Нуклеиновые кислоты и их роль в жизнедеятельности клетки

(Урок по учебнику: Общая биология.10-11 класс/ А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. – М.: Дрофа.)

(Для проведения урока необходим: модель ДНК, компьютер, проектор или большой экран, диск Электронные уроки и тесты, серия Биология в школе – Наследование признаков – урок №5 – Тайна структуры нуклеиновой кислоты.)

Проверка домашнего задания.

1. Какие вещества называют белками?
2. Какое место они занимают в клетке?
3. Какие структуры может иметь молекула белка, каким образом они создаются?
4. В каких процессах жизнедеятельности растений и животных участвуют белки?

Изучение нового материала.

Нуклеиновые кислоты (НК) – самые крупные из молекул, образуемых живыми организмами.

В 1871 г. Фридрих Мешер выделил из ядер клеток гноя вещество, содержащее много фосфора, и назвал его нуклеиком (от лат. “нуклеус” – “ядро”). Позже эти вещества стали называть нуклеиновыми кислотами.

Давайте вспомним, какова роль ядра в клетке?

Какие вещества называют НК?

• НК – это биополимеры, состоящие из мономеров – нуклеотидов.

Нуклеотид состоит из фосфатной группы, пятиуглеродного сахара (пентозы) и азотистого основания – рис. 17 стр.48 учебника.

На одном конце расположен связанный с пятым атомом пентозы фосфат – 5' -конец (“пять штрих”), на другом конце остаётся не связанная с фосфатом ОН– группа третьего атома углерода – 3' -конец (“три штрих”) < рисунок 1> .

В зависимости от вида пентозы различают:

Молекула ДНК имеет сложное строение.

История расшифровки структуры.

Первой фазой стала расшифровка структуры ДНК. Работы Розалинды Франклин, получившей изображение ДНК с помощью рентгеновских лучей, дали важную информацию. Было установлено, что ДНК имеет форму спирали, состоящей из 2-х или 3-х нитей, обвивающих друг друга.

В 1950-м Эрвин Чаргаф доказал, что количество аденина равно количеству тимина , а количество гуанина равно цитозину.

В 1952 году двое учёных Джеймс Уотсон и Френсис Крик объединились за работой над построением модели ДНК, используя работы Р. Франклин и др. учёных. Их первая попытка провалилась. Через год они возобновили работу. 2 апреля 1953 года в журнале “Природа” появилась статья: “Молекулярная структура нуклеиновой кислоты”, в которой Уотсон и Крик описали структуру ДНК.

В 1962 году Уилкинс, Уотсон и Крик получили Нобелевскую премию за исследование ДНК. В 1988 году Уотсон возглавил программу “Геном человека”.

• ДНК состоит из 2-х спирально закрученных цепей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями, такая структура называется – двойной спиралью.

Нуклеотиды – основной компонент структуры ДНК. Они состоят из: фосфатной группы, пентозы – дезоксирибозы, азотистого основания < рисунок 2> .

ДНК может содержать одно из четырёх азотистых оснований (определяющих название нуклеотида):

Фрагмент электронного урока: “Тайна структуры нуклеиновой кислоты” (стр.3 и 4) и рис.18 стр. 49 учебника.

Длинная цепочка ДНК состоит из миллионов нуклеотидов, связанных между собой – это первичная структура ДНК.

Фрагмент электронного урока: “Тайна структуры нуклеиновой кислоты” (стр.5) и рис.18 стр. 49 учебника.

• Азотистые основания соседствующих цепочек соединяются попарно водородными связями: гуанин только с цитозином, аденин только с тимином – принцип комплементарности.

Между гуанином и цитозином образуются 3 водородные связи, а аденином и тимином две.

Г? Ц ; Ц? Г А= Т ; Т= А

Зная порядок нуклеотидов в одной цепочки ДНК, легко определить их порядок в др. цепочке, образующей молекулу. Следовательно, у каждого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых – числу цитидиловых.

Цепочки ДНК идут в противоположных направлениях, т.е. “вверх ногами” относительно друг друга – антипараллельно. Пространственное расположение цепочек ДНК образуют её вторичную структуру – модель ДНК.

Решим задачу на стр. 53 учебника: фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав: А – А – Г – Г – Ц – Ц –Ц – Т – Т -. Используя принцип комплементарности, достройте вторую цепь.

Решение:

Самостоятельное изучение обучающимися функций ДНК (стр. 50 учебника) с написанием вывода в тетрадях (генетический код).

Помимо ДНК в клетках содержатся ещё один тип НК –

Рибонуклеиновая кислота (РНК).

Молекулы РНК – одноцепочечные, однако в некоторых местах РНК сворачиваются и образуют фрагменты, параллельные один другому. В таких местах азотистые основания соединяются и РНК приобретает форму двойной спирали. Принцип комплементарности действует и здесь, но аденин образует пару с урацилом. Такая структура называется шпилькообразной (рис.20 стр.52 учебника).

Фрагмент электронного урока: “Тайна структуры нуклеиновой кислоты” (стр.8).

• РНК – полинуклеотид, состоящий из одной цепочки.

Нуклеотиды РНК отличаются от нуклеотидов ДНК: сахаром – рибоза и одним азотистым основанием – урацил (нуклеотид – урациловый) вместо тимина.

Молекулы РНК меньше чем ДНК, могут содержать от 75 до10 000 нуклеотидов.

Фрагмент электронного урока: “Тайна структуры нуклеиновой кислоты” (стр.8) и рис.19 стр. 51 учебника.

Существует три типа РНК различающихся по размерам и функциям:

• информационные РНК (и-РНК), или матричные РНК (м-РНК);
• рибосомные РНК (р-РНК);
• транспортные РНК (т-РНК).

Фрагмент электронного урока: “Тайна структуры нуклеиновой кислоты” (стр.9).

Таким образом, различные типы РНК представляют собой единую функциональную систему, направленную на реализацию наследственной информации через синтез белка.

Все типы РНК, за исключение генетической РНК вирусов, не способны к самоудвоению и самосборке.

Домашнее задание: изучить §12, ответить на вопросы стр.52, зад. 2 стр.53.

Не забывать: о том, что в структуре РНК присутствует урациловый (У) нуклеотид вместо тимидилового (Т) в молекуле ДНК.