Конспект урока на тему Молекулярная биология в анимации
план-конспект занятия по биологии (10 класс)

Конспект занятия

Тема занятия: Молекулярная биология

Форма проведения занятия: очно

На занятии используется лекционная форма, что соответствует рекомендуемому возрасту. В ходе урока предусмотрен просмотр анимационного фильма, видеоролика, выполнение дидактических упражнений и викторины.

Длительность занятия – 45 минут.

Цель занятия: создание условий для устойчивого развития познавательного интереса к изучению комплекса генетических наук и осознанного выбора будущей профессии, связанной с молекулярно-генетическими исследованиями и технологиями.

Задачи занятия:

1. расширение знаний в области методов молекулярной генетики и современных научных исследований и технологий;

2. развитие аналитического мышления в процессе применения полученных знаний;

3. повышение мотивации к приобретению новых научных знаний и овладению

генетическими технологиями.

4. повторение терминов

Технические средства для проведения занятия:

проектор и экран, компьютер, ноутбук либо интерактивная доска для демонстрации презентации в Microsoft PowerPoint и видеоматериалов по теме урока; Мультфильм «Смешарики. Пин код.»,Презентация, Видеоролик «Геном», Рабочий лист,

Ход занятия

1. Организационный этап
2. Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся.

– Здравствуйте! Сегодня мы с вами проведем необычный урок. Обратите внимание, перед Вами на столе лежит рабочий лист, к которому мы будем

обращаться, чтобы выполнять определенные задания. В конце занятия вы сможете проверить правильность выполнения в листе самооценки.

Сегодня речь пойдет о наиболее современном, самом развивающемся направлении биологии и связанными с ним исследованиями.

Просмотр Мультфильма «Смешарики. Пин код.» с 8-30 мин.

Выполнение задания по мультфильму.

3. Актуализация знаний

В первой части урока учащиеся под руководством учителя актуализируют знания о молекулярных основах наследственности, нуклеотидах и нуклеиновых кислотах, знакомятся с понятием ген на молекулярном уровне.

«Генетика – наука , способнаяв буквальном смысле сделать нас лучше и изменить Мир вокруг»

В.В. Путин, совещание по развитию генетических технологий в РФ.

Среди множества интереснейших биологических наук особое место занимает особое место генетика.

Но если задуматься, то можно понять, что этими же процессами занимаются и родственные биологические науки.

Это молекулярная биология, биохимия, цитология, биоорганическая химия, микробиология, вирусология. Все они изучают строение и функции сложных соединений, составляющих клетку, механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, а также лежащие в основе их жизнедеятельности химические процессы. Кроме того, на основе этих данных уже работают промышленные технологии по синтезу биологически активных веществ: белков, нуклеиновых кислот, антибиотиков, ферментов и пр. Из этого можно сделать вывод, что вопросами генетики занимается ряд наук и четкой границы между ними не наблюдается.

Давайте вспомним основные термины и понятия генетики как науки.

Перед Вами важнейшие генетические понятия. Предлагаю Вам узнать эти понятия по описанию.

1. Способность живых организмов передавать свои признаки и свойства, а так-

же особенности развития из поколения в поколение – это… (наследственность).

2. Совокупность взаимодействующих генов данного организма – это… (генотип).

3. Участок молекулы ДНК, отвечающий за один признак, – это… (ген).

4. Переход молекул из двухцепочечной формы в одноцепочечную, при этом разделение цепей наиболее часто достигается нагреванием – это... (денатурация ДНК).

5. Обмен материалом между гомологичными хромосомами, происходящий в процессе мейоза и лежащий в основе генетической рекомбинации – это…(кроссинговер).

6. Совокупность признаков (число, размеры, форма и т. д.) полного набора хромосом, присущая клеткам данного биологического вида или данного организма – … (кариотип).

7. Совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма. Содержит биологическую информацию, необходимую для построения и

поддержания организма – … (геном).

4. Этап освоения новых знаний.

Учащиеся знакомятся с основными методами молекулярной генетики. Электрофорез, ПЦР, секвенирование. Педагог учитывает степень подготовленности обучающихся.

