 2-я или 3-я), причем выбранную букву (нуклеотид) можно поменять на 4-1=3 других буквы (нуклеотида). Общее количество возможных замен нуклеотидов - 61 по 9 = 549. Прямым подсчетом по таблице генетического кода можно убедиться, что из них:

23 замены нуклеотидов приводят к появлению кодонов - терминаторов трансляции, а 134 замены не меняют кодируемую аминокислоту. Какой вывод из этого можно сделать?

Задание 5. Реши задачи самостоятельно

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

УАУ	ЦЦУ	ГУГ	ГУЦ	АГЦ	ГЦГ	ЦГЦ	УУУ	ЦГУ	ГГА

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

аспаргин	гистидин	фениладанин	аргинин	тирозин

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?

Задание 6.Дайте определение понятиям:

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?

VI. Рефлексия.

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

Вопросы

В начале урока

В конце урока

VII. Вывод урока: «Объясните смысл высказывания М. Ридли».

(п. 8 таблицы) (Слайд 21)

VIII. Домашнее задание.

задачи в технологической карте

Приложения к уроку:

• Приложение 1 – Презентация к уроку;
• Приложение 2 – «Технологическая карта для учащихся к уроку»;
• Приложение 3 – Текст «Вирусы»