Тема урока. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. АТФ.
Цель: обобщение и
углубление знаний о строении и функциях нуклеиновых кислот; АТФ
Задачи:Образовательные: рассмотреть
историю открытий пространственной структуры ДНК;охарактеризовать особенности
строения молекул нуклеиновых кислот как биополимеров;рассмотреть виды
нуклеиновых кислот, их нахождение в клетке и их функции;сформировать знания о
строении ДНК, отдельного нуклеотида, соединение мономеров в цепь, основанную по
принципу комплементарности.
Развивающие: развивать умения выявлять сходства и различие ДНК и
РНК; умения схематично изображать участки ДНК, строить комплементарные данному.
Ход урока.
1.Орг момент.
2.Опрос уч-ся.
Вопросы:1.Белки:строение и функции.
2.Уровни организации
белка.
3. Изучение нового материала.
На предыдущих уроках познакомились с самыми сложными по строению и
функциями в живых организмах молекулами – белками. Теперь ясна причина
разнообразия живой материи – это связано с разнообразием белков, которое в свою
очередь объясняется почти безграничным числом сочетаний 20 аминокислот.
? А как клетка получает информацию о
последовательности аминокислот в белке?
Из истории открытия нуклеиновых кислот.
Осень 1868 г. в Германии, Тюнингене, в лаборатории биохимика
Гоппе-Зейлера начинает работать молодой, скромный сотрудник по имени Фридрих
Мишер. Из гнойных клеток Мишер выделял клеточные ядра, из которых, в свою
очередь, получал щелочные эксракты. Действуя на такой экстракт кислотой, ученый
выделил какое-то новое вещество с сильнокислотными свойствами, которое он
назвал нуклеином (nucleus – ядро). Кроме углерода, кислорода, водорода,
содержит большое количество азота и фосфора. Так были открыты нуклеиновые
кислоты.1889 г. Р. Альтман эти вещества назвал ядерными (нуклеиновыми
кислотами).Термин нуклеиновые кислоты предложен А. Косселем в 1889г.
1. Строение нуклеиновых кислот: состав, нуклеотиды.
Нуклеиновые кислоты – биологические полимеры, мономерами которых является нуклеотиды. Эти
вещества содержат элементы: углерод, водород, кислород, азот, фосфор. Из курса
биологии, вы уже знаете, из каких частей состоит нуклеотид – как структурное
звено нуклеиновой кислоты.
? Вспомним строение нуклеотида.
Нуклеотид состоит
из трех частей: 1. углевод (ДНК – дезоксирибоза, РНК – рибоза)2. азотистое
основание (пиримидиновые Ц, У, Т или пуриновое А, Г)3. остаток фосфорной
кислоты.
- В клетках различают 2 вида нуклеиновых
кислот: ДНК – дезоксирибонуклеиновые кислоты и РНК – рибонуклеиновые кислоты.
Значение нуклеиновых кислот для живых
организмов заключается в обеспечении хранения, реализации и передачи
наследственной информации.
2. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)
А) Состав нуклеотидов.ДНК – полимер, мономерами
которой являются дезоксирибонуклеотиды, образованные углеводом – дезоксирибоза,
азотистым основанием (аденином, гуанином, тимином, цитозином) и остатком
фосфорной кислоты.
Модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной
спирали была предложена в 1953 г Дж. Уотсон и Ф. Криком. ДНК встречается в ядре
и в период деления клетки, образует основную часть хромосом, она также
содержится в митоходриях и пластидах.
?. В каком же виде они находятся? У нуклеиновых кислот, как и у
белков, есть структура.
Б) Структура ДНК
Первичная структура представлена полинуклеотидной
цепочкой.
Но оказалось, что молекулы ДНК имеют и вторичную структуру.
Две полинуклеотидные цепочки спирально
закручены друг около друга вокруг общей воображаемой оси, т. е. представляет
собой двойную спираль (исключение - некоторые ДНК-содержащие вирусы имеют
одноцепочечную ДНК). Диаметр двойной спирали ДНК – 2 нм, расстояние между
соседними нуклеотидами – 0,34 нм, на один оборот спирали приходится 10
пар нуклеотидов, масса одного нуклеотида 345 (эти величины
постоянные). Длина молекулы может достигать нескольких сантиметров. Суммарная
длина ДНК ядра клетки человека – около 2м.
В) Принцип комплементарности.
Против одной цепи нуклеотидов располагается вторая цепь.
Расположение нуклеотидов в этих двух цепях не случайное, а строго определенное:
против А одной цепи в другой цепи всегда располагается Т, а против Г – всегда
Ц; А с Т образуют две водородные связи, а Ц с Г образуют три водородные связи.
