КСП по биологии на тему "Строение молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты"

Раздел долгосрочного плана:  Молекулярная биология  и биохимия Дата: 4.06.2021				Колледж:  КГКП «ВКТК» Ф.И.О. учителя: Даирханова К.Е.
Группа:				Участвовали:         Не участвовали:
Тема урока		Строение молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты.
Цели обучения, которые достигаются на данном уроке (ссылка на учебную программу)		10.4.1.8 установить связь между структурой дезоксирибонуклеиновой кислоты и ее функцией
Цели обучения:
		Все будут знать историю открытия ДНК, определять составные части ДНК и структуру ДНК Большинство: будут знать историю открытия ДНК, определять составные части ДНК, структуру ДНК, определяют сходство ДНК с Белками  Некоторые:  будут знать историю открытия ДНК, определять составные части ДНК, структуру ДНК, определяют сходство и различие  ДНК с Белками и связь между ними
Критерии оценивания		1.Различает строение и функции типов молекул ДНК 2.Устанавливает связь между структурой ДНК и её выполняемой функцией 3.Сравнивает строение молекул Белков и ДНК
Языковые цели		Учащиеся могут: -          Правильно использовать в речи ключевые термины: ДНК-вещество наследственности; первичная, вторичная структура ДНК -          Объяснять понятия хранение наследственной информации. Предметная лексика и терминология: ДНК, хроматида, ген, наследственность. Серия полезных фраз для диалога/письма: Строение и функции были открыты……  Впервые обнаружил нуклеиновые кислоты….  Изогнутая как спираль полинуклеотидная цепь-…. Двухспиральная  молекула-….
Привитие ценностей		Ценности, основанные на национальной идее «Мәнгілік ел»: казахстанский патриотизм и гражданская ответственность, уважение, дружба. Развитие сплоченности, развитие  взаимоуважения, умение слушать и слышать друг друга  через проведение групповой работы,  развитие функциональной грамотности через выполнение индивидуальной работы.
Межпредметные связи		Химия – нуклеиновые кислоты.
Предварительные знания		Строение клетки, углеводы .Белки
Запланированные этапы урока	Действия учителя Запланированная деятельность на уроке				Действия учащихся	Оценивание	Ресурсы
Стратегия «Улыбка и пожелание». Начало урока 3 минуты 5 минут	1.Организационный момент. Приветствие. Создание благоприятного психологического климата Стратегия «Улыбка и пожелание». 2.Актуализация пройденных знаний (И)  Цель: для  понимания связи предыдущей темы с новой темой Стратегия: «Опорная схема» Задание: 1.      Заполнить предложенную опорную схему (И) 2.      Демонстрация результата опорной схемы на доске. Дифференциация: по уровням студентов Уровни мыслительной деятельности: знание, применение				Учащиеся улыбаются друг другу ( в парах) высказывают по одному пожеланию Учащиеся заполняют опорную схему, сдают ее на проверку Один учащийся демонстрирует результат на доске. Другие учащиеся вносят коррективы.	Критерий: -Различает строение и функции типов молекул ДНК - Дескрипторы (Учащиеся достигнут цели, если...): -1 Вариант заполнят опорную схему,   назвав части ядра частично 2.Вариант заполнят опорную схему, назвав все части ядра 3. Вариант заполнят опорную схему, назвав все части ядра, продемонстрировав строение на доске  и объяснив их строение Формативное оценивание: 1.      Оценивание  по критериям  и дескрипторам 2.      Обратная связь учителя по критериям и дескрипторам	биология. Учебник для 10 кл. естеств.-математ. направления общеобразоват. шк. Часть1.  Е.А.Очкур, Ж.Ж.Курмангалиева, М.А. Нуртаева– Алматы: Мектеп, 2019.
Середина урока 20 минут	3.      Работа по статье (П) Цель: познакомить учащихся с  теоретическим материалом по новой теме для выполнения  практических заданий 1)Стратегия: «Опорная схема» 2) Составление диаграммы Венна Задание: 1)      Прочесть статью 2)      Составить письменно опорную схему  «Составные части ДНК» 3)      Ответить устно на предложенные вопросы 4)      Составить диаграмму Венна для сравнения ДНК  с Белками ОПОРНАЯ СХЕМА ñ   Где в клетке находятся нуклеиновые кислоты? ñ   Какие ученые занимались изучением  ДНК? ñ   Какое строение имеют молекулы ДНК и Белки? ñ  Чем отличаются составы нуклеотидов ДНК и Белков? ñ   Какие углеводы входят в состав  ДНК и Белков? ñ    Какую роль выполняют эти НК? ñ    Каково их местоположение?                              ДНК    Белки Дифференциация:  по уровню учащихся Уровни мыслительной деятельности: знание, анализ				Учащиеся читают статью, составляет предложенную опорную схему  «Составные части ДНК», отвечают на вопросы, используя статью, и составляют диаграмму Венна для сравнения ДНК и Белка Сходство:ДНК и Белков Белки и нуклеиновые являются биополимерами, то есть состоят из нескольких структурных единиц-мономеров. Только вот мономером белка является аминокислота, а мономером нуклеиновой кислоты-нуклеотид.  