Нуклеиновые кислоты и их роль в жизнедеятельности клетки Автор – учитель биологии МОУ СОШ 46 САО г. Омска Карпунова Татьяна Васильевна

Проверка знаний по теме: «Строение и функции белков» (работа на 8 минут) 1 вопрос- 0,5 балла

1 вариант 2 вариант Вместо точек проставьте нужные слова: 1)В состав белков входят элементы:…; 1) Мономерами белков являются… ; 2) Всего в белках имеется … видов аминокислот 2) Основная связь между мономерами белка -… 3) Вторичная структура белка в виде … 3) Первичная структура белка в виде …; 4) Четвертичная структура белка в виде…; 4) Третичная структура белка в виде…; 5) Восстановление природной структуры белка называется…; 5) Разрушение природной структуры белка называется…

1 вариант 2 вариант Вместо точек проставьте соответствующие функции белков 6) Ускоряя химические реакции в клетке, белки выполняют … функцию. 6) Ферменты выполняют… функцию 7) Белки-гормоны выполняют … функцию 7) Антитела выполняют … функцию. 8) Белки-гормоны выполняют … функцию 8) Белки в составе мышц, хрящей, волос и т.д. выполняют … функцию. 9) Сократительные белки выполняют …функцию 9) Белки клеточных мембран, улавливающие воздействия на них выполняют… функцию.

1 вариант 2 вариант Вместо точек проставьте нужные слова 1)В состав белков входят элементы N,С,О,Н1) Мономерами белков являются аминокислоты 2) Всего в белках имеется 20 видов аминокислот 2) Основная связь между мономерами белка - пептидная 3) Вторичная структура белка в виде спирали 3) Первичная структура белка в виде цепочки аминокислот 4) Четвертичная структура белка в виде нескольких связанных глобул 4) Третичная структура белка в виде глобулы 5) Восстановление природной структуры белка называется ренатурация 5) Разрушение природной структуры белка называется денатурация ПРОВЕРКА ОТВЕТОВ: 1 вариант 2 вариант Какую функцию белков отражают примеры? 6) Ускоряя химические реакции в клетке, белки выполняют каталитическую функцию. 6) Ферменты выполняют каталитическую функцию 7) Белки-гормоны выполняют регуляторную функцию 7) Антитела выполняют защитную функцию. 8) Гемоглобин эритроцитов выполняет транспортную функцию. 8) Белки в составе мышц, хрящей, волос и т.д. выполняют строительную функцию. 9) Сократительные белки выполняют двигательную функцию 9) Белки клеточных мембран, улавливающие воздействия на них выполняют сигнальную функцию.

Цели и задачи урока: Узнать: состав, структуру и функции молекул нуклеиновых кислот. Научиться: развивать логическое мышление путём сравнения структуры нуклеиновых кислот ДНК и РНК, выявления их сходных и отличительных признаков. Развивать умения: сравнивать объекты - молекулы ДНК и РНК логически связывать строение, свойства и функции молекул нуклеиновых кислот

План изучения нуклеиновых кислот История открытия и изучения. Строение. Виды. Биологическая роль. Итоговое тестирование.

Вехи истории ДНК открыта в 1868 г швейцарским врачом И. Ф. Мишером в клеточных ядрах лейкоцитов, отсюда и название – нуклеиновая кислота (лат. «nucleus» - ядро). В х годах XX в. определили, что ДНК – полимер (полинуклеотид), в эукариотических клетках она сосредоточена в хромосомах. Предполагали, что ДНК играет структурную роль. В 1944 г. группа американских бактериологов из Рокфеллеровского института во главе с О. Эвери показала, что способность пневмококков вызывать болезнь передается от одних к другим при обмене ДНК (плазмидами). Таким образом, было доказано, что именно ДНК является носителем наследственной информации. Теории, объясняющей данный факт, еще не было.

Химическое строение нуклеиновых кислот Нуклеиновые кислоты являются биополимерами, мономеры которых – нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из 3-х частей: азотистого основания, пентозы – моносахарида, остатка фосфорной кислоты. Данное строение подтверждается продуктами ступенчатого гидролиза нуклеиновых кислот.

Химическое строение азотистых оснований и углеводов в РНК в ДНК в РНКв ДНК

СТРУКТУРЫ ДНК И РНК Дж.Уотсон и Ф.Крик Открыли структуру ДНК в 1953 г.

УОТСОН Джеймс Дьюи ( н.в.) Американский биофизик, биохимик, молекулярный биолог, предложил гипотезу о том, что ДНК имеет форму двойной спирали, выяснил молекулярную структуру нуклеиновых кислот и принцип передачи наследственной информации. Лауреат Нобелевской премии 1962 года по физиологии и медицине (вместе с Фрэнсис Харри Комптоном Криком и Морисом Уилкинсом).