Закономерность, согласно которой нуклеотиды разных цепей ДНК строго
упорядоченно располагаются (А-Т, Г-Ц) и избирательно соединяются друг с другом,
называется комплементарностью. Следует отметить, что Дж. Уотсон и Ф.
Крик пришли к пониманию принципа комплементарности после ознакомления с
работами Э. Чаргаффа.В 1905 г. американский биохимик Эдвин Чаргафф, изучив
огромное количество образцов тканей и органов различных организмов, установил,
что число пуриновых оснований в ДНК всегда равно числу пиримндиновых.
Количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина - количеству
цитозина. Такая закономерность получила название правила Чаргаффа, но объяснить
этот факт он не смог.Из принципа комплементарности следует, что
последовательность нуклеотидов одной цепи определяет последовательность
нуклеотидов другой. (А + Т) + (Г + Ц)=100%Если построена одна цепь ДНК, то
можно достроить вторую цепочку.Есть и другие, более сложные структуры ДНК.
Например, при более плотной упаковке двойной спирали ДНК
образуются хромосомы, которые содержатся в ядрах клеток – это третичная структура.
(слайд 11)
Г) Свойства молекулы ДНК
1)Молекула ДНК способна к самоудвоению -репликации.Под
влиянием ферментов молекулы ДНК способны к самоудвоению, при этом происходит
копирование содержащейся в них информации. При самоудвоении происходит
частичный распад спирали ДНК на две нити.
К каждой нити притягиваются свободные нуклеотиды, синтезированные
ранее в цитоплазме. По принципу комплементарности новые нуклеотиды
присоединяются к определенным местам исходной цепи, играющей роль матрицы.
Отдельные нуклеотиды вначале удерживаются только водородными связями. Затем
особый фермент «замыкает» связи между нуклеотидами уже новой цепи» и в
результате этого из одной возникают две молекулы ДНК, сходные между собой.
Процесс самоудвоения молекулы ДНК называется - репликацией.
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.
Задание:Зная
одну первую цепь ДНК, постройте вторую: 1цепь ДНК:
А-Т-А-Г-Ц-А-Т-Т-Г-Г-Ц-Т-Т-А-Т, применяя принцип комплементарности 2 цепь ДНК:
Т-А-Т-Ц-Г-Т-А-А-Ц-Ц-Г-А-А-Т-А
(необходимо передать листок с последовательностью нуклеотидов -
триплетами).
Д) Функция ДНК.
Функция ДНК – хранение и передача
наследственной информации.
3. Рибонуклеиновая кислота (РНК): состав нуклеотидов, строение,
виды и функции.
РНК – полимер, мономерами которой являются рибонуклеотиды. В
отличие от ДНК, РНК образована не двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой
(исключение некоторые РНК-содержащие вирусы имеют двухцепочечную РНК).
Особенностью строения РНК является присутствие рибозы в качестве углевода, а
вместо пиримидинового азотистого основания Т входит У.
Нуклеотиды РНК способны образовывать водородные связи между собой.
Цепи РНК значительно короче цепей ДНК.
Выделяют три вида РНК:
1) информационная (матричная) РНК – и-РНК (м-РНК)
2) транспортная РНК – т-РНК
3) рибосомная РНК – р-РНК.
Все виды РНК представляют собой неразветвленные полинуклеотиды,
имеют специфическую пространственную конформацию и принимают участие в
процессах синтезе белка. Информация о строении всех видов РНК хранится в ДНК.
Процесс синтеза РНК на матрице ДНК называется транскрипцией.
Существует несколько видов одноцепочечных РНК:
1.Рибосомная РНК (р-РНК) в комплексе с белками образует
рибосомы, на которых происходит синтез белка. Молекулы р-РНК состоят из 3-5
тыс. нуклеотидов.
2.Информационная (матричная) РНК (и-РНК) программирует
синтез белков в клетке. Она осуществляет передачу кода ДНК к месту синтеза
белка. Молекулы и-РНК могут состоять из 300— 30000 нуклеотидов.
3. Транспортная РНК (т-РНК)
Молекулы т-РНК относительно невелики и состоят из 75—95
нуклеотидов. Т-РНК выполняет следующие функции; доставляет аминокислоты к месту
синтеза белка и определяет точную ориентацию аминокислоты на рибосоме. Т-РНК
имеет форму клеверного листа и образует четыре петли: акцепторную, где
присоединяются аминокислоты; антикодоновую - в процессе трансляции при
биосинтезе белков узнает кодон в и-РНК, и еще две боковые петли.
4. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ):
строение, функции.