И те, и другие органические вещества имеют в принципе схожий элементный химический состав (только в НК есть фосфор). Различия и в функциях. Не стоит, наверное, говорить, что белки не отвечают за хранение, передачу и воспроизведение наследственной информации в ряду поколений. А вот ДНК/РНК не выполняют белковую функцию Нуклеиновые кислоты хранят наследственную информацию, необходимую для "строительства" организма, в том числе и для синтеза белка в организме, который, в свою очередь, является основным строительным материалом организма. Главное сходство в том, что и те, и другие участвуют в строительстве организма	Критерии: - Устанавливает связь между структурой ДНК и её выполняемой функцией -сравнивает строение молекул Белков и ДНК - Дескрипторы (Учащиеся достигнут цели, если...): 1 Вариант  прочтут статью, заполнят опорную схему «Составные части ДНК», ответят на некоторые вопросы и укажут различия при сравнении ДНК и Белки 2 Вариант  прочтут статью, заполнят опорную схему «Составные части ДНК», ответят на все вопросы и укажут различия при сравнении ДНК и Белки 3 Вариант прочтут статью, заполнят опорную схему «Составные части ДНК», ответят на все вопросы и укажут различия и сходство при сравнении ДНК и Белки, а также связь между молекулами Формативное оценивание: 1.       Взаимооценивание в парах  по критериям  и дескрипторам 2.      Обратная связь учителя по критериям и дескрипторам	Стр 54-58
Конец урока  5 минут	4.Рефлексия содержания учебного материала Стратегия 3 «М-М-М» продолжи фразу: Я молодец потому, что……………… Мой минус…………………………. Моя мысль на перспективу…………………				Учащиеся продолжают предложенную фразу, давая оценку себе, определяя положительное и отрицательное на уроке,  оценивают  свою  перспективу	Формативное оценивание: - Обратная связь учителя по достижению цели урока
5 минут	5.Домашняя    работа          ЗАДАНИЕ: 1.      Изучение параграфа 12 по учебнику и  выполнить задание с пометкой «Проверьте свои знания» (стр 58) 2.      Выполнение рисунка «ДНК. Постоянные величины» 3.      Выполнение макета «Структура ДНК» из подручного материала Дифференциация: по выбору деятельности   Уровни мыслительной деятельности: знание, применение, использование				Учащиеся читают материал параграфа 12 по учебнику и выполняют задание  «Проверь свои знания» (стр 58) Учащиеся  зарисовывают рисунок на стр 58 «ДНК. Постоянные величины» Учащиеся  делают макет «структура ДНК» из подручных материалов	Критерии: - Устанавливает связь между структурой ДНК и её выполняемой функцией -Сравнивает строение молекул РНК и ДНК Дескрипторы (Учащиеся достигнут цели, если...): 1Вариант читают материал параграфа 12 по учебнику, выполняют рисунок «ДНК. Постоянные величины» 2.Вариант  читают материал параграфа 12 по учебнику, выполняют рисунок «ДНК. Постоянные величины», выполняют макет «Структура ДНК» из подручного материала 3.Вариант  читают материал параграфа 12 по учебнику, выполняют  задание с пометкой «Проверьте свои знания» (стр 58),рисуют «ДНК. Постоянные величины», выполняют макет «Структура ДНК» из подручного материала Формативное оценивание: 1.      Самооцениваниепо критерию и дескрипторам 2.      Обратная связь учителя по критерию и дескрипторам
Дифференциация – каким образом Вы планируете оказать больше поддержки? Какие задачи Вы планируете поставить перед более способными учащимися?			Оценивание – как Вы планируете проверить уровень усвоения материала учащихся?		Здоровье и соблюдение техники безопасности
при постановке целей урока: все, большинство, некоторые;  по типу восприятия:  визуалов, кинестетиков. группирование:учащиеся с разными способностями работают в парах совместно; по типу заданий:  более продвинутым учащимся предоставляется возможность выполнить все три задания рабочего листа. Учащиеся, нуждающиеся в поддержке выполняют одно, два задания; диалог и поддержка : на всех этапах урока оказывается устная поддержка и поощрение; оценивание: оценивание по дескрипторам.			Взаимооценивание. Оценивание учителем. Задание. Заполнить диаграмму Венна.                          Белки                ДНК          Категории: ñ               Где в клетке находятся нуклеиновые кислоты? ñ               Какое строение имеют молекулы ДНК и РНК? ñ               Чем отличаются составы нуклеотидов ДНК и РНК? ñ               Какие углеводы входят в состав нуклеотидов ДНК и РНК? ñ               Какую роль выполняют эти НК? ñ               Каково их местоположение? .		Правила поведения в кабинете биологии. Проветривание кабинета.

