Розробка уроку "Мутації"

Дата:

Клас:  9

№ 

Тема: Мутацїі: види мутацій, причини та наслідки мутацій

Мета: освітня: сформувати уявлення про причини мутацій, ознайомити з видами мутацій, розповісти про наслідки мутацій, сформувати поняття про мутації, та її значення для живих організмів;

розвивальна: розвивати вміння працювати в групах, логічно мислити, формувати висновки;

виховна: виховувати розуміння єдності всіх біологічних процесів у живих організмів та виховувати вміння працювати в групах та самостійно.

Тип уроку: засвоєння нових знань

Методи навчання: розповідь, бесіда (репродуктивна), демонстрація, ілюстрація, робота з підручником, робота в групах, ТЗН.

Обладнання: Малюнки, підручник, відео про «мутації», мультимедійна презентація.

Основні поняття: мутації, геномні мутації, хромосомні мутації, генні мутації, ядерні та цитоплазматичні мутації, домінантні та рецесивні мутації, спонтанні та індуковані мутації, соматичні та генеративні мутації, мутагени.

Хід уроку

І. Організаційний етап (бесіда)

Привітання вчителя. Перевірка готовності учнів до уроку.

ІІ. Перевірка Д/З.

ІІІ. Повідомлення теми та мети уроку (Бесіда)

Тема: Мутації: види мутацій, причини та наслідки мутацій

Мета: освітня: сформувати уявлення про причини мутацій, ознайомити з видами мутацій, розповісти про наслідки мутацій, сформувати поняття про мутації, та її значення для живих організмів;

розвивальна: розвивати вміння працювати в групах, логічно мислити, формувати висновки;

виховна: виховувати розуміння єдності всіх біологічних процесів у живих організмів та виховувати вміння працювати в групах та самостійно.

IV. Мотивація навчальної діяльності учнів (запитання проблемного характеру)

Запитання до учнів:

• Що ви знаєте про мутації?
• Чому виникають мутації?
• Чи є організми які не зазнають мутацій?

V. Вивчення нового матеріалу (розповідь з використанням наочності, робота в групах, презентація до теми, лепбук)

Мутації (від латів.(латинський) mutatio — зміна, зміна), раптово виникаючі природні (спонтанні) або такі, що викликаються штучно (індуковані) стійкі зміни спадкових структур живої матерії, відповідальних за зберігання і передачу генетичної інформації.

Мутації змінюють генотип особин.

Вченим такі зміни були відомі давно. Мутаційній мінливості присвячували свої роботи С.І. Коржинський (1899р). і Г. де Фриз (1901)р.- термін «Мутація».

Мутайційна теорія була сформована Гуго де Фризом, ряд істотних положень якої належить відомому російському ботаніку Сергію Коржинському.

Основні положення  мутаційної теорії:  

• Мутації виникають раптово, стрибкоподібно й проявляються у вигляді дискретних ознак
• Мутації не втрачаються і передаються з покоління в покоління
• Мутації  проявляються по-різному й можуть бути домінантними або рецествним, корисними й шкідливими, відрізнятися  силою свого  впливу на  організм, викликати незначні зміни в роботі організму або зачіпати життєво важливі ознаки й бути летальними
• Імовірність  виявлення мутацій залежить  від кількості  досліджених особин
• Ті самі мутації можуть виникати повторно
• Мутації можна викликати  впливами на організм сильнодіючих фізичних або хімічних агентів, але при цьому  поява тієї або іншої мутації не пов'язана з видом агента
• Мутації завжди спонтанні, незалежні одна від одної, не мають групової спрямованості.
• Мутувати може будь-яка ділянка хромосоми

Відомі мутації у всіх класів тварин, рослин, і вірусів., багато мутацій у людини.

Класифікація мутацій

З нижче перелічених способів класифікації змін генетичного матеріалу перші чотири носять достатньо строгий характер і мають універсальне значення. Кожний з підходів у цих способах класифікацій відображає деяку суттєву сторону виникнення або прояву мутацій у будь-яких організмів: еукаріот, прокаріот і їх вірусів.

