Гіпермаркет Знань>>Біологія>>Біологія 10 клас. Повні уроки>>Біологія: Нуклеїнові кислоти: ДНК та РНК. Повні уроки

Тема

• Нуклеїнові кислоти: ДНК та РНК.

Мета уроку

• детально познайомитися з основними нуклеїновими кислотами ДНК та РНК.

Задачі уроку

• вивчити будову та функції ДНК і РНК.

Хід уроку

Нуклеїнові кислоти

Нуклеїнові кислоти - біополімери живих організмів із вмістом фосфору, що забезпечують зберігання і передачу спадкової інформації. Вони були відкриті в 1869 р. швейцарським біохіміком Ф. Мишером в ядрах лейкоцитів, сперматозоїдів лосося. Діти, подивіться на малюнок 1. Що ви можете розказати про виникнення нуклеїнових кислот?

Мал. 1 Історія виникнення нуклеїнових кислот

Нуклеїнові кислоти - найбільші з молекул, що утворюються живими організмами. Їх молекулярна маса може бути від 10000 до декількох мільйонів вуглецевих одиниць.

Оскільки найбільш високий вміст нуклеїнових кислот виявлений в ядрах клітин, тому їх і стали називати від латинського "нуклеус" - ядро. Хоча тепер з'ясовано, що нуклеїнові кислоти є і в цитоплазмі, і в цілому ряду органоїдів - мітохондріях, пластидах.

Нуклеотиди - структурні компоненти нуклеїнових кислот. До складу кожного нуклеотида входить азотиста основа, п'ятивуглецевий цукор (рибоза або дезоксирибоза) і залишок фосфорної кислоти.

Існує 5 основних азотистих підстав: аденин, гуанин, урацил, тимін і цитозин. Назви нуклеотидів походять від назви відповідних азотистих підстав; і ті й інші позначаються заголовними буквами: аденин - аденілат (А), гуанин - гуанилат (Г), цитозин - цитидилат (Ц), тимін - тимидилат (Т), урацил - уридилат (У). Кількість нуклеотидів в молекулі нуклеїнових кислот буває різним - від 80 в молекулах транспортних РНК до декількох сотень мільйонів у ДНК. Учні, давайте розглянемо на малюнку 2, яку роль виконують нуклеїнові кислоти.

Мал. 2 Біологічна роль нуклеїнових кислот

У природі існує два види нуклеїнових кислот - дезоксирибонуклеїнові (ДНК) і рибонуклеїнові (РНК). Друзі, подивіться на малюнок 3. Які види нуклеїнових кислот на малюнку зображені?

Мал. 3 Класифікація нуклеїнових кислот

Відмінність в назвах пояснюється тим, що молекула ДНК містить 5-углеродный цукор дезоксирибозу, а молекула РНК- рибозу. Нині відоме велике число різновидів ДНК і РНК, що відрізняються один від одного по будові і значенню в метаболізмі.

Відео 1 «Нуклеїнові кислоти в біосинтезі білка»

ДНК

У 1953 р. американський біохімік Дж.Уотсон та англійський генетик Ф.Крик запропонували модель просторової структури ДНК. Молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, сполучених між собою водневими зв'язками. Ці зв'язки виникають між двома нуклеотидами, які доповнюють один одного за розмірами.

Згідно із запропонованою моделлю, два полінуклеотидні ланцюги ДНК обвивають один одного, утворюючи закручену праворуч спираль (вторинна структура ДНК). Учні, подивіться на малюнок 4 і 5, щоб зрозуміти, як саме виглядає ДНК.
         

 Мал.4 Молекула ДНК               

Мал. 5 ДНК – особовий код людини

Одиницею спадковості всіх організмів є ген – ділянка молекули ДНК. Він несе спадкову інформацію про структуру певного білка або нуклеїнової кислоти. ДНК зберігає спадкову інформацію в організмі та забезпечує її передачу дочірним клітинам під час поділу матерінської. Діти, давайте подивимося наступне відео.

