Цели урока:
- Продолжить формирование естественнонаучной картины мира при рассмотрении успехов современной науки в решении вопросов, связанных с реализацией наследственной информации.
- Расширить знания учащихся о специализации различных веществ и структур клетки в процессе биосинтеза белка.
- Научить решению задач по теме “Молекулярная биология”.
Тип урока: комбинированный урок с закреплением знаний, новым материалом, решением проблемных вопросов и познавательных задач.
Оборудование: модель ДНК, таблица генетического кода, компьютер, интерактивный курс “Открытая биология”, учебник “Общая биология” под редакцией Д.К. Беляева, 2003/2004г.
Перечень знаний, умений, навыков, способностей, которые предполагается развивать или осваивать на данном занятии.
- Актуализировать знания о регуляции транскрипции и трансляции у бактерий и у эукариот.
- Продолжить формирование навыков анализа, обобщения знаний в виде таблиц, схем; навыков работы с текстом и изображениями как основой для самостоятельного решения задач.
- Продолжить формирование навыков работы с тестами.
- Отработать навыки внутригруппового взаимодействия.
- Закрепление навыков публичного выступления.
Краткий план занятия:
Организационный момент (пояснение цели и структуры занятия, формы его проведения);
Актуализация изученного материала:
- демонстрация моделей из интерактивного курса “Открытая биология”
8.7.Транскрипция РНК,
8.9. Синтез белка,
8.8. Полирибосома; повторение сведений о синтезе белка,
- обсуждение “алгоритма Цицерона”,
- игра “Четвертый лишний”,
Решение задач по изученному материалу: работа с текстовым бланком и таблицей генетического кода учебник с. 63/ 60;
Изучение нового материала:
- “Регуляция транскрипции и трансляции”.
- “Генная и клеточная инженерия”, демонстрация модели из интерактивного курса “Открытая биология”8.10. Клонирование,
- Заслушивание докладов по теме “Биотехнология”;
Выводы, обобщение, закрепление.
Итог урока.
Домашнее задание §16.
Подробный конспект занятия
Организационный момент.
Пояснение цели и структуры занятия, формы его проведения.
Актуализация изученного материала.
1. Демонстрация моделей. 8.7. Транскрипция РНК
8.9. Синтез белка,
8.8. Полирибосома.
- Почему молекула ДНК не транспортируется из ядра в цитоплазму, к месту синтеза белка, ведь в этом случае не нужна была бы молекула-посредник – информационная РНК?
- По одной молекуле информационной РНК, пришедшей из ядра клетки, друг за другом движется несколько рибосом. Ответить на вопросы:
- Одинаковый ли аминокислотный состав будут иметь в конечном итоге синтезируемые ими белковые молекулы?
- Одинаковой ли будет последовательность аминокислот в этих молекулах? Почему?
2. Сравнение и конкретизация понятий “транскрипция” и “трансляция”.
а). “Алгоритм Цицерона”.
- Чтобы сравнить два ключевых понятия биосинтеза белка, воспользуемся четырьмя вопросами. Отвечая на руководящие вопросы, составьте определения понятий:
Термин |
Что? |
Где? |
Как? |
Зачем? |
Транскрипция |
||||
Трансляция |
- Можно ли утверждать, что в основе процесса трансляции, как и в случае с транскрипцией, лежит принцип комплементарности? Почему?
- Какой из ферментов (органоидов), участвующих в биосинтезе белка, “умеет переводить”, то есть знаком с обеими знаковыми системами (и аминокислотами, и белками), а также их соответствием друг другу?
- Назовите основные свойства генетического кода.
б). Игра “Четвертый лишний”.
- Какой термин не относится к теме “Биосинтез белка”? (Распечатать на отдельных листах по 4 термина.)
Аминокислота Триплет Генетический код Жиры
Ядро Информационная РНК Транскрипция Апоптоз
Комплементарность Матрица Кребс Репликация
Оперон Информация Окисление Урацил
Трансляция Банк генов Рибосома Биосинтез
Решение задач по изученному материалу.
Раздается по одной на парту работа с текстовым бланком с задачами, открывается таблица генетического кода в учебнике с. 63/ 60. Обратить внимание на групповой характер работы (так как объем, и сложность заданий превышают возможности отдельного ученика; выполнить задания можно по парам). Выполнение работы приблизительно 7–9 минут.
Текстовый бланк с заданиями для групповой работы учащихся
Класс _____ Участники группы: ______________________________________________
Внимание!
- Все приведённые в задачах последовательности нуклеотидов – фрагменты иРНК.
- Для всех задач необходимо указать, какое свойство (свойства) генетического кода лежит в основе задачи.
1. Переведите приведённую ниже последовательность на язык аминокислот.
