Конспект уроку "Мутації. Види мутацій, їх причини та наслідки"

Біологія                                               9 клас                _____________

Тема: Мутації: види мутацій, причини та наслідки мутацій

Мета: Навчальна – сформувати поняття «мутації», «мутагени», ознайомити учнів із видами мутацій, розкрити причини та наслідки мутацій,  основні мутагенні фактори;

Розвиваюча - розвивати увагу, спостережливість, уміння аналізувати й узагальнювати інформацію, встановлювати причино-наслідкові зв’язки;

  Виховна - виховувати дбайливе ставлення до власного здоров’я та ціннісне ставлення до всього живого.

Обладнання і матеріали: малюнки із зображенням мутацій, мультимедійна презентація.

Базові поняття і терміни: комбінативна мінливість, мутаційна та модифікаційна мінливість, мутації, види мутацій, генні мутації, хромосомні мутації, геномні мутації, рецесивні й домінантні мутації, аутосомні мутації, мутагени, фізичні, хімічні й біологічні мутагени.

Методи та прийоми: пояснення, розповідь, випереджуюче завдання, вправа «Вибір», бесіда, робота з підручником, перегляд та обговорення відеосюжетів.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Хід уроку

І. Організаційний момент

ІІ. Актуалізація навчальної діяльності

• У другому семестрі ми з вами почали вивчати досить цікавий розділ біології – закономірності успадкування ознак. Скажіть як називається наука, що це вивчає? Дайте визначення терміну «генетика».
• Поняття спадковості  ми уже вивчили. І на попередньому уроці почали вивчати мінливість організмів. Отож, що таке мінливість? Які є види мінливості?
• Неспадкову мінливість ще називають модифікаційною. Скажіть, що може спричиняти модифікації? (температура, освітлення, вологість, якість живлення, склад води тощо)
• Яке значення модифікацій?

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

Хвилинка інформації «Мутації в історії» (слайд)

Людей, які відрізнялись від решти через певні відхилення у зовнішності здавна вважали монстрами. Їх усіляко клеймили, у часи інквізиції їх піддавали різного роду тортурам через їх буцімто диявольське походження. В кращому випадку цих осіб показували на ярмарках за гроші в якості дивини. В наш час причини таких відхилень пояснюються науково.

Запитання до учнів:

• Що є причиною даних змін людського організму?
• Чи характерні такі зміни тваринам і рослинам?

Розповідь вчителя: у собак спостерігається гемофілія, яка зчеплена зі статтю. Альбінізм виявили у багатьох видів гризунів, кішок, собак, птахів і плазунів. Спадкова глухота існує у гвінейських свинок, мишей і собак. Вади будови обличчя людини, що є гомологами заячої губи (розщілини верхньої губи) та вовчої пащі (розщілини верхньої щелепи і твердого піднебіння), спостерігаються у лицьовому відділі черепа мишей, собак, свиней. На спадкові хвороби обміну речовин в організмі, наприклад ожиріння й цукровий діабет, хворіють також миші.

ІV. Вивчення нового матеріалу

Здатність організму змінюватись під впливом умов довкілля адаптує його до середовища. Мінливість - результат взаємодії генотипу та середовища. Вона буває двох видів: неспадкова (модифікаційна) і спадкова.

Спадкова мінливість— пов’язана зі зміною генотипу. Є два види спадкової мінливості: комбінативна та мутаційна. Комбінативна мінливість - поява нових поєднань ознак унаслідок перекомбінації генів. Джерелом комбінативної мінливості є статевий процес; рекомбінація генів у процесі кросинговеру. Мутаційна мінливість - поява нових спадкових змін у генетичному матеріалі організму.

Отож, запишемо у зошити що таке мутації -  це стійкі зміни генетичного матеріалу, які виникають раптово і можуть призводити зміни тих чи інших спадкових ознак організму.

Підвалини вчення про мутації заклав голландський вчений Гуго де Фріз.

За його теорією мутації мають ряд властивостей:

• Виникають раптово, мутувати може будь-яка частина генотипу;

• частіше бувають рецесивними і рідше - домінантними;

• можуть бути шкідливими (більшість мутацій), нейтральними і корисними (дуже рідко) для організму;

• передаються від покоління до покоління;

• є стійкими змінами спадкового матеріалу;

• можуть повторюватися.

Отже, мутації можуть виникати у будь-яких клітинах організму і спричиняти різноманітні зміни генетичного матеріалу (робота з ілюстрацією в підручнику с. 139).

За місцем виникнення розрізняють (робота зі схемою):

генеративні мутації - виникають у гаметах і виявляються у наступних поколіннях;

соматичні мутації - виникають у соматичних клітинах, виявляються в цьому організмі, можуть передаватися нащадкам при вегетативному розмноженні.

