Практична робота. Тема "Розв'язування елементарних вправ з реплікації і транскрипції"

Практична робота № 1.

Тема: розв'язування елементарних вправ з реплікації та транскрипції.

Мета:  поглибити та розширити знання студентів про такі біологічні процеси, як транскрипція та реплікація; сформувати практичні уміння розв'язувати елементарні вправи і задачі з молекулярної біології.

Розвивати абстрактне та логічне мислення, навики застосовувати  теоретичні знання на практиці;

Виховувати такі риси характеру як наполегливість та цілеспрямованість; самостійність мислення, кмітливість; бережливе ставлення до життєвих процесів, які відбуваються в живої організмах та власному організмі.

Тип уроку: формування навичок  та вмінь.

Методи та методичні прийоми:

1. Інформаційно – рецептивний:

а) словесний: розповідь – пояснення, опис, бесіда, робота з підручником.

б) наочний: ілюстрація, демонстрація презентації.

в) практичний: виконання практичної роботи.

Прийоми навчання: виклад інформації, пояснення, активізація уваги та мислення, формування практичних умінь.

2. Репродуктивний.

Прийоми навчання: подання матеріалу в готовому вигляді, конкретизація, закріплення вже набутих знань

3. Проблемно – пошуковий: постановка проблемної задачі.

Прийоми навчання: постановка взаємопов’язаних проблемних запитань, активізація уваги та мислення.

4. Релаксопедичний: психологічне розвантаження.

Основні поняття і терміни: нуклеїнові кислоти, ДНК, РНК, нуклеотиди, комплементарність, реплікація, транскрипція.

Обладнання: збірники задач, таблиці "ДНК", "РНК", модель будови молекули ДНК.

Структура заняття

І. Організаційний етап.... ………………………………………………… 2 хв

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчально-пізнавальної діяльності ………………………………………………………………………………...5-7 хв

IIІ. Виконання практичної роботи………………………………………. 45-50 хв

IV. Узагальнення, систематизація та контроль знань і вмінь студентів ....  20 хв

V. Самостійна робота студентів............................................... 2-3хв

VІ. Підведення підсумків заняття та оцінювання студентів ……………..   5 хв

VІІ. Надання та пояснення домашнього завдання…………………………..  3 хв

                Хід заняття

І. Організаційний етап

Привітання викладача і студентів. Побажання гарного настрою, позитивного спілкування, активної роботи.

Перевірка готовності аудиторії і студентів до заняття. Перевірка присутніх.

ІІ. Актуалізація опорних знань і мотивація навчально-пізнавальної діяльності

1.  (Тестовий контроль).

1. АТФ означає:

А - аденозинтрифосфорна кислота;
Б - аденозиндифосфорна кислота;
В - аденозинмокофосфорна кислота.

2. До складу РНК входять вуглеводи:

А - галактоза;

Б - глюкоза;
В - дезоксирибоза;
Г - рибоза.

3. До складу одного нуклеотиду входять такі речовини:

А - аміногрупа, пентоза, фосфорна кислота;
Б - азотиста сполука, гексоза і фосфорна кислота;
В - азотиста основа, пентоза, фосфорна кислота.

4. Який нуклеотид є у ДНК, але відсутній у РНК:

А - аденіновий;
Б - гуаніловий;
В - тимідиловий;
Г - урациловий;
Д - цитозиновий?.

5. Процес подвоєння молекули ДНК:

А - дисоціація;
Б - денситурація;
В - редуплікація;
Г - коагуляція.

6. Макромолекули ДНК утворюють нуклеотиди:

А - урациловий;
Б - аденіновий;
В - таміновий;
Г - уцитозиновий;
Д - гуаніновий.

7. Які сполуки входять до складу АТФ?

А - азотиста основа аденіну;
Б - вуглевод рибоза;
В - три молекули фосфорної кислоти;
Г - гліцерин;
Д - амінокислота.

8. Ферменти це:

А - вуглеводи;
Б - жири;
В - білки.

9. Якою спіраллю є молекула ДНК?

А - одинарна;
Б - подвійна.

10. Яка структура молекули АТФ?

А - біополімерна;
Б - нуклеотид;
В - мономер.

