Определение ДНК
Нуклеиновые кислоты представляют собой высокомолекулярные линейные полимеры. Так как содержание нуклеиновых кислот больше всего в ядре, то они получили свое название от латинского слова nucleus («ядро», лат.). Впрочем, нуклеиновые кислоты содержатся не только в ядре, где, безусловно, их больше всего, но и в хлоропластах и митохондриях (рис. 1).
Рис. 1. Органеллы, в которых содержится ДНК
Нуклеиновые кислоты являются биополимерами, которые состоят из мономеров – нуклеотидов. Молекула нуклеотида состоит из трех составных частей: из пятиуглеродного сахара – пентозы, из азотистого основания и остатка фосфорной кислоты (рис. 2).
Рис. 2. Нуклеотиды
Сахар, входящий в состав нуклеотида, представляет собой пентозу, то есть он является пятиуглеродным сахаром. В зависимости от вида пентозы (дезоксирибоза или рибоза) различают молекулы ДНК и РНК (рис. 3).
Рис. 3. Химический состав нуклеотидов
Азотистые основания. Во всех типах нуклеиновых кислот: ДНК или РНК, содержатся основания четырех разных видов (рис. 4). В ДНК: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). В РНК вместо тимина (Т) урацил (У).
Рис. 4. Азотистые основания нуклеотидов ДНК и РНК
Фосфорная кислота. Нуклеиновые кислоты являются кислотами, потому что в их состав входит остаток фосфорной кислоты. Обратите внимание на то, что остаток фосфорной кислоты присоединен к сахару по гидроксильной группе 3’ и 5’ углеродом атома (рис. 5).
Рис. 5 Фосфодиэфирная связь между отдельными нуклеотидами в цепочке нуклеиновой кислоты
Это очень важно для понимания того, каким образом нуклеотиды образуют нуклеиновую кислоту. Они соединяются друг с другом с помощью т. н. фосфодиэфирной связи.
Разработка урока по биологии на тему «Нуклеиновые кислоты» (10 класс)
Учитель биологии Бексултанова Асет Алиевна,
ГБОУ «Президентский лицей»
Биология 10 класс
Тема урока: «Нуклеиновые кислоты».
Цель урока:
познакомить учащихся с нуклеиновыми кислотами.
Задачи урока:
- Образовательные
:
охарактеризовать особенности строения молекул нуклеиновых кислот как биополимеров;
- раскрыть роль нуклеиновых кислот в хранении и передаче наследственной информации.
:
- развивать общеучебные умения;
:
- воспитывать у учащихся культуру общения и труда в ходе беседы, просмотра презентации и анимационного фильма, выполнения заданий;
Тип урока:
комбинированный.
Оборудование:
мультимедийный комплекс.
ПЛАН УРОКА
1. Организационный момент
(1-2 мин.)
2. Актуализация ранее изученного материала
(5-7мин.)
- Клетка – наименьшая и элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов. Органоиды клетки (слайд 1)
- Органические и неорганические вещества в клетке (слайд 2)
- Тема урока: «Нуклеиновые кислоты»
3. Изложение нового материала
(20-25мин.)
- Виды нуклеиновых кислот (слайд 3)
- Структура молекулы ДНК (слайды 5)
- Строение нуклеотидов молекулы ДНК (слайды 6, 7,
- Соединение азотистых оснований в молекуле ДНК. Принцип комплементарности (слайд 9)
- Соединение полинуклеотидных цепей (слайд 10)
- Размеры молекулы ДНК (слайд 11)
- Строение рибонуклеиновой кислоты. Сравнение молекулы ДНК и РНК (слайды 12, 13)
- Виды РНК. Взаимосвязь молекулы ДНК и РНК в клетке (слайды 14, 15, 16)
4. Закрепление
- Решение задачи на комплементарность в молекуле ДНК (слайд 17) (5 мин.)
- Заполнение таблицы «Сравнение молекул ДНК и РНК» (слайд 18) (5 мин.)
5. Домашнее задание
(1 мин.)