Отже, існують такі типи класифікацій мутацій:

1. За рівнем організації спадкового матеріалу(характером зміни генома):

• Геномні мутації – зміна числа хромосом.

1. Поліплоїдія – це збільшення кількості хромосом шляхом додавання цілих хромосомних наборів у результаті порушення мейозу.
2. Гетероплоїдія – це зміна кількості хромосом, не кратна галоїдному набору

• Хромосомні мутації, або хромосомні перебудови, – зміна структури хромосом.
• Генні мутації – зміни генів.

2. За типом прояву ознаки  в гетерозиготі:

• Домінантні мутації (проявляються в гетерозиготі).
• Рецесивні мутації (не проявляються в гетерозиготі)

3. . За локалізацією в клітині:

• Ядерні (змінюють гени, розташовані в ядері клітини);
• Цитоплазматичні (змінюють гени, розташовані в цитоплазмі клітини).

4 Залежно від причин, що викликають мутації:

• Спонтанні, які виникають без видимої причини, тобто без яких-небудь індукуючих впливів із сторони експериментатора.
• Індуковані мутації (причиною є дія фактора фізичного, хімічного, біологічного).

5. За відношенням до можливості успадкування:

• Генеративні, які проходять у статевих клітинах і передаються наступним поколінням організмів.
• Соматичні, які проходять у соматичних клітинах і успадковуються тільки дочірніми клітинами, які утворились шляхом мітозу.

В загальному, можна сказати, що мутації – це спадкові зміни генетичного матеріалу. В першу чергу, це відноситься до генних мутацій.

Кожна з мутацій викликається певною причиною. У більшості випадків ці причини невідомі. Чинники, які здатні проникати в соматичні або зародкові клітини живих організмів і викликати мутації, отримали назву мутагенів. Для того, щоб агент був мутагеном, він повинен мати певні властивості: легко проникати в клітини організму, зберігати їх життєстійкість, досягати ядра клітини і впливати на хімічну структуру хромосом та процеси, які відбуваються в них.

Вони можуть бути хімічної, фізичної і біологічної природи

ГРУПА ФІЗИКИ

До фізичних мутагенів відносяться:
а) іонізуючі випромінювання (наприклад УФ-випромінювання, рентгенівське випромінювання, нейтрони);
б) радіоактивні елементи (наприклад, радій, радон, ізотопи калію, вуглецю і т.д. як джерела іонізуючого випромінювання);
в) ультрафіолетове випромінювання;
г) надмірно висока або низька температура. 

Всі види випромінювання мають високу енергію і тканинах організму обумовлюють утворення пар іонів  їх ще називають іонізуючим випромінюванням.

•                 Ультрафіолетові промені належать до електромагнітних коливань, але іонізації вони не викликають, їх дія на організм пов'язана з утворенням у тканинах збуджених молекул і атомів. Залежно від довжини хвилі УФ-промені мають різну мутагенну активність. Вона найбільша при довжині хвилі 260 нм, оскільки ДНК поглинає саме цю частину спектра УФ. Більш короткі і більш довгі промені менш активні, проникна активність їх низька.
•                 Дія радіації на живу істоту визначається дозою зипромінювання і дозою енергії, поглинутої тканинами організму. Доза випромінювання вимірюється з рентгенах (Р), а доза поглинутої енергії - в радах.
•                 Іонізуюче випромінювання викликає переважно хромосомні перебудови, які супроводжуються різкими змінами структури і функції організму. Більшість їх шкідлива.

Як же саме в побуті впливають фізичні мутагени на організм людини????

