урок по теме "Мутации"
методическая разработка (биология, 10 класс) по теме

10 класс

Тема: «Мутации»

Цель: развитие надпредметных и внутрипредметных компетенций, формирование научной картины  мира.

Задачи: 1. Изучение видов мутаций и причин их возникновения.

2. Воспитание осознанной ответственности за свое здоровье и здоровье окружающих на основе знаний о мутагенных факторах

ОБОРУДОВАНИЕ: таблица, презентация, рабочие листы для учащихся.

ХОД УРОКА:

      Учитель: добрый день, ребята! Сегодняшний урок мы с вами начнём с известного стихотворения А. Пушкина:

О сколько нам открытий чудных                    1

Готовит просвещенья дух,

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений,  парадоксов друг,

И случай, бог-изобретатель…

Скажите, пожалуйста: а справедливы ли эти слова для биологии?  (открытий много,).   Есть в биологии парадоксы?  На каком уровне их можно заметить?  И может случай что-то изобрести?

Обратите внимание на слайды:

    2

Ребята, скажите пожалуйста, увидели ли вы здесь какой-то парадокс? Что-то необычное? (возможные ответы: необычна белый лев, двухголовая змея, совсем обычный бабочка и растения – парадокс: «нормальные» организмы и «ненормальные»).

Действительно, нечасто в природе встретишь двухголовую змею или белог льва – это парадокс. А можете ли вы предположить, в чем причина появления этих парадоксальных, необычных организмов? (возможный ответ: наличие изменений в организме (Где произошли изменения?), мутации (А что такое мутации?)). Все эти организмы следствие изменений в организме, в генах и хромосомах. Тема нашего урока «Мутации: парадокс или закономерность?»

Мутация от латинского «mytatio» - изменение.  Это качественные и количественные изменения ДНК организмов, приводящие к изменениям генотипа. (слайд  3 и запись в  рабочей   карте).

Термин введён Гуго де Фризом в 1901 году.

-А к каким последствиям могут привести мутации? Всегда ли это болезни и физические уродства? (вернуться к слайду, обратить внимание, что бабочка  и растения тоже имеют изменения в организме - мутации) –слайд  4

 (возможный ответ:  мутации не всегда проявляются фенотипически). Затрагивают ДНК в различной степени: отдельный ген, отдельную хромосому или весь генотип.   По уровню возникновения мутации делят на группы : (слад со схемой, учащиеся заполняют рабочую карту по мере изучения). Слайд 5  

мутации

Геномные

Изменение числа хромосом

Генные

Изменение одного или нескольких нуклеотидов в пределах гена

Хромосомные

Изменение формы и размера хромосом

Генные мутации:  слайд 6  (работа с  учебником):  Изменение одного или нескольких нуклеотидов в пределах гена, их часто называют точечными. Они возникают при репликации ДНК, вместо комплементарных пар А-Т и   Г-Ц возникают неправильные сочетания, в результате возникают новые сочетания нуклеотидов, которые кодируют новые или изменённые белки. Такие казалось бы незначительные изменения приводят к серьёзным, неизлечимым заболеваниям. Дальтонизм, гемофилия, отсутствие пигментации – всё это генные мутации. (слайды 8,9 )

В чем же парадоксальность проявления генных мутаций? мутаций? Рассмотрим на примере.   Даны два белка и кодирующие их участки ДНК:

…Треонин- пролин- глутаминовая к-та - глутаминовая к-та ….                                                          

   ---  ТГА  -       ГГА     -          ЦТТ                -             ЦТТ      ---                                          

…Треонин- пролин- валин - глутаминовая к-та ….                                                          

---  ТГА  -        ГГА        -ЦАЦ                 -ЦТТ--                                                                                                                                                            

при  замене 1 аминокислоты (глутаминовой кислоты на валин) из 146 в молекуле гемоглобина возникает тяжелое заболевание – серповидно-клеточная анемия.

В данном примере, несмотря на замену одного из триплетов структура белка не изменяется  (избыточность генетического кода)  - закономерности трансляции.

Ген долголетия: Парадокс данного гена состоит в том, что вариация, присутствующая в клетках долгожителей, встречается крайне редко, потому что такая мутация является невыгодной с точки зрения эволюции. Так, изменение FOXO3A, с одной стороны, увеличивает продолжительность жизни, но, с другой, может замедлять процессы развития, в том числе негативно сказываться на фертильности и способности к размножению. И в ходе естественного отбора, главной задачей которого было оставить наиболее плодовитых особей, эта вариация гена стала встречаться крайне редко. Вот почему долгожителей на Земле так мало.

Использует ли человек генные мутации?

