Химическая эволюция. Эволюция биополимерных молекул. 10-й класс

Разделы: Биология, Конкурс «Презентация к уроку»

Класс: 10

Презентация к уроку

Загрузить презентацию (10 МБ)

Цель: Проанализировать филогенетические связи появления биополимерных молекул на планете Земля.

Задачи:

  • Проанализировать строение изученных биополимеров: белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот в связи с их функциями.
  • Выделить основных три класса органических молекул характерных для живых существ нашей планеты.
  • Какая из трех молекул появилась первой?
  • Возникновение на планете клеточного уровня жизни могло произойти от единого универсального предка (ЛУКИ-Last Universal Common Ancestor, LUCА), или путем развития полиморфного сообщества “первобытных” клеток.

План:

1. Ориентировочно-мотивационный этап

2. Разминка (крестики – нолики)

3. Три великих молекулы жизни (анализ строения и свойств биополимерных молекул)

4. Теория РНК мира

5. Рефлексия (LUCА – первоклетка или сообщество)

1. Ориентировочно-мотивационный этап

Рассматриваем проблему

Развернем наши знания о биополимерах в несколько другом ракурсе. Во главу угла поставим значимость молекул для жизни. Зная строение и функции биополимеров мы проанализируем значимость молекул в иерархичности жизни. Какие молекулы являются основными и характерны для всех живых существ нашей планеты, а из основных мы попробуем определить одну –самую главную молекулу. Молекулу жизни, которая сама могла собирать свои части

2. Разминка (крестики –нолики) (слайды № 2-13)

Цель разминки вспомнить и проанализировать строение и функции изученных биополимеров

Группы: 1-белки, 2-жиры, 3-углеводы, 4-нуклеиновые кислоты

Строение: какие функции выполняют молекулы в живых организмах

Мы закончили изучение одного из первых уровней организации жизни на планете. Сегодня мы повторим и обобщим наши знания о Молекулярном уровне и подготовимся к изучению сведущего Клеточного уровня.

Начнем с РАЗМИНКИ. Её мы проведем в форме игры “Крестики –нолики”, перед вами поле для игры, прежде чем выбрать клетку для постановки крестика или нолика Вы можете посмотреть в ячейке тему вопроса и выстраивать стратегию с учетом своих знаний. Если ваша команда не ответит на вопрос, в ячейку будет поставлен значок команды противника.

1 ячейка – вопрос о незаменимых аминокислотах 2 ячейка – вопрос о жирах и липидах 3 ячейка – вопрос об углеводах
4 ячейка – вопрос о биополимере 5 ячейка – вопрос о рентгеновских снимках молекул 6 ячейка – вопрос о химических связях
7 ячейка – вопрос о структуре молекулы 8 ячейка – вопрос о элементарном составе молекул 9 ячейка – узнай молекулу

Первая – ячейка вопрос о незаменимых аминокислотах. Необходимо узнать аминокислоту и заболевание, которое возникает из за недостатка в организме данной аминокислоты.

Подсказки:

1 мысль: патология, возникает в человеческом организме вследствие нарушения обмена этих веществ. Самым тяжелым осложнением данного заболевания принято считать поражение головного..мозга;

2 мысль: самое первое описание классической формы данной патологии было представлено ученым по имени А. Феллинг в тысяча девятьсот тридцать четвертом году.

3 мысль: младенцы, появившиеся на свет с этой болезнью, ничем не отличаются от здоровых новорожденных. Их внешний вид в течение первых нескольких недель жизни является совершенно нормальным. Скажем больше, все дети с данным недугом появляются на свет в срок. При этом у них отмечается нормальная масса тела, а также соответствующий их возрасту рост. Единственным их отличием принято считать очень светлую кожу, светлые волосы и голубые глаза;

4 мысль: другим проявлением данного заболевания принято считать чрезмерную потливость, в результате которой от ребенка исходит особый специфический запах. Чаще всего его сравнивают с мышиным запахом либо с запахом плесени.

ОТВЕТ: аминокислота — фенилаланин, заболевание — фенилкетонурия.

