Решение - Информационно-коммуникационные технологии в

Отдел образования, администрация Фурмановского муниципального района, ГИМЦ(п)
Элективный курс по биологии,
«Генетика человека».
Методическое обеспечение курса
(задачи с решением)
Составитель
Е.С. Куклина
учитель биологии МОУ СОШ №7
Рецензент
Н. А. Бушина
Ведущий специалист ОО
2008г.
Пояснительная записка.
Это методическое пособие помогает в усвоении темы «Генетика». При изучении таких наук
как математика, физика, химия задачи играют существенную роль. Однако и современная
биология содержит немало материала, при изучении которого, решение задач могло бы оказать пользу.
Размышление над генетическими задачами тренирует ум, развивает сообразительность, формируют кибернетический подход, весьма ценный и в самых далёких от биологии областях
деятельности.
Методическое пособие помогает и в успешной сдаче ЕГЭ, так как содержит задачи различного содержания.
2
Цель элективного курса
─ формирование познавательного интереса и мотивации к изучению биологии
─ Формирование умения решать генетические задачи
─ С позиции современной генетик и обосновать вред курения, употребления алкоголя и
наркотических веществ
─ Подготовка к конкурсным экзаменам и формирование достаточного образовательного
уровня, необходимого при обучении в высших учебных заведениях биологического и медицинского профилей
Прогнозируемый результат
По окончании курса учащийся должен знать:
─ Место генетики в системе естественных наук
─ Типы скрещиваний, основную генетическую терминологию и символику
─ Механизмы передачи признаков и свойств из поколения в поколение
─ Особенности генетического кода
─ Метод гибридологического анализа
─ Хромосомную теорию наследственности
─ Генетическое определение пола
─ Типы мутаций
─ Значение генетики для селекции и медицины
По окончании курса учащийся должен уметь:

Составлять простейшие родословные

Решать генетические задачи.
Межпредметные связи
Неорганическая химия. Охрана природы от воздействия отходов химических производств.
Органическая химия. Строение и функции органических молекул: белки, нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК). Физика. Рентгеновское излучение. Понятие о дозе излучения и биологической защите.
Особенности технологии преподавания
Большинство разделов программы призваны стимулировать, как познавательную, так и
творческую деятельность учащихся. Коллективные формы учебной работы, отраженные в
данной программе, сплачивают учеников, развивают умение работать в группе единомышленников, ответственность за порученное дело.
3
Организационно-педагогические основы программы
Программа рассчитана на 17 часов.
Возраст учащихся – 10 класс.
Форма обучения – групповая, оптимальное количество учащихся 10 – 12 человек. Это
наиболее эффективно при проведении теоретических занятий и решении задач, а так же при
реализации личностно - оринтерованного подхода в преподавании данного курса.
Обоснование отбора
Содержание.
Содержание курса, его сложность, вполне соответствует особенностям психологического
развития учащихся 15 – 16 лет. Элективный курс углубляет тему «Генетика» и проводиться
параллельно с курсом «Общая биология» 10 класс, что является обязательным условием
усвоения данной программы.
Программа элективного курса «Генетика человека» (17 часов)
Введение (1 час)
Предмет генетика. Задачи, методы и объекты генетических исследований
Тема 1. Молекулярные основы наследственности (3 часа)
Нуклеиновые кислоты – материальная основа устойчивости свойств и признаков организма,
передача этих свойств и признаков организма, передача этих свойств по наследству.
Химическое строение ДНК и РНК редупликация ДНК. Принцип комплементарности. Генетический код. Реализация генетической информации ДНК в ходе биосинтеза белков. Транскрипция. Трансляция.
Тема 2. Законы Г. Менделя (4 часа)
Г. Мендель и методы его работы. Гибридологический метод. Моно гибридное скрещивание.