ХОД УРОКА
I. Актуализация ранее изученного материала
Слайд 1. Клетка. Органоиды клетки.
Тема урока закрыта. Чтобы ее определить вспоминаем, что является наименьшей и элементарной единицей жизни на земле?
– Клетка
Назовите органоиды, входящие в состав клетки (учитель подводит курсор мыши к органоиду, а дети их называют; по клику мыши открываются ответы).
– Ядро, митохондрии, эндоплазматическая сеть, рибосомы, лизосомы
Слайд 2. Нуклеиновые кислоты.
Тема по-прежнему закрыта от учащихся. Учитель просит назвать вещества, которые входят в состав клетки – вода, минеральные соли, белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты
На какие две группы можно разделить все эти вещества?
– Органические и неорганические
Далее учащиеся распределяют названные ими вещества на группы: «Органические и неорганические вещества»
– Органические: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислотыНеорганические: вода, минеральные соли.
Затем учащиеся выясняют, что нуклеиновые кислоты они еще не изучали. Объявляется тема урока: «Нуклеиновые кислоты»
II. Изложение нового материала
Слайд 3. Виды нуклеиновых кислот
Нуклеиновые кислоты – природные высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации в живых организмах. Демонстрируется схема, показывающая, что нуклеиновых кислот известно два типа: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). Открыты они были швейцарским химиком И.Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов. На слайде можно увидеть фотографию Мишера.
Слайд 4. Структура ДНК.
Структура ДНК была смоделирована в 1953 году в США, учеными Ф.Криком и Д. Уотсоном. Учащимся демонстрируется модель ДНК, они выясняют, что в состав нуклеиновых кислот входят такие химические элементы, как углерод, кислород, азот и фосфор.
Слайд 5. Структура ДНК.
Дети рассматривают 3Д модель ДНК, которую можно увидеть со всех сторон. Появляется вопрос: «Что вы можете сказать о молекуле ДНК, глядя на модель?» – Модель ДНК представляет собой двухцепочечную спираль, закрученную вокруг собственной оси.
Появляется следующий вопрос: «Что является структурным элементом полимера?»
– Мономер
Далее учащиеся вспоминают, что является мономерами органических веществ: белков, жиров, углеводов?
Мономеры белков – аминокислоты;Мономеры углеводов – моносахариды;Мономеры липидов – глицерин и жирные кислоты
А мономером нуклеиновых кислот являются
нуклеотиды
Слайд 6. Нуклеотиды – мономеры нуклеиновых кислот.
Дети видят определение: «Нуклеотид»
Нуклеотид – химическое соединение, состоящее из остатков трех веществ: азотистого основания, пятиатомного сахара и фосфорной кислоты.
Далее демонстрируется классификация азотистых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот (пуриновые основания – аденин и гуанин, пиримидиновые основания – цитозин, тимин и урацил)
Слайд 7. Строение нуклеотидов ДНК
На слайде демонстрируются четыре разновидности нуклеотидов, входящие в состав ДНК.
Вопрос: «Чем отличаются нуклеотиды друг от друга и чем схожи?»
– Отличаются азотистым основанием, а схожи содержанием дезоксирибозы и фосфорной кислоты.
Слайд 8. Строение нуклеотидов.
Дети смотрят видеофрагмент, в котором еще раз показаны пуриновые и пиримидиновые азотистые основания. ДНК – двойная спираль, следовательно, нуклеотиды двух цепочек ДНК соединены через азотистые основания водородными связями: А=Т, Г?Ц. Большое число водородных связей обеспечивает прочность соединения нитей ДНК и сохраняет ее подвижность.
Слайд 9. Соединения азотистых оснований
Вводится понятие « принцип комплементарности». Учащиеся вспоминают просмотренный раннее видеофрагмент и отвечают на вопросы. Азотистое основание А (аденин) одной цепочки полинуклеотида всегда связано двумя водородными связями с Т (тимином), а Г (гуанин) – тремя водордными связями с Ц (цитозином) противоположной полинуклеотидной цепочки. (А) комплементарен (Т), а (Г) комплементарен (Ц), то есть подходят друг к другу как ключ к замку.