Вторая ячейка – вопрос о жирах и липидах:

Подсказки:

1 мысль: вещества, входящие в состав всех живых клеток и играющие важную роль в жизненных процессах. Будучи одним из основных компонентов биологических мембран, они, влияют на проницаемость клеток и активность многих ферментов, участвуют в передаче нервного импульса, в мышечном сокращении, создании межклеточных контактов, в иммунохимических процессах;

2 мысль: другие функции — образование энергетического резерва и создание защитных водоотталкивающих и термоизоляционных покровов у животных и растений, а также защита различных органов от механических воздействий.

ОТВЕТ: фосфолипиды.

Третья ячейка – вопрос об углеводах. Необходимо узнать заболевание, которое возникает из за избытка в организме вещества.

Подсказки:

1 мысль: симптомы этого заболевания зачастую появляются не сразу. Длительное время в организме больного человека болезнь присутствует в так называемом “дремлющем” состоянии, никоим образом не выдавая своего присутствия;

2 мысль: нередко человек узнаёт о своем заболевании совершенно неожиданно, при обращении к врачу по поводу какого-либо другого заболевания. Например, человек обратится к врачу-окулисту, который после осмотра глазного дна может заподозрить наличие болезни; 

3 мысль: признаки болезни:

- Как правило, чувство постоянной жажды встречается во всех случаях заболевания

- учащенное мочеиспускание

- страдают от излишнего веса

-появление синдрома хронической усталости

-появление нечеткого изображения, белой “пелены” перед глазами.

- нарушение нормального процесса кровообращения в конечностях.

ОТВЕТ: сахарный диабет.

Четвертая ячейка – вопрос о биополимере

Подсказки:

1 мысль: полимер обладает довольно сложной структурой. Мономеры соединены между собой ковалентной связью в длинные цепи;

2 мысль: цепи объединяются при помощи водородных связей во вторичную структуру;

3 мысль: внутри одной цепи молекула соединена фосфодиэфирными связями.

ОТВЕТ: ДНК.

Пятая ячейка – вопрос о рентгеновских снимках молекул

По репродукциям фотоснимков нужно определить какая молекула представлена на рентгеновском снимке

ОТВЕТ: ДНК, белок.

Шестая ячейка – вопрос о химических связях или силах взаимодействия

Эти взаимодействия в основном определяют силы, ответственные за формирование пространственной структуры биологических макромолекул. Силы также возникают между частицей и молекулой и между двумя частицами.

Комментарий к рисунку на слайде: Силы образующиеся скажем между Вашей рукой и поверхностью стола, невелики из-за "шероховатости" поверхности общая площадь на которой атомы руки и стола соприкасаются, поэтому и суммарная сила тоже мала. А у геккона кончики волосков на ногах имеют размер в десяток нанометров и поэтому миллионы волосков могут принять форму любой поверхности, тогда силы заметны.

ОТВЕТ: силы Ван-дер-ваальса.

Седьмая ячейка – вопрос о структуре молекулы

Рассмотрев изображения структур молекул, определить название молекул и объяснить чем определяется структура молекулы.

Восьмая ячейка – вопрос об элементарном составе молекул

Зная элементарный состав молекул биополимера, определить название молекулы.

Девятая ячейка – узнай молекулу

По описанным функциям определите молекулу биополимера

Подсказки:

1 мысль: входят в состав клеток и клеточных структур, в частности, клеточных мембран;

2 мысль: 100 граммов вещества при полном окислении дают около 107 граммов воды;

3 мысль: полное окисление 1 г дает 38,9 кДж энергии.

3. Три великих молекулы жизни (слайд№14)

Общепринятого определения жизни не существует (в биологии вообще с определениями трудно — обычно чем строже определение, тем хуже оно работает). Одни ученые полагают, что жизнь — скорее процесс, чем структура, и определяют ее, например, как “процесс сохранения неравновесного состояния органической системы извлечением энергии из среды”. Такому определению могут соответствовать и системы, не имеющие четких пространственных границ, — автокаталитические циклы, “живые растворы”. Другие подчеркивают обязательную дискретность живых объектов и считают, что понятие “жизнь” неотделимо от понятия “организм”. Третьи подчеркивают информационную природу жизни и определяют ее как способность некого фрагмента информации (“репликатора”) к самокопированию с использованием ресурсов внешней среды. Под это определение подходят не только биологические вирусы, но и компьютерные и даже распространяющиеся в обществе слухи, верования и т. п. [2]