Доминантные и рецессивные признаки. Гипотиза чистоты гамет. Дигибридное и полигибридное скрещивание независимое наследование. Цитоплазматическая основа дигибридного
скрещивания. Решётка пеннета.
Тема 3. Хромосомная теория наследственности (2 часа)
Явление сцепленного наследования генов. Группы сцепления. Хромосомная теория наследственности.
Тема 4. Генетика пола (2 часа)
Хромосомное определение пола. Роль X и Y хромосом у человека. Наследование признаков,
сцепленных с полом.
Тема 5. Генные и хромосомные мутации (5 часов)
Мутации. Классификация мутаций. Методы изучения наследственности человека. Наследственные болезни человека и их ранняя диагностика. Наследование резус – фактора и группы
крови. Лечение наследственных заболеваний, наследственных аномалий обмена веществ.
Действие ядовитых и наркотических веществ на наследственность.
Итоговое занятие (1 час)
Защита исследовательских работ.
4
Поурочное планирование элективного курса «Генетика человека»
№
занятия
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Форма
проведения
практические
навыки
Беседа, записи в тетрадях
Определение понятий.
Беседа с использованием наглядных пособий.
Определение понятий.
Тема занятия
Предмет генетика.
Цели и задачи
Генетических исследований
Доказательства роли нуклеиновых
кислот в наследственности. Химическое строение ДНК и РНК
Реализация генетической информации. Транскрипция. Решение
задач
Записи в тетрадях
Решение задач
Беседа с использоваБиосинтез белка, трансляция. Рением наглядных посоРешение задач
шение задач
бий.
Г. Мендель и методы его работы.
доминантные и рецессивные при- Записи в тетрадях
Решение задач
знаки
Дигибридное скрещивание и поПостроение реЗаписи в тетрадях
лигибридное скрещивание
шётки Пеннета
Независимое наследование
Записи в тетрадях
Записи в тетрадях
Закрепление
Решение задач
Практическое занятие
навыков при решении задач
Беседа с использоваЯвлении сцепленного наследоваОпределение понием наглядных посония
нятий
бий.
Закрепление
Решение задач
Практическое занятие
навыков при решении задач
Беседа с использоваХромосомная теория определения
Определение понием компьютерной
пола
нятий
презентации
Наследование признаков сцепленЗаписи в тетрадях
Записи в тетрадях
ных с полом. Решение задач
Определение поМутации. Классификация мутаций
Записи в тетрадях
нятий
14.
Методы изучения наследственности человека
Сообщения, беседа
Умение работать
с дополнительной
литературой
15.
Наследование резус – фактора и
группы крови
Записи в тетрадях
Решение задач
16
Действия ядовитых и наркотических веществ на наследственность
Презентация с использованием ИКТ
Умение работы
ИКТ
17.
Итоговое занятие
Доклады, обсуждение
Проверка умений,
полученных в ходе изучения курса
5
Задачи с решениями
Молекулярные основы наследственности.
1.
Самокодирование ДНК.
Задача №1.
Одна из цепочек молекулы ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов:
АГТАЦЦГАТАЦТЦГАТТТАЦГ…
Какую последовательность нуклеотидов имеет вторая цепочка той же молекулы?
Решение.
Чтобы написать последовательность нуклеотидов второй цепочки ДНК, когда известна последовательность их в первой цепочке, достаточно заменить тимин на аденин, аденин на тимин, гуанин на цитозин, и цитозин на гуанин. То же, самое надо, сделать когда речь идёт о
новой цепочке ДНК, возникающей путём самокодирования исходной. Производим замену
Кодирование белков.
Задача №2.
