Цели и задачи урока: сформировать понятие о нуклеиновых кислотах; сформировать понятие о нуклеиновых кислотах; рассмотреть строение и функции нуклеиновых кислот; рассмотреть строение и функции нуклеиновых кислот; научить умению сравнивать ДНК и РНК; научить умению сравнивать ДНК и РНК; продемонстрировать приемы использования текста при составлении таблицы; продемонстрировать приемы использования текста при составлении таблицы; научить решать задачи по молекулярной биологии по теме ДНК научить решать задачи по молекулярной биологии по теме ДНК
Нуклеиновые кислоты – от латинского «nucleus» - ядро Швейцарский врач Иоганн Фридрих Мишер в 1871 г. открыл в гное новое вещество нуклеин. Ему было лишь Швейцарский врач Иоганн Фридрих Мишер в 1871 г. открыл в гное новое вещество нуклеин. Ему было лишь 23 года. 23 года. Его ученик Рихард Альтман в 1889 г. переименовал нуклеин в нуклеиновую кислоту Его ученик Рихард Альтман в 1889 г. переименовал нуклеин в нуклеиновую кислоту
Существует два типа нуклеиновых кислот Существует два типа нуклеиновых кислот Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), в состав которой входит углевод - дезоксирибоза Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), в состав которой входит углевод - дезоксирибоза Рибонуклеиновая кислота (РНК), в состав которой входит углевод - рибоза. Рибонуклеиновая кислота (РНК), в состав которой входит углевод - рибоза.
В 1962 г. Нобелевская премия за открытие строения молекулы ДНК присуждена: Американскому биохимику Джеймсу Уотсону Американскому биохимику Джеймсу Уотсону Английскому ученому Френсису Крику Английскому ученому Френсису Крику Английскому биофизику Морису Уилкинсу Английскому биофизику Морису Уилкинсу
Строение ДНК ДНК – двойной неразветвленный полимер, свернутый в спираль ДНК – двойной неразветвленный полимер, свернутый в спираль ДНК - биополимер, мономерами которого являются нуклеотиды ДНК - биополимер, мономерами которого являются нуклеотиды Каждый нуклеотид состоит из: Каждый нуклеотид состоит из: 1. азотистого основания - 1. азотистого основания - аденин (А), цитозин (Ц), гуанин(Г) или тимин (Т); аденин (А), цитозин (Ц), гуанин(Г) или тимин (Т); 2. моносахарида – дезоксирибозы; 2. моносахарида – дезоксирибозы; 3. остатка фосфорной кислоты 3. остатка фосфорной кислоты
В конце 1940-х годов американский биохимик австрийского происхождения Эрвин Чаргафф выяснил, что во всех ДНК содержится равное количество оснований Т и А и, аналогично, равное количество оснований Г и Ц. Однако, относительное содержание Т/А и Г/Ц в молекуле ДНК специфично для каждого вида.
Функции ДНК Хранение генетической информации Хранение генетической информации Передача генетической информации от родителей потомству Передача генетической информации от родителей потомству Реализация генетической информации в процессе жизнедеятельности клетки и организма Реализация генетической информации в процессе жизнедеятельности клетки и организма
Строение РНК РНК – биополимер, мономером которого являются нуклеотиды РНК – биополимер, мономером которого являются нуклеотиды РНК – одиночная полинуклеотидная последовательность. РНК вирусов может быть одно – и дву - цепочечной РНК – одиночная полинуклеотидная последовательность. РНК вирусов может быть одно – и дву - цепочечной Каждый нуклеотид состоит из: Каждый нуклеотид состоит из: 1. Азотистого основания А, Г, Ц, У (урацил) 2. Моносахарида – рибозы 3. Остатка фосфорной кислоты Типы нуклеотидов РНК: Адениловый, Гуаниловый, Цитидиловый, Уридиловый Типы нуклеотидов РНК: Адениловый, Гуаниловый, Цитидиловый, Уридиловый
Виды РНК. Транспортная РНК(т-РНК). Молекулы т-РНК самые короткие. Транспортная РНК в основном содержится в цитоплазме клетки. Функция состоит в переносе аминокислот в рибосомы, к месту синтеза белка. Из общего содержания РНК клетки на долю т-РНК приходится около 10%. Рибосомная РНК (р-РНК). Это самые крупные РНК. Рибосомная РНК составляет существенную часть структуры рибосомы. Из общего содержания РНК в клетке на долю р-РНК приходится около 90%. Информационная РНК (и-РНК), или матричная (м-РНК). Содержится в ядре и цитоплазме. Функция ее состоит в переносе информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. На долю и-РНК приходится примерно 0,51% от общего содержания РНК клетки.
