Биология 10 класс Урок №7 Тема Строение, свойства, роль в

Биология 10 класс
Урок №7
Тема Строение, свойства, роль в жизнедеятельности организмов макромолекул
(биополимеров): полисахаридов, белков, нуклеиновых кислот.
Сегодня урок мы посвятим главной загадке жизни. Что превращает крошечный комочек
вещества в согласованно функционирующую клетку, способную регулировать свой
собственный химический состав, расти и размножаться? Что вынуждает оплодотворенное
яйцо, т. е. ту единственную клетку, из которой происходит каждый из нас, делиться, а
возникающую массу клеток перегруппировываться, расти, вбирать в себя питательные
вещества и, наконец, обретать форму единственного в своём роле индивидуума. Что
делает каждого из нас непохожих на других индивидуумов и вместе с тем наделяет всех
нас неким изначальным средством как представителей одного вида homo sapiens? Что
заставляет родственников, собравшихся вокруг новоприбывшего члена клана, с такой
уверенностью узнавать в нем знакомые черты - отцовский нос или материнскую чуть
кривую усмешку. На этот вопрос есть только один ответ: генетическая информация.
- Какие структурные компоненты клетки отвечают за наследственную информацию?
(хромосома)
- Из чего состоит хромосома? (ДНК)
- А что такое ДНК?
- С какой ещё нуклеиновой кислотой вы встречались или слышали при изучении клетки?
(РНК)
- Итак, сегодня на уроке, мы рассмотрим нуклеиновые кислоты.
Нуклеиновые кислоты были открыты в 60-х годах 19 века швейцарским ученым
Мишером. Он их обнаружил в ядрах клеток и назвал нуклеином (ядро по-латыни
нуклеус).
Однако в связи с недостаточным уровнем развития лабораторной технике установить
точное химическое строение нуклеина Мишер не смог.
Лишь к концу 30-х годов 20 столетия был уточнен химический состав нуклеиновых
кислот, а также установлено, что имеется два типа нуклеиновых кислот ДНК и РНК и что
они входят состав клеток всех без исключения живых существ на Земле.
Однако детали строения нуклеиновых кислот оставались неясными вплоть до середины
50-х годов 20 века. К этому времени, по словам известного американского ученого
Уотсона: «относительно ДНК, в отличие от белков, имелось очень мало точно
установленных данных. Ею занимались считанные химики, и за исключением того факта,
что нуклеиновые кислоты представляют собой очень большие молекулы, построенные из
более мелких строительных белков – нуклеотидов, об их химии не было известно ничего
такого, за что мог бы ухватиться генетик».
Лишь в 1953 году в апрельском журнале «Натур» Уотсоном, Криком и Уилкинсом была
описана трехмерная модель пространственного строения ДНК.
Нуклеиновые кислоты являются биополимерами, состоящими из мономеров —
нуклеотидов.
Строение ДНК.
Молекула ДНК имеет сложное строение. Она состоит из двух спирально закрученных
цепей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую
структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью.
Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат дезоксирибозу, остаток фосфорной
кислоты и одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин и тимин.
Они и определяют названия соответствующих нуклеотидов; адениловый (А), гуаниловый
(Г), цитидиловый (Ц) и тимидиловый (Т).
Каждая цепь ДНК представляет полинуклеотид, который может состоять из нескольких
десятков тысяч и даже миллионов нуклеотидов. Нуклеотиды, входящие в состав одной
цепи, последовательно соединяются за счет образования ковалентных связей между
дезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты другого нуклеотида. Азотистые
основания, которые располагаются по одну сторону от образовавшегося остова одной
цепи ДНК, формируют водородные связи с азотистыми основаниями второй цепи. Таким
образом, в спиральной молекуле двухцепочечной ДНК азотистые основания находятся
внутри спирали. Структура спирали такова, что входящие в ее состав полинуклеотидные
цепи могут быть разделены только после раскручивания спирали.
