53088

Основні закономірності функціонування генів у прокаріотів та еукаріотів

Конспект урока

Педагогика и дидактика

У цей період ще ніхто не знав що ДНК і є речовиною – носієм генетичної інформації. Сьогодні вчені вважають що ген – це спадковий фактор функціональна одиниця генетичного матеріалу у вигляді молекули ДНК чи РНК що кодує первинну структуру поліпептиду молекул тРНК чи рРНК або взаємодіє з регуляторними білками. Генетичний апарат у бактерій складається з молекули ДНК замкненої в кільце. Гігантська кільцева молекула ДНК яка складається із функціонально неоднорідних генетичних детермінант генів дістала назву бактеріальної хромосоми.

Украинкский

2014-03-27

94.5 KB

36 чел.

Тема. Основні закономірності функціонування генів у прокаріотів та еукаріотів.

Мета навчальна: поглибити знання учнів про ген,  ознайомити з організацією геному прокаріотів та еукаріотів та з основними закономірностями функціонування генів у цих організмів, розкрити значення двох функціональних груп генів багатоклітинних організмів;

розвиваюча: розвиток логічного мислення, вмінь робити висновки, працювати з підручником та додатковою літературою, вмінь узагальнювати і систематизувати знання;

виховна: продовжити формування наукового світогляду,переконаності в пізнавальності світу на основі вивчення будови гена; виховувати зацікавленість учнів біологією, формувати активну життєву позицію.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Метод: конференція.

ХІД УРОКУ

І. Організаційна частина.

Привітання учнів. Я рада зустрічі з вами і, надіюсь, наша спільна праця принесе вам багаж знань, позитивних емоцій і відчуття задоволення.

Надіюсь, ви з хорошим настроєм прийшли на урок, і, з хорошим з нього підете.

Що таке щастя? Від чого воно залежить? Чи впливає на відчуття щастя оточення,настрій, погода за вікном?   Кожен з вас, напевне, любить свою пору року. Тому для нашої подальшої роботи я пропоную вам вибрати символ улюбленої пори (квітка, ягода, листок, сніжинка), для того, щоб об’єднатись у групи і вам було б комфортно у групі працювати.(Учні вибирають і займають місця відповідно до вибраного символу)

ІІ Мотивація навчальної діяльності.

   Кожна людина уявляє щастя по- різному, але американські генетики, вивчаючи клітинні процеси, що відбуваються на клітинному рівні, доказали, що щастя людини на 50% залежить від генів. Чим цікаві ці унікальні структури, чи одинакові вони у всіх організмів? Відповісти на ці питання допоможе нам сьогоднішній урок-конференція. Отож, тема нашого уроку: «Основні закономірності функціонування генів у прокаріотів і еукаріотів». Запишіть, будь ласка, тему в зошити.

 Ознайомившись з темою, ми можемо поставити перед собою завдання, яких результатів ви очікуєте від уроку?

поглибити знання про ген

ознайомитись з видами генів

вивчити структуру гена

порівняти геном прокаріотів та еукаріотів

розкрити значення знань про ген у повсякденному житті

розвивати вміння робити висновки та узагальнення

формувати науковий світогляд

Оскільки  завдань перед собою ми поставили чимало, то наш урок пройде у формі конференції, на якій присутні:

  кафедра  генетики   ( весна) одержала завдання ознайомити присутніх з короткою історією розвитку вчення про ген;  розкриє сучасні погляди про будову гена, ознайомить присутніх з основними видами і структурою генів;

кафедра цитології (літо) визначить особливості будови генів і генетичного апарату бактерій та багатоклітинних організмів;

 кафедра молекулярної біології  (осінь) ознайомить присутніх з структурою  та організацією геному  еукаріотів.

Кафедри одержують завдання

А також ми запросили вчену раду (зима), яка оцінить старання наших науковців і зробить висновки щодо виконання завдань конференції.

Девіз уроку: «Світ навколо мене наповнений таємницями. Я їх буду відкривати все життя, тому що це найбільш цікава, захоплююча справа на світі».                                                В. Біанкі.

Отож, починаємо працювати. Учні працюють  з літературою.