Далее учащиеся вспоминают, какие связи возникают между азотистыми основаниями?
– Водородные.
(На рисунке эти связи выделяются цветом)
Слайд 10. Соединения полинуклеотидных цепей ДНК
Учащиеся рассматривают схему строения молекулы ДНК. Называют составные части нуклеотида
– Дезоксирибоза, остаток фосфорной кислоты, азотистое основание (А, Т, Г или Ц).
Еще раз находят водородные связи в молекуле. И отмечают, что есть еще соединения в молекуле между углеводом одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты соседнего нуклеотида. Учитель разъясняет, что это прочные фосфодиэфирные связи.
Слайд 11. Молекула ДНК
Демонстрируется двойная спираль ДНК. Обращается внимание детей на то, что сахарофосфатные группировки нуклеотидов находятся снаружи, а комплементарно связанные нуклеотиды – внутри. Цепи нуклеотидов образуют правозакрученные объемные спирали по 10 пар оснований в каждом витке. Диаметр двойной спирали ДНК – 2 нм, шаг общей спирали (на которой находится 10 пар нуклеотидов) – 3, 4 нм.
Слайд 12. Виды нуклеиновых кислот
Учащиеся вспоминают, что помимо ДНК есть еще одна нуклеиновая кислота – РНК. На протяжении слайда идет сравнение молекулы ДНК и РНК. Учащиеся сами отмечают, что молекула РНК, в отличие от ДНК – одноцепочечная, также является полимером, мономером которого является нуклеотид.
Слайд 13. Продолжение слайда 12.
Учитель демонстрирует, что в состав РНК входит углевод – рибоза, а в состав азотистого основания У (урацил) вместо Т (тимина). Поэтому, в молекуле РНК А=У, Г?Ц.
Слайд 14. Виды РНК
Слайд демонстрирует виды РНК: информационная РНК (и-РНК), транспортная РНК (т-РНК), рибосомальная РНК (р-РНК)
Слайд 15. Дети просматривают видеофрагмент, из которого узнают:
- где расположены молекулы ДНК и РНК в клетке;
- какая связь существует между этими нуклеиновыми кислотами;
- какую роль играет молекула ДНК и каждая из трех разновидностей молекул РНК в клетке
Слайд 16. Роль РНК в клетке.
Учитель задает вопрос: «Вспомните видеофрагмент. Какую роль играют в клетке: и-РНК, т-РНК и р-РНК?»
- и-РНК считывает информацию с участка ДНК о первичной структуре белка и несет эту информацию к рибосомам
- т-РНК переносит аминокислоты к месту синтеза белка – рибосомам
- р-РНК входит в состав рибосом.
Слайд 17. Закрепление изученного материала
Дети дают определение «комплементарность». Им предлагается достроить по принципу комплементарности вторую цепь ДНК, зная последовательность нуклеотидов в первой цепи. 1-я цепь ДНК: Г-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-А-Т…
2-я цепь ДНК: Ц-А-Г-А-Т-Г-Ц-Т-А…
Слайд 18. Сходства и отличия нуклеиновых кислот
Учащиеся заполняют таблицу, опираясь на знания, полученные во время урока, или, пользуясь учебником.
Фосфодиэфирная связь
Два нуклеотида образуют динуклеотид путем конденсации. В результате между фосфатной группой одного нуклеотида и гидроксигруппой сахара другого образуется т. н. фосфодиэфирная связь (рис. 6).
Рис. 6. Фосфодиэфирная связь
При синтезе полинуклеотидной цепи эта реакция повторяется несколько миллионов раз. Таким образом, полинуклеотид (рис. 7) строится путем образования фосфодиэфирных мостиков между 3’ и 5’ углеродами сахаров.
