Версия 11:44, 24 марта 2010

Гіпермаркет Знань>>Біологія>>Біологія 11 клас>> Біологія: Спадкова мінливість. Мутаційна мінливість

План-конспект уроку з курсу «Біологія 11 клас» з теми «Спадкова мінливість. Мутаційна мінливість»

Тема урока: Мутационная изменчивость, раздел «Наследственная (генотипическая) изменчивость».

Тип урока: Урок усвоения новых знаний (лекционное занятие – школьная лекция – с элементами индивидуальной работы учащихся).

I. Цель урока
-    Познакомить с молекулярными основами возникновения изменений в генетическом материале и их связи с принципами хранения, передачи и реализации наследственной информации, строением и ролью нуклеиновых кислот.
-    Продемонстрировать успехи современной науки в решении вопросов, связанных с расшифровкой наследственной информации и пути использования этих знаний в решении прикладных задач (формирование естественнонаучной картины мира).
-    Формировать навыки решения биологических задач, имеющих математическую или логическую основу (расчетные задачи).

II. Основная воспитательная идея
-    Формирование естественнонаучной картины мира на основе современных данных и теорий молекулярной биологии, углубление основных понятий курсов биологии, экологии, химии на основе представлений о роли изменений в биоорганических молекулах.

III. Комплексные задачи урока
А. Доминирующие образовательные задачи.
-    Актуализировать знания о молекулярных основах хранения, передачи и реализации наследственной информации, строении и роли нуклеиновых кислот в этих процессах.
-    Сформировать представления о формах, уровнях и механизмах мутационной изменчивости, рассмотреть современное состояние среды обитания человека с точки зрения мутагенной загрязненности.

Б. Доминирующие воспитательные задачи урока.
-    Развитие познавательного интереса при привлечении информации (и способов ее усвоения и применения) из разных областей естественных наук.

В. Доминирующие задачи развития.
-    Развивать навыки работы с разными видами информации и способами ее предъявления.
-    Продолжить работу над применением навыков решения математических и логических задач применительно к молекулярной биологии (расчеты по длине и молекулярной массе биополимеров, задачи на использование принципа комплементарности).
-    Актуализировать навыки навигации по компьютерному курсу «Химия, Биология, Экология» и возможностям его использования в учебном процессе.

IV. Учебное оборудование
Модель ДНК; модель-аппликация «Синтез белка». Компьютер с мультимедийным проектором (большим монитором). Компьютерный курс «Химия, Биология, Экология» («Дрофа»-«Физикон», 2004) или «Открытая биология 2.6.» «Физикон», 2003).

V. Структура урока

Краткий план занятия:
Занятие рассчитано на один академический час в кабинете биологии с одним компьютером (оптимальный вариант - с мультимедийным проектором).
1.    Организационный момент - 2-4 минуты;
2.    Актуализация знаний о нуклеиновых кислотахкак биополимерах, принципах взаимодействия биомолекул. Повторение теоретического материала, работа с интерактивными моделями Комплементарность нуклеотидов, Строение хромосомы, Репликация ДНК, Транскрипция, Синтез белка – 6-8 минут;
      


3.    Изучение нового материала – понятие мутаций, мутагенные факторы, классификация мутаций (школьная лекция, ведущий предмет - биология, изучение теоретического материала в сочетании с индивидуальной и фронтальной работой учащихся) - 10-12 минут;
4.    Решение расчетных задач (распечатанные задачи) - 5-8 минут;
5.    Изучение нового материала – механизм действия мутагенных факторов (школьная лекция, ведущий предмет - химия, изучение теоретического материала, работа с интерактивной моделью Комплементарность нуклеотидов, в сочетании с индивидуальной и фронтальной работой учащихся) - 7-9 минут;
6.    Изучение нового материала – экологические аспекты мутагенеза (школьная лекция, ведущий предмет - экология, изучение теоретического материала, работа с интерактивной моделью Разрушение озонового слоя) - 6-8 минут;
7.    Закрепление знаний по изученной теме (работа с учебным материалом, комментирование рисунков и моделей Комплементарность нуклеотидов, Транскрипция, Разрушение озонового слоя, выполнение тестовых заданий) - 5-7 минут; 
8.    Домашнее задание – 2-3 минуты.

