Модель-аппликация Удвоение ДНК и транскрипция РНК

1. Назначение пособия:

Пособие предназначено для использования в качестве демонстрационного материала в средней общеобразовательной школе в по разделу «Общая биология». Также данное пособие можно использовать в ВУЗах, на занятиях по генетике. Модель предназначена для изучения процессов удвоения молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и синтеза цепи рибонуклеиновой кислоты (РНК) на цепи ДНК (транскрипции).

2. Устройство пособия и комплектация:

Пособие включает в себя 32 карточки (№ У1-У10). На карточках приведены обозначения азотистых оснований, три из которых: аденин (А), гуанин (Г) и цитозин (Ц) входят как в состав ДНК, так и в состав РНК, тимин (Т) встречается только в молекуле ДНК, а в молекуле РНК его заменяет урацил (У). Каждое азотистое основание приведено в двух вариантах: № У1, У3, У5, У7 предназначены для монтажа одной из цепи ДНК. Карточки № У2, У4, У6, У8 – для монтажа справа от нее второй цепи ДНК, согласно принципу копллементарности. Заменив карточки У8 на У9 можно собрать цепь РНК и продемонстрировать процесс транскрипции. Карточка № У10 предлагается ученикам при выполнении задания, описанного в пятом пункте схемы 1. (Это усложняет задание: если ученик, которому было задано смонтировать вторую цепь ДНК на правой стороне доски использовал данную карточку, учитель указывает ему на ошибку: урацил не может входить в состав молекулы ДНК).

Все карточки покрыты матовой антибликовой ламинирующей пленкой и снабжены магнитным креплением, позволяющим монтировать приведенную ниже схему на магнитной доске или экране.

3. Методика работы с моделью:

Схема 1. Удвоение ДНК

1.Задать вопросы учащимся: В чем биологическое значение удвоения ДНК? Каково строение молекулы ДНК? Что такое принцип комплементарности азотистых оснований?
2.Прикрепить к доске вертикально произвольную последовательность карточек «азотистые основания» (А,Т,Г,Ц), 7 штук, строго совмещая их друг с другом. Последовательность азотистых оснований кодирует генетическую информацию.
3.Вызвать ученика и предложить ему составить вторую нить ДНК, комплементарную данной.
Сделать вывод: это макет двойной спирали ДНК, составленный по принципу комплементарности.
Все ученики записывают задание в тетради, обозначая азотистые основания буквами, и соединяя их черточками. Например: А-Т. Черточка обозначает водородные связи между азотистыми основаниями.
На схеме, смонтированной на доске, комплементарность азотистых оснований показана следующим образом:
4. Вызвать ученика и предложить ему разделить две нити ДНК друг от друга. Одна нить остается на левой половине доски, другая – перемещается вправо. Направление расположения карточек не должно меняться.
Задать вопрос: «В каком процессе две нити ДНК отделяются друг от друга?» (Удвоение)
5. Вызвать еще одного ученика. Один из них собирает вторую нить ДНК из карточек на левой части доски. Другой – на правой, используя принцип комплементарности. На левой половине доски карточки будут подставляться справа. На правой половине доски карточки азотистых оснований будут присоединяться слева от исходной нити.
(Для выполнения данного задания ученикам предлагается весь набор карточек, включая № 9 и 10, на которых приведено обозначение урацила. В том случае, если ученики правильно усвоили материал урока, они должны отказаться от использования данной карточки, так как урацил не может входить в состав ДНК).
Сравнить две двуспиральные молекулы. Они должны быть одинаковы.
Вывод: в процессе удвоения из одной молекулы ДНК образуются две идентичные. Чтобы этот процесс прошел, обязательно необходима исходная материнская нить.

Схема 2. Транскрипция

1.Задать вопросы учащимся: Что такое транскрипция? Для чего синтезируется информационная РНК? Сколько нитей ДНК одновременно участвует в транскрипции? Что такое ген? Много ли генов в одной молекуле ДНК?
2.Учитель собирает на доске горизонтально произвольную последовательность карточек «азотистые основания» (А,Т,Г,Ц), 7 штук. Подписывает эту последовательность – ДНК. Отступя вниз, под надписью ДНК пишет – и-РНК.
3.Задается вопрос: «Какие азотистые основания входят в состав РНК?»
Вызывает учащегося и предлагает собрать из карточек и-РНК, комплементарно нити ДНК. Затем учитель изображает на доске мелом границу между ядром и цитоплазмой и предлагает ученику переместить собранную и-РНК в цитоплазму.
На схеме, смонтированной на доске, основания, входящие в состав и-РНК подобраны согласно принципу комплементарности. При этом учитель обращает внимание учащихся на то, что в молекуле РНК отсутствует азотистое основание тимин. Вместо него имеется другое азотистое основание: урацил.
4.Задается вопрос: «Останется ли в ядре участок ДНК в виде однонитчатой молекулы?» (Нет. Однонитчатый участок ДНК образуется временно. Он соединится с соответствующим участком двойной спирали.)
5.Если предварительно было проведено объяснение темы «генетический код и его свойства», то можно спросить учащихся: «Сколько аминокислот закодировано в синтезированной молекуле и-РНК?» Для ответа ее надо разбить на триплеты и посчитать, сколько их. При желании триплеты и-РНК можно расшифровать, пользуясь таблицей генетического кода.
Расхождение ДНК по дочерним клеткам обеспечивает поведение хромосом в процессе деления клеток.
Генетическая информация, закодированная в ДНК, реализуется в клеточном ядре. Это очень сложный процесс. Он начинается с того, что на молекуле ДНК образуются информационные РНК (и-РНК), которые принимают участие в синтезе белка в цитоплазме. И здесь важную роль играет принцип комплементарности азотистых оснований.
Молекулы РНК имеют сходные черты строения с молекулами ДНК. Это тоже нитевидные молекулы. Они имеют сахаро-фосфатный остов, где вместо сахара дезоксирибозы присутствует сахар рибоза. Перпендикулярно этому остову расположены азотистые основания, такие же, как в молекуле ДНК с одной заменой. В РНК азотистое основание тимин заменено на урацил. Таким образом, азотистые основания РНК: А, У, Г, Ц. В отличие от ДНК, молекулы РНК однонитчатые, они не образуют двойной спирали.
В длинной двуспиральной молекуле ДНК закодирована генетическая информация. По всей длине ДНК разбита на множество функциональных участков – генов. Каждый небольшой участок – ген, содержит информацию о синтезе одного белка. Реализация, или считывание генетической информации начинается с того, что в границах гена на одной нити молекулы ДНК по принципу комплементарности азотистых оснований синтезируется молекула и-РНК. Этот процесс называется транскрипцией. Его осуществляет специальный фермент.
Связь между нитями ДНК и РНК непрочная, поэтому по завершению синтеза, РНК отсоединяется от ДНК и выходит из ядра в цитоплазму. Раскрученный небольшой участок ДНК автоматически скручивается в двойную спираль.

4. Правила хранения:

Хранить модель следует в сухом отапливаемом помещении, при температуре около 15-250С и влажности не более 80%.

После демонстрации рекомендуется проверить комплектность модели.