Фази на формиране на понятието "генетичен код" в курса по молекулярна биология за ученици от 10 клас

Раздели: Биология

Предметът "Биология", както всяка друга академична дисциплина в гимназията, е система от понятия, които отразяват основите на науката. Основните научни концепции за биология за училищния курс са специално подбрани, дидактически преработени, подредени в определен ред, развиват се в логическа последователност и са взаимосвързани.

Биологичното познание е най-важният компонент на общата човешка култура. В резултат на изучаването на биологичния курс завършилите гимназия трябва да формират биологична картина на света, където биологичните концепции са централната връзка в биологичното знание. Тяхното формиране е дълъг и сложен процес, който изисква от учителя да подбере правилно педагогическите технологии.

Едно от основните понятия както на биологията, така и на живота като цяло е понятието „генетичен код“. Познаването на генетичния код е от голямо значение за всяка област на биологията, както и за много отрасли на химическата, хранителната и фармацевтичната индустрия, за развитието на генетиката, микробиологията, генното инженерство, медицината, развъждането и земеделието.

Фази на формиране на концепцията за "генетичен код":

На етапа на създаване на условия за учениците да осъзнаят необходимостта от нов начин за описване на предишния си опит, учениците вече знаят централната догма на молекулярната биология:

2. Позволява ви да сканирате част (ген) информация и да я извадите от банката с данни.

2. Позволява повторно използване на сканирана информация за синтез на протеини.

ДНК, тРНК и протеините са биополимерни макромолекули, като ДНК е двуверижна молекула, а иРНК и протеин са едноверижни молекули. Освен това нуклеиновите киселини се състоят от 4 нуклеотида, а протеините - от 20 аминокиселини.

Възниква въпросът: Как да синтезирам протеин, състоящ се от последователност от 20 аминокиселини върху матрица, състояща се от последователност от 4 нуклеотида?

След поставянето на проблемния въпрос започва следващата фаза от формирането на понятието „генетичен код“. На този етап се въвеждат символно-символни и визуални обозначения на концепцията, подчертават се нейните особени и общи характеристики.

Студентите разбират, че за да се изрази една знакова система с друга знакова система, е необходимо код (шифър). Учениците са добре запознати с използването на шифъра от собствения си житейски опит, поради което по време на урока са дадени различни примери.

В творбата на А. Конан Дойл „Dancing Men“ буквите на английската азбука съответстват на рисунки на фигури на хора:

В произведението на А.Е. "Златният бръмбар" буквите на английската азбука съответстват на цифри и знаци:

Генетичен код - единна система за "запис" на наследствена информация в молекулите на нуклеинови киселини под формата на нуклеотидна последователност, присъща на всички живи организми, която определя последователността на аминокиселините във всеки протеин на животни, растения, бактерии и вируси на планетата Земя.

Генетичен код азбука: A - аденин, T - тимин (U - урацил), G - гуанин, C - цитозин. Това са имената на азотни основи, които са част от нуклеотидите и ги различават една от друга. По този начин от 4 нуклеотида можете да изградите безкрайно дълги вериги от нередовни биополимери: -A-A-T-G-C-C-T-A-A-T-T-C– .

Синтезът на втората ДНК верига, сканирането на информация от ДНК за един протеин и синтеза на иРНК се извършва съгласно принципа на комплементарност или комплементарност. Всъщност, принцип на допълняемост - образуването на постоянни непроменени комплекси между азотни основи на нуклеотиди:

Тъй като химическата структура на всички нуклеинови киселини и протеини е еднаква, учениците стигат до формулирането на такова свойство на генетичния код като универсалност - единство за всички живи на Земята.

Използвайки математическия метод на комбинаториката, учениците започват следните разсъждения:

4 нуклеотида могат да кодират само 4 аминокиселини, а има 20.
От комбинации от 2 нуклеотида 4 2 = 16. Този брой комбинации не е достатъчен.
От комбинациите от 3 нуклеотида, 4 3 = 64. Този брой комбинации е повече от достатъчен. По този начин генетичният код има следните свойства:
- триплет - триплети (триплети, кодони) на нуклеотиди се използват за кодиране на аминокиселини;
- прекомерен - една аминокиселина може да бъде кодирана с повече от един триплет;
- специфични - един и същ триплет не може да кодира различни аминокиселини.

