Лабораторный практикум по биологии в профильных классах с применением ресурсов технопарка. В 2 частях. Ч.1. Сборник учебно-методических материалов

Реактивы/оборудование: 2%-й раствор соляной кислоты, 0,0005 моль/л раствора натриевой соли 2,6-дихлорфенолиндофено- ла. Пищевые продукты (капустный рассол, хвоя, клубень картофеля, плоды шиповника), фарфоровая ступка с пестиком, коническая колба, микробюретка, колба для титрования, пипетки, воронки, весы, разновесы, стеклянный песок.

организационная структура учебного занятия

1

Самыми известными картинами Джузеппе Арчимбальдо являются:

–«Лето»: пышный мужчина радующий глаз своими щеками-персиками и многочисленными экзотическими фруктами. А если посмотреть в перевернутом виде? (Приложение 1.4, рис. 1),

–«Осень» — еще одна картина-перевертыш: мужчина, состоящий из многообразия овощей (Приложение 1.4,

рис. 2),

–«Весна»: множество тонко выписанных красочных цветов на черном фоне. Если посмотреть на них, немного издалека, то проявляется личико молодой улыбчивой девушки, только вот в качестве носа у красавицы бутон лилии, вместо уха — тюльпан, глазами служат цветы дикой вишни, а зубы у нее в виде колокольчиков ландыша (Приложение 1.4, рис. 3),

–«Лето»: изобилие овощей и фруктов (Приложение

1.4, рис. 4),

–«Зима»: представляет сухой корявый пень, рисунок сучков которого образует личину дряхлого старика (Приложение 1.4, рис. 5).

Выполнение задания

Определите по предложенным для анализа картинам потребность нашего организма в витаминах в соответствии с определенным временем года.

Чем, на ваш взгляд, можно объяснить сезонность употребления овощей и фруктов?

Выполнение задания (Приложение 1.4. Задание).

Ознакомление обучающихся с ходом выполнения лабораторных опытов.

Лабораторная раОрганизация выполнения обучающимися лаборабота торных опытов (парная работа) — наблюдение, корректировка, обобщение результатов работы (Приложение 1.4. Инструктивная карточка к вы-

полнению лабораторных опытов).

2

1.5. Лабораторно-практическое занятие «выдеЛение дезоксирибонукЛеопротеида из ткани животного происхождения»

Разработано: преподаватель Л. А. Жарких, студенты 3-го, 4-го курсов профиля «Биология и Химия»

Т. Сидорова, А. Сафронова, В. Байдала

Цель — расширение и углубление знаний о нуклеиновых кислотах.

Планируемые результаты:

•личностные — развитие интереса к познанию, исследовательской деятельности;

•метапредметные — владение навыками самостоятельного

планирования и проведения ученических экспериментов, совершенствование умений наблюдать за ходом процесса, самостоятельно прогнозировать его результат, формулировать обобщения и выводы относительно достоверности результатов исследования, составлять обоснованный отчет о проделанной работе;

• предметные — знание строения и свойств нуклеиновых кислот, биологического значения, получение и распознавание нуклеиновых кислот; овладение системой знаний о естественнонаучных

методах познания — наблюдении, измерении, моделировании, эксперименте — и умением применять эти знания.

Реактивы/оборудование: охлажденный 2 М раствор хлорида натрия, охлажденный 1 М раствор хлорида натрия, лед, дистиллированная вода, селезенка, весы электронные, ступка с пестиком, центрифужные пробирки, центрифуга, деревянная палочка, 0,4%-й раствор гидроксида натрия, раствор дифениламина, кипящая водяная баня, готовые препараты ДРНП и РНП, штатив для пробирок, пробирки, пипетка.

организационная структура учебного занятия

Рефлексивно-оце- Выводы по выполненным лабораторным опытам.

ночный этап

Организация реф- Прием «Дерево успеха». Каждый обучающийся выби- лексивной деятель- рает один из листьев и прикрепляет его на дерево

ности (плакат или рисунок дерева на доске). Цвета листьев: зеленый — все выполнял правильно, желтый — встречались трудности, красный — много ошибок

теоретический материал к учебному занятию

В отличие от белков, углеводов и липидов, нуклеиновые кислоты никогда не накапливаются в клетке в больших количествах, и обнаружить их можно только с помощью специальных химических методов. Поэтому они были открыты только во второй половине XIX в., а по-настоящему изучить их роль в процессах жизнедеятельности удалось лишь во второй половине XX в. Так как первоначально они были обнаружены только в ядрах, им дали название нуклеиновые (от лат. nucleus — «ядро»).

