- Преподавателю
- Биология
- «Алгоритм формування вмінь використовувати знання при рішенні типових задач з молекулярної біології»
«Алгоритм формування вмінь використовувати знання при рішенні типових задач з молекулярної біології»
Раздел | Биология |
Класс | 10 класс |
Тип | Другие методич. материалы |
Автор | Прекрасная-Загребельная В.Ю. |
Дата | 24.12.2015 |
Формат | docx |
Изображения | Есть |
Новоазовська загальноосвітня школа I-III ступенів №1
Методична розробка учителя-методиста
Прекрасної-Загребельної Вікторії Юріївни
з теми «Алгоритм формування вмінь використовувати знання при рішенні типових задач з молекулярної біології»
Фах: учитель біології
Рік присвоєння звання 2010
Розробка пройшла апробацію на базі Новоазовської ЗШ I-III ступенів № 1,3
Методист Хуриленко М.М.
Керівник ШМО Алімов О.О.
Учитель біології Новоазовської ЗШ I-III ст.№3 вищої кваліфікаційної категорії, звання «Старший учитель» Гудова Л.П.
Схвалено Новоазовським РМК для впровадження у роботу учителями Новоазовського району
Рекомендовано: розповсюдити по школах району для використання на уроках біології
Завідуючий РМК Васильченко О.М.
Новоазовськ
2012
Передмова
Одним із важливих завдань шкільного курсу «Біологія» є формування в учнів загальнонавчальних та спеціальних умінь. Вміння розв'язувати задачі - один із об'єктивних критеріїв оцінки глибини засвоєння матеріалу .
Практичне застосування здобутих знань під час роз'язуванн задач сприяє розвитку логічного мислення, творчому, аналітичному підходу до вирішення поставленого питання або проблеми в цілому, шо особливо важливо для майбутніх працівників сучасних галузей виробництва, сільского господарства, медицини.
У методичних рекомендаціях, що відповідають чинним програмам із загальної біології (Біологія. 10-11 кл. Програма для профільних класів загальнооосвітніх навчальних закладів з українською мовою навчання. - К.: Педагогічна преса, 2004; Біологія. 8-11 класи. Програми для загальноосвітніх навчальних закладів з поглибленим вивченням біології (Автори П. Балан, Ю. Вервес, В Войцицький, М. Кучеренко), подано алгоритм розв'язання задач з біології, одиниці вимірів, частково теоретичний маткріал, приклади задач з молекулярної біології, використаної літератури.
Поданий матеріал призначений для вчителів біології, старшокласників, абітурієнтів.
Одиниці вимірювання
В біології використовуються основні та похідні одиниці міжнародної системи одиниць (СО): довжини, маси, енергії, роботи, теплоти тощо.
Одиниці довжини - метр (м).
1 м = 10 дм =100 см = мк = нм, 1 нм = м.
Одиниці маси - кілограми (кг).
1 кг = г (грамів); 1 г = нг (нанограмів);
1 дальтон - одиниця молекулярної маси, яка дорівнює масі атома Гідрогену.
Одиниця енергії, роботи та кількості теплоти - джоуль (Дж).
1 Дж = ерг = 0,2388 кал; 1 кал = 4,1868 Дж.
У процесі розв'язування будь-якої задачі виділяють певні етапи.
-
Аналіз задачі. Уважно прочитайте зміст задачі, осмисліть її та визначте:
-
до якого розділу чи темі належить задача,
-
знайдіть, що дано і що необхідно знайти.
-
Скорочений запис умови.
-
За допомогою умовних позначень коротко запищіть, що дано і що треба знайти (як на уроках хімії чи фізики).
-
Подумайте, які з постійних відомих вам величин ви можете використати при рішенні задачі, запишіть їх.
-
Оформлення запису задачі.
Місце, що залишилось після короткого запису умови задачі, умовно поділіть на дві частини. В лівій частині запишіть данні, які ви будете використовувати, справа - рішення. Дій у задачі може бути декілька. Записуйте їх так: 1) …; 2) …; 3) … тощо.
-
Розв'язування задачі.
-
Розв'язуйте задачу поетапно.
-
На кожному етапі стисло формулюйте запитання.
-
Ретельно перевіряйте результати розрахунків.
-
Перевірте, чи всю інформацію з умови задачі використано.
-
За необхідністю оберіть інший спосіб розв'язування.