У залежності від характеру впливу на життєдіяльність організмів розрізняють три типи мутацій.

Робота з текстом підручника с. 139-140 – робота в групах.

Опрацьовуючи текст, охарактеризуйте типи мутацій: летальні, сублетальні, нейтральні та вкажіть їхній вплив на організм.

Види мутацій розрізняють за характером спадкових змін генетичного матеріалу. Це генні, хромосомні та геномні мутації.

1. Генні мутації називають ще точковими. Це порушення нуклеотидної послідовності ДНК, а значить і зміна послідовності амінокислот у новоутвореному білку. Властивості такого білка будуть іншими. Найчастіше зустрічаються заміщення нуклеотидної пари АГ на ГЦ і навпаки. Результатом такого збою може бути утворення білків з порушеною структурою, а ми знаємо, що ферменти мають білкову природу, тому можна чекати збої в метаболізмі всього організму. Особливо небезпечними можуть бути мутації стоп – кодону або мутації випадання чи вставляння одного з нуклеотидів. Такі мутації можуть бути несумісними з життям.

2. Хромосомні мутації (хромосомні аберації) — зміни в структурі хромосом, що виникають унаслідок їх перебудови (розриву хромосоми з утворенням фрагментів, які потім об’єднуються, але при цьому нормальна структура хромосоми не відновлюється). Розрізняють чотири основні типи хромосомних аберацій (перегляд відеофрагменту  «Типи хромосомних мутацій»):

•    нестача;

•    делеція;

•    подвоєння (дуплікація);

•    інверсії;

•    транслокації.

3.  Геномні мутації пов’язані зі зміною кількості наборів хромосом.

Гаплоїдний набір хромосом, а також сукупність генів, що містяться у гаплоїдному наборі хромосом, називають геномом.

Поліплоїдія — це кратне збільшення хромосомного набору в результаті порушення мейозу (наприклад, 4n). У селекційній практиці з метою отримання поліплоїдів на рослини діють критичними температурами, йонізуючим випромінюванням, хімічними речовинами (найбільш поширений — алкалоїд колхіцин). Культурні рослини у більшості — поліплоїди. Поліплоїдні форми відомі також у тварин (наприклад, тутовий шовкопряд).

Запитання: в даному випадку мутації є негативними чи корисними?

Робота з таблицею

Організми, що виникають у результаті збільшення кількості хромосом одного генома, називаються автоплоїдними. Інша форма поліплоїдії — алоплоїдія (збільшення кількості хромосом двох різних геномів). Алоплоїди штучно отримані при гібридизації. Так, Г. Д. Карпеченко створив алополіплоїдний гібрид редьки і капусти.

У результаті порушення мейозу і мітозу кількість хромосом може змінюватися і ставати некратною гаплоїдному набору. Анеуплоїдія (гетероплоїдія) — зміна кількості хромосом в одній або декількох парах (наприклад, 2n + 1). Таким прикладом є явище трисомії, коли яка-небудь із хромосом у генотипі має не дві, а три гомологічні хромосоми. Якщо відбувається трисомія за однією парою хромосом, то такий організм називають трисоміком, і його хромосомний набір буде 2n + 1 (наприклад, люди з хворобою Дауна — трисоміки за 21-ю парою хромосом). Трисоміки найчастіше нежиттєздатні, бо вони мають у геномі ряд патологічних змін.

Вчитель: тривалий час причини мутацій залишалися нез’ясованими. Вперше штучні мутації були одержані в 1925 р. Г. А. Надсеном та Г. С. Філіпповим у дріжджів дією радіоактивного випромінювання радію. У 1927 р. Герман Меллер одержав мутації у мухи-дрозофіли дією рентгенівських променів. Здатність хімічних речовин спричинювати мутації (дією йоду на дрозофіл) відкрита в 1932 р. В. В. Сахаровим. У мух, що розвинулися з цих личинок, частота мутацій виявилася в кілька разів вищою, ніж у контрольних особин.

Мутагени широко застосовуються в селекції для отримання нових штамів мікроорганізмів та сортів рослин, а також у генетичних експериментах. Якщо мутагени потрапляють до організму людини, то вони можуть спричинювати появу патологій, наприклад злоякісних пухлин. Саме через це в багатьох країнах усі хімічні сполуки перевіряють на наявність мутагенів. Також контролюється наявність мутагенів у навколишньому середовищі.

Мутагени універсальні, тобто вони можуть спричинювати мутації у будь-якого біологічного виду. Дія мутагенних чинників неспрямована: один чинник, діючи з однаковою силою на генетично ідентичні організми, може спричинити різні зміни, і навпаки, різні мутагени можуть спричинити в різних видів однакові мутації.