КРИК Френсис Харри Комптон ( н.в.) Английский физик, биофизик, специалист в области молекулярной биологии, выяснил молекулярную структуру нуклеиновых кислот; открыв основные типы РНК, предложил теорию передачи генетического кода и показал, как происходит копирование молекул ДНК при делении клеток. Ученый является членом Лондонского королевского общества (1959), в 1962 году стал лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине (вместе с Джеймсом Дьюи Уотсоном и Морисом Уилкинсом).

Первичная структура нуклеиновых кислот Нуклеотиды связываются между собой в полинуклеотидную цепь сложноэфирными связями через 3-й углеродный атом одной молекулы пентозы, кислотный остаток фосфорной кислоты и 5-й углеродный атом другой молекулы пентозы. Остатки азотистых оснований направлены в одну сторону (внутрь молекулы ДНК). Последовательность соединения нуклеотидов в полимерную цепь и является первичной структурой нуклеиновых кислот.

Вторичная структура нуклеиновых кислот Молекула ДНК – спиральная, состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных вокруг общей оси – вторичная структура. Пары оснований располагаются строго перпендикулярно оси двойной спирали, подобно перекладинам в перевитой веревочной лестнице. Эти пары имеют почти точно одинаковые размеры, поэтому в структуру двойной спирали «вписываются» любые последовательности пар оснований. Данное строение и отражает модель Уотсона-Крика.

Принцип комплементарности. Характерные для ДНК закономерности установил американский ученый Эрвин Чаргафф в гг Азотистые основания двух полинуклеотидных цепей ДНК соединяются между собой попарно при помощи водородных связей (ВС) по принципу комплементарности (пространственного соответствия друг другу). Пиримидиновое основание связывается с пуриновым: тимин Т с аденином А (две ВС), цитозин Ц с гуанином Г (три ВС). Таким образом, содержание Т равно содержанию А, содержание Ц равно содержанию Г. Зная последовательность нуклеотидов в одной цепи ДНК, можно расшифровать строение (первичную структуру) второй цепи. Для лучшего запоминания принципа комплементарности можно воспользоваться мнемоническим приемом: запомни словосочетания Тигр – Альбинос и Цапля - Голубая

Параметры ДНК Диаметр – 2 нм Расстояние между соседними парами оснований – 0,34 нм Полный оборот – через 10 пар нуклеотидов Длина: простейшие вирусы – несколько тысяч звеньев, бактерии – несколько миллионов звеньев, высшие организмы – миллиарды звеньев. Если все молекулы ДНК одной клетки человека вытянуть в одну линию, то получится нить длиной около 2 метров! Молекула ДНК несет на себе отрицательный заряд, причем величина заряда пропорциональна длине цепочки. Это следствие обычной электролитической диссоциации фосфатных остатков. Каждому отрицательному заряду фосфатной группы соответствует положительный заряд катиона. Обычно это ион Na +, а не H +, поэтому хотя ДНК и называют кислотой, на самом деле она всегда – соль.

Репликация ДНК Удвоение молекулы ДНК называют репликацией или редупликацией. Во время репликации часть молекулы «материнской» ДНК расплетается на две нити с помощью специального фермента, причем это достигается разрывом водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями: аденином тимином и гуанином – цитозином. Далее к каждому нуклеотиду разошедшихся нитей ДНК фермент ДНК-полимераза подстраивает комплементарный ему нуклеотид. Таким образом, образуются две двухцепочечные молекулы ДНК, в состав каждой из которых входят одна цепочка «материнской» молекулы и одна ново синтезированная («дочерняя») цепочка. Эти две молекулы ДНК абсолютно идентичны.

Нуклеиновые кислоты ДНК Ядерная – в хромосомах кольцевая ДНК митохондрий кольцевая ДНК хлоропластов РНК информационная (и-РНК – 0,5-1%) транспортная (т-РНК – 9-10%) рибосомальная (р-РНК – 90%) Виды нуклеиновых кислот

Состав и структура РНК.

Биологическая роль и-РНК Генетический код и-РНК, являясь копией с определенного участка молекулы ДНК, содержит информацию о первичной структуре одного белка. Последовательность из трех нуклеотидов (триплет или кодон) в молекуле и-РНК (первооснова – ДНК!) кодирует определенный вид аминокислоты. Эту информацию сравнительно небольшая молекула и-РНК переносит из ядра, проходя через поры в ядерной оболочке, к рибосоме – месту синтеза белка. Поэтому и-РНК иногда называют «матричной», подчеркивая ее роль в данной процессе. Генетический код был расшифрован в г.г., за что Х. Г. Корану была присуждена Нобелевская премия.

Транспортные РНК транспортными антикодоны РНК, доставляющие аминокислоты к рибосоме в процессе синтеза белка, называются транспортными. Эти небольшие молекулы, форма которых напоминает лист клевера, несут на своей вершине последовательность из трех нуклеотидов – антикодоны. С их помощью т-РНК будут присоединяться к кодонам и-РНК по принципу комплементарности. Противоположный конец молекулы т-РНК присоединяет аминокислоту, причем только определенный вид, который соответствует его антикодону (см. генетический код).