Нуклеиновые кислоты — биологические полимеры, мономерами которым служат нуклеотиды. Связи между нуклеотидами легко подвергаются гидролизу(распаду при реакции с водой). Каждый нуклеотид состоит из остатков углевода, фосфорной кислоты и азотистого основания.

Углеводный компонент представлен пентозами — рибозой

(в РНК) или дезоксирибозой (в ДНК).

Остатокфосфорнойкислотыобразуетсложноэфирнуюсвязьсгидроксилом при 5-м атоме углерода в сахаре. Соединение нуклеотидов вполимерпроисходитпутемобразованияфосфатомодногонуклеотида второй эфирной связи сгидроксилом при 3-м углероде соседнего нуклеотида.Такаясвязьполучиланазваниефосфодиэфирной.

Таким образом, нуклеиновые кислоты представляют собой цепь из чередующихся остатков пентозы и фосфорной кислоты.

Кроме того, от 1-го атома углерода каждой пентозы отходит в бок азотистое основание. В этом нуклеиновые кислоты сходны с белками, в которых полимерная цепь образована пептидными группировками с отходящими от них боковыми радикалами аминокислот. Так же, как и в белках, в нуклеиновых кислотах два конца цепи неодинаковы. С одной стороны имеется не занятое связью пятое положение рибозы, этот конец называют 5’-концом. С противоположной стороны не занят связью третий гидроксил сахара, этот конец обозначают как 3’-конец; 5’-конец считается началом цепи, а 3’-конец — ее окончанием.

В одной молекуле нуклеиновой кислоты присутствует только один вид пентозы. Те молекулы, которые содержат рибозу, назы-

вают рибонуклеиновой кислотой, или сокращенно РНК. Нукле-

иновую кислоту, содержащую дезоксирибозу, называют дезокси-

рибонуклеиновой кислотой, или ДНК.

Помимо пентозы нуклеиновые кислоты отличаются азотистыми основаниями. Они представляют собой ароматические циклы, содержащие несколько атомов азота и заместители при определенных атомах углерода.

По структуре гетероциклов азотистые основания делятся на две группы.

Пиримидиновые азотистые основания: урацил, тимин и ци-

тозин. Тимин отличается от урацила только наличием метильной группы, что незначительно меняет его свойства. В РНК встречаются урацил и цитозин, а в ДНК — тимин и цитозин.

Пуриновые основания: аденин и гуанин. Во всех нуклеиновых кислотах присутствуют оба пурина.

Засчетчередованияразличныхнуклеотидовв цепинуклеиновые кислотымогутдостигатьогромногомногообразия(количествовидов

полимеровравночислувидовмономероввстепени,равнойчислу мономероввцепи).И хотячисломономеровв нуклеиновыхкислотах меньше,чемв белках,степеньполимерности,особенноу ДНК,намного выше. Длина цепей ДНК, входящих в хромосомы разных организмов, составляет от миллионов до сотен миллионов нуклеотидов.

Молекулы РНК обычно короче, их длина — от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч нуклеотидов. А при длине

цепи 500 нуклеотидов количество возможных комбинаций составляет более 10 300.

Принцип комплементарности

При анализе содержания азотистых оснований в ДНК из различных организмов Эрвин Чаргафф обнаружил определенные закономерности, позднее названные правилами Чаргаффа:

1.Молярное содержание аденина всегда равно молярному содержанию тимина, а молярное содержание гуанина — молярному содержанию цитозина.

2.Количествопуриновравнялоськоличествупиримидинов,аотношениеА+Т/Г+Цбылоразличнымуразныхвидовживыхорганизмов.

Это указывало на возможные взаимодействия оснований в ДНК между собой.

На основании правил Чаргаффа и предварительных результатов рентгеноструктурного анализа Джеймс Уотсон и Френсис Крик

в1953 г. предложили двуспиральную модель структуры ДНК.

Согласно этой модели молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, соединенных между собой азотистыми основаниями. При этом аденин одной цепи всегда взаимодействует с тимином в другой и наоборот. Точно так же гуанин одной цепи всегда связан с цитозином в другой.