Хромосомные мутации:  (слайд 15)значительные изменения структуры хромосом, затрагивают несколько генов.  В зависимости из изменений их делят на группы: (работа с учебником)

А) утрата  - отрыв концевой части хромосомы (хромосомная мутация в 21 хромосоме человека вызывает острый лейкоз и приводит к смерти).

Б) делеция – утрата средней части (тяжелые заболевания, летальный исход)

В) дупликация –удвоение какого-либо участка

Г) инверсия – разрыв хромосомы в 2-х местах, разворот получившегося фрагмента на 180°и обратное встраивание на место разрыва.

Д) транслокация- участок хромосомы прикрепляется к другой, не гомологичной ей.

Возникают при нарушениях процесса деления.

Хромосомные мутации: закономерно приводят к гибели организмов, так как затрагивают целые хромосомы (организмы нежизнеспособны: мутация 21 хромосомы человека приводит к тяжелой лейкемии и смерти.)

 Парадокс: вирусы (бактериофаги) могут терять значительную часть своей единственной хромосомы и  замещать его чужеродной ДНК. При этом не только сохраняют свою функциональную активность, но и приобретают новые свойства. Возможно, появление таких болезней как, птичий и свиной грипп – следствие хромосомных мутаций вирусов. У некоторых видов животных и растений при транслокации возникают так называемые новые хромосомные расы, что приводит к видообразованию (тараканы, скорпионы, дурман, пион).

Слайд 18 случайный обрыв Х- хромосомы привёл к разделению полов на мужской (появилась У-хромосома ) и женский.

Геномные мутации:  изменение числа хромосом (слайд 19)

А) не кратно гаплоидному набору (± 1 хромосома)- гетероплоидия – синдром Дауна («солнечные дети») Шерешевского – Тернера ( слайд 20)

Б) кратно гаплоидному набору ( увеличение числа хромосом в 2, 4 и более раз) –полиплоидия. Свойственна растениям, приводит к увеличению массы и урожайности. Получают искусственно, путём воздействия на клетку колхицина (разрушает веретено деления). (слайд растения полиплоиды –21, 22)

Так как данный вид мутаций приводит к изменению числа хромосом, новый организм репродуктивно изолируется, что приводит к закономерному эволюционному процессу – видообразованию.

Парадокс: нечётные полиплоиды (триплоиды, пентаплоиды) стерильны, четные (гексо- тетра-)         способны к размножению и имеют эволюционное значение. Но если число хромосом превышает, оптимальное для данного вида,  также становятся стерильными.

Свойства мутаций:

1. возникают случайно, стихийно
2. затрагивают гены, хромосомы и генотип.
3. Частота возникновения - единичны
4. Носят ненаправленный характер
5. Наследуются генеративные.
6. Бывают вредные, полезные и нейтральные

Мутагенные факторы:

1.радиация

2.температура

3.химические вещества (никотин, бензопирен, метиловый спирт)

4.Рентгеновское излучение

5.вирусы

Сказать о здоровьесбережении!!!!

Теперь вернёмся  к первому слайду и представленному организму – двухголовой змее, такие организмы мы часто называем «мутант». Скажите, какой это вид мутации?  Парадокс заключается в том, что с позиции генетики этот организм нельзя назвать мутантом, так как изменения здесь не на уровне ДНК, а на уровне эмбриона (нарушен процесс дробления зиготы). Такая вот «змея-мутант», но без мутаций.

И в заключенииещё раз обратимся  к Пушкинским строкам: есть в биологии парадоксы? (Да, убедились в течение урока), можете ли вы, примером из сегодняшнего урока подтвердить строку «случай бог-изобретатель» -( случайные мутации приводят к видообразованию). Многообразие видов это закономерный эволюционный процесс, который происходит во многом благодаря мутациям, но в результате естественного отбора сохраняются только полезные мутации.

Итак, мутации это парадокс или закономерность? С одной стороны – это закономерные изменения под влиянием факторов окружающей среды, с другой  это парадокс, так как появляются новые виды, выживают совсем необычные организмы.

Любое отклонение от идеального случая следует считать несравненно большей ценностью, чем рядовой, в массовом порядке ожидаемой, поскольку попутно с возникновением отрицательной единицы стоит пролагающая новый путь положительная.
                                                                                       И.А.Рапопорт

Появляясь внезапно, мутации, как и революции, разрушают и созидают, но не уничтожают законы природы. Они сами подчинены им.

                                                    Рабочая карта.

Тема урока «………………………………………………………»

Качественны и количественные  изменения ДНК организмов, приводящие к изменениям генотипа называют _______________________.

Термин введён _________________________________________________________

Мутагенные факторы:                                             Свойства мутаций: