Урок «Нуклеиновые кислоты»

Урок «Нуклеиновые кислоты»
( Обобщающий урок с использованием игровых элементов в 9 классе).
Цель урока: Обобщение материала и углубление знаний учащихся о
строение и функциях нуклеиновых кислот; развитие навыков
самостоятельного поиска информации, совместного решения проблем,
выступление перед аудиторией, быстрого анализа выступления и оценки
выступающего.
Подготовка к уроку. Класс разбит на две группы, в каждой есть
консультант и секретарь.
Ход урока.
Учитель. На прошлом уроке мы познакомились с нуклеиновыми
кислотами, их строением и биологической ролью. Сегодня мы повторим и
закрепим, а кое в чем расширим знания о ДНК и РНК.
Наш урок будет построен нетрадиционно: мы проведем его в виде
игры. В игре принимают участие две команды.
Лидер каждой команды должен следить за тем, чтобы каждый игрок
мог себя проявить в игре.
Секретари в ходе игры будут давать командам задания.
Ответы оцениваются: правильный ответ – 5 на красной фишке, ответ с
одной неточностью – 4 на зеленой фишке, ответ 2-3 неточностями – 3 на
желтой фишке.
Первый тур. «Исправь ошибки».
На доске составлена таблица. Представитель каждой команды выходит и
исправляет ошибку.
Наименование химических
соединений
Типы нуклеиновых кислот
ДНК
Пуриновые основания
Пиримидиновые основания
Углеводы
Неорганическое вещество
Цитозин, тимин
Аденин, гуанин
дезоксирибоза
Фосфорная кислота
РНК
Аденин, гуанин
Цитозин, Тимин
Дезоксирибоза
Фосфорная
кислота
Второй тур. «Кто первый».
Учитель задает вопросы: вопросы двух типов на «5» и «4». Учащиеся
команд выбирают на какой вопрос отвечать. Если ответ готов, то
команды звонят в колокольчик и отвечают.
Где в клетке находится ДНК?
Где в клетке находится РНК?
Когда и кем были открыты нуклеиновые кислоты?
Нуклеиновая кислота которая имеет рибозу называется……
Нуклеиновая кислота которая имеет дезоксирибозу называется……
Перечислите азотистые основания у ДНК и РНК.
Виды РНК.
От чего происходит названия нуклеиновых кислот?
Одна из цепей ДНК имеет структуру А-Т-Ц-Ц-Г-А-А-Ц-Т. Используя
принцип комплементарности постройте вторую цепь.
10.Как происходит соединение нуклеотидов между собой в
полинуклеотидной цепи?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Третий тур «Персоналии в изучении нуклеиновых кислот».
Учитель. Уважаемые секретари вам слово. Что вы приготовили?
Выступление докладчиков.
1-й ученик.
Началось все еще в пошлом веке, когда никому не известный
швейцарский врач Ф. Мишер опубликовал в 1869 г. В берлинском «Журнале
медицинской химии» свою знаменитую статью о выделении нуклеина из
лейкоцитов- белых клеток крови больных. Слово это образовано от
латинского «нукс»- ядро ореха, а окончание «-ин» им показывает, что он
содержит азот, т. е относится к азотистым веществам, подобно белкам.
1879 г. На нуклеин Мишера обратил внимание крупный немецкий
химик К. Альберхт Коссель выяснил причину подагры («боли в ногах» в
дословном переводе), которая возникает в результате отложения в суставах
нуклеина. Он обнаружил в нуклеине вещество желтого цвета, производное
мочевой кислоты. Оказалось, что это гуанин, впервые выделенный 1858 г. А.
Штрекером из перуанского гуано – помета птиц, ценного азотного
удобрения.
Коссель также выделил из клеток тимуса тимин и аденин. Названия эти
образованы от греческих слов, поэтому нужно пояснить их смысл. Железы
греки назвали «аден», что означало «плотный», «твердый» ( вспомним, что
лимфатические железы при воспалении вспухают и твердеют). Многим
также приходилось слышать об операции удаление аденоидов, т.е
ненормально разросшихся железок носоглотки. Тимус, или зобная железа,
содержит огромное количество лимфоцитов, защищающих нас от
патогенных бактерий и вирусов, поэтому его называют главной железой
иммунной системой. Тимус называют еще вилочковой железой, потому что
он похож «вилочку» соцветия тимьяна, или чабреца. Так тимин получил свое
название. Позже из клеток тимуса выделили четвертое соединение. Оно
получило название «цитозин» от греческого слова «цито»- клетка.
Так завершилось выделение четырех азотсодержащих веществ,
входящих в состав нуклеина. Коссель считал, что нуклеин построен из
четырех выделенных им веществ- тетрад: аденина, гуанина, цитозина,
тимина. В 1910 г. Он получил Нобелевскую премию за открытия в области
медицины. В Берне одновременно с Косселем работал русский химик
Ф. Левен, также занимавшийся нуклеином. Левен установил, что нуклеин
кроме азотистых оснований содержит остаток фосфорной кислоты и сахар
дезоксирибозу, т.е «рибозу без кислорода».
Рибозу в начале получил синтетическим путем немецкий химик
Э. Фишер, удостоенный за изучение сахаров Нобелевской премии по химии в
1902 г. При исследовании ее структуры, он обнаружил, что в состав его
молекулы входят пять атомов углерода, и этот сахар очень похож на
арабинозу – сахар, выделенный из гуммиарабика, «арабской смолки»,
добываемой из эфироносов, произрастающих на Арабском Востоке.
Несколько изменив названия арабинозы, Фишер назвал новый сахар рибозой.
В 1909 г. Левену удалось выделить рибозу из нуклеина. На выделение
дезоксирибозы у него ушло еще 20 лет! Итак, он впервые установил полный
состав мономеров, из сочетания которых построен нуклеин, или, как уже
тогда стали говорить, нуклеиновые кислоты. Тип нуклеотида определят
азотистое основание (А, Ц, Т, Г), которое соединено с дезоксирибозой, а та, в
свою очередь, соединена с фосфорной кислотой, которая и придает нуклеину
кислотные свойства.
К тому времени уже научились выделять две нуклеиновые кислоты:
тимусную и дрожжевую. В первой, выделяемой из ядер лимфоцитов тимуса,
нуклеотиды имели описанные выше строение, например: (А или Г,Ц,Т) –
дизоксирибоза- фосфорная кислота. Дрожжевую нуклеиновую кислоту
выделяли из клеток дрожжей, имеющих обширную цитоплазму и маленькое
ядро. У этой нуклеиновой кислоты были следующие отличия. Вместо
Тимина в нее входил урацил, производное мочевой кислоты («уреи»), а
вместо дезоксирибозы- просто рибоза.
Левен придерживался точки зрения Косселя на строение нуклеиновой
кислоты: тетрада азотистых оснований- главное в строении молекулы. Он
считал, что четверки нуклеотидов монотонно повторяются в цепи
нуклеиновой кислоты и не несут никакой информации. К сожалению, такой
взгляд значительно затормозил весь ход последующих исследований
нуклеиновых кислот – авторитет Косселя и Левена оказал в данном случае
плохую услугу развитию биологии.
2-й ученик.
С обоими учеными был категорически не согласен Роберт Фельген. Он
родился 1884 г. В семье рабочего- текстильщика и сызмальства был
приобщен к миру красок, что сыграло, как мы увидим дальше, большую роль
в его научной жизни. В 1905 г. Фельген окончил медицинский факультет в
г. Фрайбурге, где в свое время учился Ломоносов, после чего работал в
госпитале приморского города Киля. Там он написал диссертацию,
посвященную лечению подагры, развивающейся, как уже говорилось, в
результате отложения нуклеина в суставах конечностей. Затем Фельген
перешел в Физиологический институт в Берлине, где начал работать в
отделе, руководимом известным химиком Г. Штойделем.
Здесь Фельген совершенствует метод выделения тимусной
нуклеиновой кислоты и очистке ее от следов белка. Вскоре после этого он
делае самое большое свое открытие: в 1914 г. Он научился окрашивать
нуклеиновую кислоту с помощью особого красителя. При этом ядерная
нуклеиновая кислота приобретала интенсивный розовый цвет, дрожжевая,
или цитоплазматическая, нуклеиновая кислота неокрашивалась. Поэтому
Фельген назвал реакцию окрашивания нуклеарной, или ядерной, реакцией.
Такая избирательность в окраске обусловлена различиями химического
строения рибозы и дезоксирибозы.
Таким образом Фельгену удалось разделить нуклеиновые кислоты на
ядерную и цитоплазматическую. Свои результаты он изложил участникам
Физиологического конгресса в Тюбенгене, но его сообщение было
встреченосо скепсисом. Только Коссель поддержал молодого исследователя.
В 1937 г. Фельген усовершенствовал свой метод и провел нуклеарную
реакцию с препаратом, выделенным из проростков ржи. Тем самым он
опроверг существовавшее тогда представление о деление нуклеиновых
кислот на тимусные и дрожжевые, или животные и растительные. И те, и
другие содержали и ядерные, и цитоплазматические нуклеиновые кислоты.
Но опять никто не обратил внимание на это открытие. Время нуклеиновых
кислот еще не наступило.
Дальнейшие события в этой полувековой драме разворачивались в
Германии, Англии и Америке. В 1928 г. Увидела свет не6большая работа
Ф. Гриффита, микробиолога из Оксфорда. Он написал явление
трансформации (превращения) пневмококков, вызывающих пневмонию, или
воспаление легких. Пневмококки при выращивании на твердой агаровой
среде образуют два типа колоний - с «оболочкой» и без нее. Первые
оказались смертельными для мышек, а вторые без вредными. Однако
«оболочечные» микроорганизмы убить путем прогревания, а потом смешать
с безвредными, то некоторые ранее безвредные станут опасными. Но семь
лет раньше такое же явление обнаружил у брюшнотифозной палочки
молодой советский ученый Л.А. Зильберг.
Но ведь нагревание «убивает» белки – попробуйте вылить белок яйца в
кипяток или на разогретую сковороду. Он коагулирует, т.е. свернется, и
станет из прозрачного белым. Свои биологические функции
коагулированный белок выполнять уже не может. А какие биологические
функции имеет белок? И что думали о роли белков раньше, во времена
Гриффита и Фельгена?
Мы знаем, что белки выполняют функции ферментов, ускоряя
протекание реакции в миллиарды раз. Но в начале века им отводили роль не
только биологических катализаторов, но и генетических хранителей
наследственности, белкам приписывали функции носителей информации.
Эта преувеличенная оценка роли белков помешала своевременно осознать
значение работ Фельгена. Но это было великих прозрений и гениальных
гипотез. Достаточно вспомнить Н.К. Кольцова, который еще 1927 г.
постулировал наличие в клетках «гигантских наследственных молекул» и
комплементарного, так называемого матричного, синтеза, но…. белкового!
Он считал, а вместе с ними все остальные, что ген представляет собой
гигантскую молекулу, на которой, как на матрице в типографии,
«печатается» другая белковая молекула. И никто не предполагал, что в
белковом синтезе есть промежуточные участки. Постепенно накапливались
факты, противоречившие этой красивой гипотезе.
3 ученик.
В 1943г. Произошло эпохальное событие – была определена
химическая природа гена! Произошло это в Лаборатории пневмонии,
руководителем которой был Освальд Эйвери. Эйвери начал заниматься
пневмококками в 1917г. В 1918г. Он прочитал статью Ф.Гриффита и сразу же
поручил своим сотрудникам проверить данные англичанина о
трансформации безвредных пневмококков в опасные, вирулентные.
Результаты подтвердились, более того, трансформацию пневмококков можно
было осуществлять даже в пробирке, что сразу же облегчило задачу изучения
этого молекулярного явления. А в том, это было молекулярное явление,
Эйвери не сомневался. С М. Маккарти и К. Маклеодом он наконец доказал,
что за трансформацию ответственна кислота дезоксирибозного типа, о чем
они и сообщили в статье, вышедшей в свет 4 февраля 1944 г. Этот день
можно считать днем рождения дезоксирибонуклеиновой кислоты, ДНК, для
биологической науки. Стало ясно, что ген – это ДНК!
