Урок 4

Макромолекули: нуклеїнові кислоти, їхня будова, властивості, функції.

Мета.
Освітня. Розширити знання учнів про природні біополімери; ознайомити із будовою, властивостями та функціями нуклеїнових кислот; розкрити значення цих органічних сполук у живій природі.
Розвиваюча. Розвивати уміння порівнювати будову та функції органічних молекул та сполук у клітинах живих організмів; уміння спостерігати, аналізувати та робити відповідні висновки.
Виховна. Виховувати матеріалістичні погляди та уявлення про спадковий зв’язок живої і неживої природи на основі єдності хімічного складу.

Тип уроку. Засвоєння нових знань.
Форма уроку. Синтетична.
Місце уроку в навчальній темі. Поточний.

Методи і методичні прийоми:
1.Інформаційно- рецептивний:
а) словесний: розповідь-пояснення, опис, бесіда, повідомлення учнів, робота з підручником.
б) наочний: ілюстрація, демонстрація.
Прийоми навчання: виклад інформації, пояснення, активізація уваги та мислення, одержання з тексту та ілюстрацій нових знань.
2. Репродуктивний.
Прийоми навчання: подання матеріалу в готовому вигляді, конкретизація і закріплення вже набутих знань.
3. Проблемно - пошуковий: постановка проблемного питання.
Прийоми навчання: постановка взаємопов’язаних проблемних запитань, активізація уваги та мислення.
4.Релаксопедичний: психологічне розвантаження.

Міжпредметні зв ́язки: хімія, фізика, географія.
Матеріали та обладнання: малюнки, таблиці, муляж ДНК.
Основні поняття та терміни: оганічні сполуки, полімери, біополімери, мономери, нуклеотид, нуклеус, нуклеїнові кислоти: рибонуклеїнова та дезоксирибонуклеїнова, мікробіологія.

ХІД УРОКУ

І. Актуалізація опорних знань та чуттєвого досвіду учнів.

Охарактеризувати функції білків: будівельну, транспортну, рухову, сигнальну, енергетичну, захисну, регуляторну…
Що буде у результаті досліду: у пробірку з розчином білка долити краплинками розчину мідного купоросу (при цьому утворюється осад у вигляді пластівців).

ІІ. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності учнів.

Повідомити тему, мету та завдання уроку.

ІІІ. Сприймання та засвоювання учнями нового матеріалу.

