Меню

Как пользоваться таблицей комплементарности

О комплИментах, комплЕментах и заданиях ЕГЭ по биологии на генетический код

А доводилось ли вам получать в ресторане комплемент от шеф-повара? А комплимент вы от него получали? А знаете в чём разница между компл И ментом и компл Е ментом?

Компл И мент — это выражение восхищения, похвала в ваш адрес, а компл Е мент — это некое дополнение, в данном конкретном случае — блюдо, прекрасно сочетающееся с тем, что вы уже заказали.

И к чему это, интересно, на канале про генетику заведены разговоры про рестораны-блюда-комплименты-комплементы? А к тому, что дальше пойдёт рассказ про свойство генетического кода, называемое КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬЮ . И да, вы догадались, между этим термином и комплементом от шеф-повара есть нечто общее. Оба слова происходят от латинского complementum — дополнение.

Некоторые нуклеотиды ДНК взаимодополняют друг друга. Пространственная конфигурация комплементарных нуклеотидов такова, что они напоминают пару соединяющихся пазлов. Кроме того, между этими нуклеотидами устанавливаются водородные связи, удерживающие их напротив друг друга в противоположных цепях дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Наличие КОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ в генетическом коде приводит к тому, что в каждом участке ДНК адениновых нуклеотидов всегда столько же, сколько и тиминовых, а гуаниновых столько же, сколько цитозиновых. Это известное правило учёного Чаргаффа , что применяется при решении задач на нуклеотидный состав генетического кода:

Правило Чаргаффа позволяет легко определить процентное соотношение каждого вида нуклеотидов в ДНК, если известна процентная доля хотя бы одного из них.

Поскольку это достаточно простое задание, его даже не включают во вторую часть ЕГЭ, но только в первую. Тем не менее, уважаемые выпускники, вы должны знать, как с ним справиться. Если знаете и умеете, то примите от меня компл И мент в ваш адрес, а если так случилось, что узнали только сегодня (кто знает, может быть вы выпускники не нынешнего года, а, скажем, 2030), то пусть информация этой статьи станет компл Е ментом к вашим биологическим знаниям!

Источник



Генетический код. Биосинтез белка

Генетическая информация и генетический код

Каждый вид имеет свой собственный, отличный от других видов, набор белков. Интересно то, что белки, выполняющие идентичные функции у разных видов могут быть похожими или даже абсолютно идентичными.

У белков есть несколько состояний их структур:

Именно первичная структура является определяющей свойства белка. Эта структура – цепь из аминокислот. Аминокислоты, в свою очередь, представляют собой ряд триплетов из нуклеотидов. Решая генетические задачи, обращаются как раз-таки к знакомой таблице:

Каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами, которые составляют триплет или иначе кодон. Именно последовательность нуклеотидов называется генетической информацией, а участок последовательности, в котором хранится информация о первичной структуре белка это и есть ген.

Нуклеотиды, составляющие ДНК и РНК различаются:

В состав ДНК входят:

В состав РНК входят:

Кроме того, в составе РНК (рибонуклеиновой кислоты) сахар рибоза, а ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) — дезоксирибоза. РНК — одноцепочечная, а ДНК — двухцепочечная.

Между нуклеотидами есть водородные связи. Они могут быть как двойные, так и тройные. Нуклеотиды не могу быть связаны в случайном порядке. Для этого существует принцип комплементарности ДНК, по которому аденин одной цепи ДНК соединяется с тимином другой цепи ДНК, другая пара в ДНК – гуанин – цитозин. В РНК все аналогично, за исключением того, что вместо тимина там урацил. Между парами А-Т/А-У – две водородных связи, а между парами Ц-Г – три. На письме это обозначается чёрточками: двойная связь как знак «равно», а тройная – три горизонтальные черты.