Відео 2 «Чудо-бібліотека ДНК»

За певних умов відбувається денатурація ДНК - розривання зв'зків між комплементарними нітратними основами різних полінуклеотидних ланцюгів. При цьому ДНК повністю або частково розпадається на окремі ланцюги, через що втрачає свою біологічну активність. Денатурована ДНК після припинення дії факторів, які її спричиняють, може поновити  свою структуру, завдяки відновленню водневих зв'язків  між комплементарними нуклеотидами (процес ренатурації ДНК).

ДНК знаходиться переважно в хромосомах клітинного ядра (99% усієї ДНК клітини), а також в мітохондріях і хлоропластах. РНК входить до складу рибосом; молекули РНК містяться також в цитоплазмі, матриксі пластид і мітохондрій.

Хоча до складу ДНК входить 4 типи нуклеотидів, завдяки різній послідовності їх розташування в довгому ланцюжку досягається величезна різноманітність цих молекул. Учні, подивіться на малюнок 6.Які види будови ланцюгу молекули ДНК ви бачите?

Мал. 6 Структура молекули ДНК в різних вимірах

Полінуклеотидний ланцюг ДНК закручений у вигляді спіралі на кшталт гвинтових сходів і сполучений з іншою, їй ланцюгом комплементу за допомогою водневих зв'язків, що утворюються між аденином і тиміном (два зв'язки), а також гуанином і цитозином. Нуклеотиди А і Т, Г і Ц називаються комплементарними. Діти, подивіться на малюнок 7.Які особливості в описі будови ДНК ви можете назвати?

Мал. 7 Опис ДНК

Діаметр молекули ДНК 2 нм, крок спіралі 3,4 нм; кожен виток спіралі містить 10 пар нуклеотидів. Спіральна структура підтримується численними водневими зв'язками, що виникають між азотистими підставами комплементу, і гідрофобними взаємодіями. Молекули ДНК эукаріотичних організмів лінійні. У прокаріот ДНК, навпаки, замкнута в кільце і не має ні 3-, ні 5-кінців. Давайте, друзі, подивимося наступне відео про ідеальну будову молекули ДНК. 

Відео 3 «Золотий переріз в молекулі ДНК»

При зміні умов ДНК, подібно до білків, може піддаватися денатурації, яка називається плавленням. При поступовому поверненні до нормальних умов ДНК ренатурирує.

Функцією ДНК є зберігання, передача і відтворення у ряді поколінь генетичної інформації. У ДНК будь-якої клітини закодована інформація про всі білки цього організму, про те, які білки, в якій послідовності і в якій кількості синтезуватимуться.

Послідовність амінокислот в білках записана в ДНК так званим генетичним (триплетним) кодом. Основною властивістю ДНК є її здатність до реплікації.

Реплікація - це процес самоподвоєння молекул ДНК, що відбувається під контролем ферментів. Реплікація здійснюється перед кожним діленням ядра. Починається вона з того, що спіраль ДНК тимчасово розкручується під дією ферменту ДНК-полимеразы. На кожному з ланцюгів, що утворилися після розриву водневих зв'язків, за принципом комплементу синтезується дочірній ланцюг ДНК.

Біологічний сенс реплікації полягає в точній передачі спадкової інформації від материнської клітини до дочорнимо, що і відбувається при діленні соматичних клітин.

РНК

Будова молекул РНК багато в чому схожа з будовою молекул ДНК. Проте є і ряд істотних відмінностей. У молекулі РНК замість дезоксирибози до складу нуклеотидів входить рибоза, замість тимидилового нуклеотиду (Т) - уридиловий (У). Учні, подивіться на малюнки 8 і 9, щоб зрозуміти, як саме виглядає молекула РНК.

Мал. 8 Молекула РНК                                                                

                                            
Мал. 9 Молекули РНК в різних вимірах

Головна відмінність від ДНК полягає в тому, що молекула РНК є одним ланцюгом. Проте її нуклеотиди здатні утворювати водневі зв'язки між собою, але в цьому випадку йдеться про внутриланцюгове з'єднання нуклеотидів комплементу. Ланцюжки РНК значно коротше за ДНК.

Молекула тРНК складається в середньому з 80 нуклеотидів. Зміст тРНК в клітині - близько 15% усієї РНК. Функція тРНК - перенесення амінокислот до місця синтезу білку. Число різних типів тРНК в клітині невелике (20-60). Усі вони мають схожу просторову організацію.