Побутова техніка, мобільні телефони, комп’ютери, фени, мікрохвильовки та багато іншого, що так полегшують нам життя, виявляється, його і вкорочують. Електричні та магнітні поля від приладів створюють небезпечний для нашого здоров’я електромагнітний смог. Він і породив абсолютно нову хворобу останнього десятиліття, яку лікарі прозвали алергією на електромагнітне випромінювання. До 15% землян, може бути алергія на електромагнітне випромінювання. Але в будь-якої людини, навіть не гіперчутливої, якщо вона постійно перебуває в такому підвищеному фоні, починаються порушення метаболізму. Це так звані вільнорадикальні процеси – виникають вільні радикали кисню, азоту, за цим настає окисне ушкодження ДНК, що вписується в схему дії багатьох мутагенних і навіть канцерогенних чинників. Тому є побоювання, що ця недуга стане однією з головних проблем майбутніх поколінь. 

Практично уся побутова техніка небезпечна за рівнем випромінювання, бо сьогоднішнє суспільство геть електризоване. Але останніми роками з’являються нові й нові технології, які на порядки збільшують цей так званий електромагнітний смог. Передусім – це засоби мобільного зв’язку, радіо, телебачення. Але особливо мобільні, бо це якраз випромінювач, який ми підносимо до нашого мозку, а відтак безпосередньо його опромінюємо. Тут відстань - дуже важливий чинник, від якого залежить ступінь шкоди. Якщо системний блок стоїть за метр і далі – це дещо зменшує її. Так зване низькочастотне випромінювання – теж небезпека. Наприклад, той же фен, коли ми сушимо голову, або чоловіча електробритва – джерело низькочастотного випромінювання, потенційно шкідливе, усе залежить від часу використання: якщо хвилину – нестрашно, а якщо годинами опромінюється людина – це загрозливо. 

До яких захворювань може призвести тривале перебування біля джерела електромагнітного випромінювання? У найгіршому випадку – це онкологія. Окрім того, може боліти голова, людина швидко втомлюється, ймовірні короткочасна втрата пам’яті, нудота, запаморочення, роздратування, класичні алергійні реакції.

Радіо- та мобільний телефон неприпустимо тримати в спальні. Випромінювання монітора, якщо це LCD, - мінімальне. Тут людина, яка за ним працює, більше матиме напруження зору чи головний біль від емоційного навантаження. І ще серйозна загроза, що нині з’явилася, - так званий WI-FI зв’язок. Ноутбук буде однозначно зв’язаний з Інтернетом через WI-FI – а це вже мікрохвильове випромінювання, воно значно інтенсивніше, ніж від самого комп’ютера. Саме через це Рада Європи та окремі європейські уряди рекомендували своїм громадянам переходити на більш безпечні провідні Інтернет-з’єднання замість Wi-Fi та мобільних телефонів. Спостереження американських учених переконують: довготривале перебування під дією підвищеного електромагнітного фону збільшує ризик появи онкологічних, репродуктивних, імунних, вегетативних, серцево-судинних і нервових захворювань. А технікою, яка дає це електромагнітне випромінювання, ми користуємося щодня і не лише вдома та на робота, але їдучи в транспорті. 

За дослідженнями шведських та британських учених, діточки, які надто захоплюються комп’ютерами та мобілками, - втричі частіше хворіють на лейкемію. - Дітей можна знайомити з технікою із раннього віку, але тільки розуміючи і враховуючи ризики від випромінювання. Є приклади розвинутих країн, приміром Франції, там на законодавчому рівні заборонили в дитсадках і школах дітям до 14 років користуватися мобільними. І зараз відбувається заборона WI-FI, а в нас це набирає обертів. Річ не в тім, що прогрес треба заборонити, треба розумно користуватися його здобутками.  

Який за нормою має бути рівень електромагнітного поля в наших домівках? Норми в Україні дуже жорсткі: 2,5 мікровати на сантиметр квадратний – це для непромислових об’єктів, тобто наших домівок. Техніка, яка несе найбільше загроз: мобільний та радіотелефон (одні з найбільших джерел випромінювання), мікрохвильова піч.

Науковці уже довели, що техніка в нашій спальні, наприклад, стільниковий телефон на тумбочці біля ліжка, що працює в режимі очікування, може призвести до порушень сну. І це пояснюють випромінюванням: у телефоні джерелом випромінювання є гетеродин. У режимі очікування його частота не перевищує 900 мегагерц, а людський організм особливо чутливий до таких слабких випромінювань, бо вони відповідають коливанням наших клітин. 