Статья «Строение молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты»

Открытие структуры ДНК состоялось 28 февраля 1953 года.

Гены снова попали в фокус внимания ученых во всем мире благодаря тому, что в английском журнале «Природа» за 1953 год была опубликована работа Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика о двунитевом строении молекул дезоксирибонуклеиновых кислот (сокращенно, ДНК ).

Еще с середины прошлого века было известно, что эти молекулы входят в состав хромосом. В 30-е годы XX века выдающийся американский генетик М.Демерец высказал догадку, что именно ДНК и есть носитель генетической информации (с ним спорил русский биолог Н.К.Кольцов , отводивший роль хранителей наследственной информации белкам). И вот молодые ученые — Уотсон и Крик — выступили с тремя чрезвычайно смелыми и весьма заманчивыми предположениями:

1) молекулы ДНК состоят из двух нитей;

2) порядок чередования составных частей одной из нитей строго задает порядок чередования частей в другой;

3) определенные отрезки молекул ДНК — гигантские по длине — и есть гены.

Гипотеза строения ДНК была предельно проста и согласовывалась со многими уже известными фактами, будила фантазию, давала ей простор. Действительно, из допущения о двунитчатости ДНК вытекало, что стоит нитям разойтись по длине, как около каждой нити возникает новая нить со строго заданной последовательностью частей (так называемых нуклеотидов), и образуются две абсолютно идентичные молекулы ДНК, не отличимые от исходной (материнской) двунитевой молекулы. Другими словами, ДНК размножится, сохранив в дочерних молекулах то же строение. Великий смысл, вложенный Уотсоном и Криком в постулированную ими структуру, стал тут же понятен всем, кто хоть отдаленно интересовался проблемами генетики. Скептики могли оспаривать частности, но никто не был в состоянии поколебать генеральную схему.

ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота)

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это линейный органический полимер, мономерными звеньями которого являются нуклиатиды.

Что такое ДНК?

Вся информация о строении и функционировании любого живого организма содержится в закодированном виде в его генетическом материале. Основу генетического материала организма составляет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

ДНК большинства организмов – это длинная двухцепочечная полимерная молекула. Последовательность мономерных звеньев (дезоксирибонуклеотидов) в одной ее цепи соответствует (комплементарна) последовательности дезоксирибонуклеотидов в другой. Принцип комплементарности обеспечивает синтез новых молекул ДНК, идентичных исходным, при их удвоении (репликации).

Участок молекулы ДНК, кодирующий определенный признак, – ген.

Гены – это индивидуальные генетические элементы, имеющие строго специфичную нуклеотидную последовательность, и кодирующие определенные признаки организма. Одни из них кодируют белки,  другие — только молекулы РНК.

Информация, которая содержится в генах, кодирующих белки (структурных генах), расшифровывается в ходе двух последовательных процессов:

·         синтеза РНК (транскрипции): на определенном участке ДНК как на матрице синтезируется матричная РНК (мРНК).

·         синтеза белка (трансляции): В ходе согласованной работы многокомпонентной системы при участии транспортных РНК (тРНК), мРНК, ферментов и различных белковых факторов осуществляется синтез белковой молекулы.

Все эти процессы обеспечивают правильный перевод зашифрованной в ДНК генетической информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Аминокислотная последовательность белковой молекулы определяет ее структуру и функции.

---

Строение ДНК

ДНК – это линейный органический полимер. Его мономерные звенья – нуклеотиды, которые, в свою очередь, состоят из:

·         азотистого основания;

·         пятиуглеродного сахара (пентозы);

·         фосфатной группы (рисунок 1).

Рисунок 1 : ДНК – строение одной цепочки нуклеотидов

При этом,  фосфатная группа присоединена к 5′-атому углерода моносахаридного остатка,  а  органическое основание — к 1′-атому.

Основания в ДНК бывают двух типов:

·         Пуриновые: аденин ( А ) и гуанин (G);

·         Пиримидиновые: цитозин (С) и тимин (Т);(рисунок 2),

Рисунок 2: Азотистые основания- пуриновые и пиримидиновые

---

Строение нуклеотидов в молекуле ДНК

В ДНК моносахарид представлен  2′-дезоксирибозой, содержащей только 1 гидроксильную группу (ОН),  а  в РНК — рибозой, имеющей 2 гидроксильные группы (OH).

Нуклеотиды соединены друг с другом фосфодиэфирными связями, при этом фосфатная группа 5′-углеродного атома одного нуклеотида связана с З’-ОН-группой дезоксирибозы соседнего нуклеотида (рисунок 1). На одном конце полинуклеотидной цепи находится З’-ОН-группа (З’-конец),  а  на другом — 5′-фосфатная группа (5′-конец).

---

Уровни структуры ДНК

Принято выделять 3 уровня структуры ДНК:

·         первичную;

·         вторичную;

·         третичную.

Первичная структура  ДНК – это последовательность расположения нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК.

Вторичная структура ДНК стабилизируется  водородными связями между комплементарными парами оснований и представляет собой двойную спираль из двух антипараллелных цепочек,  закрученных вправо вокруг одной оси.

Общий виток спирали- 3,4нм, расстояние между цепочками 2нм.

Третичная структура ДНК – суперсперализация ДНК. Двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы, что часто вызвано ковалентным соединением их открытых концов. Суперспиральная структура ДНК обеспечивает экономную упаковку очень длинной молекулы ДНК в хромосоме. Так, в вытянутой форме длина молекулы ДНК составляет  8 см,  а в форме суперспирали укладывается в 5 нм.

