Конспект урока "Строение ДНК" 11 класс

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ  К ТЕОРЕТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ  Методическая разработка теоретического занятия № 2. Тема: Строение ДНК.  Учебно­образовательные цели: сформировать понятие о ДНК как о биологической молекуле и ее универсальности в построении живого.  Учебно­воспитательные цели: воспитывать аккуратность, точность, внимательность в работе, чувство профессиональной ответственности. Учебно­развивающиеся   цели:   развивать   умение   выделять   главное,   конспектировать   лекцию, формировать умение связывать новый материал с изложенным по другим темам. Продолжительность занятия – 90 минут. Тип занятия: лекция. Метод обучения: информационно­рецептивный. Внутрипредметные связи: свойства ДНК, строение РНК. Межпредметные связи: медицинская биология, биохимия, микробиология. Оснащенность: учебно­методический комплект, таблицы. Хронокарта:  Организационный момент – 3 мин.  Мотивация – 5 мин.     У   вирусов,   в   отличие   от   других   организмов,   встречаются   одноцепочечные   ДНК   и      Нобелевская премия 1962 г. была присуждена двум ученым – Дж. Уотсону и Ф. Крику, которые   в   1953   г.   предложили   модель   строения   молекулы   ДНК.   Она   была   подтверждена экспериментально.   Это   открытие   имело   огромное   значение   для   развития   генетики, молекулярной биологии и других наук.   двухцепочечные РНК.     Биосинтетические   реакции   отличаются   видовой   и   индивидуальной   специфичностью.   Структура синтезируемых крупных органических молекул определяется последовательностью нуклеотидов   в   ДНК,   т.   е.   генотипом.   Обменные   процессы   обеспечивают   постоянство внутренней среды организма – гомеостаз – в непрерывно меняющихся условиях существования.  Изложение нового материала – 75 мин. План лекции 1.История открытия ДНК. 2.Генный уровень организации материала наследственности и изменчивости. ­ элементарная функциональная единица наследственности – ген ­ признаки (сложные, простые) 3. Химическая организация гена. ­строение нуклеозида ­строение нуклеотида ­строение и виды азотистых оснований ­таутомерия ­структуры молекулы ДНК (первичная, вторичная, третичная) ­строение нуклеосомы 1 .История открытия ДНК. Сегодня почти каждый знает, что такое ДНК и зачем она нужна, но так было, естественно  не всегда. Люди, изучая наследование признаков, не знали, какое именно вещество несет  информацию. Впервые ДНК была выделена в 1869 году Фридрихом Мишером, но этому веществу не  было придано должного значения. В 1928 году Грифитс проводил опыты на пневмококке и  пришел к странным выводам: он обнаружил, что непатогенных бактерий можно превратить в  патогенных посредством введения какого­то вещества, которое содержится в клетках и его  можно оттуда извлечь. Решение этому курьезу было найдено только через 15 лет.  В то время, когда на планете бушевала вторая мировая война, и на полях ее сражений  решались судьбы человеческой цивилизации, в тиши лабораторий Эвери и Мак Карти решали  судьбу самого человечества. Естественно, они об этом даже не подозревали. Но именно ими  тогда было показано, что полимерными молекулами дезоксирибонуклеиновой кислоты, т. е.  химически очищенным веществом, впервые полученным еще в конце прошлого столетия  Мишером, можно передавать наследственные признаки. Вещество является материальным  носителем наследственности!!! Тогда это было сделано на микроорганизмах. Но иллюзий, что такое возможно только для них, уже не питал никто. И когда Уотсон и Крик выбрали для расшифровки пространственной  структуры именно ДНК – они знали что делали.   В 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик создали пространственную модель молекулы ДНК (показать модель). За эту самую модель они получили Нобелевскую премию.  2.Генный уровень организации материала наследственности и изменчивости. Определяющей возможность развития отдельного признака клетки  или организма, является ген  (наследственный задаток, по Г. Менделю). Передачей генов в ряду поколений клеток или организмов достигается материальная преемственность — наследование потомками признаков родителей. Под  признаком  понимают   единицу   морфологической,   физиологической,   биохимической, иммунологической,   клинической   и   любой   другой   дискретности   организмов   (клеток),   т.   