Враховуючи всі поради можна зробити, щоб дім приносив лише радість, здоров’я та затишок. Все в наших руках.

ГРУПА  ХІМІКИ

Хімічні мутагени - найчисленніша група. До них відносяться:
а) сильні окислювачі або відновники (наприклад, нітрати, нітрити, активні форми кисню);
б) алкілуючі агенти (наприклад, іодацетамід);
в) пестициди (наприклад, гербіциди, фунгіциди);
г) деякі харчові добавки (наприклад, ароматичні вуглеводні, цикламати);
д) продукти переробки нафти;
е) органічні розчинники;
ж) лікарські препарати (наприклад, цитостатики, ртуть-містять кошти, імунодепресанти) та інші хімічні з'єднання.
 

Серед хімічних мутагенів до найбільш сильних відносять: етиленамін, діетилсульфат, диметилсульфат, нітрозоетилсечовину, нітрозометилсечовину, пероксид водню, іприт та ін. Їх ще називають супермутагенами, оскільки вони викликають один і той же тип мутацій. Другу групу складають речовини, що близькі за будовою з азотистими основами нуклеїнових кислот і діють на них: 5-бромурацил, 5-фтордіоксіуредин, 5-бромоксіурацил та ін. До третьої групи відносять акридини та їх похідні (акридиновий жовтий, етидій броміду, профлавін акридинового смарагдового та ін.) Вони здатні зміщувати окремі основи ДНК або викликати мутації типу делецій (випадання ділянки ДНК). У четверту групу входять азотиста кислота, формальдегід, гідроксиламін та ін.

Кожний з хімічних мутагенів може викликати як хромосомні розриви, так і генні мутації. Але на відміну від фізичних мутагенів переважно індукують генні мутації, їх дія більш тривала, мутації з'являються не зразу, а через певний час.

Як же саме в побуті впливають хімічні мутагени на організм людини????

На мутагенну активність також перевіряються речовини, що входять до складу харчових продуктів і застосовуються в побуті для підтримання чистоти і порядку.

Мутагенна активність їжі, приготовлена різними способами з різних харчових продуктів вивчалася і вивчається численними дослідами та експериментами. Мутагенними властивостями різної складності володіють такі харчові добавки, як замінники цукру, консерванти, барвники та ін. У курящих людей підвищено рівень сестринських хроматидних обмінів у лімфоцитах. При цьому величина такого підвищення залежить від кількості куріння на день. 

Велику увагу приділяють перевірці на мутагенність барвників для волосся. Багато компонентів фарб викликають мутації у мікроорганізмів, а деякі - в культурі лімфоцитів.

Мутагенні речовини в продуктах харчування, в засобах побутової хімії виявляти важко через незначні концентрації, з якими контактує людина в реальних умовах. Однак якщо вони індукують мутації в зародкових клітинах, то це призведе з часом до помітних популяційних ефектів, оскільки кожна людина отримує якусь дозу харчових і побутових мутагенів.

Мутагенні властивості їжі і побутового середовища були і на ранніх стадіях розвитку сучасної людини. Проте в даний час в наш побут вводиться багато нових синтетичних речовин, хімічні сполуки яких повинні бути безпечні. Повинні, але чи є?

Генетично модифікована їжа - це продукти харчування, отримані з генетично модифікованих організмів, які набувають певних якостей завдяки переносу в геном окремих генів теоретично з будь-якого організму (у випадку трансгенезу) або з геному споріднених видів (цисгенез). Спеціалісти не можуть констатувати шкідливість ГМО на організм людини. Але й виключати факт небезпеки генномодифікованих організмів теж немає підстав. У зв'язку з цим нещодавно був прийнятий закон про обов'язкове маркування харчових продуктів на наявність або відсутність у них ГМО.

До компаній, які використовують ГМО можна віднести:

-Nestle (Нестле) - виробництво шоколаду, кави, кавових напоїв, дитячого харчування.

