Урок № 15 Основні закономірності функціонування генів у про- і еукаріотів - Біологія 11 клас - Старша школа - Каталог статей - Учительська світлиця
Головна » Статті » Старша школа » Біологія 11 клас

Урок № 15 Основні закономірності функціонування генів у про- і еукаріотів

 

 

Урок № 15   Основні закономірності функціонування генів у про- і еукаріотів

 

Мета уроку: ознайомити учнів із закономірностями функціонування генів у про- та еукаріотів, із поняттями «експресивність» та «пенетрантність»; розширити знання про ген та його властивості; розвивати навички пошукової діяльності, уміння систематизувати та оформлювати одержану інформацію; виховувати почуття значимості власного спадкового матеріалу для продовження роду та формування здорової нації; формувати ділові товариські відносини в колективі класу.

Очікувані результати: учні мають характеризувати функції генів; учні мають порівнювати модифікаційну та мутаційну мінливості.

Обладнання: ___________________________________________________________

Тип уроку: урок засвоєння знань.

 

  • 1.      Організаційний етап

1.1. Привітання.

1.2. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.

1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.

1.4. Перевірка присутності учнів: кількість за списком ____, кількість присутніх на уроці ___, відсутніх ___.

  • 2.      Повідомлення теми, мети і завдань уроку

2.1. Повідомлення теми уроку.

2.2. Формулювання разом з учнями мети і завдань уроку за темою уроку.

Мета уроку: ознайомитися із закономірностями функціонування генів у про- та еукаріотів.

Завдання уроку:

1.   Розширити знання про ген та його властивості.

2.   Ознайомитися з поняттями «експресивність» та «пенетрантність».

3.   Дізнатися про особливості функціонування генів у прокаріотів.

  • 3.      Актуалізація опорних знань учнів і перевірка домашнього завдання

3.1. Аналіз типових помилок, яких припустилися учні під час виконання лабораторної роботи № 3.

3.2. Заповнення таблиці «Порівняльна характеристика спадкової та неспадкової мінливості»

Таблицю можна заповнювати всім класом (колективно) або подати як самостійну роботу. Можна поєднати ці форми роботи: неспадкову мінливість схарактеризувати всім класом, а спадкову — самостійно.

 

Порівняльна характеристика спадкової та неспадкової мінливості

Ознака

Неспадкова (модифікаційна)

Спадкова (мутаційна)

Що змінюється

Фенотип у межах норми реакції

Генотип

Причина виникнення

Зміни умов навколишнього середовища

Рекомбінація генів унаслідок злиття гамет, кросинговеру та мутацій

Успадковування ознак

Не успадковується (успадковується тільки норма реакції)

Успадковується

Значення для організму

Адаптація до умов навколишнього середовища, підвищення життєздатності

Корисні зміни сприяють виживанню, шкідливі — призводять до загибелі

Значення для виду

Сприяє виживанню

Призводить до появи нових популяцій, видів у результаті дивергенції

Роль в еволюції

Адаптація організмів

Матеріал для природного добору

Форма мінливості

Групова

Індивідуальна, комбінована

Яким закономірностям підпорядковується

Статистична (варіаційний ряд)

Закон гомологічних рядів спадкової мінливості, мутаційна теорія

Обговорення результатів роботи.

  • 4.      Мотивація навчальної діяльності

Обговорення вислову

У малих піщинках явлено світи.

Верхарн

— Як ви розумієте цей вислів?

— Що є «піщинкою» спадковості?

— Яке значення мають гени для живих організмів?

Учнів необхідно підвести до розуміння того, що ген є найменшою одиницею спадковості й саме завдяки генам відбувається передача спадкової інформації від батьків до нащадків.

  • 5.      Засвоєння нового матеріалу

1.   Будова і властивості гену

Розповідь учителя, словникова робота

Ген — це ділянка молекули нуклеїнової кислоти, що визначає спадкові ознаки організмів.

У вищих організмів (еукаріотів) він міститься у складі хромосом. Гени складаються з різного числа нуклеотидів — від кількох десятків до кількох сотень і навіть тисяч. Наявність генів вияв­ляється за наявності ознак організму, тобто за їх проявом.

Термін «ген» був запропонований у 1909 р. датським ученим Вільгельмом Йохансеном (18571927) для опису спадкоємного фактора — гена кольору ока.

Загальну схему будови генетичного апарату прокаріотів запропонували французькі генетики Ф. Жакоб і Ж. Моно (1961 р.).

 

Повідомлення учнів

Франсуа Жакоб (нар. 1920 р.) — французький мікробіолог і генетик, із 1947 р. доктор медицини. Головні праці з генетики бактерій та вірусів: генетичний обмін між бактерією та фагом, генетика лізогенії, концепція епісом, гіпотези (сумісно з Ж. Моно) про перенесення генетичної інформації за участю іРНК, про механізм генетичної регуляції синтезу білка в бактерій (концепція оперона).