Задачи по молекулярной биологии 1. Участок одной из двух цепей молекулы ДНК содержит 300 нуклеотидов с аденином (А), 300 нуклеотидов с аденином (А), 100 нуклеотидов с тимином (Т), 100 нуклеотидов с тимином (Т), 150 нуклеотидов с гуанином (Г), 150 нуклеотидов с гуанином (Г), 200 нуклеотидов с цитозином (Ц). 200 нуклеотидов с цитозином (Ц). Какое количество нуклеотидов с А, Т, Г, Ц содержится в двуцепочечной молекуле ДНК? А, Т, Г, Ц содержится в двуцепочечной молекуле ДНК?
Используемые источники В.В. Пасечник «Биология» 9 кл., М, «Дрофа», 2011г. В.В. Пасечник «Биология» 9 кл., М, «Дрофа», 2011г. В.В. Пасечник «Тематическое и поурочное планирование к учебнику», М, «Дрофа», 2011г. В.В. Пасечник «Тематическое и поурочное планирование к учебнику», М, «Дрофа», 2011г. Интернет: Яндекс - картинки Интернет: Яндекс - картинки
Слайд 2
План
- Строение РНК
- Виды РНК
- Функции
- Рибосома, ее структура и функции
- Транскрипция у прокариот
Слайд 3
Строение РНК
Молекула РНК состоит из одной полипептидной цепочки, она более короче, чем цепочка ДНК. В нуклеотидах РНК имеется 4 типа азотистых основания: А,Г,Ц,У; в РНК содержится углевод рибоза и остаток фосфорной кислоты.
Слайд 4
Виды РНК
- Информационная/матричная РНК – содержит от нескольких 100-1000 нуклеотидов, она собой представляет незамкнутую цепочку, переносит информацию о структуре белка с ДНК на рибосому.
- Рибосомальная РНК– входит в состав рибосом и выполняет структурную функцию, принимает участие в синтезе полипептидной цепочки, составляет 85% всей РНК, клетки прокариот содержат 3 вида р-РНК, а эукариоты 4 вида.
- Транспортная РНК – переносит аминокислоты к месту синтеза белков на рибосомы, каждая молекула т-РНК содержит 80 нуклеотидов. Ее специфичность определяется структурой антикодона – это участок соединения с конкретным триплетом и-РНК.
- Гетерогенная ядерная РНК (гя-РНК) – является предшественником и-РНК у эукариот и превращается в и-РНК в рещзультатепроцессинга.Обычногя-РНКдлинее чем и-РНК.
- Малая ядерная РНК (мя-РНК) – принимает участие в процессе преобразования гя-РНК
- РНК-праймер – это крошечная РНК состоящая всего из 10 нуклеотидов и участвующая в процессе репликации ДНК.
Слайд 5
р-РНК – структурный каркас рибосомы
- На него нанизываются белки
- Вторичная и третичная структура 16S р-РНК малой субъединицы
Слайд 6
Транспортные РНК
Слайд 7
Матричная РНК
Слайд 8
Типы РНК
Все типы РНК образуются в результате реакции матричного синтеза, в большинстве случаев матрицей служит одна из цепей ДНК. Синтез РНК на матрице ДНК – этот процесс наз транскрипцией, в котором участвуют ферметы РНК-полимераза (транскриптаза).