Укажите последовательность мономеров участка молекулы ДНК, кодирующего участок, молекулы белка глюкагона (белковый гормон, вырабатываемый поджелудочной железой) в котором аминокислоты следуют друг за другом в таком порядке: треонин – серин – аспарагин –
тирозин – серин –лизин – тирозин
Решение
Чтобы закодировать тройками нуклеотидов последовательность аминокислот белка, обращаемся к биохимическому коду наследственности, (см. таблицу на с.). Для каждой аминокислоты находим её кодовое, «обозначение» в виде соответствующей тройки нуклеотидов и выписываем его в таком же порядке, в каком идут аминокислоты, получаем формулу строение
искомого участка молекулы информационной РНК. Поскольку в генетическом коде имеются
«синонимы» (элементы с одинаковым смыслом), для каждой аминокислоты найдётся не одна
, а несколько изображающих её нуклеотидных троек. Выбор между ними делается по произволу решающего, задачу (но, конечно, каждый разберётся только одна из троек; однако когда
такая же аминокислота встретится в том же белке ещё раз, можно с равным правом брать для
её кодирования, как ту же, так и любую другую из троек – «синонимов»)
Декодирование молекул ДНК.
Задача № 3.
Белок
иРНК
ДНК
6
С какой последовательности аминокислот начинается белок, если он закодирован такой последовательностью нуклеотидов:
АЦГЦЦЦАТГГЦЦГГТ…
А каким станет начало цепочки аминокислот синтезируемого белка, если под влиянием облучения седьмой нуклеотид окажется выбитым из молекулы ДНК?
Решение:
Вначале по принципу комплементарности находим строение участка молекулы информационной РНК, образующейся на данном отрезке молекулы ДНК. Затем обращаемся к биохимическому коду, наследственности и для каждой тройки нуклеотидов, начиная с первой, находим и выписываем соответствующую ей аминокислоту.
Задачи различного содержания.
Задача № 4.
Химическое исследование показало, что 30% общего числа, нуклеотидов данной информационной РНК приходится на урацил, 26% - на цитозин и 24 % -на адеин. Что можно сказать о
нуклеотидном составе соответствующего участка двуцепочной ДНК, «слепком» которого
является исследованная РНК?
Решение:
Определим нуклеотидный состав (в % от числа нуклеотидов) той из цепочек ДНК, слепком с
которой является данная информационная РНК (по принципу комплементарности): адениновых - 30 % (соответственно доле урациловых в РНК) тиминовых - 24 %, гуаниновых -26 %,
на долю цитозиновых остается- 20 %.
Другая, цепочка: аденин - 24 % (в соответствии с долей тимина в первой цепи)
Тимин - 30 %, гуанин - 20 %, цитозин – 26 %.
Для каждой из цепочек ДНК доли нуклеотидов в одной цепи. Но нас интересует состав,
двуцепочной молекулы. Для этого достаточно разделить указанное количество процентов на
два.
Например, азениновые нуклеотиды первой цепочки- 30 % всех нуклеотидов этой цепочки, но
только 15 % всех нуклеотидов двуцепочной молекулы; адениновых нуклеотидов второй цепочки – 24 %, но только 12 % от числа мономеров двуцепочной молекулы. Всего в двуцепочной ДНК содержится 15 + 12 = 27 % адениновых нуклеотидов.
Тиминовых
12 + 15 = 27 %
Цитозиновых
13 + 10 = 23 %
Гуаниновых
10 = 13 = 23 %
7
Как и следовало ожидать, тимина содержится столько же, сколько и аденина. А гуанина –
столько же, сколько цитозина.
Задача № 5.
Белок состоит из 158 аминокислот. Какую длину имеет определяющий его ген , если расстояние между двумя соединениями в спирализованной молекуле ДНК (измерение вдоль оси
0
спирали) составляет 3, 4, А ?
Решение.
По условию задачи белок состоит из 158 мономеров. Каждый маномер белка кодируется
тройкой нуклеотидов. Следовательно, ген в котором закодирован данный белок, содержит
о
158 х 3 =474 нуклеотида. Длина каждого 3, 4 А , значит, общая длина гена
3 , 4 А х 474 =1612 1, 6 х 10 -4 мм
Задача № 6.