Рис. 7. Полинуклеотид
Фосфодиэфирные мостики возникают за счёт прочных ковалентных связей, это сообщает всем полинуклеотидным цепям прочность и стабильность, что очень важно, поскольку уменьшается риск повреждения (поломки) молекул ДНК.
Итак, нуклеиновые кислоты – это биополимеры, которые состоят из мономеров – нуклеотидов. В состав нуклеотидов входят три основные части, а именно пятиуглеродный сахар – пентоза, азотистые основания и остаток фосфорной кислоты. В зависимости от природы пентозы различают ДНК и РНК.
В состав ДНК входят аденин, цитозин, гуанин и тимин.
В состав РНК входят аденин, цитозин, гуанин, урацил.
Объединение нуклеотидов в нуклеиновую кислоту идет за счёт образования фосфодиэфирных мостиков, или фосфодиэфирной связи.
Скачать материал
так то ЕНТ / Разработки уроков / Уроки по Биологии
Биология 10 класс. Тема урока: Нуклеиновые кислоты.
06.10.2014 4893 967
Дата
Урок № 10
Цель урока:
обобщение материала и углубление знаний учащихся о строении и функциях нуклеиновых кислот; развитие навыков самостоятельного поиска информации.
Задачи урока:
Образовательная:
Рассмотреть виды нуклеиновых кислот, места их локализации в клетке и их функции, сформировать знания о строении ДНК, отдельного нуклеотида, соединении мономеров в цепь, основанную по принципу комплементарности;
Развивающая:
продолжить обучение умениям находить необходимые сведения в тексте учебника; сравнивать строение, состав и функции ДНК и РНК в клетках; делать выводы.
Воспитательная цель :
формировать опыт равноправного сотрудничества учителя и учащихся в процессе педагогических технологий на основе активизации и интенсификации деятельности обучающихся.
Методы
: репродуктивный, частично – поисковый.
Ход урока.
1.Организационный момент.
Учитель приветствует учащихся, проверяет готовность рабочего места учащихся к уроку.
2.Опрос
- Мономерами, каких соединений являются аминокислоты?
- Какие органические вещества являются основой жизни по определению Ф. Энгельса?
- Какие вещества в клетке на первом месте по массе?
- Какие вещества в клетке выполняют ферментативную, защитную, транспортную функции? (Дети отвечают на вопросы, фронтальный опрос)
Итак – это белки. Молекулы белков выполняют разнообразные функции в организме и отличаются друг от друга последовательностью аминокислот.
Где в клетке, по вашему мнению, содержится информация о последовательности аминокислот в белке? (Дети отвечают на поставленный вопрос).
Итак, тема нашего урока «Нуклеиновые кислоты» (ученики записывают тему тетради).
3.Целеполагание и мотивация.
- Вопрос к классу. Что бы вы хотели узнать о нуклеиновых кислотах?
- Записи ответов учащихся на доске.
а) изучить особенности строения, химический состав и функции нуклеиновых
кислот;
б) роль нуклеиновых кислот в живой природе;
в) значение ДНК в хранении и передаче наследственной информации;
г) самоудвоение ДНК; и т. д..
- На основе записи ответов, учащихся учитель формулирует «информационный запрос» учащихся на данный урок.
4.Изучение нового материала.
- Проблемный вопрос.
Какие вещества клетки являются носителями и передатчиками генетической наследственной информации? Где они находятся в клетке?
( высказывания учащихся)
- Краткий рассказ учителя о происхождении названия «нуклеиновые кислоты», их локализация в клетке.
Нуклеиновые кислоты – природные высокомолекулярные биополимеры, обеспечивающие хранение и передачу наследственной ( генетической ) информации в живых организмах.
«Нуклеиновые » кислоты. «Нуклеус» — ядро . Впервые эти кислоты были обнаружены в ядре клетки. Они играют центральную роль в синтезе белков в клетке. Проблемы биологии о сущности процессов наследственности , изменчивости, размножения, роста связаны с нуклеиновыми кислотами.
Полный текст материала смотрите в скачиваемом файле.
На странице приведен только фрагмент материала.