В символична и в същото време комична форма биологичната същност на генетичния код може да бъде изразена по следния начин:

След формулиране на основните свойства на генетичния код може да се премине към фазата на обогатяване на концепцията - натрупване на опит в експлоатацията на въведената концепция, разширяване на възможните ресурси за разбиране на нейното съдържание.

В училищната учебна програма по молекулярна биология е общоприето, че генът е участък (фрагмент) от ДНК молекула, който носи информация за структурата на един протеин. Трябва обаче да се има предвид генетичната единица на механизма за регулиране на протеиновия синтез оперон, който включва един или повече структурни гени, които носят информация за структурата на иРНК, която от своя страна носи информация и структурата на протеина.

В ДНК молекулата има специални „Препинателни знаци“: AUG (метионин) - промоутър (от латински promoveo - популяризирам), винаги инициира (от латински инициатор - инициатор) началото на сканиране на информация за гена. Виждаме, че постоянният триплет действа като промотор.

Частта от сканираната ДНК (преведена област) е оперон - "съгласувана фраза".

Специфични тризнаци: UAA, UAG, UGA Има тризнаци-терминатори (от лат. termino - разграничаване), които означават края на сканирането. Наричат се още стоп кодони.

Вътре в гена Няма „препинателни знаци“, значението става ясно при четене на информация на тризнаци:

Имало едно време котка, която била тиха.

Става ясно, че при най-малкия провал на програмата смисълът се губи, протича необичаен за организма синтез на протеин, възниква външна проява на отклонение от нормата:

ILB YLK OTT IHB YLS ERM ILM NO OTK OT

В бъдеще става целесъобразно да се решават проблемите с превода на генетичния код.

Колко нуклеотида има генът, в който е програмиран 51-те аминокиселинни инсулинови протеини?

Отговор: 51x 3 = 153 нуклеотида.

В лабораторията беше изследван ДНК участък, от който беше сканирана информация за иРНК:

- G - T - G - T - A - A - C - G - A - C - C - G - A - T - A - C - T - G -

Начертайте парцел и РНК.

Отговор: - C - A - C - A - U - U - G - C - U - G - G - C - U - A - U - G - A - C -

На фрагмент от една ДНК верига нуклеотидите са разположени в последователността:

- A - A - G - T - C - T - A - C - G - T - A - T -

Начертайте диаграма на структурата на втората верига на дадена ДНК.
Каква е дължината в nm на този ДНК фрагмент, ако един нуклеотид е около 0,34 nm?
Колко (в%) има нуклеотиди в този фрагмент от ДНК молекулата?

Отговор: - T - T - C - A - G - A - T - G - C - A - T - A -; 4,08 nm; А = Т = 33,3%; G = C = 16,7%.

Какъв ще бъде процентът на втората верига на ДНК, ако първата съдържа 18% гуанин, 30% аденин, 20% тимин?

Отговор: C = 18%; Т = 30%; А = 20%; G = 32%.

Следващият важен етап от формирането на понятието „генетичен код“ е прилагането му в различни ситуации. В училищната програма по биология човек често трябва да се занимава с реакции на синтеза на матрица.

самоудвояване на ДНК молекули;
биосинтеза на протеини;
репродуктивна способност на клетките (делене);
растеж, развитие, размножаване и др.

По този начин при изучаването на всяка следваща тема от курса по обща биология студентите трябва да разчитат на концепцията за генетичния код. Някои студенти предприемат проектни дейности с голям интерес, правят опит да изследват, обобщават, прилагат придобитите знания на практика и формулират свои собствени препоръки. Излизайки със своите трудове на училищната научно-практическа конференция, учениците демонстрират използването на концепцията за генетичен код:

при проучване на възможностите за удължаване на живота;
по въпросите на клонирането;
в генетиката и развъждането;
в медицината и др.

При изучаване на основите на генетиката понятието за генетичния код отново става актуално. Случайните промени в генотипа причиняват различни мутации.