-
Завершальний етап.
Перевірте правильність розв'язування в цілому, сформулюйте і запишіть остаточну відповідь.
ПРИКЛАДИ РОЗВ'ЯЗАННЯ ЗАДАЧ НА МОЛЕКУЛЯРНІ ОСНОВИ СПАДКОВОСТІ
Під час розв'язання таких задач необхідно пам'ятати, що:
-
довжина одного нуклеотида, або відстань між двома сусідніми вздовж осі ДНК, становить 0,34 нм;
-
середня молекулярна маса одного нуклеотида 345 умовних одиниць;
-
середня молекулярна маса однієї амінокислоти дорівнює 100 умовних одиниць;
-
молекула білка в середньому складається з 200 амінокислот;
-
кожну амінокислоту в білковій молекулі кодує триплет нуклеотидів і-РНК (під час трансляції);
-
для визначення довжини гена (l) враховують кількість нуклеотидів, яка міститься в одному ланцюзі ДНК;
-
для визначення молекулярної маси гена (Mr) враховують кількість нуклеотидів, що міститься у двох ланцюгах ДНК;
-
трансляція здійснюється згідно з генетичним кодом;
-
для всіх ДНК виконується правило Чаргаффа: А=Т; Г=Ц;
-
А+Г = Т+Ц (вміст пуринових азотистих основ - аденіну і гуаніну - дорівнює вмісту піримідинових азотистих основ - тиміну і цитозину);
-
сума всіх нуклеотидів в молекулі ДНК або РНК (А+Т+Г+Ц чи А+У+Г+Ц) становить 100%.
Задача 1.
На фрагменті одного ланцюга ДНК нуклеотиди розташовані в послідовності, показаній нижче.
… АГТАЦГГЦАТГТАГЦ …
-
Намалюйте схему структури дволанцюгової молекули ДНК.
-
Якою є довжина в нанометрах цього фрагмента?
-
Якою є маса дволанцюгового фрагмента?
Розв'язання
-
Керуючись властивістю ДНК, здатністю до самовідтворення (реплікації), в основі якого лежить комплементарність, запишемо схему дволанцюгової ДНК:
ДНК:
А
Г
Т
-
А
Ц
Г
-
Г
Ц
А
-
Т
Г
Ц
-
А
Г
Ц
-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т
Ц
А
-
Т
Г
Ц
-
Ц
Г
Т
-
А
Ц
Г
-
Т
Ц
Г
-
-
Довжина одного нуклеотида, або відстань між двома сусідніми вздовж осі ДНК, становить 0,34 нм. Довжина дволанцюгового фрагмента дорівнює довжині одного ланцюга.
l = 15 х 0,34 = 5,1 (нм) (15 - кількість нуклеотидів в одному ланцюгу).
-
Середня молекулярна маса одного нуклеотида 345 умовних одиниць, молекулярна маса фрагмента ДНК:
Мr = 345 х 15 = 5175 (а.о.м) (30 - кількість нуклеотидів у двох ланцюгах).
Відповідь. Другий ланцюг фрагмента ДНК має таку структуру: ТЦА - ТГЦ - ЦГТ - АЦГ - ТЦГ ; довжина фрагмента ДНК - 5,1 нм; молекулярна маса фрагмента ДНК - 5175 а.о.м.
Задача 2.
Фрагмент першого ланцюга ДНК має таку нуклеотидну послідовність: ТАЦАГАТГГАГТЦГЦ. Визначте послідовність мономерів білка, закодованого фрагментом другого ланцюга ДНК.
Розв'язання
ДНК: -
ТАЦ
-
АГА
-
ТГГ
-
АГТ
-
ЦГЦ-
|||
|||
|||
|||
|||
-
АТГ
-
ТЦТ
-
АЦЦ -
ТЦА
-
ГЦГ-
іРНК: -
УАЦ
-
АГА
-
УГГ
-
АГУ
-
ЦГЦ-
Білок: -
тир
-
арг
-
трип
-
сер
-
арг-
Відповідь. Послідовність мономерів білка: тирозин - аргінін - триптофан - серин - аргінін.
Задача 3.
Фрагмент ланцюга А білка нормального гемоглобіну складається із 7 амінокислот, розміщених у такій послідовності:
вал - лей - лей - тре - про - глн - ліз.