е. отдельное качество или свойство, по которому они отличаются друг от друга. Большинство   перечисленных   выше   особенностей   организмов  или   клеток   относится   к категории  сложных   признаков,  формирование   которых   требует   синтеза   многих   веществ,   в первую   очередь  белков   со   специфическими   свойствами   —ферментов,   иммунопро­теинов, структурных,   сократительных,   транспортных   и   других   белков.   Свойства   белковой   молекулы определяются аминокислотной последовательностью ее полипептидной цепи, которая прямо зада­ ется   последовательностью   нуклеотидов   в   ДНК   соответствующего  гена   и   является элементарным, или простым, признаком. Основные   свойства   гена   как   функциональной   единицы   материала   наследственности   и изменчивости определяются его химической организацией. 3. Химическая организация гена Нуклеозиды —состоят из азотистых оснований и углевода. Нуклеозид = азотистое основание + пентоза  названия  пуриновых нуклеозидов имеют окончание  ­озин,  а пиримидиновых нуклеозидов ­идин.         Цифра 5' в названиях нуклеотидов указывает на то, что остаток  фосфорной кислоты   соединяется   с   5­м  атомом   углерода   пентозы   (атомы   углерода   в   пентозах обозначаются цифрами со штрихами, а в гетероциклических азотистых основаниях — без штрихов).  Строение нуклеотидов.     Нуклеотиды  — являются мономерами нуклеиновых кислот, они состоят из азотистых оснований, углевода пентоза и фосфорной кислоты. Нуклеотиды хорошо растворимы в воде и обладают кислотными свойствами (нуклеотиды являются кислотами). Нуклеотид = нуклеозид + фосфорная кислота  Разные нуклеотиды отличаются между собой природой углеводов и азотистых оснований,  которые входят в их состав. Название нуклеотидов рассматриваются как фосфаты нуклеозидов; 2) по кол­ву остатков  фосфорной кислоты; 3) нуклеозид кислота Строение и виды азотистых оснований Азотистые основания нуклеотидов делятся на 2 типа: пиримидиновые (состоят из одного 6­ членного  кольца)  и  пуриновые  (состоят   из   двух   конденсированных   5­   и   6­членных   колец). Именно   азотистые   основания   определяют   уникальную   структуру   молекул   ДНК   и   РНК.   В нуклеиновых   кислотах   встречаются   5   основных   видов   азотистых   оснований   (пуриновые   — аденин и гуанин, пиримидиновые — тимин, цитозин, урацил) и более 50 редких (нетипичных) оснований. Основные азотистые основания обозначаются их начальными буквами: А, Г, Т, Ц, У. Большинство   нетипичных  оснований   являются   специфичными   для   определенных   клеток.  В природе   встречаются   два   вида   нуклеиновых   кислот:   ДНК   и  РНК.   В   прокариотических   и эукариотических организмах генетические  функции  выполняют оба  типа  нуклеиновых  кислот. Вирусы всегда содержат лишь один вид нуклеиновой кислоты. Пиримидиновые   основания  —являются     производными  пиримидина  —   шестичленного гетероцикла, содержащего 2 атома азота. Для пиримидиновых оснований, содержащих в мо­ лекулах ОН­группы, характерна кето­енольная (лактам­лактимная) таутомерия, связанная с миграцией протона между атомами азота и кислорода. Енольные формы содержат гидроксильные группы — ОН и двойные связи у одних и тех же атомов углерода в цикле пиримидина. Кето­ формы содержат атомы кислорода, связанные двойной  связью с атомами углерода в цикле пиримидина. В состав нуклеиновых кислот пиримидиновые основания входят в кето­формах. Пуриновые   основания конденсированный гетероцикл, состоящий из цикла пиримидина и цикла имидазола:  —   производные  пурина,  который  представляет   собой Структуры молекулы ДНК ДНК­ это полимерная молекула, состоящая из 2­х комплиментарных полинуклиотидных цепей  соединенные водородными связями, имеет большие размеры молекулы и громадную  молекулярную массу. Первичная структура ДНК Структура ДНК лучше изучена у простейших ( прокариот), к ним относятся бактерии,  синезеленые водоросли. В клетках прокариот содержится единственная хромосома состоящая  из 1 молекулы ДНК, которая не отделена от цитоплазмы мембраной. Последовательность нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК состовляет ее первичная  структура. Определение 1 структуры ДНК оказалось крайне тяжелой задачей т.к. размеры  молекулы огромны, в тоже время состоит молекула ДНК из 4 видов нуклеотидов.   