Жизнь (не любая жизнь, а такая, развитие которой адекватно описывается генетической теорией эволюции) может быть основана не на всяком полимере, в котором что-то закодировано. Это должна быть молекула, во-первых, способная к размножению, во-вторых — обладающая наследственной изменчивостью. [5]

Выберем из изученных три основных биополимера которые подходили бы под самостоятельное существование на Земле в качестве молекул Жизни. ( ДНК, РНК и белки

Класс разделен на три группы, каждая получив один из трех биополимеров, афиширует свои знания об особенностях строения биополимера, химических связях между атомами в молекуле, функции молекулы в отношении поддержании жизни.

4. Теория РНК мира.

Обобщение после выступлений групп: все живое на Земле справляется с задачей Жизни при помощи трех классов сложных органических соединений: ДНК, РНК и белков [2]. ДНК взяла на себя задачу — хранение наследственной информации. Белки выполняют все виды активных “работ”. Разделение труда у них очень строгое. Белки не хранят наследственную информацию, ДНК не совершает активной работы.

Молекулы третьего класса веществ — РНК — служат посредниками между ДНК и белками, обеспечивая считывание наследственной информации. При помощи РНК осуществляется синтез белков в соответствии с записанными в молекуле ДНК “инструкциями”. Некоторые из функций, выполняемых РНК, очень похожи на функции белков (активная работа по прочтению генетического кода и синтезу белка), другие напоминают функции ДНК (хранение и передача информации). И все это РНК делает не в одиночку, а при активном содействии со стороны белков. На первый взгляд РНК кажется “третьей лишней”. В принципе нетрудно представить себе организм, в котором РНК вовсе нет, а все ее функции поделили между собой ДНК и белки. Правда, таких организмов в природе не существует.

Появление теории РНК - мира это одно из самых выдающихся достижений теоретической мысли в биологии за последние 30 лет. Согласно которой первые живые существа были РНК-организмами без белков и ДНК. А первым прообразом будущего РНК-организма мог стать автокаталитический цикл, образованный самовоспроизводящимися молекулами РНК — теми самыми рибозимами, которые способны катализировать синтез собственных копий [2].

Примечание: обобщение можно провести, используя видеоролик (http://postnauka.ru/video/11620 видео 12 мин, постнаука, теория РНК мира, А. Марков) или материал приложения 1.

5. Рефлексия (LUCА – первоклетка или сообщество)

Если продвинуться дальше по эволюционным ступенькам, то следующим уровнем организации жизни после молекулярного является клеточный. Возникновение на планете клеточного уровня жизни могло произойти от единого универсального предка (ЛУКИ - Last Universal Common Ancestor, LUCА), или путем развития полиморфного сообщества “первобытных” клеток. Этот вопрос нам предстоит разобрать в следующей теме.(слайд №15)

Приложение 1

Используемая литература и свободные интернет источники.

1. Захаров В.Б., Мамонтов С. Г., Сонин Н. И., Захарова Е. Т., Биология. Общая биология. 10 класс. Углубленный уровень: Учеб. для 10 – 11 кл. общеобразоат. Учеб. заведений - М.: Дрофа, 2010.

2. Марков А. Рождение сложности. Эволюция биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы/Александр Марков. М.: Астрель: CORPUS, 2012.-527с.

3. Марков А., Эволюция человека. В 2 кн. Кн. 1: Обезьяны, кости и гены / Александр Марков. — М.: Астрель: CORPUS, 2012. — 464 с.

4. Марков А., Эволюция человека. В 2 кн. Кн. 2: Обезьяны,нейроны и душа / Александр Марков. — М.: Астрель: CORPUS, 2012. — 464 с.

5. Марков А. Эволюция. Классические идеи в свете новых открытий / Александр Марков, Елена Наймарк; — Москва: АСТ: CORPUS, 2014. — 656 с.

6. Общий биология / Под ред. акад. В. К. Шумного, проф. Г. М. Дымшица и проф. А. О. Рувинского. 3-е изд. М.: Просвещение, 2011.