Структура молекулы ДНК
Нуклеиновые кислоты, как и белки, имеют первичную, вторичную и третичную структуру. Первичная структура ДНК – это последовательность нуклеотидных остатков в полинуклеотидных цепях.
Вторичная структура – пространственная конфигурация полинуклеотидных цепей ДНК
В формировании вторичной структуры полинуклеотидной цепи важное значение имеют водородные связи, которые возникают на основе принципа комплементарности, то есть дополнительности или соответствия между парами оснований: аденином и тимином, гуанином и цитозином (рис. 8).
Рис. 8. Водородная связь и вторичная структура ДНК
Иллюстрация принципа комплементарности.
Эти комплементарные пары способны образовывать между собой прочные водородные связи. Так, между аденином и тимином формируются две водородные связи, а между гуанином и цитозином – три водородные связи.
В 1953 году Джеймс Уотсон и Френсис Крик предложили пространственную модель структуры ДНК (рис. 9).
Рис. 9. Лауреаты Нобелевской премии «за создание пространственной модели ДНК»
Согласно этой модели, молекула ДНК представляет собой двухцепочечную правозакрученную спираль, состоящую из комплементарных друг другу антипараллельных цепей.
Эти цепи связаны друг с другом азотистыми основаниями. Если «раскрутить» молекулу ДНК, то она будет напоминать винтовую лестницу. Две цепочки – образованы остатками фосфорной кислоты и пентозы, а перекладины «лестницы» – азотистые основания, которые взаимодействуют друг с другом с помощью водородных связей.
Между аденином и тимином возникают две водородные связи, а между гуанином и цитозином – три.
Третичная структура ДНК
У всех живых организмов молекула ДНК плотно упакована с образованием сложных трехмерных структур. Нахождение ДНК в суперспирализованном состоянии дает возможность сделать молекулу более компактной (рис. 10).
Рис. 10. Третичная структура ДНК. Сверхплотная упаковка ДНК с белками-гистонами образует хромосому
У всех живых организмов двуспиральная молекула ДНК плотно упакована и образует сложные трехмерные структуры (рис. 11).
Рис. 11. Модели двухцепочечных ДНК
Двухцепочная ДНК бактерий имеет кольцевидную форму и образует суперспираль. Суперспирализация необходима для упаковки громадной по клеточным меркам ДНК в малом объеме клетки.
Например, ДНК кишечной палочки имеет длину более 1 мм, в то время как длина клетки не превышает 5 мкм (в 1 мм = 1000 мкм) (рис. 12).
Рис. 12. ДНК в нуклеоиде бактерий (слева) и в клетках тела человека (справа)
Хромосомы эукариот представляют собой суперспирализованные линейные молекулы ДНК (рис. 13).
Рис. 13. Хромосомы эукариот
В процессе упаковки эукариотическая ДНК обматывает белки – гистоны, располагающиеся вдоль ДНК через определенные интервалы. Эти белки образуют нуклеосомы (рис. 14). Вторым уровнем пространственной организации ДНК является образование хроматина – волокон, из которых состоят хромосомы.
Рис. 14. Третичная структура ДНК
В ядре каждой клетки тела человека, кроме половых клеток, содержится 23 пары хромосом (рис. 15). На каждую из них приходится по одной молекуле ДНК. Длина всех 46 молекул ДНК в одной клетке человека почти равна двум метрам, а число нуклеотидных пар в ней 3,2 млрд.
Рис. 15. Хромосомы человека. Кариотип мужчины
Так что, если бы молекула ДНК не была организована в плотную структуру, то наша жизнь была бы невозможна геометрически.
Функции молекулы ДНК
Функции ДНК – хранение и передача наследственной информации.
Хранение наследственной информации. Порядок расположения нуклеотидных остатков в молекуле ДНК определяет последовательность аминокислот в молекуле белка. В молекуле ДНК зашифрована вся информация о признаках и свойствах нашего организма.