Нуклеїнові кислоти – природні високомолекулярні органічні сполуки, що забезпечують збереження і передавання спадкової інформації в організмі.Це – складні високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Число нуклеотидів у складі однієї молекули нуклеїнової кислоти може становити від 200 до 200 млн. Уперше нуклеїнові кислоти виявили в ядрі клітин, звідки й походить назва цих сполук (від лат. нуклеус – ядро). Але згодом ці сполуки виявили і в інших частинах клітини. Молекула нуклеотиду складається з трьох частин: залишківнітратної основи, п’яти-вуглецевого моносахариду (пентози) та ортофосфатної кислоти. Залежно від виду пентози, що входить до складу нуклеотиду, розрізняють два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнову (ДНК) і рибонуклеїнові (РНК). До складу ДНК входить залишок дезоксирибози, до РНК – рибози. У молекулах ДНК і РНК містяться залишки різних нітратних основ. У молекулі ДНК – залишки аденіну (скорочено позначається літерою А), гуаніну (Г), цитозину (Ц) та тиміну (Т), у молекулі РНК – аденіну (А), гуаніну (Г), цитозину (Ц) та урацилу (У).
Три типи нітратних основ для молекул ДНК і РНК спільні (нуклеотиди з аденіном, гуаніном і цитозином), натомість тимін міститься лише в молекулах ДНК, тоді як урацил – тільки в молекулах РНК. Як і молекулам білків, молекулам нуклеїнових кислот притаманні різні рівні просторової організації (конформації).
Мономерами нуклеїнових кислот є нуклеотиди. До складу кожного нуклеотиду входять:
3. азотна основа;
4. вуглевод;
5. залишок фосфорної кислоти.
Будова ДНК. Молекули ДНК у клітинах еукаріотів містяться в ядрі, пластидах і мітохондріях, а прокаріотів – в особливих ділянках цитоплазми. Розшифрування структури ДНК має свою історію. 1950 року американський учений українського походження Ервін Чаргафф (1905–2002) та його колеги виявили певні закономірності кількісного вмісту нітратних основ у молекулі ДНК:
- по-перше, кількість нуклеотидів, що містять аденін у будь-якій молекулі ДНК, дорівнює числу нуклеотидів, які містять тимін (А = Т), а число нуклеотидів з гуаніном – числу нуклеотидів з цитозином (Г = Ц);
- по-друге, сума нуклеотидів з аденіном і гуаніном дорівнює сумі нуклеотидів з тиміном і цитозином (А + Г = Т + Ц). Це відкриття сприяло встановленню в 50-х роках ХХ ст. просторової структури молекули ДНК. Молекула ДНК складається з двох ланцюгів нуклеотидів, які сполучаються між собою за допомогою водневих зв’язків. Ці зв’язки виникають між двома нуклеотидами, які ніби доповнюють один одного за розмірами. Встановлено, що залишок аденіну (А) нуклеотиду одного ланцюга молекули ДНК завжди сполучається із залишком тиміну (Т) нуклеотиду іншого ланцюга (між ними виникає два водневі зв’язки), а гуаніну (Г) – з цитозином (Ц) (між ними виникає три водневі зв’язки). Чітка відповідність нуклеотидів у двох ланцюгах ДНК має назву комплементарність (від лат. комплементум – доповнення). При цьому два ланцюги нуклеотидів обвивають один одного, створюючи закручену вправо спіраль діаметром приблизно 2 нм [1 нм (нанометр )дорівнює 1 • 10–6 мм]. Так виникає вторинна структура молекули ДНК, тоді як первинна це певна послідовність залишків нуклеотидів, розташованих у вигляді подвійного ланцюга. При цьому окремі нуклеотиди сполучаються між собою в ланцюжок за рахунок особливого різновиду міцних ковалентних зв’язків, які виникають між залишком вуглевода одного нуклеотиду та залишком ортофосфатної кислоти іншого. Молекули ДНК у клітині становлять компактні структури. Наприклад, довжина ДНК найбільшої хромосоми людини дорівнює 8 см, але вона скручена таким чином, що вміщується в хромосомі завдовжки 5 мкм. Це відбувається завдяки тому, що дволанцюгова спіраль ДНК зазнає подальшого просторового ущільнення, формуючи третинну структуру – суперспіраль. Така будова характерна для ДНК хромосом еукаріотів і зумовлена взаємодією між ДНК та ядерними білками. У ядерній зоні клітин прокаріотів молекула ДНК має кільцеву будову.
Властивості ДНК. Так само як і молекули білків, молекули ДНК здатні до денатурації та ренатурації, а також деструкції. За певних умов (дія кислот, лугів, високої температури тощо) водневі зв’язки між комплементарними нітратними основами різних ланцюгів молекули ДНК розриваються. При цьому молекула ДНК повністю або частково розпадається на окремі ланцюги й відповідно втрачає свою біологічну активність. Після припинення дії негативних чинників структура молекули може відновлюватися завдяки поновленню водневих зв’язків між комплементарними ну-
клеотидами. Важлива властивість молекул ДНК – їхня здатність до самоподвоєння. Це явище ще називають реплікацією. Воно ґрунтується на принципі комплементарності: послідовність нуклеотидів у новоствореному ланцюзі визначається їхнім розташуванням у ланцюзі материнської молекули ДНК. При цьому ланцюг материнської молекули ДНК слугує матрицею. Реплікація ДНК – напівконсервативний процес, тобто дві дочірні молекули ДНК містять по одному ланцюгу, успадкованому від материнської молекули, і по одному – синтезованому заново. Завдяки цьому дочірні молекули ДНК є точною копією материнської. Це явище забезпечує точну передачу спадкової інформації від материнської молекули ДНК дочірнім.
Функції ДНК. Основні функції ДНК – це кодування, збереження та реалізація спадкової інформації, передача її дочірнім клітинам при розмноженні. Зокрема, окремі ланцюги молекули ДНК слугують матрицею для синтезу різних типів молекул РНК. Цей процес називається транскрипцією. Одиницею спадковості всіх організмів є ген – ділянка молекули ДНК (у деяких вірусів – РНК),
який несе спадкову інформацію про структуру певного білка або нуклеїнової кислоти. Отже, саме ДНК кодує і зберігає спадкову інформацію в організмі і забезпечує її передачу дочірнім клітинам під час поділу материнської. Функціонально ген – цілісна одиниця спадковості, бо будь-які порушення його будови змінюють закодовану в ньому інформацію або призводять до її втрати.
Типи РНК. Молекули РНК клітин прокаріотів та еукаріотів складаються з одного ланцюга. Існують три основні типи РНК, які відрізняються за місцем розташування у клітині, розмірами та функціями.
1.Інформаційна, або матрична, РНК (іРНК, або мРНК) становить собою копію певної ділянки молекули ДНК. Така молекула переносить спадкову інформацію від ДНК до місця синтезу поліпептидного ланцюга, а також бере безпосередню участь у його збиранні.
2.Транспортна РНК (тРНК) має найменші розміри серед усіх молекул РНК (складається з 70–90 нуклеотидів). Вона приєднує амінокислоти і транспортує їх до місця синтезу білкових молекул. Там молекула тРНК «впізнає» відповідну ділянку іРНК. Ця ділянка – послідовність з трьох нуклеотидів, яка кодує одну з амінокислот. Таким чином визначається порядок розташування амінокислотних залишків у молекулі білка, що синтезується. Кожну з амінокислот транспортує до місця синтезу білка певна тРНК. У транспорті комплексу «молекула тРНК–залишок амінокислоти» беруть участь мікротрубочки та мікронитки цитоплазми. Транспортна РНК може мати вторинну структуру, що за формою нагадує листок конюшини. Така структура зумовлена тим, що в певних ділянках молекули тРНК (4–7 послідовних ланок) між комплементарними ну- клеотидами виникають водневі зв’язки. Біля верхівки «листка» містяться три нуклеотиди, або триплет, який за генетичним кодом відповідає певній амінокислоті. Цей триплет називають антикодоном. Біля основи молекули ДНК є ділянка, до якої завдяки ковалентному зв’язку приєднується відповідна амінокислота. Молекула тРНК може утворювати і складнішу конформацію (третинну), що нагадує латинську літеру «L» або слов’янську «Г».
3.Рибосомна РНК (рРНК) входить до складу особливих органел клітини – рибосом. Разом з білками вона виконує структурну функцію, забезпечуючи певне просторове розташування іРНК й тРНК під час біо синтезу білкової молекули. У клітинах еукаріотів рРНК синтезується в ядерці.

ІV. Осмислення об‘єктивних зв’язків та взаємозалежностей у вивченому матеріалі.

Робота з таблицею та зі схемами.

V. Узагальнення та систематизація знань.

Значення нуклеїнових кислот.

VІ. Підведення підсумків уроку.

VІІ. Надання та пояснення домашнього завдання.

Приготувати повідомлення про вміст хімічних сполук у різних видів організмів.

Предмети: Біологія

Класи: 10 клас