Больших успехов в определении 1 структуры достигли Эмиль Чаргафф и сотрудники в 1950 г. Используя метод хроматографии впервые определили нуклеотидный состав ДНК выделенной  из разных объектов.   Они установили, что соотношение азотистых оснований ДНК подчиняется универсальным  закономерностям ( правило Чаргаффа). 1. Сумма пуриновых нуклеотидов =  сумме пиримидиновых нуклеотидов.                      Пур = Пир                                       А+Г                                                                                         =1                     А+Г = Т+Ц                                      Т+Ц        2. Молярное содержание аденина = молярному содержанию тимина. Их отношение = 1 А = Т                                        А                                      Г      Г = Ц                                         Т =1                                 Ц  =1                           3. Кол­во аденина = кол­ву цитозина, кол­во гуанина = кол­ву тимина. Сумма аденина и  цитозина = сумме гуанина и тимина. А+Ц = Т+Г 4. В ДНК из различных источников наблюдается не одинаковое соотношение нуклеотидов.  У одних видов преобладает                           А+Т знак больше Г+Ц                       Такую ДНК называют ДНК   АТ типа                                          ДНК   ГЦ типа В связи с этим Чаргафф выдвинул положение о видовой специфичности ДНК. Развил это  учение А.Н. Белозерский и его сотрудники. 1 структура ДНК изучалась : 1.   методом гидролиза и хроматографии 2.   применением ферментов рестриктаз   рестриктум ­ означает разрежу                  Для каждого штамма бактерий характерны свои рестриктазы. Индивидуальная рестриктаза  вносится в определенную структуру ДНК. Ген – участок ДНК несущий информацию о первичной структуре белка           Вторичная структура ДНК     Выяснение 2 структуры ДНК – это одно из крупнейших открытий в биологии т.к. при этом  одновременно был раскрыт механизм передачи наследственной информации в ряду  поколений.                В 1953 г. Уотсон и Крик установили, что ДНК представляет собой двойную спираль,  состоящую их 2­х антипараллельных полинуклеотидных цепей.  3`­конец одной расположен  напротив 5`­конца другой.  В результате рентгеноструктурного анализа ДНК установили,  что ДНК это спираль с пнриодом идентичности = 10 парам нуклеотидов, или 3,4 нм.  Таким  образом, расстояние между азотистыми основаниями 0,34 нм. Пуриновые и пиримидиновые  основания направлены внутрь двойной спирали и образуют пары А= =Т, Г=Ц ,  стабилизированные водородными связями. Третичная  структура ДНК     Третичная структура ДНК – это суперспираль, кольцо ( бактерии, вирусы) более высокого  порядка представляют собой дальнейшую спирализацию и суперспирализацию молекулы ДНК.  Бывает линейных и кольцевых форм. Строение нуклеосомы Ряд вирусов имеет одноцепочечную молекулу ДНК, но у большинства ДНК­содержащих  вирусов ДНК двухцепочечная, и она линейна или замкнута в кольцо. В клеточных организмах  ДНК содержится в хромосомах. Бактериальная хромосома содержит гораздо большую по  размерам молекулу ДНК, также свёрнутую в кольцо. Эти кольца сверхспирализированы:  двойная спираль, прежде чем её концы были соединены, была частично раскручена. Такой  эффект позволяет молекуле разместиться более компактно. Хромосомы эукариот представляют собой линейную молекулу ДНК. Эукариотическая ДНК обматывает белковые  частицы – гистоны, располагающиеся вдоль ДНК через определённые интервалы, образуя  хроматин – волокна, из которых состоят хромосомы. Комплексы участков ДНК и гистонов  называются нуклеосомами. Нуклеосомы упорядочены в пространстве, за счёт чего  достигается плотная упаковка ДНК в хромосоме. Размеры ДНК зависят от типа организма. Физическая длина ДНК вирусов составляет десятки  микрометров, бактерий – миллиметры, а человека – 2 метра. Общая длина всех ДНК человека  составляет 2?1010 км Отличия между ДНК и РНК ДНК РНК Сахар Дезоксирибоза Рибоза Азотистые основания А, Т, Г, Ц А, У, Г, Ц Количество   цепей   в молекуле 99.99%   двойная   0.01% одноцепочечная. спираль 99.99%   одноцепочечная 0.01% двухцепочечная    Форма молекулы Все одноцепочечные­ кольцевые. Большинство   двухцепочечных   ­ линейные, часть­ кольцевые.  Линейные молекулы  Систематизация и закрепление знаний – 5 мин.  Домашнее задание – 2 мин. Биология. Кн. 1. / Под ред. В.Н. Ярыгина. 1999. с. 66 –71.  Коничев А.С. Молекулярная биология. 2005. с. 73 – 99.