-
Яка будова фрагмента іРНК, що є матрицею для синтезу цього фрагмента молекули гемоглобіну?
-
Яка будова фрагмента ДНК, що кодує дану іРНК?
Розв'язання-відповідь
Білок:
вал
-
лей
-
лей
-
тре
-
про
-
гли
-
ліз
іРНК:
ГУУ
-
УУА
-
УУА
-
АЦУ
-
ЦЦУ
-
ЦАА
-
ААА
ДНК:
ЦАА
-
ААТ
-
ААТ
-
ТГА
-
ГГА
-
ГТТ
-
ТТТ
|||
|||
|||
|||
|||
|||
|||
ГТТ
ТТА
ТТА
АЦТ
ЦЦТ
ЦАА
ААА
Задача 4.
Біохімічний аналіз показав, що іРНК має 30% аденіну, 18% гуаніну та 20% урацилу. Визначте частку (у %) кожного нуклеотида у відповідному фрагменті дволанцюгової ДНК?
Розв'язання
Дано:
= 30%;
= 18%;
= 20%.
- ?- ?
- ?
Визначаємо відсоток цитозинових нуклеотидів у даній іРНК:
=100% - ( + + ) =
= 100% - (30% +20% + 18%) = 32%.
Визначаємо відсоток аденінових і тимінових нуклеотидів (окремо) у фрагменті ДНК:
= = ( + ) : 2 = (30% + 20%) : 2 = 25%.
Визначаємо відсоток гуанінового і цитозиновог нуклеотидів (окремо) у фрагменті ДНК:
= ( + ) : 2 = (18% + 32%) : 2 = 25%.
Відповідь. Частка кожного нуклеотида у відповідному фрагменті дволанцюгової ДНК становить 25%.
Задача 5.
Білок складається зі 124 аміноліслот. Порівняйте відносні молекулярні маси білка та гена, який його кодує.
Розв'язання
Дано:
Склад білка - 124 амінокислоти;
Мr(амінокислоти) = 100;
Мr(нуклеотида) = 345.
Мr(гена) - ? Мr(білка) - ?
1). Визначаємо відносну молекулярну масу білка:
124 х 100 = 12400.
2). Визначаємо кількість нуклеотидів у складі гена, що кодує даний білок: 124 х 3 х 2 = 744 (нуклеотиди).
3). Визначаємо відносну молекулярну масу гена:
744 х 345 = 256 680.
4). Визначаємо, у скільки разів ген важчий за білок:
256 680 : 12400 = 20,7 (рази).
Відповідь. Відносна молекулярна маса гена у 20,7 рази більша, ніж кодованого білка.
Задача 6.
Гормон росту людини (соматотропін) - білок, що містить 191 амінокислоту. Скільки кодуючи нуклеотидів і триплетів входить до складу гена соматотропіну?
Розв'язання
Одну амінокислоту кодує триплет нуклеотидів , отже, до складу гена соматотропну входить 191 триплет.
191 х 3 = 573 (нуклеотиди) - один ланцюг;
573 х 2 = 1146 (нуклеотидів) - обидва ланцюги.
Відповідь. До складу гена соматотропну входить 191 триплет, що містить 1146 нуклеотидів (обидва ланцюги гена).
Задача 7.
У хворого на синдром Фанконі (порушення утворення кісткової тканини) із сечею виділяються амінокислоти, яким відповідають наступні триплети іРНК: АУА, ГУЦ, АУГ, УЦА, УУГ, УАУ, ГУУ, АУУ. Визначте, які амінокислоти виділяються із сечею у хворих на синдром Фанконі (див. таблиця «Генетичний код»).
Розв'язання
Амінокіслоти: ілей, вал, мет, сер, лей, тир, вал, ілей.
Відповідь. У хворих на синдром Фанконі виділяються із сечею такі амінокислоти: ізолейцин, валін, метіонін, серін, лейцин, тирозин.
ЕКЗОН-ІНТРОННА ОРГАНІЗАЦІЯ ГЕНОМА
Більшість структурних генів еукаріот (ділянки ДНК) внутрішньо неоднородні. Вони складаються з екзонних (інформативних) та інтронних (безінформаційних) фрагментів.