У клітині існує декілька видів РНК, які розрізняються за величиною молекул, структурою, розташуванню в клітині і функціям. Діти, подивіться на малюнок 10, щоб легше зрозуміти, які функції має РНК як одна з  нуклеїнових кислот.

Мал. 10 Нуклеїнові кислоти (будова і функції)

1. Інформаційна РНК є копією  певної ділянки молекули ДНК. Вона переносить спадкову інформацію від ДНК до місця синтезу молекули білка, а також бере участь у її збиранні. Цей вид найбільш різнорідний по розмірах і структурі. ІРНК є незамкнутим полінуклеотидним ланцюгом. Вона синтезується в ядрі за участю ферменту РНК-полімерази, комплементарна ділянці ДНК, на якій відбувається її синтез. Незважаючи на відносно низький вміст (3-5% РНК клітини), вона виконує найважливішу функцію в клітині: служить в якості матриці для синтезу білків, передаючи інформацію про їх структуру з молекул ДНК. Кожний білок клітини кодується специфічною іРНК, тому число їх типів в клітині відповідає числу видів білків.

2.Рибосомна РНК входить до складу  особливих органел  клітин-рибосом. Взаємодіючи з білком, рРНК виконує структурну функцію і бере участь у синтезі білків. Це одноланцюгові нуклеїнові кислоти, що утворюють в комплексі з білками рибосоми - органелли, на яких відбувається синтез білку. Рибосомні РНК синтезуються в ядрі. Інформація про їх структуру закодована в ділянках ДНК, які розташовані в області вторинної перетяжки хромосом. Рибосомні РНК складають 80% усієї РНК клітини, оскільки в клітині є величезна кількість рибосом. Рибосомні РНК мають складну вторинну і третинну структуру, утворюючи петлі на ділянках комплементу, що призводить до самоорганізації цих молекул в складне за формою тіло. До складу рибосом входить три типи рРНК у прокаріот і чотири типи рРНК у еукаріот.

3. Транспортна РНК приєднує до себе амінокислоти і переносить  їх до місця  синтезу  білкової молекули. Кожну амінокислоту транспортує специфічна тРНК. Транспортна РНК має постійну вторинну структуру, яка за формою нагадує листок конюшини. Така просторова структура зумовлена водневими зв'язками між комплементарними нуклеотидами. Біля верхівки такого листка розташовані три нуклеотиди, що визначають яку саме амінокислоту слід транспортувати. Діти, давайте подивимося наступне відео про таку важливу функцію РНК, як інтерференція, тобто захист клітин від паразитуючих генів.

Відео 4 «РНК інтерференція»

Контролюючий блок№1

1)    Що таке нуклеотиди?
2)    Які основні нуклеїнові кислоти ви знаєте?
3)    Стисло розкажіть про основні функціі ДНК.
4)    Коротко опишіть значення та функції РНК.

Список використаної літератури

1) Урок на тему «Нуклеїнові кислоти » Дикова І.К., вчителя біології, м. Луганськ, сш №3.
2)Урок на тему «ДНК і РНК» Басова А.М., вчителя біології,  м. Мелітопіль, сш №1.
3) Урок на тему «Функції ДНК і РНК для організму» Коваль Р.О., вчителя біології,  м. Маріупіль, сш №1.
4) Шабарова З.А., Богданов А.А. Химия нуклеиновых кислот и их компонентов. М.: Химия, 2008.
5) Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия. Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 2008.

Відредаговано та вислано Чепець Т.П.

Над уроком працювали

Дикова І.К.

Чепець Т.П.

Коваль Р.О.

Басова А.М.

Поставить вопрос о современном образовании, выразить идею или решить назревшую проблему Вы можете на Образовательном форуме, где на международном уровне собирается образовательный совет свежей мысли и действия. Создав блог, Вы не только повысите свой статус, как компетентного преподавателя, но и сделаете весомый вклад в развитие школы будущего. Гильдия Лидеров Образования открывает двери для специалистов  высшего ранга и приглашает к сотрудничеству в направлении создания лучших в мире школ.