Подробный конспект занятия.

1.    Организационный момент - пояснение цели урока, его места в изучаемой теме, особенностей проведения.

2.    Актуализация знаний о нуклеиновых кислотах как биополимерах, принципах взаимодействия биомолекул. В ходе актуализации знаний в форме беседы важно вспомнить особенности состава нуклеиновых кислот как биополимернов (мономеры, виды нуклеиновых кислот, их роль в хранении, передаче и реализации наследственной информации), работа с интерактивной моделью. Целесообразно осуществить комментированный разбор интерактивных моделей компьютерного курса «Химия, Биология, Экология» Комплементарность нуклеотидов, Строение хромосомы, Репликация ДНК, Транскрипция, Синтез белка.

3.    Изучение нового материала – понятие мутаций, мутагенные факторы, классификация мутаций (школьная лекция, ведущий предмет – биология)
Ключевые понятия этапа урока: мутации, мутагенные факторы; классификация мутаций.
При работе с первым термином (мутации) возможно применение таких приемов работы с определениями:

А) переформулировка определения по заданному алгоритму:
     На доске записано базовое определение, например: «Мутация - внезапно возникающее естественное или вызываемое искусственно стойкое изменение наследственных структур, ответственных за хранение наследственной информации и передачу ее от клетки к клетке и от предка к потомку» (Современный словарь иностранных слов. – СПб.: «Дуэт», 1994. – 752 с. – С. 399). Предлагается в определении выделить ответы на вопросы алгоритма Цицерона и дописать ответы на те вопросы, которые не "разрешены" определением (в таком виде):
Что?     _____________________________
Где?     _____________________________
Когда?   _____________________________
Как?     _____________________________
Чем?     _____________________________
Почему?  _____________________________
Зачем?   _____________________________

Б) анализ построенного по заданному алгоритму определения:
       На доске записано базовое определение, в виде, например, такой таблицы:
Мутации    -
Что?          стойкие дискретные (прерывчатые) изменения
Где?          в наследственном аппарате (отдельных генах, участках хромосом или в наборе хромосом в целом),
Когда?      внезапно возникающие под действием химических, физических или биологических факторов (мутагенов)
Как?         и вызывающие изменения признаков и свойств организма через изменения в свойствах кодируемых генами продуктов (прежде всего - белков).
Зачем?     Наследуясь в ряду поколений (от клеток к клеткам, от предков к потомкам), М. являются основой наследственной изменчивости как фактора эволюции,
Почему?    поставляющего материал для естественного (и искусственного) отбора и повышающего полиморфизм (генетическое разнообразие) природных популяций.
(заранее заготовленной и выведенной на экран с компьютера, распечатанной на бланке урока для каждого ученика или написанной на задних «крыльях» доски), его разбирают и комментируют в ходе беседы, давая попутно пояснения всем встречающимся понятиям.

В) формулировка определения «глазами» разных специалистов:
       На доске записано базовое определение, например, приведенное выше. Предлагается сразу или в ходе урока сформулировать определение мутации с точки зрения биолога, химика, эколога, с позиции рядового обывателя (или определенных групп – религиозных, политических, социальных – с учетом классного контингента и его готовности к игровым, ролевым моментам на «серьезном» уроке).
       При работе с термином мутагена (мутагенный фактор) достаточно на этом этапе урока ограничиться констатацией основных групп мутагенов (физические, химические, биологические), и указать на роль биологических мутагенов (вирусов) в формировании онкологических заболеваний (механизмы действия химических и физических мутагенов будут рассмотрены дальше).
       Изучениеклассификации мутаций осуществляется при помощи серии схем, выводимых на экран или распечатанных на бланке урока.

Таблица может заполняться учениками в ходе лекции, наполняясь приведенными примерами.

4.    Решение расчетных задач (распечатанные задачи)
Для начала работы можно предложить, например, такое задание:

     Борис Бурда известный игрок Одесской команды клубов "Брейн-ринг" и "Что? Где? Когда?", придумал забавную игру, названную им "Траверси". Берется фрагмент известного литературного произведения, и все имена героев в нем заменяются на имена других литературных или исторических персонажей. Идя по пути выдающегося интеллектуала, можно придумать, например, такой фрагмент:
"И услышали голос Гена, ходящего в ядре во время прохлады дня, и скрылся Фермент и РНК его от лица Гена между органоидами. И воззвал Ген к Ферменту; и сказал Ген Ферменту: Где ты?... не ел ли ты субстрата, которого Я запретил тебе есть?" Фермент сказал: "РНК моя, которую ты мне дал, она дала мне сродство с субстратом, и я ел". И сказал Ген РНК: "Что ты это сделала?" РНК ответила: "Мутаген обольстил меня..."
         1. Указать источник приведенной "траверси"
         2. Указать, чему соответствуют в оригинале:
           Ген -___, Фермент - ____, РНК- ____, Субстрат -____, Мутаген -____.
         3. О каком типе РНК говорится во фрагменте?
         4. Какой тип мутаций (по природе изменений) упоминается?
         5. Придумай свой вариант "траверси" (домашнее задание)

Для лучшего знакомства с генными (точковыми) мутациями актуализируются свойства генетического кода.

1. Какое свойство генетического кода иллюстрирует фраза:
ВОТЛЕСДУББУКИВЫБЫЛПАЛДЫМШЕЛТРИДНЯ
(для облегчения чтения фразы выдели скобками отдельные кодоны).

2. Очень ли изменится смысл фразы, если произойдет замена 11-й буквы У на А?

3. Как изменится смысл фразы, если произойдет выпадение 4-й буквы? (снова отметь триплеты скобками):
ВОТЛЕСДУББУКИВЫБЫЛПАПДЫМШЕЛТРИДНЯ

4. Сделай вывод о последствиях выпадения, нуклеотидных пар ДНК, замены  или  вставки

Далее решаются сами задачи (индивидуально – на бланке или по условию на доске и таблице генетического кода или фронтально) – см. «Примеры задач».

5.    Изучение нового материала – механизм действия мутагенных факторов (школьная лекция, ведущий предмет - химия).
Работа с интерактивной моделью 3.7. Комплементарность нуклеотидов. Основные классы химических мутагенов. Пояснение механизма действия химических мутагенов, принадлежащих к аналогам азотистых оснований и  сильным окислителям:

А) аналоги азотистых оснований:бромурацил в нормальной, кетоформе (как и урацил) комплементарен аденину, но после изомеризации может переходить из кетоформы в енольную форму, в которой комплементарен гуанину. Т.о., бромурацил может вызывать точечные мутации (замены азотистых оснований).
Б) сильные окислители:азотистая кислота HNO2 при взаимодействии с аденином превращает его в гипоксантин, который комплементарен цитозину; под ее действием цитозин превращается в урацил, который комплементарен аденину, а не гуанину (как сам цитозин). Т.о., азотистая кислота может вызывать точечные мутации (замены азотистых оснований).
Целесообразно также рассмотреть механизм действия (хотя бы в общих словах) физических мутагенов, прежде всего – проникающей радиации.

6.    Изучение нового материала – экологические аспекты мутагенеза (школьная лекция, ведущий предмет - экология).
Деятельность человека и загрязнение среды мутагенными факторами. Мутагенез и различные средовые факторы. Возрастная структура популяций человека и мутации (частота рождения детей с синдромом Дауна и хромосомных мутаций в целом – зависимость от возраста, данные 1981 г.).
 
Демонстрация интерактивной модели 10.4. Разрушение озонового слоя компьютерного курса «Химия, Биология, Экология». Механизм действия ультрафиолетового излучения (образование тимидиновых димеров, золотистая ксеродерма); понятие репарации.
 
 «Золотистая ксеродерма – редкое заболевание кожи у людей. Оно наследуется как аутосомный рецессивный признак. У гомозиготных больных             кожа крайне чувствительна к солнечному и ультрафиолетовому свету. Серьезные поражения кожи наблюдаются уже в детстве, а с возрастом они             приобретают все более тяжелый характер. Кожа становится сухой, и дерма в значительной степени атрофируется. Появляются кератозы, веки                         покрываются рубцами, поражается роговица. Обычно во многих местах возникает рак кожи. Многие больные погибают, не достигнув 30 лет, от                    метастазов этих злокачественных опухолей кожи.» - Страйер Л. Биохимия: В 3-х т. Т.3 Пер. с англ. – М.: Мир, 1985.- 400 с., ил. – С. 35-36. Описанная             картина заболевания как результат нарушения естественных систем репарации.

7.    Закрепление знаний по изученной теме.
Комментирование рисунков и моделей Комплементарность нуклеотидов, Транскрипция, Разрушение озонового слоя из компьютерного курса «Химия, Биология, Экология», выполнение тестовых заданий  - фронтально или с выводом на экране, пример см. «Тесты по генетике человека»

8.    Домашнее задание – 2-3 минуты.
По учебнику: Общая биология: Учеб. для 10-11 классов общеобразоват. учреждений / Д.К.Беляев, Н.Н. Воронцов, Г.М. Дымшиц и др.; под ред. Д.К. Беляева. – 9-е изд. – М.: Просвещение, 2000. - § 31.
По учебнику: Рувинский А.О., Высоцкая Л.В. и др. Общая биология. Учебник для школ с углубленным изучением биологии. – М.: Просвещение, 2000. - § 35, 37.
По учебнику: Общая биология: Учеб. для 10-11 классов общеобразоват. учеб. заведений / В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин. – 2-е изд., дораб. – М.: Дрофа, 1999. - § 10.1, 18.3.1, 18.3.6.


 
         Тесты по генетике человека

1.    Какова генетическая природа синдрома Клайнфельтера
a)    Трисомия по 21-й хромосоме
b)    Трисомия по 18-й хромосоме
c)    Моносомия Х0
d)    Трисомия XXY
2.    Какова генетическая природа синдрома Патау
a)    Делеция короткого плеча 5-й хромосомы
b)    Трисомия по 18-й хромосоме
c)    Трисомия по 13-й хромосоме
d)    Моносомия по 18-й хромосоме
3.    Определите принадлежность кариотипа:

a)     Нормальная женщина
b)     Нормальный мужчина
c)     Женщина с синдромом Тернера
d)     Мужчина с синдромом Клайнфельтера
4.    Определите принадлежность кариотипа:

a)     Нормальная женщина
b)     Нормальный мужчина
c)     Женщина с синдромом Тернера
d)     Женщина с трисомией ХХХ
5.    Рассмотрите микрофотографию и выберите неправильное утверждение

a)     Имеет место трисомия по Х-хромосоме
b)     Имеет место трисомия по 7-й и 13-й хромосомам
c)     Имеет место транслокация между 8-й и 11-й хромосомами
d)     Имеет место моносомия по 15-й хромосоме

Ответы: 1 – d, 2 – c, 3 – a, 4 – b, 5 – a.

Примеры задач:
Все приведенные в задачах последовательности нуклеотидов – фрагменты и РНК.
1. Переведите приведенную ниже последовательность иРНК в белок. Запишите полученный белок. А теперь попробуйте удалить первые два нуклеотида и получить другой пептид. Запишите полученный пептид и сравните с первым.
UAUGCUAAGAUUCCUUUCGGA

2. Переведите приведенную ниже последовательность иРНК в белок. Запишите полученный белок. А теперь попробуйте заменить в 6-й позиции C на G и получить другой пептид. Запишите полученный пептид и сравните с первым.
AUGUACCGUAUUCCAGAGCAU

3. Необходимо по молекуле белка восстановить последовательность нуклеотидов (точнее, один из возможных вариантов состава) иРНК:
Аминокислоты: Метионин - Аргинин - Лизин - Валин - Триптофан - (стоп-кодон)
Какие аминокислотные замены могут произойти при замене A в 7-й позиции на C, на U, на G?

Ответы:
1. Тир-Ала-Лиз-Иле-Про-Фен-Гли
    Цис-стоп-кодон
2. Мет-Тир-Арг-Иле-Про-Глу-Гис
    Мет-(стоп-кодон)
3. Лизин заменится на глутамин (при замене на C), на стоп-кодон (при замене на U), на глутаминовую кислоту (при замене на G)

Надіслано учителем Міжнародного Ліцею «Гранд» Козленко О.Г.

_{Матеріали з біології онлайн, завдання та відповіді по класам, плани конспектів уроків з біології скачати}