Під час транскрипції в ядрі спочатку синтезується про-іРНК (незріла), яка має в собі як екзони, так і інтрони. Далі за допомогою комплекса ферментів безінформаційні ділянки вирізаються та руйнуються, а інформативні з'єднюються в новий полинуклеотидний ланцюг - зрілу іРНК. Механізм дозрівання іРНК в ядрі називається сплайсингом.
Задача 1.
Фрагмент ланцюга молекули ДНК містить 1100 нуклеотидів , з них 100, 120, і 130 нуклеотидів утворюють інтронні ділянки. Визначте, скільки амінокислот кодує цей фрагмент ДНК:
Дано:
N (ДНК-нуклеотидів) - 1100;
N (інтронних нуклеотидів) - 100,
120, 130.
N(амінокислот) -?
Розв'язання:
1). 100 + 120 + 130 = 350 ( кількість нуклеотидів, які утворюють інтронні ділянки);
2). 1100 - 350 = 750 ( кількість нуклеотидів, які утворюють екзонні ділянки);
3). 750 : 3 = 250 (амінокислотних залишків).
Відповідь. Цей фрагмент ДНК кодує 250 амінокислот.
Задача 2.
Структурний ген (фрагмент молекули ДНК) містить 384 цитозинових нуклеотидів, що становить 20% від їх загальної кількості. В екзонних ділянках цього гена закодовано білок, який складається із 120 амінокислотних залишків.
-
Який нуклеотидний склад гена?
-
Яка відносна молекулярна маса інтронних ділянок гена?
-
Наскільки зріла іРНК коротша за про-іРНК?
Дано:
N(Ц-нуклеотидів) - 384 (20%);
N(амінокислот у білку) - 120;
L(нуклеотида) - 0,34 нм;
Мr(нуклеотида) - 345.
-
Нуклеотидний склад гена -?
-
Мr(інтронних ділянок гена) - ?
-
Наскільки зріла іРНК коротша за про-іРНК -?
Розв'язання
-
Визначаємо загальну кількість нуклеотидів у фрагменті ДНК. Оскільки на цитозинові нуклеотиди припадає 20% від їх кількості, то загальна кількість нуклеотидів становить:
384 нуклеотидів - 20%;
Х нуклеотидів - 100%;
Х = = 1920 (нуклеотидів);
За принципом компліментарності:
Г = Ц = 384 нуклеотиди = 20%. Звідси: А = Т = = 30%.
384 нуклеотиди - 20%;
Х нуклеотидів - 30%; х = = 576 9нуклеотидів);
А = Т 576 нуклеотидів.
-
Знаходимо кількість нуклеотидів у екзонних ділянках гена:
-
3 х 2 = 720 (нуклеотидів).
Знаходимо кількість нуклеотидів у інтронних ділянках гена:
1920 - 720 = 1200 (нуклеотидів).
Знаходимо відносну молекулярну масу інтронних ділянок гена:
Mr(інтр. ділянок гена) = 1200 х 345 = 414 000.
-
Довжина молекули про-іРНК дорівнює довжині структурного гена:
l(про-іРНК) = (384 + 576) х 0,34 = 326,4 (нм).
Зріла іРНК складається лише з інформативної частини. Її довжина становить:
l(зрілої РНК) = 120 х 3 х 0,34 = 122,4 (нм).
Різниця в довжині про-іРНК та зрілої іРНК складає:
326,4 нм - 122,4 нм = 204 нм.
Відповідь. 1. Ген містить по 576 аденінових і тимінових нуклеотидів, і по 384 гуанінових і цитозинових нуклеотиди. 2. Відносна молекулярна маса інтронних ділянок гена - 414 000. 3. Різниця в довжині між про-іРНК та зрілою іРНК - 204 нм.
Література:
-
Барна Іван Загальна біологія. Збірник задач. - Тернопіль: Видавництво «Підручники і посібники», 2009 - 736 с.
-
Біологія: Довідник для абітурієнтів та школярів загальноосвітніх навчальних закладів: Навчально-методичний посібник. - 2-ге видання. - К.: Літері ЛТД, 2009. - 656 с.
-
Овчинников С.А. Сборник задач и упражнений по общей биологии: Учебное пособие. - Донецк: Третье тысячелетие, 2002. - 128 с.
-
Биология. Словарь-справочник.: Учеб. Пособие / Авт.-сост.: В.П. Попович, Т.А. Сало, Л.В. Деревинская. - Х.: Країна мрій, 2006. - 112 с.