Нуклеиновая кислота фага имеет относительную молекулярную массу порядка 10 7 . Сколько,
примерно. Белков закодировано в ней, если принять. Что типичный белок состоит в среднем
из 400 мономеров. А молекулярная масса нуклеотида около 300?
Решение.
Белок из 400 мономеров кодируется последовательно из 1200 нуклеотидов
400 х 3 = 1200
Молекулярная масса такой кодирующей цепочки (гена)
300 х 1200 = 360000
Молекула нуклеиновой кислоты имеет молекулярную массу 10 7
10 7
 28
360000
Законы Г. Менделя.
Задача № 7.
У человека карий цвет глаз доминирует над голубым. Голубоглазый мужчина родители которого имели карие глаза, женился на кареглазой женщине, у отца которой глаза были голубые, а у матери карие. Какой цвет глаз можно ожидать у детей этих супругов?
8
Дано
Решение
А – ген определяющий карий
цвет глаз
Генотип голубоглазого мужчины гомозиготный по рецессиву - аа (иначе, глаза будут карие). Генотип женщины гетерозиготный – Аа т.к. у её отца голубой цвет
глаз.
а - ген определяющий голубой
цвет глаз
Р
Найти: F1 - ?
Аа
аа
А
G
а
а
Ответ: 1 А; 1 аа; 1 Аа; у 50 % детей можно ожидать карие глаза, 50% - голубые.
Кодоминирование.
Задача №8
У матери I группы крови, у отца IV. Могут ли дети у наследовать группу крови одного из
родителей?
Дано
Ο – I группа
Решение
Р:
□ – IV группа
G:
Найти:
с группой крови
одного из родителей
Ответ: нет, в данном случае дети не могут унаследовать группы крови родителей.
Дигибридное скрещивание
Задача № 9.
Сколько типов гамет и какие образуют особь с генотипом АаВвСс?
Дано
АаВвСс
Найти:
а) кол-во типов
б) кол-во гамет
типы гамет
Решение
а) Подчитаем количество типов гамет по известной формуле
б) Осыбь с генотипом АаВвСс образуют следующие типы
АВС; АвС; Авс; аВС; авс; авС; АВс; аВс
Ответ: а) 8 типов гамет б) АВС; АвС; Авс; аВС; авс; авС; АВс; аВс.
9
Задача №10
Полидактилия (шестипалость) и близорукость передаются как доминантные признаки. Какова вероятность рождения детей без аномалий в семье, если оба родителя страдают обоими
недостатками и при этом являются гетерозиготами по обоим признаки?
Дано
Решение
А - полидактилия
а - здоровые
В - близорукость
в - здоровые
Р: о АаВв
□ АаВв
Найти:
без аномалий
Ответ: вероятность рождения детей без аномалий составляет 1/16
Задача № 11.
У человека некоторые формы близорукости доминируют над нормальным зрением, а карий
цвет глаз - над голубым. Какое потомство можно ожидать от брака близорукого кареглазого
мужчины с голубоглазой женщиной с нормальным зрением? Определите все возможные генотипы родителей и потомства.
Дано:
А - близорукость
а - здоровые
В - карие
в - голубые
Р: □ - близ., карег.
о - голуб., норм. зрение
Найти: генотипы Р и -?
Решение:
Генотип женщины аавв - гомозиготна по рецессивным признакам, а генотип мужчины может быть
ААВВ, АаВВ, ААВв, АаВв.
АаВв
ааВв
близ. карег.
здор. карег.
50 % - близорукие кареглазые
50 % - нормальное зрение кареглазые
50 % - близорукие кареглазые
50 % - близорукие голубоглазые
25 % - близорукие кареглазые
25 % - близорукие голубоглазые
25 % - нормальное зрение кареглазые
25 % - нормальное зрение голубоглазые
10
Ответ: 1) Р: аавв, ААВВ; Р: АаВв; 2) Р: аавв, АаВВ; Р: АаВв, ааВв; 3) Р: аавв, ААВв; Р:
АаВв, Аавв; 4)Р: аавв, АаВв;
Р: АаВв, Аавв, ааВв, аавв.