Началом молекулярной биологии принято считать открытие структуры ДНК в 1953 году Джеймсом Уотсоном и Френсисом

Криком, за что они (совместно с Морисом Уилкинсом) в 1962 году получили Но-

белевскую премию по физиологии и медицине. Они выяснили, что молекула

ДНК представляет из себя две противоположно направленные цепочки поли-

нуклеотидов, закрученных вокруг общей оси в двойную спираль, причем друг

напротив друга в спирали всегда стоят определенные азотистые основания:

напротив гуанина (Г или G) — цитозин (Ц или C), а напротив аденина (А) — тимин

(Т)

Такое построение называют правилом комплементарности: цепи удерживаются

вместе за счет водородных связей, возникающих между нуклеотидами. Водо-

родная связь гораздо слабее ковалентной, с помощью которой нуклеотидные

остатки соединяются между собой в одной цепи ДНК, формируя так называемый сахаро-фосфатный остов. Его так называют, поскольку в нем остатки сахара (дезоксирибозы) в нуклеотидах связаны друг с другом через остатки ортофосфорной кислоты — фосфаты.

Строение РНК аналогично (хотя обычно она состоит из одной цепи и часто образует комплементарные взаимодействия между участками одной молекулы),

только вместо тимина в ее состав входит урацил, а вместо дезоксирибозы — рибоза.

Также стоит напомнить о так называемой центральной догме молекулярной генетики, в первоначальном виде сформулированной Фрэнсисом Криком.

Она гласит, что генетическая информация при реализации передается от нуклеиновых кислот к белку, но не наоборот. А точнее, возможна передача ДНК

→ ДНК (репликация), ДНК РНК (транскрипция) и РНК → белок (трансляция).

Также существуют значительно реже реализуемые пути, свойственные некоторым вирусам: РНК → ДНК (обратная транскрипция) и РНК → РНК (репликация

РНК). Еще надо знать и помнить, что белки состоят из аминокислотных остатков,

последовательность которых закодирована в генетическом коде организма:

три нуклеотида (их называют кодон, или триплет) кодируют одну аминокислоту, причем одну и ту же аминокислоту может кодировать несколько кодонов.

Сегодня мы познакомимся с ключевыми методами для генетики.

Первый метод, с которым мы познакомимся, – разделение Молекул днк:

электрофорез в геле .

Часто приходится иметь дело со смесью молекул ДНК разной длины. Напри-

мер, при обработке химически выделенной из организма ДНК рестриктазами

(ферменты, разрезающие ДНК) как раз получится смесь фрагментов ДНК, при-

чем их длины будут различаться.

Поскольку любая молекула ДНК в водном растворе отрицательно заряжена,

появляется возможность разделить смесь фрагментов ДНК различных размеров по их длине с помощью электрофореза. ДНК помещают в гель, который

находится в постоянном электрическом поле. Из-за этого молекулы ДНК будут

двигаться к положительному электроду (аноду), причем их скорости будут за-

висеть от длины молекулы: чем она длиннее, тем сильнее ей мешает двигаться

гель и, соответственно, тем ниже скорость. После электрофореза смеси фрагментов разных длин в геле образуют полосы, соответствующие фрагментам

одной и той же длины. С помощью маркеров можно установить длину молекул

в образце.

полимеразная цепная реакция — молекулярно-биологический метод, позволяющий добиться колоссального увеличения числа копий определенного

фрагмента ДНК. ПЦР использует те же принципы, что и клетка при репликации ДНК.

Метод ПЦР основан на многократном избирательном копировании определенного участка ДНК при помощи ферментов in vitro. При этом происходит копирование только того участка ДНК, который удовлетворяет заданным условиям.

Как же работает ПЦР? Изначально в реакционной смеси находятся ДНК-матрица, праймеры (короткий фрагмент нуклеиновой кислоты), ДНК-полимераза,

свободные нуклеозиды, а также некоторые другие вещества, улучшающие работу полимеразы.