Такие пары оснований удерживаются за счет образования меж-

ду основаниями водородных связей:

•пара А–Т образует две водородные связи;

•пара Г–Ц образует три водородные связи.

Главной особенностью пар А–Т и Г–Ц является их одинаковая геометрия. Это позволяет построить двуспиральную молекулу с постоянным расстоянием между цепями, построенными остатками сахара и фосфорной кислоты. Образование любых других пар приводит к нарушению правильной структуры.

Такое взаимодействие оснований, при котором они дополняют друг друга до определенной структуры, одинаковой для всех пар,

получило название принципа комплементарности.

Пары аденин и тимин, гуанин и цитозин называются комплементарными парами, а две цепочки нуклеиновых кислот, в которых все основания образуют комплементарные пары, —

комплементарными цепочками. Таким образом, каждая молекула ДНК состоит из двух комплементарных цепочек полинуклеотидов.

Нуклеозиды — соединения, в которых пуриновые или пиримидиновые основания связаны с рибозой (рибонуклеозиды) или дезоксирибозой (дезоксирибонуклеозиды). Нуклеозиды относятся к N-гликозидам: атом С-1 рибозы или дезоксирибозы связан с N-9 пуринового или N-1 пиримидинового основания. В состав дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) входят следующие нуклеозиды: дезоксиаденозин, дезоксигуанозин, дезоксицитидин, дезокситимидин, содержащие азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин и тимин.

В состав рибонуклеиновых кислот (РНК) входят следующие нуклеозиды: аденозин, гуанозин, цитидин, уридин, содержащие азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин и урацил.

Нуклеотиды — это нуклеозиды с присоединенной эфирной связью к остатку рибозы или дезоксирибозы фосфатной группой. В образовании сложноэфирной связи участвует 5-углеродный атом пентозы. Подобно нуклеозидам нуклеотиды также подразделяются на рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды.

Важной особенностью структуры двойной спирали ДНК является то, что комплементарные цепи направлены в противоположные стороны, т. е. 5’-конец одной цепи связан комплементарными основаниями с 3’-концом другой цепи, и наоборот. Основания плотно слипаются своими плоскостями, что делает связь между цепочками еще более прочной. Такое слипание получило название стэкинг­взаимодействия. В результате в центре молекулы ДНК находится как бы стержень, построенный из азотистых оснований, а по краям он обвит двумя нитями, состоящими из чередующихся остатков дезоксирибозы и фосфорной кислоты.

Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит матрицей. В клетке существуют три основных вида РНК.

Транспортная РНК (т-РНК) содержится только в цитоплазме. Молекулы т-РНК самые короткие, состоят из 80–100 нуклеотидов. Они переносят аминокислоты к месту синтеза белка. Из общего содержания РНК клетки на долю т-РНК приходится около 10 %.

Информационная РНК (и-РНК) содержится в ядре и цитоплазме. Молекулы и-РНК средней величины переносят информацию о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. На долю и-РНК приходится 0,5–1 % от общего содержания РНК клетки.

Рибосомная РНК (р-РНК) содержится в рибосомах. Молекулы р-РНК самые крупные, состоят из 3000–5000 нуклеотидов, составляют существенную часть рибосомы (50–60 %). Рибосомы — центры синтеза белка, располагаются на мембранах гранулярной эндоплазматической сети (ЭПС). Из общего содержания РНК в клетке на долю р-РНК приходится около 90 %.

раздел 2 растения. бактерии

2.1. Лабораторно-практическое занятие «кЛеточное строение растений»

Разработано: преподаватель Л. В. Ижойкина, студенты 4-го курса профиля «Биология и Химия» М. Иовенко и А. Тишканова

Цель — актуализация и систематизация знаний обучающихся о строении растительной клетки, развитие умения применять метод микроскопирования.

Планируемые результаты:

•личностные — понимание сущности методов познания, используемых в естественных науках, способности использовать получаемые знания для анализа и объяснения явлений окружающего мира и происходящих в нем изменений, умение делать обоснованные заключения на основе научных фактов и имеющихся данных

сцелью получения достоверных выводов;

•метапредметные — использование при освоении знаний

приемов логического мышления (анализа, синтеза, сравнения, обобщения), раскрытие смысла биологических понятий (выделять их характерные признаки, устанавливать связи с другими понятиями); владение навыками учебно-исследовательской деятельности; применение различных методов познания; развернутое и логичное изложение своей точки зрения с использованием языковых средств;

0