Що ж насправді ген? Як розвивались погляди про структуру та значення генів?  Слухаємо представників кафедри  генетики.

1.Історія розвитку вчення про ген.

      Загадка спадковості – здатності живих організмів передавати нащадкам свої ознаки хвилювала людей у всі часи.  Яких тільки назв не давали факторам, що визначають спадковість!  Геммули, міцели, плазмоли, біофори, ідіосоми… Поки в 1909 році  датський вчений Вільгельм Йогансен не запропонував термін «ген» - той, що народжує. Напевне, назву терміна він запозичив від слова генетика, який раніше (1905 р) був запропонований Вільямом Бетсоном  (грецьк.genetikos). На той час хімічна природа гена залишалась повністю невідомою. Не дивлячись на те, що хромосоми  вже були описані (1910р, Томас Морган).

Спочатку гени в хромосомах уявляли як нитку з намистинок, механічно зв’язаних одна з одною. Лише деякі тогочасні вчені розглядали хромосому як величезну молекулу, у якій гени були окремими ділянками. При цьому вони вважали ген чимось неподільним і, відтак, мутації такими, що стосувалися гена в цілому. У цей період ще ніхто не знав, що ДНК і є речовиною – носієм генетичної інформації.

 Тільки наприкінці 30-х років ХХ ст.. завдяки дослідженням Серебровського О.С. було доведено, що ген подільний.  Сьогодні вчені вважають, що ген – це спадковий фактор, функціональна одиниця генетичного матеріалу у вигляді молекули ДНК чи РНК, що кодує первинну структуру поліпептиду, молекул  т-РНК чи р-РНК або взаємодіє з регуляторними білками.

2.Властивості генів

Ген відособлений у своїй активності від інших генів

Ген специфічний, тобто відповідає за певну ознаку

Ген може посилювати прояв ознаки при збільшенні числа домінантних алелей

Один ген може впливати на розвиток різних ознак – плейотропна (множинна) дія гена

Різні гени можуть діяти на розвиток однієї ознаки –множинні гени (полігени)

Ген може взаємодіяти з іншими генами, що призводить до появи нових ознак.

                      3. Види генів багатоклітинних організмів

 

                Структурні                                            Регуляторні                          (зберігають інформацію       (регулюють процеси транскрипції і  трансляції)

про структуру білка)  

        

Порівняти будову клітини прокаріот та еукаріот.                                

   Чим відрізняється генетичний апарат прокаріотів та еукаріотів? Відповідь на це питання дасть кафедра цитології.

1.Будова генетичного апарату прокаріот.

Нуклеоїди в прокаріотичних клітинах є місцем локалізації генетичного матеріалу. Генетичний апарат у бактерій складається з молекули ДНК, замкненої в кільце. Довжина кільця може сягати 1,0—1,4 мм. Воно міститься в нуклеарній ділянці бактеріальної клітини. Гігантська кільцева молекула ДНК, яка складається із функціонально неоднорідних генетичних детермінант генів, дістала назву бактеріальної хромосоми.

Рис. 1

Бактеріальна клітина, в якій містяться нуклеоїд(хромосомна ДНК) і плазміда (плазмідна ДНК).

  У багатьох видів бактерій є ще один тип генетичних елементів, що існують у клітині автономно, тобто поза хромосомами. Це плазміди, які є типовими репліконами (О.П.Пехов, 1979). Як і всі реплікони вони мають здатність до саморегуляції незалежно від механізмів, які регулюють розмноження бактеріальної хромосоми. Вважається, що генетична інформація, яка міститься у плазмідах та інших позахромосомних елементах не є обов'язковою для життєдіяльності бактерій. Проте ці елементи розширяють можливості існування бактеріального виду.

У одній прокаріотичній клітині може бути близько десяти таких плазмід. Плазміди зустрічаються також у тих компарментах еукаріотичних клітин, які мають власний геном (мітохондріях, пластидах). Це ще один доказ симбіотичного походження мітохондрій.

Плазміди часто реплікуються разом з ДНК хазяїна, але вони не потрібні для виживання його клітини. Деякі вчені розглядають їх як своєрідних внутрішньоклітинних паразитів або симбіонтів.