В двойной спирали ДНК азотистые основания одной цепи располагаются в строго
определенном порядке против азотистых оснований другой. Между аденином и тимином
всегда возникают две, а между гуанином и цитозином — три водородные связи, В связи с
этим обнаруживается важная закономерность: против аденина одной цепи всегда
располагается тимин другой цепи, против гуанина — цитозин и наоборот. Таким образом,
пары нуклеотидов аденин и тимин, а также гуанин и цитозин строго соответствуют друг
другу и являются дополнительными (пространственное взаимное соответствие), или
комплементарными (от лат. complementum — дополнение).
Принцип комплементарности наблюдается при транскрипции ДНК в РНК.
Следовательно, у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу
тимидиловых, а число гуаниловых — числу цитидиловых. А зная последовательность
расположения нуклеотидов в одной цепи ДНК по принципу комплементарности, можно
установить нуклеотиды другой цепи.
Правило Э. Чаргаффа. Э. Чаргафф – известный американский биохимик Содержание
А=Т или А\Т=1 Содержание Г= Ц или Г\Ц=1 Значит число пиримидиновых оснований(Ц
и Т) равно числу пуриновых оснований(А и Г).
Структура каждой молекулы ДНК строго индивидуальна и специфична, так как
представляет собой кодовую форму записи биологической информации (генетический
код). Три нуклеотида – триплет или кодон несут информацию об одной
аминокислоте. Таким образом наследственная информация, записанная на ДНК – это
последовательность аминокислот белковых малекул. Другими словами, с помощью
четырех типов нуклеотидов в ДНК записана вся важная информация об организме,
передающаяся по наследству последующим поколениям..
Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток, но небольшое их количество
содержится в митохондриях и пластидах.
1. строение
нуклеотида.
2. структура
молекулы
3.
положение в
клетке
4. значение
ДНК
Остаток фосфорной кислоты + сахар
дизоксирибоза+ азотистые основания
Аденин, Гуанин, Цитозин, Тимин
Двойная спираль
РНК
Формирует нити хроматина, Митахондрии,
пластиды
Хранит наследственную информацию.
Молекула РНК в отличие от молекулы ДНК -— полимер, состоящий из одной цепочки
значительно меньших размеров.
Мономерами РНК являются нуклеотиды, состоящие из рибозы, остатка фосфорной
кислоты и одного из четырех азотистых оснований. Три азотистых основания — аденин,
гуанин и цитозин — такие же, как и у ДНК, а четвертым является урацил.
Образование полимера РНК происходит так же, как и у ДНК, через ковалентные связи
между рибозой и остатком фосфорной кислоты соседних нуклеотидов. Молекула РНК
может содержать от 75 до 10 000 нуклеотидов.
Типы РНК.
Выделяют три основных типа РНК, различающихся по структуре, величине молекул,
расположению в клетке и выполняемым функциям.
Рибосомные РНК (рРНК) синтезируются в основном в ядрышке и составляют примерно
85% всех РНК клетки. Они входят в состав рибосом и участвуют в формировании
активного центра рибосомы, где происходит процесс биосинтеза белка.
Транспортные РНК (тРНК) образуются в ядре на ДНК, затем переходят в цитоплазму.
Они составляют около 10% клеточной РНК и являются самыми небольшими по размеру
РНК, состоящими из 70— 100 нуклеотидов. Каждая тРНК присоединяет определенную
аминокислоту и транспортирует ее к месту сборки полипептида в рибосоме.
Все известные тРНК за счет комплементарного взаимодействия образуют вторичную
структуру, по форме напоминающую лист клевера. В молекуле тРНК есть два активных
участка: триплет-антикодон на одном конце и акцепторный конец на другом (рис. 20).
Каждой аминокислоте соответствует комбинация из трех нуклеотидов — триплет.