А У Г У Ц Ц А Г А Г Ц А У А Ц Ц Ц Г У А У У Ц У |
Сколько аминокислот в пептиде?
2. Ниже приведены две последовательности нуклеотидов, различающиеся между собой по 11 позициям из 18. Переведите обе последовательности в белки. Сколько аминокислотных различий между ними?
|
3. Переведите приведённую ниже последовательность в белок. Запишите полученный белок. А теперь попробуйте удалить первые два нуклеотида и получить другой пептид. Запишите полученный пептид и сравните с первым.
У А У Г Ц У А А Г А У У Ц Ц У У У Ц Г Г А |
4. Необходимо по молекуле белка восстановить последовательность нуклеотидов (точнее, один из возможных вариантов состава) иРНК:
Аминокислоты: Метионин – Аргинин – Лизин – Валин – Триптофан – (стоп-кодон)
Учитель рекомендует записать против каждой фамилии вклад (в процентах) каждого в общий результат, и сдать работы.
Предлагаемые максимальные баллы “Задания для групповой работы учащихся”: четыре обязательные задачи. В каждой из задач 1 балл обязательно даётся за ответ на вопрос о свойстве генетического кода, которому посвящена задача, и 4 балла – за правильное решение самой задачи. Максимальная оценка задач:– 5 баллов.
Количество процентов, набранных в тестах, делится на 10; это и есть баллы. Для получения индивидуального рейтингового балла ученика необходимо набранное группой количество баллов умножить на рейтинговый коэффициент индивидуального участия в групповой работе. Приведенные цифры являются ориентировочными, учитель может сам менять коэффициенты в зависимости от условий конкретного урока.
Изучение нового материала.
I. Понятие о регуляции транскрипции и трансляции.
Вступительное слово.
- Все клетки организма произошли от зиготы (оплодотворенной яйцеклетки) в результате ее дробления. Перед каждым делением происходит процесс удвоения ДНК. Таким образом, во всех клетках есть одинаковый набор молекул ДНК - одна и та же генетическая информация. Почему же клетки, содержащие одинаковую генетическую информацию, производят различные белки? (Выслушать предположения)
Специализация клетки определяется не всеми генами, а только теми, с которых информация была прочтена и реализована в виде белков. Так, существуют молчащие участки, с которых не считывается иРНК, но которые способны регулировать работу соседних участков. Так же в клетке, в зависимости от ее нужд, в разное время могут синтезироваться разные белки. Давайте разберем этот сложный механизм, регулирующий “включение” и “выключение” генов.
Запись в тетради терминов и их определений: субстрат, оперон, структурные гены, промотор, оператор, репрессор.
Объяснение схем регуляции транскрипции и трансляции у бактерий по учебнику рис. 24. с.69.
Запись в тетради пунктов усложнения регуляции работы генов у эукариот:
- белки могут быть закодированы в генах различных хромосом;
- эукариоты в генах имеют молчащие участки, с которых не считывается иРНК, но которые могут регулировать работу соседних участков ДНК.
- в многоклеточном организме нужно точно регулировать и координировать работу генов в клетках разных тканей, что и происходит, в основном, при помощи гормонов.
Объяснение механизма регуляции синтеза белка у эукариот.
Закрепление
- Что такое оперон? Субстрат? Структурные гены? Промотор? Оператор? Репрессор?
- С какого момента начинается процесс транскрипции?
- Какие вещества в многоклеточном организме играют важнейшую роль в координации работы тысяч генов?
- Какова роль гормонов в регуляторном механизме клетки?
Обобщение знаний по изученному материалу. Предложить сделать обобщение кому-то из учеников.
Вывод:
- Все многоклеточные организмы развиваются из одной-единственной клетки – зиготы. Процесс дифференцировки клеток, видимо, связан с управлением синтезом белка генами-регуляторами, но в организме человека 200 млрд. клеток по 120 тыс. генов и каким конкретно образом осуществляется это управление – пока остаётся неясным. В каждой клетке многоклеточного организма множество генов, но используется только часть генетической информации, которая содержится в ДНК, что обеспечивается наличием в генах особых механизмов, “включающих” и “выключающих” синтез необходимого белка в клетке.
II. Понятие о генной и клеточной инженерии.
- Развитие молекулярной биологии привело к созданию методов синтеза и выделения генов, положивших начало генной инженерии.
“Скрестили японцы арбуз с блохой. Разрезаешь арбуз, а из него семечки выпрыгивают”. Когда-то этот анекдот казался очень смешным. Кто бы мог предположить, что он может стать реальностью!
Ферменты, белковые гормоны, защитные транспортные и иные белки в клетках бактерий, животных или растений представляют большую практическую ценность для человека, но синтезируются они в очень малых количествах, поэтому их использование затруднено или вовсе невозможно.
