Всероссийские профессиональные конкурсы педагогических работников

Молекулярная биология

(1 ч в неделю)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цель курса — углубить знания учащихся о молекулярных ос­новах жизни, об особенностях строения и функциях биополимеров в клетке, их роли в образовании клеточных структур, в процессах жизнедеятельности, делении клеток, в формировании и передаче наследственных признаков.

Весь материал курса можно условно разделить на два разде­ла: 1) физико-химические особенности и функции макромолекул; 2) процессы в клетке, связанные с функционированием макромо­лекул. Изучение этих разделов поможет осознать наиболее труд­ные вопросы основного курса (основы цитологии, онтогенеза, ге­нетики).

Успешному усвоению содержания теоретического материала способствует выполнение лабораторных работ, перечень которых дан в каждой теме курса. При выполнении этих работ учащиеся овладевают методами микроскопирования, анализа органических веществ, работы с приборами для хроматографии, спектрографии. Все прикладные вопросы рассматриваются в плане решения кон­кретных теоретических вопросов.

На занятиях курса учащиеся воочию убеждаются в материальности основ жизни, их познаваемости. Курс «Молеку­лярная биология» окажет большое влияние на формирование на­учной картины мира, развитие мышления и воспитания школь­ников.

Содержание программы.

ВВЕДЕНИЕ (1 ч)

Молекулярная биология — комплексная наука о физико-хими­ческих особенностях макромолекул и связанных с ними процессах в клетке. Связь молекулярной биологии с другими науками (био­химией, цитологией, физиологией, генетикой и др.).

Данные о развитии молекулярной биологии. Открытие Мише-ром нуклеиновых кислот, расшифровка Уотсоном и Криком струк­туры ДНК. Установление функциональной взаимосвязи нуклеи­новых кислот, белковых молекул, роли нуклеиновых кислот в пе­редаче наследственной информации.

Демонстрация таблиц с изображением строения макромолекул белка и нуклеиновых кислот.

1. СТРУКТУРА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ (4 ч)

Нуклеиновые кислоты (НК) — биополимеры. Составные компо­ненты НК — азотистые основания, углеводы, фосфорная кислота. Нуклеозид и нуклеотид. Правило Чартгафа о соотношении наций в НК. АТФ — нуклеотид, выполняющий роль аккумулято­ра энергии.

ДНК, структура, масса и размеры. Физико-химические методы исследования (спектроскопия, рентгеноструктурный анализ). Принцип комплементарности в образовании молекул ДНК. Обра­зование двухцепочной макромолекулы и ее спирализация. Анти­направленность цепей ДНК. Денатурация и ренатурация молекул. Масса молекул и их локализация в клетке.

Особенности структуры молекул РНК, их нуклеотидный состав. Переход АТФ в нуклеотид РНК. Отличие молекул РНК от ДНК.

Демонстрация: таблиц с изображением строения ДНК и РНК; сборки структурных элементов в молекулу ДНК и РНК; комп-лементарности оснований в ДНК.

Лабораторные работы

№ 1. Окрашивание препаратов клеток кожицы лука и рас­сматривание под микроскопом ядер клеток.

№ 2. Выделение НК из клеток печени (спермы рыб и Др.).

2. СТРУКТУРА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЛЕКУЛ БЕЛКА (5 ч)

Белки-биополимеры, массы и размеры молекул. Скорость их седиментации, поглощение в УФ. Аминокислоты — мономеры бел­ковых молекул. Особенности их строения, амфотерные свойства. Способы определения последовательности аминокислотных звень­ев, количества цепей, концевых групп и радикалов в молекуле белка. Качественные реакции на белки.

Поликонденсация аминокислот в полипептидную цепь. Пеп­тидная связь и первичная структура белка. Вторичная, третичная и четвертичная структуры белковых молекул. Химические связи (ионная, дисульфидная), определяющие структуры белков. Простые и сложные белки. Особенности белковых молекул волос, мышц, гемоглобина. Денатурация белковых молекул.

Белки-ферменты. Особенности структуры их молекул, актив­ный центр фермента.

Демонстрация таблиц с изображением структуры белковых молекул, аминокислот, ферментов.

Лабораторные работы

№ 3. Разделение белков куриного яйца по их растворимости.

№ 4. Денатурация белков высокой температурой, спиртом и ренатурация.

№ 5. Качественные реакции на белки (биуретова, ксантопро-теиновая).

3. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ МАКРОМОЛЕКУЛ В КЛЕТКЕ (5 ч)

Синтез ДНК. Расплетание молекул ДНК, последовательный и дисперсный синтез цепей ДНК. Роль ферментов в синтезе ДНК. Методы исследования син­теза молекул ДНК.

Роль ДНК в клетке: хранение и передача наследственной ин­формации от родителей потомству, доказательства роли ДНК в клетке.

Код ДНК, его триплетность, специфичность, универсальность, непрерывность и вырожденность, однонаправленность и коллине­арность, способность мутировать.

Синтез РНК. Типы РНК. Антикодон и его функции. Роль т-РНК в транспорте аминокислот. Участие ферментов в этом процессе. Рибосомная РНК (р-РНК), особенности строения молекул, их роль в образовании рибосом.