Плазміди, переходячи з однієї клітини у іншу, починають інтенсивно розмножуватися. Саме завдяки переміщенню від однієї хвороботворної бактерії до іншої, вони набувають стійкості до дії лікарських препаратів, зокрема антибіотиків. Їх ще називають « генами розкоші»

2. Генетичний апарат еукаріот.

     Генетична інформація  еукаріот  закодована у вигляді послідовності нуклеотидів у молекулах ДНК і РНК, які знаходяться у ядрі. Саме завдяки цьому ядро є інформаційним центром клітини, місцем, де зберігається і відтворюється спадкова інформація,  центром обміну речовин, оскільки         РНК,  що в ньому утворюється, визначає, які білки і в який час мають синтезуватися на рибосомах у цитоплазмі.

У клітинах еукаріотів крім спадкового матеріалу, розташованого в ядрі, виявлено також цитоплазматичну спадковість або позаядерну. Вона полягає у здатності певних структур цитоплазми зберігати і передавати нащадкам частину спадкової інформації батьків. Хоч визначне місце у передачі спадковості належить  ядерним генам, проте роль цитоплазматичної спадковості теж значна. Вона пов’язана з  успадкуванням ознак, які кодуються поза ядерними генами, які розташовані у певних органелах (мітохондріях, пластидах), а також з проявом у нащадків ознак, зумовлених ядерними генами, але на формування яких впливає цитоплазма яйцеклітини.

Які ж особливості будови гена, що забезпечують виконання ним таких важливих функцій?

Слово надається представникам кафедри  молекулярної  біології.

Сучасні уявлення про молекулярну будову  гена.

     У 1977-1978 рр. було досліджено і вивчено будову структурного гена. Дослідження генів на молекулярному рівні  довели, що структурні гени – це ділянки ДНК, на яких відбувається синтез РНК. Дволанцюгова спіраль ДНК формує 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.

В залежності від того, який тип РНК синтезується, виділили такі типи генів:

білкові, гени тРНК, гени рРНК.

   Ділянки ДНК, де збирається кілька генів рРНК, називаються кластерами.

   Кластери розташовані у ядерцях, тому останні добре помітні у світловий мікроскоп. Кількість ядерець коливається в межах від одної до кількох пар. рРНК використовується для побудови рибосом,тому будь- яка клітина потребує їх великої кількості. Велика кількість досягається шляхом дублювання генів рРНК та ампліфікації ( представлення генів кількома копіями послідовностей нуклеотидів).

    Співвідношення Ген – Ознака реалізується через Центральну Догму Молекулярної Біології. На матриці ДНК синтезується про -іРНК, яка дозріває, і всвою чергу є матрицею для поліпептидного ланцюга.

     Учені з’ясували, якщо вся нуклеотидна послідовність ДНК білкового гена  бере участь у кодуванні послідовності нуклеотидів іРНК, то не вся первинна іРНК є матрицею для наступного синтезу білка. Частину ділянок іРНК у процесі її дозрівання вирізають спеціальні ферменти, а ті, що залишилися, утворюють вторинну іРНК, з матриці якої і відбувається синтез білка.

     У 1977-1978 рр.  досліджено і вивчено будову структурного гена. У ньому були знайдені ділянки ДНК, які не кодують білки, вони в процесі дозрівання іРНК вирізаються, і на них не відбувається транскрипція. Ці ділянки дістали назву інтрони, а ті, що потім зшиваються і є матрицею для синтезу білка – екзони. (Див мал. 59)

     Співвідношення екзонів і інтронів  у людини: 95% - інтрони, 5 %– екзони. (Див. діаграму)

Така екзонно- інтронна структура називається ще мозаїчною. Вона властива виключно еукаріотам, у прокаріот її немає. Це пов’язано, напевне, з еволюційним пристосуванням еукаріот до обмеження мутаційного процесу. Якщо мутації зачіпають ділянку інтрона, то це не відіб’ється на зміні білка. А якщо і відбудеться мутація в ділянці екзона, то це спричинить зсув лише частини ділянки іРНК, а не усієї молекули.