ІІ. Фронтальна бесіда (мікрофон): студенти по черзі пропонують своє продовження фрази: «Я дізнався про органічні речовини клітин…»

       Психологічне розвантаження:  спілкування зі студентами на тему як вони ставляться до задач, які почуття у них виникають  при слові «задача». Підвести студентів до думки, що задачі з біології не є абстрактними, а базуються на реальних біологічних процесах, що відбуваються в живих організмах, в тому числі й організмі людини. Отже, біологічні задачі дають можливість краще зрозуміти ці процеси.

         Теоретичні відомості.

         Нуклеїнові кислоти - складні високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Уперше амінокислоти кислоти виявили в ядрі клітин, звідки й походить назва цих сполук (від лат. нуклеус - ядро). Але згодом ці сполуки виявили і в інших частинах клітини.

         Молекула нуклеотиду складається з трьох частин, нітратної основи, п'ятивуглецевого моносахариду (пентози) та ортофосфатної кислоти.     

        Залежно від виду пентози, що входять до складу нуклеотиду, розрізняють два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнову (ДНК) і рибонуклеїнові (РНК).

       Молекули ДНК у клітинах еукаріотів містяться у ядрі, пластидах і мітохондріях, а в прокаріотів у цитоплазмі.

        Основна функція ДНК – це кодування збереження і реалізація спадкової інформації, передача її дочірним клітинам при розмноженні. У клітинах прокаріотів та еукаріотів ДНК завжди складається з двох ланцугів. Чітка відповідність нуклеотидів у двох ланцугах має назву – комплементарність. 

         Аденозинтрифосфатна кислота(АТФ) – сполука, яка за своїм складом є нуклеотидом. АТФ складається з нітратної основи, пентози і трьох залишків ортофосфатної кислоти. Молекули АТФ слугують універсальним хімічним акумулятором в клітині.

        Реплікація – це самоподвоєння молекули ДНК. Реплікація ДНК – напівконсервативний процес, тобто дві дочірні молекули ДНК містять один ланцуг успадкований від материнської молекули, а інший ново синтезований.     

        Американський біохімік Чаргафф у 1950 році встановив, що у молекулі ДНК кількість аденіну дорівнює кількості тиміну, а кількість аденіну – кількості цитозину: А=Т, Г=Ц – правило Чаргаффа Звідси виходить висновок, що А+Г = Т+Ц, тобто (А+Т) + (Г+Ц) = 100%.

        Згідно з правилом Чаргаффа у молекулі ДНК кількість аденіну дорівнює кількості тиміну, а кількість гуаніну дорівнює кількості цитозину А=Т і Г=Ц. Сума нуклеотидів з аденіном і гуаніном дорівнює сумі нуклеотидів з урацилом і цитозином (А+Г=У+Ц).

        Транскрипція – переписування генетичної інформації з ДНК на РНК.

         Трансляція – біосинтез білка.

ІІІ. Виконання практичної роботи. Розв'язування задач.

Розв'язання вправ з реплікації.

1. Фрагмент ланцюга ДНК має певну послідовність нуклеотидів.

Напишіть фрагмент ланцюга ДНК, який утворюється в процесі реплікації На цій ділянці ДНК.

 а) Т Ц А Т Г Г Ц Т А Т Г А Ц Г Т А А А Т Г

б) Т А Г Г Ц Т Т Т А Г Ц Ц Г Т Г Ц Ц Г А Т Г

в) А Т Т Ц Ц А Т Г Г А Т Ц Г А А Т Т Ц Г А Т

Розв’язання

а) Т Ц А Т Г Г Ц Т А Т Г А Ц Г Т А А А Т Г

    А Г Т А Ц Ц Г А Т А Ц Т Г Ц А Т Т Т А Ц

б) Т А Г Г Ц Т Т Т А Г Ц Ц Г Т Г Ц Ц Г А Т Г

   А Т Ц Ц Г А А А Т Ц Г Г Ц А Ц Г Г Ц Т А Ц

в) А Т Т Ц Ц А Т Г Г А Т Ц Г А А Т Т Ц Г А Т

   Т А А Г Г Т А Ц Ц Т А Г Ц Т Т А А Г Ц Т А

2. Розв'язання вправ з транскрипції

Фрагмент ланцюга молекули ДНК має певну послідовність нуклеотидів. Напишіть фрагмент молекули іРНК, який утворюється в процесі транскрипції на цій ділянці ДНК.

