Урок 4. Генетическая информация. Репликация днк

Задачи. Сформировать знания о внутри- и межвидовых сходствах и отличиях белкового состава, о хранении информации о белках в ДНК, о передаче информации при делении клеток путем репликации ДНК.

Повторить материал об особенностях строения митохондрий, метаболизме ПВК в митохондриях, в цикле Кребса и на дыхательной цепи митохондриальных мембран.

Оборудование. Демонстрационный материал: таблицы по общей биологии, модель молекулы ДНК, кодограмма.

Ход урока:

• Повторение.

Письменная работа с карточками на 10 мин.

1. Строение и функции митохондрий.

2. Дегидрирование и декарбоксилирование ПВК в митохондриях.

3. Окисление водорода и на дыхательной цепи, образование АТФ.

Работа с карточкой у доски: приложение 2.

Компьютерное тестирование: приложение 3.

Устное повторение.

• Изучение нового материала: объяснение с помощью кодограммы.

1. Белки и днк.

Один из важнейших видовых критериев — биохимический критерий — основан на сравнении органических макромолекул у различных видов, в первую очередь сравнение ДНК и белков. По сходству в строении ДНК и белков можно с достаточной вероятностью показать, насколько близкими родственниками являются те или иные виды. Например, гемоглобин шимпанзе по последовательности аминокислот не отличается от гемоглобина человека.

С другой стороны, большинство белков изменчивы даже внутри вида. Происходят мутации, образуются новые аллели гена, изменяется последовательность аминокислот в белковой молекуле, изменяются и свойства белка. Например, существует несколько аллелей генов, определяющих различные группы крови человека. Замена глутаминовой кислоты, которая находится шестом месте на валин в двух бета-цепях гемоглобина (замена всего 2 аминокислот из 574) привела к тому, что эритроциты вместо дисковидной двояковогнутой формы стали иметь серповидную форму. А это сказалось на их функциях, такие эритроциты не способны транспортировать кислород в достаточном количестве.

В каждой клетке синтезируется несколько тысяч различных белковых молекул. Белки недолговечны, время их существования ограничено, после чего они разрушаются. Способность клетки синтезировать определенные белки — закреплена наследственно, информация о последовательности аминокислот в белковой молекуле закодирована в виде последовательности нуклеотидов в ДНК.

В геноме человека около 50 000 генов, которые находятся в 23 хромосомах. Одна хромосома содержит несколько тысяч генов, которые располагаются в линейном порядке в определенных участках хромосомы — локусах. Гены хранят информацию о последовательность аминокислот в полипептидной цепочке, кроме того, они кодируют и некоторые виды РНК — входящие в состав рибосом, рРНК и тРНК, отвечающие за транспорт аминокислот. Ген — участок молекулы ДНК, кодирующий первичную последовательность аминокислот в полипептиде или последовательность нуклеотидов в молекулах транспортных и рибосомальных РНК.

2. Репликация днк.

Одним из уникальных свойств молекулы ДНК является ее способность к самоудвоению — воспроизведению точных копий исходной молекулы. Благодаря этой способности молекулы ДНК, осуществляется передача наследственной информации от материнской клетки дочерним во время деления. Процесс самоудвоения молекулы ДНК называют репликацией.

Репликация — сложный процесс, идущий с участием ферментов (ДНК-полимераз и многих других). Репликация осуществляется полуконсервативным способом, то есть под действием ферментов молекула ДНК раскручивается и около каждой цепи, выступающей в роли матрицы, по принципу комплементарности достраивается новая цепь. Таким образом, в каждой дочерней ДНК одна цепь является неизменной, материнской, а вторая — вновь синтезированной. Раскручивание молекулы происходит на небольшом отрезке (несколько десятков нуклеотидов), называемом репликативной вилкой. Синтез дочерних цепей ДНК на одном участке сопровождается раскручиванием нового отрезка ДНК. Таким образом, репликативная вилка перемещается вдоль молекулы, пока не дойдет до точки окончания синтеза.

В материнской ДНК цепи антипараллельны. ДНК-полимеразы способны двигаться в одном направлении — от 3'-конца к 5'-концу, строя дочернюю цепь антипараллельно — от 5' к 3'-концу. Поэтому одна ДНК-полимераза передвигается в направлении 3'→5' по одной цепи ДНК (3'—5'), синтезируя дочернюю цепь, которая называется лидирующей. Другая ДНК-полимераза движется по другой цепи (5'—3') в обратную сторону (тоже в направлении 3'→5'), синтезируя вторую дочернюю цепь фрагментами (их называют фрагменты Оказаки), которые после завершения репликации сшиваются в единую цепь. Эта цепь называется отстающей. Таким образом, на цепи 3'—5' репликация идет непрерывно, а на цепи 5'—3' — прерывисто.

Во время репликации энергия молекул АТФ не расходуется, так как для синтеза дочерних цепей при репликации используются не дезоксирибонуклеотиды (содержат один остаток фосфорной кислоты), а дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (содержат три остатка фосфорной кислоты). При включении дезоксирибонуклеозидтрифосфатов в полинуклеотидную цепь два концевых остатка отщепляются, и освободившаяся энергия используется на образование сложноэфирной связи между нуклеотидами.

• Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

• Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

Приложение 1. Кодограмма к уроку. Приложение 2. Карточка у доски.

Запишите номера вопросов,

против них — правильные ответы:

1. Какой продукт образуется в результате гликолиза и поступает в митохондрии?

2. Произошло разрушение моль ПВК в митохондрии. Сколько пар водорода при этом образовалось?

3. Где происходят реакции цикла Кребса?

4. Где находится протонный резервуар митохондрии?

5. Сколько моль АТФ образуется при разрушении одной ацетильной группы в цикле Кребса?

6. Сколько моль АТФ образуется при АТФ-синтетазой при восстановлении 12 пар водорода?

7. Сколько моль АТФ образуется при полном разрушении моль глюкозы?

8. Сколько пар атомов водорода транспортируется на дыхательную цепь при дегидрировании 2 моль ПВК?

Запишите ответы и садитесь на место.

Приложение 3. Компьютерное тестирование.