2.Розміри геномів  та кількість генів у різних організмів.

Геном – це сукупність генів (ДНК) галоїдного набору хромосом. Термін запропонував Ганс Вінклер у 1920 р.  У переважній більшості організми диплоїдні і мають два геноми: від батька і від матері. Розмір геному оцінюють за кількістю ДНК, що міститься у відповідній структурі клітини, він має тенденцію до збільшення в міру ускладнення організації організму, але ця залежність незначна.

 Кишкова паличка – 4, 6 млн; дрозофіла – 130 млн, людини – 3,2 млрд. Довгий час найбільшим геномом володіла дводиша риба протоптерус – 130 млрд. нуклеотидів. Проте за останніми даними абсолютним рекордсменом стала японська рослина паріс японіка – 149 млрд. пар нуклеотидів.

3.Організація геному.

Досить тривалий час учені не могли пояснити, як розташовані гени в геномі.

Досягнення сучасних досліджень:

ДНК у клітині значно більше, ніж необхідно для забезпечення структурних генів.

Більшу частину геному становить надлишкова ДНК (за суму структурних і регуляторних) (Мал.62)

Чим вищий щабель організації, тим менше ДНК припадає на структурні гени

Геном кожного організму складається з унікальної послідовності нуклеотидів, тобто наявних в єдиному екземплярі

Приклад: миша хатня – 70% - унікальні, 20% -  повторювані, структурні гени, що визначають синтез  і білків-гістонів ( ті, що взаємодіють з ДНК, і визначають її укладання в хромосомі), 10% - часто повторювані гени – сателітна ділянка ДНК.

Отже, основні завдання уроку ми виконали, слово надається вченій раді.

Учена рада:

   Прослухавши доповіді учасників конференції, ми дійшли висновку, що геном живих організмів має складну структуру, яка, власне, визначає його функціонування в клітині.

Геном еукаріотів має складнішу організацію порівняно з прокаріотами.

Еукаріоти

Прокаріоти

ДНК зібрані в хромосоми

ДНК у вигляді кільцевої хромосоми-нуклеоїду

ДНК зв’язана з гістонами

Гістони не виявлені

  

Гени розділені некодуючими послідовностями

        Гени йдуть одні за одними і часто зібрані     в       оперони (гени ферментів, що каналізують ряд реакцій)

  Біл        Більшість генів мають кілька або багато інтронів

Гени не містять інтронів

Це пов’язано з ускладненням будови еукаріотичної клітини,а також з пристосуванням організмів  до еволюційних змін.

Практичне застосування знань про ген:

дослідження спадкових особливостей людини;  

лікування генетичних захворювань;

виправлення генетичних мутацій;

виведення нових сортів рослин, порід тварин;

використання знань у біотехнології та генній інженерії;

визначення природи походження і класифікації організмів.

На конференції було названо і вивчено багато термінів, які хотілось би систематизувати:

ген, геном, кластер, структурні  і регуляторні гени, екзони, інтрони, ампліфікація.

ІУ. Підведення підсумків конференції.

Наша конференція дійшла до свого логічного завершення.

Чи досягли ви очікуваних результатів?

Хочеться надіятись, що ви одержали не тільки знання, а й задоволення від роботи на  уроці. Для самоконтролю знань,   заповніть, будь ласка, схему тесту, що лежить перед кожним з вас.(Учні заповнюють тести)

Схема тесту

НА УРОЦІ

Я ДІЗНАВСЯ (ЛАСЯ)

Нові поняття:______________________________________________________

__________________________________________________________________

Я НАВЧИВСЯ (ЛАСЯ) (підкреслити те, чому навчився):

працювати з науковим текстом

складати біологічні схеми

порівнювати процеси  правильно застосовувати наукові терміни

аналізувати прочитаний текст

робити висновки на підставі прочитаного

синтезувати завдання

узагальнювати

висловлювати припущення і доводити свою точку зору.

У. Домашнє завдання: прочитати §16, вивчити основні поняття.

А зараз ми повернемось до початку нашого уроку.  Чи не щаслива людина від результатів своєї роботи?