Хромосомная теория наследственности
Задача №12
При скрещивании самки дрозофилы, дигетерозиготной по генам А и В, с рецессивным самцом получено следующее расщепление по фенотипу: 47 : 3 : 3 : 47. Определите расстояние
между генами А и В.
Дано
Решение
Р: ♀АаВв х ♂аавв
47 : 3 : 3 : 47
Найти: расстояние между
генами А и В-?
Ответ: расстояние между генами А и В - 6 морганид.
Генетика пола
Задача №13
У человека доминантный ген А определяет стойкий рахит, который наследуется сцепленно с
полом. Какова вероятность рождения больных детей, если мать гетерозиготна по гену рахита, а отец здоров?
Дано
Решение
ХА - рахит
- здоровые
Р : о - ХАХа
□ - ХАУ
Найти: больных - ?
Ответ: вероятность рождения больных детей 25 %.
Задача № 14
Классическая гемофилия наследуется как рецессивный признак. Ген гемофилии располагается в Х-хромосоме. У - хромосома не содержит гена, контролирующего свертываемость
крови. Девушка, отец которой страдает гемофилией, а мать здорова и происходит из благополучной по гемофилии семьи, выходит замуж за здорового мужчину. Определите вероятные фенотипы детей от этого брака.
11
Дано
Решение
Xh - гемофилия
Хн - здоровые
Р : о - x"Xh
□ - ХнУ
Найти:
-?
Ответ: все девочки здоровы, но половина из них - носительницы гемофилии; 50 % мальчиков здоровы, 50 % больны гемофилией.
Задача № 15
От родителей, имевших по фенотипу нормальное цветовое зрение, родилось несколько детей
с нормальным зрением и один мальчик дальтоник. Чем это объяснить? Каковы генотипы родителей и детей?
Дано
Решение
Х° - здоровый
Xd-дальтоник
Р - нормальное зрение
- у всех нормальное зрение и
один мальчик XdV
Найти: Р - ? F, - ? (генотипы)
Ответ: Р : XDXd, Х°У; P: 1XDXD: 1Х°У: lXDXd ;1XdY.
Задача № 16
У здоровых родителей со II группой крови родился сын с I группой крови и гемофилией. Гемофилия наследуется как рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой признак. Определите
вероятность рождения второго ребенка здоровым и возможные группы его крови
Дано
Решение
Р - Пгр. кр.(1А1°) F1:I°I°,Xhy
Найти: F1 здоровые - ? С какой
группой крови-?
Ответ: вероятность рождения второго ребенка здоровым составит 75 %, возможные группы
крови I и II.
12
Задача №17
Отсутствие потовых желез у людей - рецессивный признак, сцепленный с Ххромосомой. Мужчина, у которого отсутствуют потовые железы, женился на женщине, в семье которой никогда не встречалось это заболевание. Какова вероятность рождения у них
детей с этой аномалией?
Дано
Решение
X" - отсутствие потовых желез
ХА - здоровы
Р : □ - отсутствуют потовые железы ХаУ
о - здорова ХАХА
Найти: F1 с аномалией -?
Ответ: в данной семье все девочки будут являться фенотипически здоровыми носительницами заболевания. Все мальчики будут здоровы. Вероятность рождения ребенка с аномалией
равна 0.
13
Список литературы
1. А.М. Лобанов, Н.А. Куликова. «Сборник задач и упражнений по генетике», ИГМА,
2006 г.
2. Б. Х. Соколовская. 120 задач по генетике. Москва, МНПО «Взлёт», 1992 г.
3. А. Ю. Гаврилова. Поурочные планы. Волгоград, издательство «Учитель», 2005 г.
14