Рибосомальные РНК Рибосомальные РНК синтезируются в основном в ядрышке и составляют примерно 85-90% всех РНК клетки. В комплексе с белками они входят в состав рибосом и осуществляют синтез пептидных связей между аминокислотными звеньями при биосинтезе белка. Образно говоря, рибосома – это молекулярная вычислительная машина, переводящая тексты с нуклеотидного языка ДНК и РНК на аминокислотный язык белков.

Строение нуклеиновых кислот Строение нуклеиновых кислот и их биологическая роль

Биологическое значение нуклеиновых кислот Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение наследственной информации в виде генетического кода, передачу ее при размножении дочерним организмам, ее реализацию при росте и развитии организма в течение жизни в виде участия в очень важном процессе – биосинтезе белков.

ДНК В СОСТАВЕ ХРОМОСОМ

Сравнительная характеристика ДНК и РНК ПризнакиДНКРНК 1)Местонахождение в клетке Ядро, митохондрии, хлоропласты Ядро, митохондрии, хлоропласты, цитоплазма, рибосомы 2) Местонахождение в ядре Хромосомы Ядрышко 3) Строение макромолекулы Двойной неразветвлённый линейный полимер, свёрнутый правозакрученной спиралью Одинарная полинуклеотидная структура 4)Состав нуклеотида Азотистое основание (пуриновое-А,Г; пиримидиновое-Т,Ц), дезоксирибоза, остаток фосфорной кислоты. Азотистое основание (пуриновое- А,Г; пиримидиновое-У,Ц), рибоза, остаток фосфорной кислоты. 5) Свойства Способна к самоудвоению по принципу комплементарности (редупликации), стабильна. Не способна к самоудвоению. Лабильна.

Итоговое тестирование 1. Молекулы ДНК представляют собой материальную основу наследственности, так как в них закодирована информация о структуре молекул а – полисахаридов б – белков в – липидов г – аминокислот 2. В состав нуклеиновых кислот НЕ входят а – азотистые основания б – остатки пентоз в – остатки фосфорной кислоты г – аминокислоты 3. Связь, возникающая между азотистыми основаниями двух комплементарных цепей ДНК, - а – ионная б – пептидная в – водородная г – сложноэфирная 4. Комплементарными основаниями НЕ является пара а – тимин - аденин б – цитозин - гуанин в – цитозин - аденин г – урацил - аденин 5. В одном из генов ДНК 100 нуклеотидов с тимином, что составляет 10% от общего количества. Сколько нуклеотидов с гуанином? а – 200 б – 400 в – 1000 г – Молекулы РНК, в отличие от ДНК, содержат азотистое основание а – урацил б – аденин в – гуанин г – цитозин

Итоговое тестирование 7. Благодаря репликации ДНК а – формируется приспособленность организма к среде обитания б – у особей вида возникают модификации в – появляются новые комбинации генов г – наследственная информация в полном объеме передается от материнской клетки к дочерним во время митоза 8. Собственные ДНК и РНК в эукариотической клетке содержат а – рибосомы б – лизосомы в – вакуоли г – митохондрии 9. В состав хромосом входят а – РНК и липиды б – белки и ДНК в – АТФ и т-РНК г – АТФ и глюкоза 10. Ученые, которые предположили и доказали, что молекула ДНК – двойная спираль, это а – И. Ф. Мишер и О. Эвери б – М. Ниренберг и Дж. Маттеи в – Дж. Д. Уотсон и Ф. Крик г – Р. Франклин и М. Уилкинс

Проверь себя – правильные ответы 1. Б 2. Г 3. В 4. В 5. Б 6. А 7. Г 8. Г 9. Б 10.В

Домашнее задание: 1. Подготовиться к тестовой проверке знаний по § Из дополнительных источников (учебники, ресурсы Интернет, электронные учебные диски) записать в тетради: сведения о пуриновых и пиримидиновых основаниях в ДНК, правило Чаргаффа, механизм репликации ДНК.

Использованные источники информации 1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. - Учебник Общая биология классы – М.: Дрофа, Мамонтов С. Г., Захаров В. Б. – Общая биология: учебное пособие – М.: Высшая школа, Бабий Т. М., Беликова С. Н. – Нуклеиновые кислоты и АТФ // «Я иду на урок» // М.: «Первое сентября», ЕГЭ Биология // Учебно-тренировочные материалы для подготовки учащихся./ Г. С. Калинова, А. Н. Мягкова, В. З. Резникова. – М.: Интеллект-Центр, Франк-Каменецкий М. Д. – Самая главная молекула. – М.: Библиотечка «Квант», вып. 25, Э. Рис, М. Стернберг. – От клеток к атомам. – М.: «Мир», Воротынцева Л. В. – Статья Урок биологии «Нуклеиновые кислоты» // Фестиваль педагогических идей «Открытый урок» 2008/2009 – ИД «Первое сентября»