Передача наследственной информации следующему поколению. Эта функция осуществляется, благодаря способности молекулы ДНК к самоудвоению – репликации. ДНК может распадаться на две комплементарные цепочки, и на каждой из них на основе того же принципа комплементарности восстановится исходная последовательность нуклеотидов.
История открытия нуклеиновых кислот
В научной литературе посвященной изучению строению молекулы ДНК, как правило, упоминается Джеймс Уотсон и Френсис Крик (рис. 9).
Но первооткрывателями нуклеиновых кислот был Фридрих Иоганн Мишер (рис. 16), швейцарский ученый, который работал в Германии.
Рис. 16. Первооткрыватель нуклеиновых кислот
В 1869 году Мишер занимался изучением животных клеток – лейкоцитов. Для получения лейкоцитов он использовал гнойные повязки, которые ему доставлялись из больниц. Он брал гной, отмывал лейкоциты и выделял из них белок.
В процессе исследований Мишеру удалось установить, что кроме белков, в лейкоцитах содержится ещё какое-то неизвестное вещество.
Оно выделялось в виде нитевидного или хлопьевидного осадка при создании кислой среды. При добавлении щелочи этот осадок растворялся.
Исследуя препарат лейкоцитов под микроскопом, Мишер обнаружил, что в процессе отмывания лейкоцитов соляной кислотой от них остаются ядра. Он сделал вывод, что в ядрах имеется неизведанное вещество, то есть новое вещество, которое он назвал нуклеином, от слова nucleus – ядро.
Кроме этого, по данным химического анализа Мишер установил, что это новое вещество состоит из углерода, водорода, кислорода и фосфора. Фосфорорганических соединений в то время было известно очень мало, поэтому Мишер пришел к выводу, что открыл новый класс соединений в ядре.
Так в XIX веке стало известно о существовании нуклеиновых кислот, но тогда никто не мог предположить, какая огромная роль принадлежит нуклеиновым кислотам в сохранении разнообразия наследственных признаков организмов.
Нуклеиновые кислоты: решение задач
Задача 1.
В молекуле ДНК содержится 17% аденина. Определите, сколько (в %) в этой молекуле содержится других оснований.
Решение:
По первому правилу Чаргаффа А=Т, Г=Ц. В задаче дано А=17%, значит и тимина 17%. Всего тимина и гуанина 17+17=34%. Оставшиеся 66% делятся на гуанин и цитидин поровну. Г=33% и Ц=33%.
Ответ: в этой молекуле ДНК содержится:
Тимидина — 17%;
Гуанина — 33%;
Цитидина — 33%.
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 четвёртого нуклеотида?
Генетический код
Решение:
Используя принцип комплементарности (в ДНК: А=Т, Г=Ц) соединения оснований водородными связями и таблицу генетического кода:
| Цепь ДНК | ЦГГ | ЦГЦ | ТЦА | ААА | ТЦГ |
| иРНК | ГЦЦ | ГЦГ | УГУ | УУУ | АГЦ |
| Цепь белка из аминркислот | Ала | Ала | Сер | Фен | Сер |
При удалении из гена четвёртого нуклеотида – Ц, произойдут заметные изменения – уменьшится количество и состав аминокислот в белке.
| ДНК | ЦГГ | ГЦТ | ЦАА | ААТ | ЦГ |
| иРНК | ГЦЦ | ЦГА | ГУУ | УУА | ГЦ |
| белок | Ала | Арг | Вал | Лей | — |
Задача 3.
Какую длину имеет участок ДНК, кодирующий синтез инсулина, который содержит 51 аминокислоту в двух цепях, если один нуклеотид занимает 3,4 А° (ангстрема) цепи ДНК? 1 А°=0,1 нм (нанометра)=0,0001 мкм (микрометра)=0,000 0001 мм=0,000 000 000 01 м.
Решение
1) 51Х3=153 (нуклеотида) – так как каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами.
2) 153 Х3,4 = 520,2 (А°)
Ответ: участок ДНК равен 520,2 А°
Подготовка к ЕГЭ, решение задач