-Hershey's (Хершіс) - виробництво шоколаду, безалкогольних напоїв.

-Coca-Cola (Кока-Кола) - виробництво напоїв Кока-Кола, Спрайт, Фанта... 

-McDonald's (Макдональдс) - «ресторани» швидкого харчування.

-Danon (Данон) - виробництво йогуртів, кефіру, сиру, дитячого харчування

-Mars (Марс) - виробництво шоколаду Марс, Снікерс, Твікс.

-PepsiCo (Пепсі-Кола) - напої Пепсі.

Серед солодких газованих напоїв є ті, які не містять цукру. Замість нього кладуть цукрозамінники, а їх відносять до добавок, які маркують літерою Е. В напої з «нульовою калорійністю» замість цукру додають штучні цукрозамінники, які практично не засвоюються організмом. Наприклад, аспартам, ацесульфам калію, сахарин та інші. На етикетках вони маркуються відповідно: Е 951, Е 950, Е 954.Крім цукру, невід’ємною частиною солодкого газованого напою є кислота. Найчастіше в газованих напоях застосовують лимонну та яблучну кислоти, рідше – ортофосфорну, яка взаємодіє з кальцієм. Тому у людей, які п'ють напої, що містять ортофосфорну кислоту, кальцій вимивається з кісток набагато краще. У деяких випадках це може призводити до ослаблення кісткової тканини, кістки стають крихкими і досить легко ламаються. На етикетках лимонна і ортофосфатна кислота маркуються відповідно: Е330 та Е338. 

Купляючи той чи інший солодкий газований напій, ми звертаємо увагу на колір. Фарбують газовані напої барвники, серед яких п’ять особливо небезпечних: Е102, Е110, Е122, Е124, Е129. Саме вони є однією з причин гіперактивності у дітей, які стають агресивними, їм важко сконцентрувати увагу на навчанні, вони отримують погані оцінки, вчиняють істерики. 

Не можна обійти увагою і консерванти, які використовують для подовження строків придатності газованих напоїв. Крім вуглекислого газу у них консервантом слугує бензоат натрію, який маркують на етикетці Е211. Цей консервант є штучним, він негативно впливає на обмін речовин, пригнічує роботу шлунково-кишкового тракту і належить до харчових добавок, що сприяє утворенню злоякісних пухлин. 

Сучасні виробники часто додають у свої фірмові напої вітамін С. На перший погляд, це повинно зменшити шкоду газованих напоїв та зробити їх якщо не корисними, то, хоча б, тонізуючими. Однак, це не так. У результаті взаємодії аскорбінової кислоти і бензонату натрію, який є слабким канцерогеном, виділяється токсичний бензол - більш сильний канцероген, що провокує розвиток злоякісних пухлин.

Все-таки на першому місці у побуті стоять хімічні речовини, адже протягом свого життя людина постійно стикається з великою кількістю шкідливих речовин, які за численними дослідженнями можуть викликати різні види захворювань та розлади здоров’я. Особливу небезпеку становлять хімічні речовини, які залежно від їх практичного використання можна поділити на:

• отрути, які використовуються у господарстві: фарби, розчинники, складовими частини яких є ртуть, свинець, ароматичні сполуки, що в свою чергу є джерелом небезпеки гострих і хронічних інтоксикацій;

• отрутохімікати, що використовуються у сільському господарстві для боротьби з бур’янами та шкідниками (гербіциди, пестициди), які перебуваючи у квартирах або приватних будинках виділяють речовини, які людина постійно вдихає; 

• хімічні побутові засоби санітарії, гігієни та косметичні засоби.

Всі ці хімічні речовини можуть вважатися мутагенними і залежно від характеру дії на організм людини поділяються на: токсичні, подразнюючі, канцерогенні, наркотичні, задушливі та ті, що впливають на репродуктивну функцію.

Токсичні речовини - це речовини, які викликають отруєння усього організму людини, впливаючи в основному на кровотворну, центральну, нервову системи людського організму. Ці речовини викликають патологічні зміни певних органів. До таких речовин належать такі сполуки, як чадний газ, селітра, розчини кислот чи лугів.