Мутагени - фізичні й хімічні чинники, що спричинюють стійкі спадкові зміни - мутації. Мутагенна дія властива йонізуючому та ультрафіолетовому опроміненню, різним природним (наприклад колхіцин) та штучним (нітрозопохідні сечовини, азотиста кислота тощо) хімічним сполукам.

Мутагенез є наслідком пошкоджень у молекулах ДНК, пошкоджень хромосом або порушень процесів поділу клітин.

Класифікація мутагенів 

За походженням:

• ендогенні (утворюються в процесі життєдіяльності організму);

•екзогенні (усі інші фактори, у тому числі й умови навколишнього середовища).

За природою виникнення мутагени класифікують на фізичні, хімічні та біологічні.

Вправа «Розподіліть мутагени»

Розподіл потрібно зробити на групи: фізичні, хімічні, біологічні

Специфічні послідовності ДНК — мігруючі генетичні елементи;  йонізуюче випромінювання;    органічні розчинники;    ультрафіолетове випромінювання;    окисники та відновники (нітрати, нітрити, активні форми кисню);    деякі віруси (вірус кору, краснухи, грипу);   бензопірен (складова цигаркового диму); антигени деяких мікроорганізмів; пестициди (гербіциди, фунгіциди);    радіоактивний розпад;    деякі харчові добавки;   токсини;    продукти переробки нафти;    лікарські препарати (препарати ртуті, імунодепресанти); надмірно висока або низька температура.   

Також мутації поділяють на спонтанні та індуковані. Спонтанними називають мутації, що виникають під впливом невідомих природних факторів, найчастіше як результат помилок при рекомбінації ДНК. Індуковані мутації спричиняються спрямованою дією чинників, що підвищують мутаційний процес.

Індукований мутагенез - це виникнення спадкових змін під впливом спрямованої дії факторів зовнішнього і внутрішнього середовищ.

Спонтанний мутагенез - виникнення мутацій без установлених причин.

V. Узагальнення, систематизація і контроль знань і вмінь учнів

Бесіда:

- Яких мутацій більше: корисних чи негативних?

- Запропонуйте, використовуючи отримані знання про мутагени, можливі заходи щодо захисту від впливу мутагенних чинників, яких можна дотримуватися в повсякденному житті.

Вправа «Ланцюжок» (учні по черзі називають можливі заходи профілактики)

Профілактика виникнення мутацій (доповнення вчителя):

• Працюйте з миючими засобами лише в гумових рукавицях.
• Як можна менше працюйте і використовуйте побутову хімію.
• При хронічних, вірусних та інфекційних захворюваннях регулярно відвідуйте лікаря.
• Не приймайте без поради лікаря ніяких ліків — вони також можуть несприятливо вплинути  на спадковий  аппарат.

Повідомлення учня

 Мутагени в їжі

• Шкідливі  хімічні речовини, які вносять у грунт як добриво, з ґрунту  переходять  в їстівні  частини рослин і ми  поглинаємо 37% марганцю, 41% — цинку, 32% — міді, 10% -  нікелю.
•  Мутагени утворюються при тривалому зберіганні продуктів в формі  переокислених сполук  жирів.
• Холестерин, що міститься в маслі, яйцях, сметані, вершках, при тривалому зберіганні стає мутагеним.
• Смакові добавки, що використовуються при консервації, і консерванти, додані до соків і вина також  стають мутагенами; м'ясо, запечене в власному соці
• До порушень спадкового апарату можуть призвести також різноманітні низькокалорійні дієти  для схуднення.
• Копчення або смаження м'яса  і риби  при температурі 100-200 градусів  протягом 15 хвилин веде до появи мутагенів.

Захисниками спадкового матеріалу є імунна система, шкіра, слизова оболонка дихальних шляхів, слина, шлунковий сік, жовч.

Помягчують дію мутагенів.

• Спеції — перець, гірчиця, імбир;
• Зелень — кінза, петрушка, цибуля, селера;
• Зелений чай, яблука, капуста, баклажани, мята;
• Натуральне  червоне вино;
• Йогурт;
• Хліб  з висівками;
• Консерви і   копченості, газовану воду з  синтетичними барвниками варто обмежити, а також скоротити кількість солодощів.

Перегляд та обговорення відеосюжету про вплив радіації на організм людини.

VІ. Підсумок уроку

• Оцінювання роботи учнів

VІІ. Домашнє завдання

§36, підготувати повідомлення про спадкові захворювання, генну терапію

Заповнити таблицю в робочому зошиті с. 68