52336

АЛГОРИТМ ФОРМУВАННЯ ВМІНЬ ВИКОРИСТОВУВАТИ ЗНАННЯ ПРИ РОЗВ’ЯЗАННІ ТИПОВИХ ЗАДАЧ З МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ

Другое

Педагогика и дидактика

ПРИКЛАДИ РОЗВЯЗАННЯ ЗАДАЧ НА МОЛЕКУЛЯРНІ ОСНОВИ СПАДКОВОСТІ Під час розвязання таких задач необхідно памятати що: довжина одного нуклеотида або відстань між двома сусідніми вздовж осі ДНК становить 034 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 іРНК під час трансляції; для визначення довжини гена l...

Украинкский

2014-02-15

309.5 KB

10 чел.

АЛГОРИТМ ФОРМУВАННЯ ВМІНЬ ВИКОРИСТОВУВАТИ ЗНАННЯ ПРИ РОЗВ’ЯЗАННІ ТИПОВИХ ЗАДАЧ З МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ

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 розв’язуванняя задач сприяє розвитку логічного мислення, творчому, аналітичному підходу до вирішення поставленого питання або проблеми в цілому, що особливо важливо для майбутніх працівників сучасних галузей виробництва, сільського господарства, медицини.

У методичних рекомендаціях, що відповідають чинним програмам із загальної біології (Біологія. 10-11 кл. Програма для профільних класів загальноосвітніх 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 матеріал, 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.

  1.  Аналіз задачі. Уважно прочитайте зміст задачі, осмисліть її та визначте:
  •  до якого розділу чи темі належить задача,
  •  знайдіть, що дано і що необхідно знайти.
  1.  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.
  1.  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.

  1.  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.
  1.  Завершальний етап. 

Перевірте правильність розв’язування в цілому, сформулюйте і запишіть остаточну відповідь.

ПРИКЛАДИ РОЗВЯЗАННЯ ЗАДАЧ НА МОЛЕКУЛЯРНІ ОСНОВИ СПАДКОВОСТІ

 Під час розв’язання таких задач необхідно памятати, 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 …

  1.  Намалюйте схему структури дволанцюгової молекули ДНК.
  2.  Якою є довжина в нанометрах цього фрагмента?
  3.  Якою є маса дволанцюгового фрагмента?

Розвязання

  1.  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

-

  1.  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).

  1.  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.

Розвязання

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.

  1.  Яка будова фрагмента іРНК, що є матрицею для синтезу цього фрагмента молекули гемоглобіну?
  2.  Яка будова фрагмента ДНК, що кодує дану іРНК?

Розвязання-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?

Розвязання

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.

Розвязання

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?

Розвязання

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) -?

Розвязання:

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.

  1.  Який нуклеотидний склад гена?
  2.  Яка відносна молекулярна маса інтронних ділянок гена?
  3.  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.

  1.  Нуклеотидний склад гена -?
  2.  Мr(інтронних ділянок гена) - ?
  3.  Наскільки зріла іРНК коротша за про-іРНК -?

Розвязання

  1.  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.

  1.  Знаходимо кількість нуклеотидів у екзонних ділянках гена:
  2.  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.

  1.  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:

  1.  Барна Іван Загальна біологія. Збірник задач. – Тернопіль: Видавництво «Підручники і посібники», 2009 – 736 с.
  2.  Біологія: Довідник для абітурієнтів та школярів загальноосвітніх навчальних закладів: Навчально-методичний посібник. – 2-ге видання. – К.: Літері ЛТД, 2009. – 656 с.
  3.  Овчинников С.А. Сборник задач и упражнений по общей биологии: Учебное пособие. – Донецк: Третье тысячелетие, 2002. – 128 с.
  4.  Биология. Словарь-справочник.: Учеб. Пособие / Авт.-сост.: В.П. Попович, Т.А. Сало, Л.В. Деревинская. – Х.: Країна мрій, 2006. – 112 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

