Глава M. Методика

M.3. Методика работы с компьютерным курсом

M.3.5. Урок в 10 классе. 1.26. Биосинтез белков. Понятие о гене. ДНК – источник генетической информации. Генетический код

Общая биология, 26-й урок в теме «Основы цитологии».

Тип урока: урок усвоения новых знаний (лекционное занятие с элементами индивидуальной работы учащихся).

Цели занятия:

• Познакомить с молекулярными основами передачи и реализации наследственной информации и роли нуклеиновых кислот и белков в этих процессах.
• Продемонстрировать успехи современной науки в решении вопросов, связанных с кодированием наследственной информации и пути использования этих знаний в решении прикладных задач (формирование естественнонаучной картины мира).
• Формировать навыки решения биологических задач, имеющих математическую или логическую основу (перекодировка из одной знаковой системы в другую, расчётные задачи).

Оборудование: модели РНК и ДНК; модель-аппликация «Синтез белка». Компьютер с мультимедийным проектором (большим монитором).

Перечень знаний, умений, навыков, способностей, которые предполагается развивать или осваивать на данном занятии.

1. Актуализировать знания о белках и нуклеиновых кислотах как биополимерах, роли клеточных органелл в процессах хранения, передачи и реализации наследственной информации.
2. Сформировать представления о принципах кодирования наследственной информации.
3. Развивать навыки работы с разными видами информации и способами её предъявления.
4. Продолжить работу над применением навыков решения математических и логических задач применительно к молекулярной биологии (расчёты по длине и молекулярной массе биополимеров, работа с таблицей генетического кода, задачи на использование принципа комплементарности).
5. Актуализировать навыки навигации по компьютерному курсу «Открытая биология» и возможностям его использования в учебном процессе.

Краткий план занятия:

Занятие рассчитано на один академический час в кабинете биологии с одним компьютером (оптимальный вариант – с мультимедийным проектором).

1. Организационный момент – 2–4 минуты;
2. Актуализация знаний о белках и нуклеиновых кислотах, клеточных органоидах, связанных с процессами хранения наследственной информации и процессами биосинтеза. Повторение теоретического материала, работа с интерактивными моделями 8.1. Комплементарность нуклеотидов, 8.4. Строение хромосомы, 8.5. Синтез комплементарной цепи – 8–10 минут;
3. Изучение нового материала (школьная лекция, изучение принципов работы с таблицей генетического кода) – 18–20 минут;
4. Работа с таблицей генетического кода (решение задач с демонстрацией примеров решения из компьютерного курса «Открытая биология») – 5–7 минут;
5. Закрепление знаний по изученной теме (комментирование рисунков и моделей из компьютерного курса «Открытая биология») – 5–10 минут;
6. Домашнее задание – 3–4 минуты.

Подробный конспект занятия.

1. Организационный момент. Пояснение цели урока, его места в изучаемой теме, особенностей проведения.
2. Актуализация знаний о белках и нуклеиновых кислотах, клеточных органоидах, связанных с процессами хранения наследственной информации и процессами биосинтеза. В ходе актуализации знаний в форме беседы важно вспомнить особенности состава белков и нуклеиновых кислот как биополимеров, входящих в их состав мономеров; для нуклеиновых кислот – подчеркнуть важность принципа комплементарости (работа с интерактивной моделью 8.1. Комплементарность нуклеотидов; можно предоставить возможность работы ученику). При актуализации знаний о роли клеточных органоидов – работа с интерактивными моделями 8.4. Строение хромосомы, 8.5. Синтез комплементарной цепи.
3. Изучение нового материала. Школьная лекция. Излагается материал о свойствах генетического кода (проводится аналогия с переводом с одного языка на другой), изучаются принципы работы с таблицей генетического кода (по таблице, рисунку в учебнике или рис. 8.2.3.1 компьютерного курса).
   Если позволяет время урока и работоспособность учащихся, целесообразно дать на этом же уроке часть теоретического материала следующего урока, а именно общее описание этапов биосинтеза белка в клетке, транскрипцию (также используя лингвистические аналогии) и процессинг. Важно подчеркнуть принципиальное сходство процессов репликации и транскрипции (с использованием интерактивных моделей 8.5. Синтез комплементарной цепи, 8.6. Репликация ДНК, 8.7. Транскрипция РНК)
4. Работа с таблицей генетического кода. Решение нескольких типов задач с демонстрацией примеров решения из компьютерного курса «Открытая Биология 2.6» (одновременно актуализируются навыки навигации по компьютерному курсу). После рассмотрения третьей задачи (На цепи ДНК с последовательностью оснований АГТЦТГТАЦ образована и-РНК. Какая последовательность оснований будет в этой и-РНК?) нужно по таблице генетического кода определить последовательность аминокислот, которая кодируется данной последовательностью нуклеотидов (считать, что это последовательность смысловой нити).
5. Закрепление знаний по изученной теме. Работа с рисунками и моделями из компьютерного курса «Открытая Биология 2.6», ответы на проблемные вопросы. Например, к модели 8.7. Транскрипция можно задать вопрос: «Репликация происходит (см. модель 8.6. Репликация ДНК) на обеих нитях двухцепочечной молекулы ДНК, тогда как транскрипция идет только по одной нити. Почему так происходит? (то есть каково значение того, что происходит считывание только с одной нити и какие молекулярные механизмы могут его обеспечивать)». При демонстрации модели 8.7. Транскрипция для иллюстрации ответа можно обратить внимание на антипараллельность нуклеотидных цепей в ДНК.
6. Домашнее задание:
   По учебнику: Общая биология: Учеб. для 10–11 классов общеобразоват. учреждений / Д. К. Беляев, Н. Н. Воронцов, Г. М. Дымшиц и др. – 9-е изд. – М.: Просвещение, 2000. – § 13, 14.
   По учебнику: А. О. Рувинский, Л. В. Высоцкая и др. Общая биология. Учебник для школ с углубленным изучением биологии. – М.: Просвещение, 2000. – § 13–15.

Задачи для домашнего решения (по усмотрению учителя):

1. По приводимому ниже фрагменту ДНК нужно построить и-РНК и по таблице найти, какие аминокислоты эта и-РНК кодирует (считаем, что задана: 1 вариант – смысловая нить ДНК, 2 вариант – комплементарная смысловой нить ДНК). В Ответе записать двухцепочечную молекулу ДНК, и-РНК и аминокислотную последовательность.
   АТГГААТЦГТААГЦГ
2. Что имеет большую массу – белок или кодирующий его структурный ген? Решите задачу:
   • для глюкагона, состоящего из 29 аминокислотных остатков;
   • в общем виде – для белка из N аминокислотных остатков.
   Какое свойство генетического кода положено в основу задачи? Средняя молекулярная масса одного аминокислотного остатка Mr_ак = 110 а. е. м. (Da), средняя молекулярная масса одного нуклеотида Mr_н = 345 а. е. м. (Da).
3. Посетите сайт «ДНК – носитель информации» (http://www.dna2.narod.ru/) Е. А. Шумилова из Владивостока. На нём рассматривается возможность кодирования любой информации в виде нуклеотидов ДНК. Он основан на идее (и даже предлагает специальную программу для этого) кодировать обычные фразы типа «Маша, я по тебе соскучился!» в виде последовательности нуклеотидов: аденина, гуанина, тимина и цитозина. Кроме того, в других разделах сайта можно найти словарь терминов и популярный рассказ о современных ДНК-технологиях. Подготовьте небольшое сообщение о полимеразной цепной реакции.