Чтобы синтезировать ДНК, комплементарную матрице, необходимо, чтобы

один из праймеров образовал с ней водородные связи (как говорят, «отжегся»

на ней). Но ведь матрица уже образует их со второй цепью! Значит, сначала необходимо расплавить ДНК, то есть разрушить водородные связи. Делают это с

помощью простого нагревания (до ≈95 °С) — стадия, называемая денатурацией.

Но теперь и праймеры из-за высокой температуры не могут отжечься на матрице! Тогда температуру понижают (50–65 °С), праймеры отжигаются, после

чего температуру немного поднимают (до оптимума работы полимеразы, обычно около 72 °С). И тогда полимераза начинает синтезировать комплементарные

матрице цепи ДНК — это называют элонгацией.

Следующий метод, который мы рассмотрим, — определение нуклеотидной по-

следовательности цепи в молекуле — секвенирование . Собственно говоря, это

и есть прочтение ДНК.

Секвенирование – это общее название методов, которые позволяют установить последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК.

Метод секвенирования ДНК, названный в честь Сенгера, был опубликован в

1977 году. На протяжении более 30 лет, вплоть до середины нулевых годов, он

оставался главным способом определения последовательности любой нуклеиновой кислоты: именно этим методом (с незначительными модификациями) был

прочитан геном человека.

Для секвенирования нуклеиновых кислот Сенгер решил применить синтез, причем использовать для этого природный фермент, ДНК полимеразу — ту самую

молекулярную машину, которая удваивает ДНК перед делением клетки.

Процедура проводится следующим образом: фрагмент ДНК, помеченный с одного из концов радиоактивным изотопом, разделяют на четыре пробирки. В

каждую из них добавляют реактивы, необходимые для синтеза новой ДНК, в

том числе одиночные «буквы», которые полимераза должна будет связать в новую нить — в точном соответствии с исходной матрицей. Однако, помимо обычных «букв», к раствору добавляется некоторое небольшое число специально

«испорченных» — таких, после которых невозможно присоединить следующую

«букву» (они просто лишены соответствующего места для связи).

В результате в конце синтеза в каждой пробирке появляется набор ДНК раз-

ной длины, причем каждая из молекул несет радиоактивную метку в начале и

испорченную «букву» на конце. Поскольку в каждую из четырех пробирок добавляют только один вид испорченных оснований, мы знаем, какой буквой кон-

чаются все фрагменты ДНК в данной пробирке.

А дальше используют уже известный вам электрофорез. Прикладывают к нему

фотопленку, которая зафиксирует скопления радиоактивности. На пленке появится «лестница» из ступенек, каждая из которых будет соответствовать одной

букве в последовательности. Поднимаясь по лестнице, мы прочтем всю последовательность исходной ДНК!

5. Первичная проверка понимания

Давайте проверим, насколько вами усвоены основные понятия генетики и на-

сколько хорошо вы владеете ими.

обратимся к рабочему листу (приложение 4) и выполним задание:

"Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода"

(Задача на транскрипцию и трансляцию

Объяснение:

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК: А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК: А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).)

Назовите три стадии ПЦР?

1) Денатурация молекулы ДНК,

2) Отжиг праймеров,

3) Синтез комплементарных матрице цепей ДНК – элонгация.

.

Заполнение таблицы.

Просмотр ролика «Геном», так же содержит мультипликацию.

Учитель организует беседу по содержанию ролика. Обсуждаются возможности молекулярно-генетических методов.

Беседа по вопросам:

Почему проект «Геном человека» иногда называют самой успешной международной научной коллаборацией в истории?

Ученые из институтов США, Англии, Франции, Германии, Швеции, России —

даже тех стран, которые не вошли в соавторы статьи в итоге — работали над

задачей сообща.

Какому великому ученому принадлежит идея запуска проекта «Геном человека» в международном масштабе? Каким открытием еще знаменит этот ученый?

Джеймс Уотсон, первооткрыватель (совместно с Френсисом Криком) структуры

ДНК.

В чем значение данного проекта для человечества?

Успешная реализация данного проекта привела к прогрессу во многих областях биологии и медицины, методы молекулярной генетики достигли нового

уровня развития.

Какие проблемы возможны в связи с реализацией данного проекта и новыми

возможностями молекулярной генетики?

Перед наукой и обществом открылись новые грандиозные перспективы, но, воз-

можно, человечество еще не готово использовать данные методы во благо. На-

пример, идея «генетической паспортизации» может привести к дискриминации.

6. Первичное закрепление

Викторина: Генетика и эволюция (любой способ закрепления в игровой форме).

1. Исторический процесс постепенного непрерывного развития органического мира –это
2. Исторический процесс постепенного непрерывного развития органического мира –это
3. Что изображено на рисунке под знаком вопроса?
4. Установите последовательность систематических групп, начиная с наименьшей
5. Как назывался корабль, на котором совершил экспедицию Ч. Дарвин?
6. К какому типу изменчивости относится процесс представленный на рисунке? Как называется этот процесс?
7. К какому типу изменчивости относится процесс представленный на рисунке? Как называется этот процесс?
8. Кто автор слов: «…Если человек покалечился (например, потерял конечность под колесницей), то дети его не наследуют этот дефект»?
9. Какие из представленных на рисунках объекты могут послужить появлению мутаций?
10. Какие клеточные органоиды возникли в результате симбиоза с бактериальными клетками?
11. Молекулярные часы – это…

7. Информация о домашнем задании (на выбор)

Подготовить сообщение, желательно с мультимедийной презентацией, об ис-

пользовании технологий, применяемых в молекулярной генетике:

• в медицине,

• в сельском хозяйстве,

• в фармацевтике,

• в клонировании,

• в микробиологии и т.п.

Нарисуйте комикс «Смешарики». Дополните мультфильм, используя новую информацию полученную на уроке.

8. Рефлексия (подведение итогов)

Надеюсь, что после этого урока, вам стало немного понятнее, каким образом

делаются молекулярно-биологические исследования в области генетики, за

что дают Нобелевские премии и как исследования могут помочь в некоторых

прикладных задачах. Возможно, вам захотелось узнать о каких-то из этих методик подробнее, а в дальнейшем освоить их и работать с этими методиками

и исследованиями. Для этого, конечно, прежде всего надо овладевать основа-

ми биологических знаний, продолжать обучение по соответствующим направлениям и становиться профессиональными молекулярными биологами, гене-

тиками, биохимиками и многими другими специалистами, которым требуются

знания и технологии молекулярной генетики. Посмотрите, в каких областях

возможно использование данных методов: медицинская генетика, биоинженерия, биофармакология, эволюционная генетика, палеогенетика, биоинформатика, генная инженерия, бионика, клонирование, создание трансгенных растений и животных. Впереди – работы над редактированием геномов, конечно, с

соблюдением всех основ биологической безопасности. Будущее человечество

напрямую зависит от развития молекулярно-генетических технологий.

СПИСОК ПРИЛОЖЕНИЙ:

Приложение 1 Мультфильм «Смешарики. Пин код.»

Приложение 2 Презентация «Всероссийский урок генетики»

Приложение 3. Фильм «Геном»

Приложение 4 Рабочий лист

Список литературы и интернет-источников:

1. Реан А. Психология и педагогика. – С., 2010. 432 с.
2. «Практика внедрения ИКТ в обучение ИЯ» разработана Национальным исследовательским университетом «Высшая школа экономики» и предоставлена ИОС ГИ(гуманитарным институтом) Авторы: Нужа И.В., кафедра иностранных языков, НИУ ВШЭ, доцент и Смирнова Н.В. кафедра иностранных языков, НИУ ВШЭ, ст. преподаватель ..
3. Актуальность-учебной-анимации-в-образовательном-процессе #1040;ктуальность-учебной-анимации-в-образовательном-процессе.pdf
4. Антирейтинги. Платформа для вашей онлайн школы
5. Всероссийский урок генетики
6. Сайт для подготовки к ЕГЭ и ОГЭ

Видеозапись урока :