Молекула АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) представляет собой
нуклеотид, который имеет следующее строение:
азотистое основание (аденин) + углевод
(рибоза) + три остатка фосфорной кислоты.
Фосфатные группы в молекуле АТФ соединены между собой
макроэргическими связями (высокоэнергетическими}. Связи между фосфатными
группами не очень прочны, и при их разрыве выделяется большое количество
энергии. В результате гидролитического отщепления от АТФ фосфатной группы
образуется АДФ (аденозиндифосфорная кислота) и высвобождается энергия.
Молекула с тремя остатками фосфорной кислоты — АТФ наиболее
энергоемка. Отщепление концевого фосфата АТФ сопровождается выделением 40 кДж
энергии. В связи с тем, что в молекулах АТФ имеются богатые энергией связи,
клетка может накапливать большое количество энергии и расходовать ее по мере
необходимости. АТФ содержится в каждой клетке в митохондриях, ядре и
хлоропластах, в растворимой фракции цитоплазмы. С помощью АТФ в клетке
осуществляется синтез веществ, биение жгутиков и ресничек в клетках простейших,
и т. д. АТФ - универсальный биологический аккумулятор энергии.
4. Закрепление нового материала.
1.
Заполнение таблицы:
Признаки, отличия
|
ДНК
|
РНК
|
1. Строение нуклеотида
|
В состав ДНК входит дезоксирибоза
|
В состав входит рибоза
|
2. Азотистые основания
|
А, Ц, Г, Т
|
А, Ц, Г, У
|
3. Строение полинуклеотидной цепочки
|
Двухцепочечная
|
Одноцепочечная
|
4. Нахождение в клетке
|
В ядре, митохондриях, пластидах
|
В цитоплазме, рибосомах, ядрышке
|
5. Виды
|
-
|
Информационная, транспортная, рибосомная
|
6. Свойства
|
Способна к удвоению
|
Не способна к удвоениию
|
7. Функции в клетке
|
Хранение наследственной информации, передача
наследственной информации
|
И-РНК переносит наследственную информацию из
ядра в цитоплазму, т-РНК транспортирует аминокислоты к рибосомам,
Р-РНК на ней происходит биосинтез белка
|
2.Решение задачи.
1. Укажите порядок нуклеотидов в цепочке ДНК, образующейся путем
самокопирования цепочки:
Ц-А-Ц-Ц-Г-Т-А-А-Ц-Г-Г-А-Т-Ц. Какова длина полученной цепочки ДНК и
ее масса?
Решение:
1. По принципу комплементариости построим вторую цепочку молекулы
ДНК:
Ц – А – Ц – Ц – Г – Т – А – А – Ц – Г – Г – А – Т - Ц...
Г – T - Г – Г – Ц – A – T – T – Г – Ц – Ц – Т – А - Г...
2.Вычислим массу ДНК:
mднк = 14*2* 345 = 9660
3.Вычислим длину ДНК:
lднк =14* 0,34 нм = 4,76 нм
Ответ: порядок нуклеотидов в цепочке ДНК следующий: Г
-Т-Г-Г-Ц-А-Т-Т-Г-Ц-Ц-Т-А-Г; масса ДНК -9660, длина ДНК-4,76 нм.
5. Домашнее задание
§12, 13, вопросы нас.52, задачи
Задача № 1.
В молекуле
ДНК адениновых нуклеотидов насчитывается 26% от общего числа нуклеотидов.
Определите количество тиминовых и цитозиновых нуклеотидов.
Дано:
А – 26%
|
Решение:
1.Согласно правилу Чаргаффа можно определить
количество Т – тимидиновых нуклеотидов,
А - 26 % => Т - 26 %.
2.На основе принципа комплементарности можно
рассчитать количество цитозиновых нуклеотидов:
(А + Т) + (Г + Ц)=100%
А + Т = 52%
Г+Ц - 100%-52 % - 48 % => Г - 24 %; Ц - 24
%.
|
Найти количество Т-? Ц - ?
|
|
Ответ: Т-26%;Ц-24%.
Задача № 2.
Фрагмент одной из цепочек молекулы ДНК имеет такую
последовательность нуклеотидов:
А-Г-Т-А-Ц-Ц-Г-А-Т-А-Ц-Г-А-Т-Т-Т-А-Ц-Г...
Какую последовательность нуклеотидов имеет вторая цепочка этой же молекулы?
Решение:
По принципу комплементарности можно построить вторую цепочку:
А-Г-Т-А-Ц-Ц-Г-А-Т-А-Ц-Г-А-Т-Т-Т-А-Ц-Г...
Т-Ц-А-Т-Г-Г-Ц-Т-А-Т-Г-Ц-Т-А-А-А-Т- Г-Ц...
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.