48023. ТЕХНОЛОГІЧНЕ ОБЛАДНАННЯ І ОСНАЩЕННЯ 3.05 MB
  Тема № 7 Пристосування які використовують на токарних верстатах На токарних верстатах використовуються наступні види пристосувань: центри упорні; поводкові патрони та хомутики; самоцентруючі патрони; чотирьохкулачкові патрони; планшайби; пневматичні патрони; гідравлічні патрони; електромагнітні патрони; люнети рухомі та нерухомі; конусні лінійки тощо. Тема № 11 Пристосування які використовують на свердлильних верстатах. При конструюванні багатошпиндельних свердлильних головок необхідно вирішити наступні питання: вибір...
48025. ПЕРША МЕДИЧНА ДОПОМОГА В ЗАГРОЗЛИВИХ ДЛЯ ЖИТТЯ СТАНАХ, ЯКІ ВИНИКАЮТЬ ПРИ ЗАХВОРЮВАННЯХ ВНУТРІШНІХ ОРГАНІВ, ІНФЕКЦІЙНИХ ХВОРОБАХ 114 KB
  Причини ознаки попередження цих порушень. Ознаки нормальної постави. Плоскостопість вроджена та набута її перші ознаки. Загальні ознаки для всіх форм неврозів: моторні порушення зайва рухливість тік заїкання розлади вегетативної регуляції.
48026. Методика викладання природознавства 512 KB
  Метод спостереження цілеспрямоване сприйняття того чи іншого педагогічного явища без втручання в його хід. Ефективність спостереження залежить від чіткості визначення дослідником обєктів сприймання мети способів фіксації його наслідків ведення протоколу фото і кінозйомка відео та аудіо записи. У процесі констатуючого експерименту проводяться спостереження бесіди анкетування учителів батьків учнів вивчається шкільна документація й письмові роботи дітей та виконуються учнями діагностуючі завдання. Спостереження це...
48027. Логіка. Конспекти лекцій 846.5 KB
  Поняття і судження Основними формами абстрактного мислення є поняття судження й умовиводи. Судження форма мислення в якій щонебудь стверджується або заперечується про предмети їхні властивості або відносини. Поняття судження умовивід мають свою специфічну форму структуру.
48028. ЛОГІКА. ОПОРНИЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ 4.48 MB
  Теоретичні питання для самоконтролю Що означає термін логіка і в чому полягає проблема визначення логіки як науки Назвіть об'єкт предмет вивчення формальної логіки Яку сторону мислення вивчає логіка Що таке пізнання форми мислення Який взаємозв'язок між пізнанням і мисленням Що означає поняття абстрактне мислення Дайте визначення логічної форми істинності та правильності думки Дайте визначення мови та назвіть основні види знаків Що таке процес формалізації в вузькому та широкому значенні Що таке зміст і значення мовних виразів...
48029. Моделі і методи прийняття рішень в економіці 779.5 KB
  Оптимізація календарного плану реалізації запасів сільськогосподарської продукції за умов цінового ризику. У числі найвідоміших задач математичного програмування можна назвати такі: оптимізація виробничої програми фірми оптимізація плану перевезень продукції оптимізація варіанту розподілу завдань між виконавцями оптимізація плану введення в дію нових виробничих потужностей оптимізація портфеля фінансових активів тощо. За умов забезпечення випуску заданих обсягів виробництва продукції й обмежень із кількості основних виробничих ресурсів...
48030. МОДЕЛИРОВАНИЕ, АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ 2.2 MB
  Пудовкина МОДЕЛИРОВАНИЕ АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ БИЗНЕСПРОЦЕССОВ Учебное пособие Челябинск Издательство ЮУрГУ 2006 УДК Пудовкина С. Учебное пособие предназначено для студентов изучающих дисциплины Математические методы и модели в экономике Математическая экономика Моделирование экономических систем и процессов Имитационное моделирование Анализ и оптимизация бизнеспроцессов и обучающихся по специальностям Менеджмент организаций Экономика и управление на предприятии Финансы и кредит Прикладная информатика в экономике....