Кодирующие аминокислоты триплеты — кодоны ДНК — передаются в виде информации
триплетов (кодонов) иРНК. У верхушки клеверного листа располагается триплет
нуклеотидов, который комплементарен соответствующему кодону иРНК. Этот триплет
различен для тРНК, переносящих разные аминокислоты, и кодирует именно ту
аминокислоту, которая переносится данной тРНК. Он получил название антикодон.
Акцепторный конец является «посадочной площадкой» для аминокислоты.
Информационные, или матричные, РНК (иРНК) составляют около 5% всей клеточной
РНК. Они синтезируются на участке одной из цепей молекулы ДНК и передают
информацию о структуре белка из ядра клеток к рибосомам, где эта информация
реализуется. В зависимости от объема копируемой информацией молекула иРНК может
иметь различную длину.
Таким образом, различные типы РНК представляют собой единую функциональную
систему, направленную на реализацию наследственной информации через синтез белка.
Молекулы РНК находятся в ядре, цитоплазме, рибосомах, митохондриях и пластидах
клетки.
Все типы РНК, за исключением генетической РНК вирусов, не способны к самоудвоению
и самосборке.
1. строение
нуклеотида.
2. структура
молекулы
3.
положение в
клетке
4. значение
ДНК
Остаток фосфорной кислоты + сахар
дизоксирибоза+ азотистые основания
Аденин, Гуанин, Цитозин, Тимин
Двойная спираль
РНК
Остаток фосфорной кислоты
+ сахар рибоза+ азотистые
основания Аденин, Гуанин,
Цитозин, Урацил
Нить, трилистник
Формирует нити хроматина, Митохондрии,
пластиды
Ядрышко, рибосомы, в
цитоплазме
Хранит наследственную информацию.
Синтез белка.
Справочный материал для решения задач.
1.
Длина 1 нуклеотида = 3, 4 Ао
2.
Размер 1 гена = длина 1 нуклеотида x n (кол-во нуклеотидов)
3.
Кол-во нуклеотидов = кол-во аминокислот x 3
4.
Масса 1 гена = кол-во нуклеотидов x массу 1 нуклеотида
5.
Молекулярная масса 1 нуклеотида =300
6.
Молекулярная масса 1 аминокислоты = 110
7.
Соотношение нуклеотидов в молекуле ДНК, согласно правилу Чаргаффа =А+Г /
Т+Ц=1
Домашнее задание
1. Из предложенных ответов выберите правильные (ответ дайте в виде полных предлоожений)
1) Что представляет собой мономер нуклеиновых кислот (аминокислота, нуклеотид,
молекула белка)?
2) Что входит в состав нуклеотида (аминокислота, азотистое основание, остаток
фосфорной кислоты, углевод)?
3) Какие вещества входят в состав нуклеотидов ДНК (аденин, гуанин, цитозин, урацил,
тимин, фосфорная кислота, рибоза, дизоксирибоза)?
4) Какие вещества входят в состав нуклеотидов РНК (аденин, гуанин, цитозин, урацил,
тимин, фосфорная кислота, рибоза, дизоксирибоза)?
5) Какую спираль представляет собой молекула ДНК (одинарную, двойную)?
6) Какую спираль представляет собой молекула РНК (одинарную, двойную)?
2. Выполните задание
1) Определите фрагмент какой нуклеиновой кислоты перед вами. Объясните свой ответ:
А) АЦЦГТАТГГЦАТТЦГГАА
Б) ГГЦАУАЦГЦАЦГУАЦ
Сколько аминокислот закодировано на фрагменте ДНК?
Достройте комплементарную нить к фрагменту ДНК
Постройте нить ДНК с которой была переснята информация на и-РНК (представленный
фрагмент).
2) Фрагмент цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов: ГГАТЦТАААЦАТ. Определите
последовательность нуклеотидов на второй цепи ДНК и количество аминокислот фрагмента
молекулы белка.
3) В молекуле ДНК содержится 17% аденина. Определите, сколько (в %) в этой молекуле
содержится других нуклеотидов.