Жакоб (сумісно з Моно) виявив, що в ДНК міститься два різні типи генів — структурні та регуляторні. Структурні гени відповідають за передачу генетичного коду від одного покоління клітин до іншого, а також керують процесом синтезу білка. Регуляторні гени взаємодіють зі структурними і регулюють усі біохімічні процеси
в клітині. Жакоб і Моно назвали сукупність структурних і регуляторних генів опероном, а ген, що відповідає за репресію та активацію,— геном-оператором.

Жакоб та його колеги в ході своїх досліджень установили, що в частинках бактеріофагів також містяться як структурні, так і регуляторні гени.

Жакоб є лауреатом Нобелівської премії з фізіології та медицини 1965 р. (разом
з Андре Львовим та Жаком Моно) «за відкриття, що стосуються генетичного контролю синтезу ферментів і вірусів». Член Французької академії (з 1996 р.).

Жак Люсьєн Моно (1910–1976) — французький біохімік і мікробіолог, лауреат Нобелівської премії. Основні праці Моно присвячені вивченню росту бактерій, індукції та репресії ферментів, дослідженню механізмів регуляції синтезу білка у бактерій. Він розробив метод безперервного культивування бактерій. У 1958 р. Моно (разом із Жакобом та Львовим) запропонував схему синтезу білка в бактеріальних клітинах.
У 1961 р. він висловив гіпотезу про перенесення генетичної інформації з ДНК на рибосоми за участю особливої інформаційної, або матричної РНК (іРНК, або мРНК).

 

Розповідь учителя

У результаті досліджень елементарних одиниць спадковості, які проводили Жакоб і Моно, сформувалось уявлення, що носить загальну назву теорії гена.

Основні положення теорії гена:

1.   Ген займає певну ділянку (локус) у хромосомі.

2.   Ген (цистрон) — частина молеку­ли ДНК, що має певну послідовність нуклеотидів і являє собою функціональну одиницю спадкової інформації. Число нуклеотидів, що входять до складу різних генів, є різним.

3.   Усередині гена можуть відбувати­ся рекомбінації (до них здатні части­ни цистрона — рекони) і мутації (до них здатні частинки цистрона — мутони).

4.   Існують структурні і функціональні гени. Структурні гени кодують структуру білків і нуклеїнових кислот, але ген не бере безпосередньої участі у синтезі білка.
ДНК — матриця для молекул іРНК. Функціональні гени контролюють і спрямовують діяльність структурних генів.

5.   Розташування триплетів із нуклеотидів у структурних генах колінеарне до амінокислот у поліпептидному ланцюзі, що кодується цим геном.

6.   Молекули ДНК, що входять до складу гена, здатні до репарації, тому не всі пошкодження гена ведуть до мутації.

7.   Генотип складається з окремих ге­нів (дискретний), але функціонує як єдине ціле. На функцію генів впливають фактори як внутрішнього, так і зовнішнього середовища.

 

2.   Пенетрантність і експресивність

Розповідь учителя, «Я вчений», пошуковий метод (робота з підручником), словникова робота

Учитель підводить учнів до розуміння того, що являють собою пенетрантність та експресивність. Після обговорення цих явищ можна застосувати метод «Я вчений» — учитель пропонує учням спробувати самостійно сформулювати (і записати на окремому аркуші) визначення цих понять, потім знайти їх у підручнику і порівняти зі своїм визначенням.

 

Слово вчителя

Показниками залежності функціонування спадкових задатків від характеристик генотипу є пенетрантність і експресивність.

Терміни «експресивність» і «пене­трантність» були введені у 1927 р.
М. В. Тимофєєвим-Ресовським. Експресивність і пенетрантність підтримуються природним добором. Обидві властивості необхідно мати на увазі при вивченні спадковості в людини.

Вивчаючи дію генів (алелів), необхідно враховувати модифікуючий вплив середовища, у якому розвивається організм (різні умови → різний прояв генів → різні фенотипи). Таке коливання фенотипів при розщепленні залежно від умов середовища отримало назву пенетрантність.

Пенетрантність — це частота прояву гена, явище появи або відсутності ознаки в організмів, однакових за генотипом. Розрізняють високу (фенотип з’являється тільки за поєднання певних умов і досить рідкісних зовнішніх умов) і низьку (фенотипний прояв відбувається за будь-яких поєднань зовнішніх умов) пенетрантність. Пенетрантність вимірюється відсотком організмів із фенотипною ознакою від загальної кількості обстежених носіїв відповідного алеля. Якщо ген повністю, незалежно від навколишнього середовища, визначає фенотиповий прояв, то він має 100%-ву пенетрантність. Пенетрантність показує, у якому відсотку носіїв гена виявляється відповідний фенотип. Отже, пенетрантність залежить від генотипу і від середовища.