Слайд 9
Функции РНК
- М-РНК – выполняют функцию матриц белкового синтеза, определяют аминокислотную последовательность белка.
- Р-РНК – выполняют роль структурных компонентов рибосом.
- Т-РНК – участвуют в трансляции информации м-РНК и в последовательности аминокислот белка.
Слайд 10
Самая большая и сложная из молекулярных машин
Слайд 11
Слайд 12
Транскрипция у прокариот (или синтез РНК)
Это ДНК зависимый матричный синтез, который можно разбить на три стадии, эти стадии составляют весь цикл транскрипции – это ферментативный процесс, при котором генетическая информация содержащаяся в одной цепи ДНК переводится в результате синтеза матричной РНК в нуклеотидную последовательность этой РНК.
Слайд 13
Необходимые условия для биосинтеза РНК
- Наличие ДНК матрицы
- Наличие 4-х типов нуклеотидов: АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ.
- Фермент РНК полимераза
- Белковые факторы
- Неорганические компоненты (Магний, Марганец)
Слайд 14
Строение оперона
- Единицей тракрипции является транскриптон/оперон –этоучасток ДНК ограниченный со стороны конца 5 промотором и 3 терминатором.
- R – ген регулятор
- Р – промотор – это участок ДНК, который прочно связывается с ферментом РНК полимеразой.
- О – оператор – это участок молекулы ДНК выполняющий регуляторные функции, он связывается с белками, которые контролируют синтез матричной РНК в соответствии с потребностями клетки.
- А, В, С – это структурные гены (цистроны)
- АУГ – это сигнальный триплет
- t – терминатор – это участок ДНК подающий сигнал об окончании синтеза м-РНК
- АТГ, УАГ – это сигнальный триплет
Слайд 15
Оперон прокариот
Слайд 16
В опероне собраны не случайные гены, а гены ферментов одного метаболического пути
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:
2 слайд
Описание слайда:
«НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ» Тема урока: Цель урока: Охарактеризовать особенности строения молекул нуклеиновых кислот как биополимеров Раскрыть механизм удвоения ДНК, роль этого механизма в передаче наследственной информации Научиться понимать сущность генетического кода
3 слайд
Описание слайда:
Её величество- ДНК Швейцарский врач Ф. Мишер в 1871 г. выделил нуклеин из белых клеток крови больных. Слово это образовано от латинского «нукс» – ядро ореха, а окончание «-ин» подразумевало, что он содержит азот, подобно белкам. Гуанин, впервые выделенный в 1858 г. А. Штрекером из перуанского гуано – помета птиц, ценного азотного удобрения. Коссель выделил из клеток тимусной железы тимин и аденин. Железу греки называли «аден», что означало «плотный», «твердый». Тимус называют еще и вилочковой железой. Так тимин получил свое название. Из клеток тимусной железы выделили четвертое соединение. Поскольку по-гречески клетка «цитос», то оно получило название «цитозин». В 1910 г. Косселу за его открытия вручили Нобелевскую премию по медицине.
4 слайд
Описание слайда:
Рибозу поначалу получил синтетическим путем немецкий химик Э. Фишер, удостоенный за изучение сахаров Нобелевской премии по химии в 1902 г. В 1909 г. Ф. Левену удалось выделить рибозу при изучении нуклеина. На выделение дезоксирибозы у него ушло еще двадцать лет! С М. Маккарти и К. Маклеод доказали, что за трансформацию в клетке ответственна «кислота дезоксирибозного типа» и написали об этом в статье, вышедшей в свет 4 февраля 1944 г. Этот день можно считать днем рождения дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в биологическом смысле слова. Стало ясно, что ген – ДНК! В 1953 г. Уотсон и Крик предложили модель двухцепочечной спирали ДНК. В 1962 г. Уотсон, Крик и Уилкинс за свое открытие были удостоены Нобелевской премии по медицине. Р. Франклин, к сожалению, к этому времени умерла от рака. Если бы этого не произошло, то впервые в истории Нобелевских премий ее надо было бы давать четверым... Её величество- ДНК Дж. Уотсон
5 слайд
Описание слайда:
БИОПОЛИМЕРНАЯ СТРУКТУРА ДНК фосфодиэфирный мостик между нуклеотидами основания водородная связь полинуклеотид Нуклеотид - фосфорный эфир нуклеозида. В состав нуклеозида входят два компонента: моносахарид (рибоза или дезоксирибоза) и азотистое основание. 3"-конец 5"-конец 3"-конец 5"-конец сахарофосфатный остов
6 слайд
Описание слайда:
БИОПОЛИМЕРНАЯ СТРУКТУРА РНК водородные связи сахарофосфатный остов основания т-РНК Мономеры - рибонуклеотиды РНК - образуют полимерную цепь посредством формирования фосфодиэфирных мостиков между сахарными остатками.
7 слайд
Описание слайда:
ДНК РНК Все ДНК независимо от их происхождения содержат одинаковое число пуриновых и пиримидиновых оснований. Следовательно, в любой ДНК на каждый пуриновый нуклеотид приходится один пиримидиновый. А=Т и G=C A+C=G+T РНК вместо тимина содержит урацил – У.
8 слайд
Описание слайда:
Самостоятельная работа Сравнить ДНК И РНК Признаки сравнения: Расположение в клетке Строение макромолекулы Мономеры Состав нуклеотидов Функции
9 слайд
Описание слайда:
ДНК выполняет следующие функции: хранение наследственной информации происходит с помощью гистонов. Молекула ДНК сворачивается, образуя вначале нуклеосому, а после гетерохроматин, из которого состоят хромосомы; передача наследственного материала происходит путем репликации ДНК; реализация наследственной информации в процессе синтеза белка
10 слайд
Описание слайда:
Мультифункциональность РНК Генетическая репликативная функция. Функция реализуется при вирусных инфекциях, редупликация генетического материала. Кодирующая функция. В РНК одни и те же триплеты нуклеотидов кодируют 20 аминокислот белков, и последовательность триплетов в цепи нуклеиновой кислоты есть программа для последовательной расстановки 20 видов аминокислот в полипептидной цепи белка. Структурообразующая функция. Компактно свернутые молекулы малых РНК подобны трехмерным структурам глобулярных белков, более длинные молекулы РНК образуют крупные частицы или их ядра. Функция узнавания. Функция узнавания является базой специфического катализа. Каталитическая функция (рибозимы). РНК способна выполнять функции обоих принципиально важных для жизни полимеров - ДНК и белков.
11 слайд
Описание слайда:
РЕПЛИКАЦИЯ ДНК Преемственность генетического материала обеспечивается комплементарностью, полуконсервативностью (содержит часть материнской спирали в неизменном виде), антипараллельностью(3‘-5‘), прерывистостью, т.е. процессом репликации. Артур Корнберг (1959г) открыл фермент ДНК- полимеразу.
12 слайд
Описание слайда:
РЕПЛИКАЦИЯ ДНК Участие ферментов: лигаза соединяет короткие новосинтезированные участки-фрагменты Оказаки полимераза присоединяет нуклеотиды в направлении 5 3 хеликаза расплетает двойную спираль, разрывая водородные связи праймаза необходима для синтеза ферментов Оказаки как затравка (праймер) Репликон – участок между двумя точками, в которых начинается синтез «дочерних» цепей. Фрагменты Оказаки – новосинтезированные участки на второй матричной цепи ДНК.
13 слайд
Описание слайда:
Ученые предложили различные единицы измерения для того, чтобы обозначать количество данных, связанных с генетическим устройством человека. Информации, записанной в ДНК, так много, что если перенести ее в книги и сложить эти книги одну на другую, то их высота составит 70 метров. Ученые подсчитали, что если попытаться переписать от руки или напечатать генную карту человека, и если тот, кто будет писать, будет делать это со скоростью 60 слов в минуту и работать по 8 часов в день, то ему понадобится для этого 50 лет. К тому же, информацией, хранящейся в ДНК, можно заполнить примерно 200 телефонных книжек по 500 страниц в каждой.
14 слайд
Описание слайда:
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД Код триплетен Код вырожден – каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном Код однозначен. Каждый кодон шифрует только одну аминокислоту Между генами имеются «знаки препинания», внутри гена их нет Код универсален. Генетический код един для всех живущих на Земле
15 слайд
Вопросы для контроля
- Что такое углеводы?
- На какие группы делятся углеводы?
- Какими свойствами обладают углеводы?
- Какие функции выполняют углеводы?
- Что такое липиды?
- На какие группы делятся липиды?
- Какие функции выполняют липиды?
- Какими свойствами обладают липиды?
ДНК и РНК -
нуклеиновые
кислоты
Уникальность функций белков
Есть ли другие вещества, выполняющие те же функции?
РЕГУЛЯТОРЫ
ФЕРМЕНТЫ
Другие гормоны, ц-АМФ, ионы
РНК – рибозимы
БЕЛКИ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ
МАТЕРИАЛ
ЗАЩИТА
Углеводы, липиды
Матрицы?
ДВИЖЕНИЕ
ТРАНСПОРТ
т-РНК
Белки выполняют все функции , кроме одной –
ИНФОРМАЦИОННОЙ
не способны к самовоспроизведению
Эту функцию выполняет ДНК
главная и единственная ее функция
- ДНК – самая большая молекула в клетке. Она намного больше белков и РНК
- Каждая хромосома = одна молекула ДНК
- 23 хромосомы человека = 23 молекулы ДНК
- Самые длинные из них ≈ 8 см
- ДНК – это молекула-текст . В последова-тельности ее нуклеотидов записана вся наследственная программа организма
1 молекула ДНК
ещё ген
хромосома
хромосомы в ядре
клетка
Открыта структура ДНК
Дата рождения
молекулярной биологии
Фрэнсис Крик
Джеймс Уотсон
Francis Harry Compton Crick
James Dewey Watson
Нобелевская премия 1962
Рентгеноструктурный портрет ДНК – знаменитое фото 51
Розалинд Франклин
1920 - 1958
Молекулы ДНК и РНК можно увидеть в электронный микроскоп
ДНК бактериальных плазмид
ДНК реовируса
сканирующий электр. микроскоп
ДНК, выделенная
из одной хромосомы человека
http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/L/Laemmli.gif
ДНК и РНК – нерегулярные полимеры
мономер – нуклеотид
состоит из 3 частей
3. азотистое основание
2. фосфат
1. сахар
Одинаковая часть
Рибоза
дезокси рибоза
Фосфат
Азотистое основание
Следующий нуклеотид цепочки
Нуклеотид
Азотистое основание – одно из 4
фосфат
Сахар (рибоза / дезоксирибоза)
Аденин, А
Гуанин, Г
Пурины
Пиримидины
Цитозин, Ц
Аденин, А
Гуанин, Г
Пурины
Пиримидины
Убрали метильную группу
Цитозин, Ц
Урацил, У
1950 Правила Чаргаффа
Эрвин Чаргафф
Правила Чаргаффа
[ А ] + [ Г ] = [ Т ] + [ Ц ] = 50%
Объяснение правилам Чаргаффа дали Уотсон и Крик
ДНК – это 2 цепочки, соединенные по принципу комплементарности
Принцип комплементар-ности:
- - - - - -
- - - - - -
Прочнее
Слабые водородные связи!
Принципы строения ДНК
Нерегулярность
5 "
3 "
Двуцепочечность
Комплементарность
Антипараллельность
3 "
5 "
Какие черты в строении ДНК прямо указывают на ее функцию?
(Сравните со строением белков)
Отличия РНК от ДНК
- Одноцепочечные молекулы
- Сахар – рибоза вместо дезоксирибозы
- У вместо Т
- Намного меньше – сравнимы по размеру с белками.
Виды РНК
- и-РНК = м-РНК информационная, матричная
до 10 тысяч нуклеотидов
- т- РНК транспортная
около 100 нуклеотидов
- р-РНК рибосомальная
2-3 тысячи нуклеотидов
линейная
как и белки, имеют
3-мерную конформацию
Образование вторичной структуры РНК
Схема образования петель в РНК
за счет комплементарных участков
Транспортная РНК
~ 100 нуклеотидов
«клверный лист»
Рибосомальная РНК
Самая большая из всех видов РНК –
2-3 тысячи нуклеотидов
16 S р-РНК
Функции РНК в порядке их открытия
- Информационная: реализация информации
Все виды РНК – посредники в передаче информации от ДНК к белку
Место встречи всех трех РНК – ?
рибосома
Функции РНК в порядке их открытия
- Информационная: хранение информации (у части вирусов)
- Примерно 80% вирусов человека и животных использует для записи информации РНК
- У них она выполняет ту же роль, что ДНК у всех остальных организмов
Функции РНК в порядке их открытия
- Каталитическая 1982
Рибозимы – РНК-ферменты
Не все РНК, а лишь некоторые:
р-РНК рибосом,
РНК некоторых вирусов
РНК в составе сплайсосомы
Адрес картинки http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Minimal_hammerhead_ribozyme_structure.png
Томас Чек
Минимальный рибозим, способный расщеплять РНК
Функции РНК в порядке их открытия
- Регуляторная 1990-е
Малые РНК регулируют работу генов в ядре и синтез белка в цитоплазме
Аналогична функции ДНК-связывающих белков
РНК сочетает свойства
- ДНК – принцип комплементарности, позволяющий матричное копирование молекулы
- Белков – трехмерную структуру, позволяющую выполнять самые разные функции (катализ, регуляцию, транспорт)
Матричное копирование
3-D форма и разнообразные функции
Белок
Это не конец
а только начало
«Нуклеиновые кислоты» - 1892г. – химик Лильенфельд выделил тимонуклеиновую кислоту из зобной железы 1953г. Биологическая роль нуклеиновых кислот. Длина молекул ДНК (американский биолог Г.Тейлор). Азотистое основание. Джеймс Уотсон и Френсис Крик расшифровали структуру ДНК. Структура нуклеотида. Сравнительная характеристика.
«ДНК и РНК» - До истины докапались Джеймс Уотсон и Френсис Крик в 1953 году. Фосфат. Как решить проблему передачи наследственной информации? Нуклеотиды состоят из: Как живые системы записывают информацию о своем строении. Мономерами нуклеиновых кислот являются. Днк. Сахарид. Нуклеотиды соседних параллельных цепей соединяются водородными связями по ПРИНЦИПУ КОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ.
«Строение ДНК и РНК» - Строение ДНК. Розалинд Франклин. Рибосомальная РНК. ДНК. Схема образования петель в РНК. Виток. Конец цепи. Объяснение правилам Чаргаффа. Фосфат. Транспортная РНК. Молекулы ДНК и РНК. Аденозин трифосфат. Остатки фосфорной кислоты. Биологические молекулы. Рибонуклеиновая кислота. Нуклеиновые кислоты.
«Виды нуклеиновых кислот» - Общее строение. Гидролиз. Полимерная молекула ДНК. Строение ДНК. Начало и концы цепей. Физико-химические свойства нуклеиновых кислот и их растворов. Две молекулы ДНК. Структура РНК. Полимерная цепь ДНК. Химические свойства РНК. Структуры ДНК. Строение РНК. Химические свойства ДНК. Классификация. Спиральная форма.
««Нуклеиновые кислоты» химия» - Ключевые слова. Образование суперспирали ДНК. Нуклеиновая кислота. Виды РНК. Структура хроматина. Понимание взаимосвязанности и взаимозависимости веществ. ДНК представляет собой двойную нить. Вопросы для самоконтроля. Шаг спирали. Нуклеотид. Решите задачу. Строение и функции. Изучите данные анализа ДНК.