Синтез белка — путь реализации наследственной информации, его протекание в цитоплазме и ЭПС. Многоступенчатость синтеза белков, участие информационных молекул, ферментных систем и АТФ.

Роль ДНК, и-РНК и т-РНК в синтезе белков. Процесс транс­крипции, участие в нем ферментов, генов-промоторов, структур­ных и терминирующих кодов.

Роль АТФ в синтезе белка.

Функции белков в клетке. Специфичность белковых молекул. Каталитическая функция. Особенности взаимодействия фермента и субстрата. Образование фермент:субстратного комплекса, дина­мичность комплексов, специфичность действия.

Роль белков в возникновении и эволюции жизни.

Демонстрация таблиц, иллюстрирующих процессы синтеза РНК, ДНК, белков.

4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ФОТОСИНТЕЗ (5 ч)

Энергетический обмен как совокупность реакций разложения. Этапы обмена. Подготовительный этап, количественные характери­стики и значение.

Фотосинтез. Автотрофы и гетеротрофы. Хлоропласты как ма­териальная основа процессов фотосинтеза. Современные пред­ставления о строении хлоропластов. Граны, мембранная основа их строения. Совокупность пигментов хлоропласта. Особенности строения молекул хлорофилла. Кооперативное функционирование пигментов. Пигментные системы. Спектры поглощения пигментов. Пигментная система I. Световая фаза фотосинтеза. Однонаправ­ленный процесс передачи квантов света к реакционным центрам. Передача электронов промежуточными переносчиками к молеку­лам НАДФ и их восстановление. Образование АТФ.

Функционирование пигментной системы II. Фотолиз воды с выделением кислорода и образованием водерода.

Темновая фаза. Поглощение углекислого газа и его восста­новление до углеводов. Потребление энергии и водорода в про­цессах синтеза.

Суммарное уравнение процессов фотосинтеза. Значение фото­синтеза и пути повышения его продуктивности: оптимальный тем­пературный режим, влагообеспечение, минеральный обмен, насы­щение воздуха углекислым газом.

Демонстрация таблиц со схемами фотосинтеза и этапов обме­на веществ.

Лабораторные работы

№ 6. Выделение пигментов из листьев.

5. ДЕЛЕНИЕ КЛЕТКИ КАК РЕЗУЛЬТАТ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МАКРОМОЛЕКУЛ (5 ч)

Деление клетки как способ передачи наследственной инфор­мации. Способы деления клетки.

Митоз — часть жизненного цикла клетки. Стадии митоза. Ин­терфаза — подготовительный этап к делению. Синтез белков, НК. Редупликация ДНК, накопление энергии. Хромосомы как струк­турные элементы ядра, их состав и строение. Хроматиды и хромонемы.

Значение митоза.

Мейоз — редукционное и эквационное деление. Редукционное деление как процесс уменьшения хромосом вдвое. Профаза, конъюгация гомологичных хромосом, кроссинговер. Метафаза, анафаза, телофаза редукционного деления. Фазы редукционного деления, особенности их и значение: уменьшение числа хромосом и комбинации генов при мейозе.

Демонстрация таблиц, иллюстрирующих процессы митоза и

мейоза.

Лабораторные работы

№ 7. Рассматривание под микроскопом митоза (на постоян­ных препаратах)

6. ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАКОНОВ

НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

(5 ч)

Генетика — наука о закономерностях наследственности и из­менчивости. Состав и строение гена, способность его мутировать. Пути передачи генетической информации в клетке: ДНК->—>РНК-^белок.

Строение, химический состав и функции хромосом, их гапло­идный и диплоидный набор в клетках. Законы Г. Менделя о на­следовании признаков. Значение работ Г. Менделя в доказа­тельстве существования гена и его дискретности. Роль мейоза в оплодотворении, в передаче наследственных признаков и возни­кновении мутаций.

Хромосомная теория наследственности. Сцепленное наследова­ние генов и групповое их функционирование — общая генетиче­ская закономерность. Отклонение в группах сцепления генов в результате кроссинговера. Принципы построения генетических карт и практическое их использование. Генетическое определение пола. Наследование аномальных признаков, сцепленных с полом: дальтонизма, гемофилии, резус-фактора и др. Практическое зна­чение знаний генетических процессов (управление полом и на­следованием признаков, связанных с полом, пути лечения на­следственных болезней: алкаптонурии, гликоземии и др.). Генная инженерия и ее перспективы.

Демонстрация таблиц, иллюстрирующих схемы наследования

признаков.

ЛИТЕРАТУРА

Для учителя

1. Антонов В. Ф. Липиды и ионная проницаемость мемб­ран.—М.: Наука, 1982.

1. Владимиров Ю. А. Физико-химические основы фото биологических процессов.— М.: Наука, 1982.

1. Дубинин Н. П. Новое в современной генетике.— М.: Наука, 1986.

1. Франк Г. М. Биофизика живой клетки.— М.: Наука, 1982.Франк-Каменский М. Д. Самая главная молекула.—
   М.: Наука, 1983.

Календарно — тематическое планирование курса « Молекулярная биология»

(1 час в неделю)