Генните мутации възникват, когато нуклеотидите са заместени в рамките на един ген. В резултат на активността на „увредения” ген структурата на протеина ще бъде изкривена и той няма да може да изпълнява функциите си в организма. Ще възникнат заболявания: хемофилия, цветна слепота, албинизъм, анемия.

Хромозомни мутации възникват поради промени в структурата на хромозомите. Нека отново използваме символичната нотация на същността на хромозомните мутации:

Китът се носи по океана.
CAT на пейката яде заквасена сметана.
КРЕПА копае дупка в земята.

Виждаме, че заместването на част от хромозомата, нейното дублиране и други промени неизбежно водят до появата на ново значение на разчитането на генетичния код.

ABVGDE - норма
ABVVVGDE - дублиране (удвояване)
ABVDE - делеция (загуба на средната част) - левкемия, синдром на „вик на котка“.
ABDHVE - инверсия (завъртане на хромозомния фрагмент с 180 o) - изчезване на алколоидността в лупините.
ABVZHZI - транслокация (прикрепване на участък от една хромозома към напълно различна хромозома).

Специално място в изучаването на реакциите на матричен синтез се отделя на биосинтезата на протеини. И тук концепцията за генетичния код е в основата. Общата схема на механизма може да бъде представена по следния начин:

Точно в момента на прехода към следващия важен раздел на биологията - биосинтеза на протеини - настъпва спешна реорганизация на целия набор от информация, с която детето разполага, по отношение на понятието „генетичен код” и тяхното превръщане в обобщена структура на знанието. Появява се таблица с генетичен код:

Решават се проблеми с използването на таблицата с генетични кодове.

Проблем номер 1. Използвайки таблицата с генетичен код, определете кои аминокиселини са кодирани от триплети: CAT, TTT, GAT.

Проблем номер 2. Използвайки таблицата с генетичен код, нарисувайте парче ДНК, което кодира информация за следната аминокиселинна последователност в протеин:

- аланин - аргинин - валин - глицин - лизин -

Проблем номер 3. Използвайки таблицата с генетичния код, нарисувайте участък от ДНК молекулата, който кодира информация за следната аминокиселинна последователност в протеина: - фенилаланин - левцин - валин - изолевцин - серия - фенилаланин -

Трябва да се отбележи, че формирането на понятието "генетичен код" започва в 9-ти клас, преминава от прост към сложен. Най-трудният материал се разкрива в 10 клас, това се дължи на различното ниво на развитие на учениците, с различната им способност да възприемат сложен научен материал.

Разработването на концепцията за "генетичен код" допринася за формирането на знанията на учениците, което е необходимо за разширяване на общата научна перспектива.

Изпълнението на задачите за всестранното развитие на подрастващото поколение, подготвяйки го за активно участие в живота на обществото, предполага снабдяване на учениците с дълбоки и солидни познания за основите на науката, така че те да могат да мислят творчески, да правят независими заключения върху това знание и имайте активна житейска позиция. При решаването на тези проблеми специална роля принадлежи на основните понятия за основите на науката, тъй като те са основният компонент на съдържанието и основната единица на знанието. Понятието е специална форма на мислене, в същото време - най-важният обект на образователни действия и фактор за психическото развитие на учениците.

В момента понятията се разглеждат като основни единици на образователното съдържание. Това се дължи на факта, че понятието улавя в своето съдържание същността на предметите и явленията, отразява резултатите от обобщенията. Освен това всяко знание - закони, теории, идеи - се разкрива под формата на научни концепции. Дори фактите, ако са истински научни факти, са стъпка по пътя към дефинирането на понятие.

Понятието е форма на човешкото мислене, при която се изразяват общи съществени характеристики на нещата, явления от реалния свят. Овладяването на концепция включва разнообразни операции с памет и мислене. Човекът мисли в понятия. Те помагат на човек в познаването на света. Оперирането с понятия стимулира умственото развитие на учениците, учи ги да мислят, търсят, използват в други ситуации при разкриване на нови понятия. Следователно в системата на съвременното образование въпросът за формирането на понятията е един от централните.