    Адже, увесь урок наш пройшов  у розгадці  таємничого, невпізнаного і попереду у вас - безліч незвіданих доріг, задач, які ви будете з наполегливістю  розв’язувати


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36989. Понятие и правовое значение принципов международного права 137.5 KB
  Основные принципы международного права являются универсальными и не включают отраслевых принципов; основные принципы международного права имеют характер общепризнанных; основные принципы международного права являются принципами jus cogens.
36990. Дослідження особливостей побудови діаграми класів 15.18 KB
  Завдання: Створити модель класів для описання неорієнтованих графів. Розширте діаграму класів з попереднього завдання додавши до неї відомості про розміщення вершин графу товщину та колір дуг. Створіть модель класів для опису орієнтованих графів.
36991. Основи роботи в середовищі MATLAB 255 KB
  Важливу роль у MTLB відіграють спеціалізовані групи програм пакети – так звані Toolbox в яких зібрані функції для розв’язування окремих класів задач наприклад PDE Toolbox Spline Toolbox та інші. Введення кожної команди виразу або функції повинно завершуватись натисненням клавіші Enter в результаті чого в командному вікні нижче введеної команди виводиться результат її виконання або інші повідомлення системи наприклад повідомлення про помилку. Вбудовані елементарні математичні функції В середовищі MTLB існує досить велика кількість...
36992. Знайомство з основними пристроями Photoshop 1.07 MB
  Створіть новий слой ShiftCtrlN. Примітка: для того щоб бачити координати курсору в області зображення у пікселях на панелі Info викликайте контекстне меню натиснувши на кнопку оберіть пункт меню Plette Options та в діалоговому меню Info Options змініть значення Rule Units на Pixels Продублюйте цей слой два рази. Для цього на панелі Lyers натисніть правою кнопкою миші по вашому слою та оберіть пункт контекстного меню Duplicte Lyer або перетягніть слой на значок Crete New Lyer. Виділіть слой натисніть CtrlT та вкажіть необхідний...
36993. Віддалена робота (OC Windows 2003 Server, OC Linux) 608.5 KB
  Rdmin – одна з найкращих програм віддаленого адміністрування для платформи Windows яка дозволяє повноцінно працювати одразу на кількох віддалених комп’ютерах за допомогою звичайного графічного інтерфейсу. Віддалене адміністрування Загальні завдання Підключення до іншого комп’ютера за допомогою підключення до віддаленого робочого стола Підключення до робочого стола при ввімкнутому брандмауері Windows Використання служби Віддаленої допомоги Windows для надання допомоги в разі виникнення неполадок з комп’ютером Надання службі...
36994. Методи видалення з води дисперсних біологічних домішок 131 KB
  Звичайно на руйнування бактеріальних клітин витрачається лише незначна частина хлору що вводиться в воду. Велика частина його йде на реакції з різними органічними і мінеральними домішками води що протікають з різною швидкістю. У залежності від концентрації хлору рН температури води й інших факторів вони можуть зупинятися на тій чи іншій стадії.
36995. Чисельне диференціювання 25.5 KB
  Чисельне диференціювання Задані похідна шуканої функції F’x та значення шуканої функції у певній точці F=x0. Необхідно побудувати графік функції Fx.2= Тестування бажано провести на: F’x = 2Fx x F’x = 2x F’x = sinx Метод РунгеКутта Аналогічно до попереднього методу задані похідна від шуканої функції y’=Fx y та значення шуканої функції у початковій точці yx0=y0 Тоді обчислюємо за наступними формулами: k1=hFxn yn k2=hFxn2h 3 yn2h k1 yn1=ynk13k2 4.
36996. Приріст/ відємний приріст 186 KB
  На виконання цих команд витрачається один машинній цикл. Результат виконання операції записується в акумулятор. Завдання N Задача Дані 1 Написати програму виконання виразу над однобайтовими числами. b7EH Результат занести в ОЗУ за адресою [1b] =29 b=D 2 Написати програму виконання виразу над однобайтовими числами 2Hb результат занести у стек =43 b=F 3 Написати програму виконання виразу над однобайтовими числами.