Пари кислот, лугів, аміак, які можуть бути у будинках і квартирах  викликають подразнення слизових оболонок, дихальних, шляхів, очей, шкіри. Розчинники, формалін, лаки на основі нітросполук - це речовини, що діють як алергени.

Азбест (прилади з його використанням), ароматичні вуглеводні, циклічні аміни, нікель, хром - канцерогенні речовини, які викликають, як правило, злоякісні новоутворення - пухлини.

Наркотичні речовини впливають на центральну нервову систему та репродуктивну функцію того, хто їх приймає. Але їхня дія може мати мутагенний характер для майбутніх дітей наркомана.

Задушливі речовини, наприклад, оксид вуглецю, оксиди азоту призводять до токсичного набряку легень.

Пестициди - один із найнебезпечніших факторів забруднення навколишнього середовища. А вони часто можуть утримуватись у приміщеннях, особливо у сільській місцевості. За останні роки було відомо про ряд масових отруєнь, викликаних пестицидами. Це відбувалося, головним чином, з двох причин: внаслідок забруднення харчових продуктів під час їх перевезення і зберігання, а також у результаті використання в їжу протруєного насіння.

ГРУПА БІОЛОГИ

До біологічних мутагенів відносяться:
а) деякі віруси (наприклад, кору, краснухи, грипу);
б) продукти обміну речовин (наприклад, продукти ліпопероксидації);
в) антигени деяких мікробів і паразитів.

До біологічних мутагенів відносять ДНК-і РНК-віруси, деякі поліпептиди і білки. Механізми утворення мутацій при дії різних біологічних факторів не цілком ясні, проте агенти, що містять нуклеїнові кислоти, можуть викликати порушення процесів рекомбінації, що призводить до виникнення мутацій. Дія рестриктаз зводиться до «розрізанню» ланцюгів ДНК в місці (локусі) певної послідовності нуклеотидів, специфічному для кожної рестріктази.  Біологічні мутагени:  - Специфічні послідовності ДНК - транспозони;  - Деякі віруси (вірус кору, краснухи, грипу);  - Продукти обміну речовин (продукти окислення ліпідів);  Транспозони - один з класів мобільних елементів геному які, вбудовуючись в геном, можуть викликати мутації, в тому числі і такі значні як хромосомні перебудови.  Вони відіграють важливу роль у процесах переносу лікарської стійкості серед мікроорганізмів, рекомбінації, та обміну генетичним матеріалом між різними видами як у природі   так і в ході генно-інженерних досліджень.

Віруси здатні змінювати генетичну інформація ураженого організму. Потрапляючи в клітину, вірус вивільняє свою генетичну інформацію, яка включається в генетичний код хазяїна, тим самим змінюючи його. Також, віруси здатні переносити гени або групи генів між організмами, перехрещення яких в природі неможливе. Циркулюючи в природі віруси постійно зазнають різні зміни і мутації, в результаті яких з'являються нові види вірусів. Під тиском природного відбору закріплюються тільки найстійкіші форми вірусів.
Важливо помітити, що живий організм може бути заражений відразу декількома вірусами. У таких випадках можлива генетична взаємодія між вірусами і поява нової рекомбінантної форми вірусу. Так, наприклад, пояснюють виникнення пандемічних штамів вірусу грипу, які утворюються в організмі свиней, заражених одночасно людською і пташиною формою вірусу грипу.

Віруси відіграють важливу роль в життя людини, оскільки можуть викликати захворювання різного ступеня тяжкості. За епідеміологічними характеристиками, вірусні захворювання ділять на антропонозні, тобто ті, на які хворіє тільки людина (наприклад поліомієліт) і зооантропонозні, - які передаються від тварин людині (наприклад сказ).

VІ. Узагальнення та систематизація знань учнів.

Перегляд відео «Мутації» https://www.youtube.com/watch?v=KTjJ73p8E4U 

Презентація ЛЕПБУКА на тему «Мутації»

VІІ. Д/З

§34 ст.136-139