---

 Правило Чаргаффа

Правило Э. Чаргаффа – это закономерность количественного содержания азотистых оснований в молекуле ДНК:

1.      У ДНК молярные доли пуриновых и пиримидиновых оснований равны: А+ G = C + Т  или (А + G)/(C + Т)=1.

2.      В ДНК количество оснований с аминогруппами (А +C) равно количеству оснований с кетогруппами (G + Т):   А +C= G + Т или (А +C)/(G + Т)= 1

3.      Правило эквивалентности, то есть : А=Т, Г=Ц; А/Т = 1;  Г/Ц=1.

4.      Нуклеотидный состав ДНК у организмов различных групп специфичен и характеризуется коэффициентом специфичности: (Г+Ц)/(А+Т). У высших растений и животных коэффициент специфичности меньше 1, и колеблется незначительно: от 0,54 до 0,98, у микроорганизмов он больше 1.

---

Модель ДНК Уотсона-Крика

Б 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, основываясь на данных рентгеноструктурного анализа кристаллов ДНК, пришли к выводу, что нативная ДНК состоит из двух полимерных цепей, образующих двойную спираль (рисунок 3).

Навитые одна на другую полинуклеотидные цепи удерживаются вместе водородными связями, образующимися между комплементарными основаниями противоположных цепей (рисунок 3). При этом аденин образует пару только с тимином,  а  гуанин — с цитозином. Пара оснований  А—Т  стабилизируется двумя водородными связями,  а  пара G—С — тремя.

Длина двухцепочечной ДНК обычно измеряется числом пар комплементарных нуклеотидов (п.н.). Для молекул ДНК, состоящих из тысяч или миллионов пар нуклеотидов, приняты единицы т.п.н. и м.п.н. соответственно. Например, ДНК хромосомы 1 человека представляет собой одну двойную спираль длиной 263 м.п.н.

Сахарофосфатный остов молекулы, который состоит из фосфатных групп и дезоксирибозных остатков, соединенных 5’—З’-фосфодиэфирными связями, образует «боковины винтовой лестницы»,  а  пары оснований  А—Т  и G—С — ее ступеньки (рисунок 3).

Рисунок 3: Модель ДНК Уотсона-Крика

Цепи молекулы ДНК антипараллельны: одна из них имеет направление 3’→5′, другая 5’→3′. В соответствии с принципом комплементарности, если в одной из цепей имеется нуклеотидная последовательность 5-TAGGCAT-3′, то в комплементарной цепи в этом месте должна находиться последовательность 3′-ATCCGTA-5′. В этом случае двухцепочечная форма будет выглядеть следующим образом:

·         5′-TAGGCAT-3′

·         3-ATCCGTA-5′.

В такой записи 5′-конец верхней цепи всегда располагают слева,  а  3′-конец — справа.

Носитель генетической информации должен удовлетворять двум основным требованиям: воспроизводиться (реплицироваться) с высокой точностью и детерминировать (кодировать) синтез белковых молекул.

Модель ДНК Уотсона—Крика полностью отвечает этим требованиям, так как:

·         согласно принципу комплементарности каждая цепь ДНК может служить матрицей для образования новой комплементарной цепи. Следовательно, после одного раунда репликации образуются две дочерние молекулы, каждая из которых имеет такую же нуклеотидную последовательность, как исходная молекула ДНК.

·         нуклеотидная последовательность структурного гена однозначно задает аминокислотную последовательность кодируемого ею белка.

---

Интересные факты о ДНК

1.      Одна молекула ДНК человека вмещает порядка 1,5 гигабайта информации. При этом, ДНК всех клеток человеческого организма занимают 60 млрд. терабайт, что сохраняются на 150-160 граммах ДНК. [2]

2.      Международный день ДНК отмечается 25 апреля. Именно в этот день в 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали в журнале Nature свою статью под названием «Молекулярная структура нуклеиновых кислот», где описали двойную спираль молекулы ДНК. [3]

---