Ступінь прояву ознаки при реаліза­ції генотипу в різних умовах середо­вища називають експресивністю. Під експресивністю розуміють вираженість фенотипового вияву гена.

Експресивність — це зміна кількісного прояву ознаки в різних особин-носіїв відповідного алеля.

При домінантних спадкових захворюваннях експресивність може коливатися.
В одній родині можуть виявлятися спадкові хвороби в різних формах — від легких, ледь помітних, до тяжких (наприклад різні форми гіпертонії, шизофренії, цукрового діабету тощо). Рецесивні спадкові захворювання в межах сім’ї виявляються однотипно і мають незначні коливання експресивності.

Вивчення пенетрантності й експресивності має велике значення для медицини, оскільки їх рівень впливає на прояв спадкових ознак (обтяжена спадковість не обов’язково має виявитися). Багато залежить від умов, у яких перебуває людина.

3.   Геном прокаріотів

Розповідь учителя, конспектування (робота з підручником), словникова робота

Під час розповіді учитель пропонує учням законспектувати основні особливості геному прокаріотів.

 

  • Зверніть увагу учнів

Геноми про- та еукаріотів мають багато спільного, проте мають і багато відмінностей.

 

Спільною рисою прокаріотів є відсутність в їхніх клітинах ядра. На відміну від еукаріотів геном прокаріотів побудований дуже компактно. Кількість некодуючих послідовностей нуклеотидів дуже мала. Генетичний апарат у бактерій складається з молекули ДНК, замкненої у кільце. Довжина кільця може сягати 1,0–1,4 мм. Воно міститься в нуклеарній ділянці бактеріальної клітини. Ця гігантська кільцева молекула ДНК, що складається із функціонально неоднорідних генетичних детермінант генів, дістала назву бактеріальної хромосоми. У нормі генетичний апарат бактерій являє собою одну таку хромосому, яка є репліконом. Однак у бактеріальній клітині може бути кілька копій бактеріальної хромосоми. Бактерії, як і всі прокаріоти, на­лежать до гаплоїдних організмів, тобто генетичний матеріал у них представлений одним набором генів. У бактеріальній хромосомі всі гени розташовані лінійно.

Подібні за генотипом мікроорганізми можуть істотно відрізнятися за фенотипом. Фенотипові відмінності між прокаріотами, що є однаковими за генотипом, називаються модифікаціями.

Функціонально гени бактерій складаються із промотора, білок-кодуючої ділянки і термінатора транскрипції. Структурно гени бактерій складаються із безперервно кодуючої послідовності нуклеотидів, тобто прокаріотам властиве тіс­не зчеплення генів. Хромосоми бактерій володіють однією групою зчеплення генів. Інформація в генах записана однаковим генетичним кодом для всіх прокаріотів, і принципи її реалізації також одна­кові у всіх організмів. У структурі гена запрограмовані два основні етапи його експресії — транскрипція і трансляція.

Багато механізмів регуляції експресії генів, що використовуються в еукаріотів, ніколи не зустрічаються у прокаріотів.

У багатьох видів бактерій є ще один тип генетичних елементів, що існують у клітині автономно, тобто поза хромосомами. Це плазміди, які є типовими репліконами. Як і всі реплікони, вони мають здатність до саморегуляції незалежно від механізмів, що регулюють розмноження бактеріальної хромосоми. Вважається, що генетична інформація, яка міститься у плазмідах та інших позахромосомних елементах (помірних фагах, транспозомах, IS-елементах), не є обов’язковою для життєдіяльності бактерій. Про­те ці елементи розширяють можливості існування бактеріального виду.

  • 6.      Узагальнення і закріплення знань

«Снігова куля»

Терміни для обговорення і запам’ятовування: локус, цитрон, мутон, рекон, пенетрантність, експресивність, плазміда, бактеріальна хромосома.

  • 7.      Підбиття підсумків уроку, рефлексія

Учні самостійно підбивають підсумки уроку і характеризують функції генів.

  • 8.      Інформування учнів про домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання

8.1. Завдання для всього класу.

Підручник _______________________________________________________________

Робочий зошит ___________________________________________________________

8.2. Індивідуальне завдання.

Підготувати повідомлення про історію становлення генетики людини.

 

Категорія: Біологія 11 клас | Додав: uthitel (13.10.2014)
Переглядів: 2624 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Ім`я *:
Email *:
Код *: