52336

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

Другое

Педагогика и дидактика

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 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

79259. Основные понятия, функции и принципы управления деятельностью коммерческого предприятия 19.09 KB
  Организации внутренне присущи особенности: структурированность совокупность устойчивых связей объекта внутренняя упорядоченность внутренние правила обеспечивающие рациональное налаженное состояние организации согласованность согласованность взаимодействия относительно самостоятельных частей в системном объекте Организации производства Сущность. Это единство:структуры и содержания производственной системы ее формы как юридического лица; процесса функционирования системы в соответствии с ее миссией по переработке входа системы...
79260. Значение совершенствования организации основного производства. Направления совершенствования организации основного производства 16.21 KB
  В условиях рыночных отношений обеспечить промышленному предприятию эффективное функционирование и конкурентные преимущества может только эффективная система управления его производственной деятельностью.Без четкой научно обоснованной организации процесса вряд ли можно добиться высоких показателей системы управления.Поэтому организация труда управленческого персонала во многом определяет эффективность всей системы управления производством как в текущем так и в оперативном режиме её функционирования.Формирование рациональной...
79261. Структура и взаимосвязь элементов системы организации производства. Предприятие как организационная система. Особенности, функции предприятия 17.23 KB
  Предприятие как организационная система. Особенности функции предприятия Предприятие как организационная система Системаобъективное единство закономерно связанных друг с другом предметов или целое состоящее из частей упорядоченных по определенному закону или принципу или Взаимосвязь взаимообусловленных сопокупность входящих в ее состав элемнтов Системный подход инструмент исследования – систематизированный способ мышления согласно которому процесс обоснования решений базируется на определении общей цели и подчинении ей подсистем...
79263. Отраслевой состав национальной экономики. Особенности черной металлургии 14.01 KB
  Отраслевой состав национальной экономики. Особенности черной металлургии Отраслевая структура национальной экономики заключается в группировке хозяйствующих субъектов в однородные по своему составу группы связанные однородными функциональными характеристиками – отрасли национальной экономики. Отраслевая структура национальной экономики проходит следующие этапы своего развития: 1 первый связан с активным развитием и преобладанием первичных отраслей экономики таких как сельское хозяйство добыча полезных ископаемых; 2 второй связан с...
79264. Характерные признаки предприятий, образующих металлургическую отрасль 14.74 KB
  На территориальную организацию черной металлургии влияет ряд факторов. Например в черной металлургии ФРГ этот показатель равен всего 22. Так на 1 т готового проката у нас приходится 85 человекочасов что в 15 2 раза больше чем в странах с развитой черной металлургией Южной Корее Бразилии Китае Тайвань. Низкая производительность труда на предприятиях черной металлургии ведет к тому что конкурентоспособность отечественной металлопродукции может быть обеспечена только при сохранении самого низкого из существующих уровня заработной...
79265. Основы организации и управления производством коммерческого предприятия 15.88 KB
  Основы организации и управления производством коммерческого предприятия Финансы коммерческих предприятий представляют собой экономические отношения возникающие в процессе формирования производственных фондов производства и реализации продукции образования собственных ресурсов привлечения внешних источников финансирования их распределения и использование. Финансами коммерческих организаций и предприятий присущи те же функции что и общегосударственным финансам распределительная и контрольная. Положительный финансовый результат...
79266. Методы организации производства и их технико-экономическая характеристика 15.09 KB
  Различают три основных метода организации производства: индивидуальный единичный партионный и поточный. При индивидуальном единичном методе организации производства выпуск продукции осуществляется единичными экземплярами или очень мелкими партиями изделий широкой номенклатуры. Равномерная работа на всех участках производства при партионном методе достигается за счет определения оптимальных размеров партий заделов длительности цикла графиков запускавыпуска.
79267. Понятие и особенности производственного процесса. Основные принципы организации производственных процессов 14.73 KB
  По операциям ведется увязка объемов работ на участках: нормирование оперативное планирование и учет производства Основные операции – операции технологического цикла состоящие из операционных циклов в результате которых изменяются форма размеры свойства и взаимное расположение деталей Технологический процесс – совокупность основных операций Вспомогательные операции – операции обеспечивающие бесперебойность производственного процесса связанные с перемещением предметов труда с одного рабочего места на другое снятием и установкой...