а ) А Ц А Г Т А А Ц Г А Г Ц Т А Г Г Ц А

Розв’язання

 а) А Ц А Г А А Ц Г А Г Ц Т А Г Г Ц А

    У Г У Ц У У Г Ц У Ц Г А У Ц Ц Г У

3. Визначення нуклеотидного складу ДНК.

У людини частка гуанінового нуклеотиду становить 19,9% від загальної кількості. Визначте частку (%) всіх інших нуклеотидів.

Розв’язання. За правилом Чаргаффа та принципом комплементарості, маємо: Г=Ц=19,9% Визначаємо відсоток А- і Т- нуклеотидів в цьому фрагменті ДНК: Г=Ц= 100% - (Г+Ц)/2 =100% - (19,9% + 19,9%)/2 =31,1%; А=Т=30,1%.

4. Визначте довжину гена, що кодує білок гемоглобіну, який в своєму складі містить 200 амінокислот. Склад білка 200 амінокислот l(нуклеотида) = 0,34 нм l(гена) – ?

Розв’язання.

Знаючи те, що одну амінокислоту кодує три нуклеотиди, визначаємо кількість нуклеотидів в одному ланцугу гена, що кодує білок гемоглобін: 200 . 3 = 600 (нуклеотидів).

Визначаємо довжину гена, що кодує білок гемоглобіну: l(гена) = 600 . 0,34 = 204 (нм).

Відповідь. Довжина гена становить 204 нм.

5. Білок інсуліну має такий склад:

глу – вал – тре – сер – ілей – ала – цис – глу. Визначте триплети іРНК.

Розв’язання глу – вал – тре – сер – ілей – ала – цис – глу.

                      ГАА ГУУ АЦУ АГУ АУУ ГЦУ УГУ ГАА.

Відповідь. Це такі триплети іРНК: ГАА,ГУУ,АЦУ,АГУ,АУУ,ГЦУ УГУ ГАА.

Нуклеїнові кислоти.

Молекулярна маса одного нуклеотиду - 330 Да. Лінійні розміри, тобто відстань між 2-ома нуклеотидами, одного нуклеотиду = 0,34 нм.

Задача 

Фрагмент правого ланцюга ДНК має наступний нуклеотидний склад.

Визначить порядок чергування нуклеотидів у лівому ланцюгу. Яка довжина даного фрагмента молекули ДНК? Визначить % вміст кожного нуклеотида в даному фрагменті.

Розв'язування.

1. За принципом комплементраності відновлюємо лівий ланцюг ДНК і таким чином весь фрагмент ДНК.

2. Визначаємо довжину фрагмента ДНК
12 Ч 0,34 нм = 4,08 нм

3. Встановлюємо % вміст кожного нуклеотида в даному фрагменті ДНК.
Всіх нуклеотидів - 24, з них А = 5; Т = 5; Г = 7; Ц = 7.
Звідси, 24 - 100%
5 - х%
х = (100Ч5)/24 = 20,8%.
24 - 100%
7 - х%
х = 100Ч7/24 = 29,2%

Відповідь: вміст аденіну = 20,8%; тиміну = 20,8%; гуаніну = 29,2%; цитозину = 29,2%.

Задача

Умова задачі: білковий ланцюг складається з таких амінокислот: валін - лейцин - тістидин - серин - ізолейцін. Яка послідовність нуклеотидів гена, що кодує цей білок?

Розв'язання

Задача

Умова: Чому дорівнює довжина молекули ДНК, якщо в ній число тимідалевих нуклеотидів 600 тис., а гуанілових - 2400 тис.?

Далі - студенти виконують завдання  з молекулярної біології, які подані в збірнику.

IV. Узагальнення, систематизація та контроль знань і вмінь студентів

Розв'язати задачу.
Умова: у молекулі ДНК тимідилові нуклеотиди складають 20% від загальної кількості. Визначити відсотковий вміст інших видів нуклеотидів.

Рефлексія:

Вправа «Мікрофон»

Сьогодні на занятті я навчився…?

На занятті мені було … (цікаво/нецікаво, складно/нескладно?

V. Самостійна робота студентів

Самостійне розв’язування задач з використанням дидактичних карток. Студенти обирають картки за рівнем складності.

VІ. Підведення підсумків заняття та оцінювання студентів

VІІ. Надання та пояснення домашнього завдання.