Однако это величайшее открытие, положившее начало новому
направлению развитии биологии, в то время прошло незамеченным. С. Луриа
позже писал: «Мне до сих пор мучительно вспоминать о том, как в статье
1951 г. (т.е. больше чем через шесть лет после эпохальной статьи Эйвери,
Маккарти и Маклеода) я выдвигал предположение, что генетическим
материалом у бактериофагов служит белок. И это за несколько месяцев до
того, как А. Херши и М.Чейз сообщили о своих блестящих экспериментах,
доказавших, что геном (совокупность генов) фага представляет собой ДНК!»
что же это были за блестящие эксперименты?!
К середине столетия физики снабдили биологов радиоактивными
изотопами, которые позже назвали радионуклидами, т.е. элементами с
радиоактивными ядрами. Для проведения решающих экспериментов и
окончательного выяснения роли ДНК и белка в метаболизме клетки удобно
пользоваться изотопами фосфора и серы, так как ДНК нет серы, а в белкахфосфора.
Мы уже говорили, что М. Дельбрюк и Т. Андерсон впервые увидели
фаги в новом, незадолго до того сконструированном физиками электронном
микроскопе, который по сравнению со световым микроскопом дает
увеличение в сотни раз большие. На экране были видны фаги, облепившие
бактериальную клетку. ( Э. Рушка получит премию за изобретенный им
электронный микроскоп только в 1986 г. – через 55 лет его создания!)
И вот Херши его сотрудница Марта Чейз решили посмотреть, как
будут вести себя меченные с помощью радиоактивной серы и фосфора белки
и ДНК фага. Оказалось, что в клетку микроорганизма проникает только ДНК
фага, а вся его белковая оболочка остается с наружи.
Это была революция в биологии. И ее знаменосцем в Европе стал
Дж. Уотсон, которого С. Луриа послал в Кембридж в знаменитую
лабораторию молекулярной биологии. В отделе М. Уилкинса кристаллы ДНК
«рассматривали» под рентгеном, чтобы понять, как она устроена. К тому
времени было известно, что ДНК имеет молекулярный вес до 1 млн. Д, т.е.
является макромолекулярным природным полимером, мономером которого
был нуклеотид, «разобранный» на части Левеном.
Э. Чаргафф из Колумбийского университета в Нью-Йорке установил
поразительный факт: в ДНК число А равнялось числу Т, а Г-Ц! было такое
впечатление, что А и Т, Г и Ц «ходят парами». Сам Чаргафф описывал то
время довольно юмористически: «В Кембридже я был озадачен при первой
встрече с двумя энтузиастами (имеется в виду Уотсон и Крик), которые
пытались уложить нуклеотидную цепь в спираль (двойная спираль возникла
после того, как я рассказал им о наших результатах), не потрудившись узнать
строение соединений, из которых эта спираль должна состоять».
4 тур «Попробуй, реши»!
Каждой команде даются карточки с задачами.
1. В молекуле и-РНК количество уридиловых нуклеотидов на 10%
больше, чем цитидиловых. Определите количество всех нуклеотидов в
молекуле ДНК, с которой получена эта и-РНК.
2. Из молекулы ДНК А-Т-Г-Т-Т-Т-А-Т-Т-Ц-Ц-ГГ-Г-А-Г-А-Т удалены 5-й,
8-й и последний нуклеотиды.
Определите:
1. и-РНК, образующуюся на неизмененной ДНК.
2. и-РНК, образующуюся на измененной ДНК.
5 тур «Ты мне я тебе».
Учащиеся команд задают друг другу вопросы.
1. Какова биологическая роль нуклеиновых кислот?
2. Чем объясняется огромное разнообразие генов в составе молекулы
ДНК?
3. Как объединяются две полинуклеотидные цепи в единую молекулу
ДНК?
4. Как происходит репликация (самоудвоение) молекулы ДНК?
5. Строение нуклеиновых кислот.
6. Функции нуклеиновых кислот.
6 тур «Я делаю выводы».
Учащиеся подчитывают свои фишки. Лидеры команд делают выводы.
Урок в 9 классе «Нуклеиновые кислоты».
Составила учитель биологии МОУ «Актанышская СОШ№1
Ханнанова Руфина Рифовна.