Сегодня известно несколько способов получения генов, кодирующих необходимые белки.
Запись в тетрадь:
- Метод химического синтеза молекул ДНК с заданной последовательностью нуклеотидов (интерферон, инсулин, гормоны роста).
- Выделение необходимого одиночного гена из всей массы ДНК, который встраивают в самокопирующуюся ДНК бактериофага (роль вектора) и вводят в бактериальную клетку.
- Метод получения рекомбинантной плазмиды (кольцевой молекулы ДНК бактерии, содержащей чужеродный ген, в роли вектора) для введения необходимой информации в клетку-хозяина.
Объяснение схемы получения гена требуемого белка в учебнике рис. 25. с.72.
Запись в тетрадь. Основные этапы создания генетически измененных организмов:
- Получение гена, кодирующего определенный признак (рестрикция).
- Объединение его с плазмидой-вектором (лигирование).
- Введение вектора с определенным геном в клетку-хозяина (трансформация).
- Отбор клеток с дополнительным генетическим признаком и их практическое использование (скрининг).
- Весь этот процесс называется клонированием. С помощью клонирования можно получить более миллиона копий любого фрагмента ДНК человека или другого организма. К генной инженерии примыкает клеточная инженерия, которая основана на успехах клеточной биологии. В 1997 г. в Англии были проведены успешные эксперименты по генетическому клонированию овцы. В зародыши клеток животных научились вводить новые гены и получать животных с новыми наследуемыми свойствами.
Демонстрация модели Клонирование 8.10.
- Казалось, стало возможным воспроизведение многочисленных генетических копий выдающихся по продуктивности животных-рекордистов. Но после наблюдений за овечкой Долли установили, что по достижению размеров взрослой овцы, ее физиологическое состояние было как у старой особи. Это поставило под сомнение целесообразность клонирования животных.
- Биотехнология (от греч. bios – жизнь, techne – искусство, мастерство и logos – учение) использование живых организмов и биологических процессов в производстве.
III. Заслушивание докладов по теме “Биотехнология”.
Во время заслушивания докладов выполнить в тетради схему возможного отраслевого использования организмов и биологических процессов.
- Существует организация “Врачи и ученые против генетически модифицированных продуктов питания”, сформулировавшая Заключения, которые можно кратко представить в виде следующих положений:
- Искусственное добавление чужеродных генов грубо нарушает точно отрегулированный генетический контроль нормальной клетки.
- Невозможно предвидеть место встраивания и эффекты добавленного гена.
- При искусственном добавлении гена могут образоваться токсины, аллергены и др. вредные для здоровья человека вещества.
- Нет надежных методов проверки на безвредность генмодифицированных продуктов.
- Генмодифицированные продукты питания не имеют значительной ценности, удовлетворяют лишь коммерческие интересы.
- Недостаточно знаний о влиянии на окружающую среду генмодифицированных организмов.
- Как выпущенные “на свободу” гены забрать обратно?
- Могут появиться вирусы более агрессивные и менее видоспецифичные.
- Сможет ли человечество решить этические проблемы, возникающие в результате клонирования животных и человека?
Выводы:
- Дальнейший прогресс человечества во многом связан с развитием биотехнологии. Но необходимо учитывать, что неконтролируемое распространение генмодифицированных живых организмов и продуктов может нарушить биологический баланс в природе и представлять угрозу здоровью человека.
Обобщение:
- Чем можно объяснить бурное развитие биотехнологии?
- Какой вклад внесла биотехнология в повышение эффективности растениеводства и животноводства?
- Какие перспективы открывают эти исследования в медицине?
- К чему могут привести неконтролируемые исследования в области биотехнологии?
Итог урока
:- Что нового узнали на уроке?
- Как вы считаете, можно ли безоговорочно доверять средствам массовой информации, рекламе пищевых продуктов, если речь идет о чьих-либо коммерческих интересах?
Комментирование оценок за урок.
Домашнее задание: По учебнику: Общая биология: Учеб. для 10–11 классов общеобразоват. учреждений / Д. К. Беляев, Н. Н. Воронцов, Г. М. Дымшиц и др. – 9-е изд. – М.: Просвещение, 2003. – § 16.
Использованная литература:
1. Общая биология: Учеб. для 10–11 классов общеобразоват. учреждений / Д. К. Беляев, Н. Н. Воронцов, Г. М. Дымшиц и др. – 9-е изд. – М.: Просвещение, 2003.§16.
2. Общая биология. 10–11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений / А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. – М.: Дрофа, 2005. – § 66, 67.
3. Кодзоева Р. Генетически модифицированные продукты: за и против. (Реферативная работа по биологии). //Биология. – 2003. - №39,40.
4.“Открытая химия” CD, ООО “Физикон”. (Д.И. Мамонтов.)