Свойства генетического кода

  1. Генетические код триплетен, то есть состоит из аминокислот, которые состоят из триплетов, а триплеты – 3 нуклеотида.
  2. Генетический код специфичен, один триплет кодирует одну аминокислоту. Посмотрите на таблицу аминокислот. При пересечении всех трех нуклеотидов у нас нет выбора между аминокислотами, таблица указывает лишь на одну определенную аминокислоту.
  3. Генетический код избыточен, одна аминокислота может быть закодирована более чем одним триплетом нуклеотидов. Здесь важно не запутаться. Опять смотрим на таблицу. Несмотря на то, что пересечение трех нуклеотидов дает 1 аминокислоту, мы видим повторы аминокислот в таблице. Например, аминокислота фенилаланин (сокращенно Фен) кодируется как триплетом УУУ, так и УУЦ. Есть аминокислоты и с большим количеством вариантов.
  4. Неперекрываемость генетического кода. Один и тот же нуклеотид не может входить в состав разных триплетов. Это не значит, что если у нас есть триплет УУУ, то рядом с ним не может быть триплета УЦГ. Это значит, что урацил в этих триплетах – не одна и та же молекула.
  5. Генетический код универсален, то есть, несмотря на все различия между живыми организмами, их генетическая информация кодируется одинаковыми аминокислотами, но в разных последовательностях и вариациях.
  6. Полярность генетического кода. В цепочке аминокислот есть триплеты, которые не несут информацию, а присутствуют для разделения цепи. Так как они не некодирующие, то в таблице у этих сочетаний букв стоит прочерк: УАА, УАГ, УГА.

Транскрипция и трансляция

Из цитологии известно, что генетическая информация у эукариотических клеток заключена в ядре в виде ДНК. Однако процесс биосинтеза белка происходит в цитоплазме на рибосомах.

Спиральная цепь ДНК при раскручивается, в это время по одной из цепочек ДНК строится комплементарная цепь. Из ядра в цитоплазму информация выходит в виде информационной РНК (иРНК). иРНК комплементарная одной из цепей ДНК. Этот процесс переписывания называется транскрипцией. Полученная цепь практически идентичная другой цепи ДНК, за исключением того, что вместо тимина там урацил.В процессе участвует специальный фермент РНК-полимераза.

Читайте также:  Международная кодовая таблица сигналов это

Теперь в ядре есть цепочка, которая уже начала процесс биосинтеза. Как говорилось выше, процесс ассимиляции идет на рибосомах. иРНК выходит в цитоплазму через поры ядерной мембраны

тРНК по форме напоминает лист клевера, а по принципу работы – штамп. На него, прямо как чернила, наслаиваются кодоны.

В цитоплазме начинается процесс трансляции, то есть перевод последовательности нуклеотидов информационной РНК в последовательность аминокислот белка.

Рибосома захватывает стартовый конец цепи иРНК. Затем она начинает двигаться по цепи, одна остановка рибосомы происходит на 6-ти нуклеотидах. В это время молекула тРНК, на которых есть триплет аминокислоты «подлетает» к цепи, в месте, где находится рибосома. За время остановки рибосомы транспортная РНК успевает распознать свою пару на цепи иРНК, которая называется антикодоном. Тогда тРНК «ставит свой штамп», оставляя на цепи свой кодон. Между нуклеотидами образуются водородные связи. Так нарастает новая цепь. На одной информационной РНК работает сразу много рибосом, поэтому работа идет очень быстро. Совокупность рибосом, синтезирующих на одной иРНК, называется полисомой.

По окончанию процесса биосинтеза, цепочка отсоединяется от рибосомы и принимает свою природную структуру: вторичную, третичную или четвертичную.

Источник

Фазы образования понятия «Генетический код» в курсе молекулярной биологии для учащихся 10-го класса

Предмет «Биология», как и любая другая учебная дисциплина средней школы, представляет собой систему понятий, отражающих основы науки. Основные научные понятия биологии для школьного курса специально отобраны, дидактически переработаны, расположены в определенном порядке, развиваются в логической последовательности и находятся во взаимосвязи между собой.

Биологические знания – важнейшая составная часть общечеловеческой культуры. В результате изучения биологического курса у выпускников средней школы должна быть сформирована биологическая картина мира, где центральным звеном биологического знания являются биологические понятия. Их формирование – это длительный и сложный процесс, требующий от учителя грамотного подбора педагогических технологий.

Одним из фундаментальных понятий, как биологии, так и жизни вообще, является понятие “генетический код”. Знание генетического кода имеет большое значение для любой области биологии, а также для многих отраслей химической, пищевой и фармацевтической промышленности, для развития генетики, микробиологии, генной инженерии, медицины, селекции и сельского хозяйства.

Фазы образования понятия “Генетический код”:

На этапе создания условий для осознания учащимися необходимости нового способа описания своего предыдущего опыта ученикам уже известна центральная догма молекулярной биологии:

ДНК иРНК Белок
1. Хранит наследственную информацию.

2. Позволяет сканировать часть (ген) информации и вынести из банка данных.

1. Является копией части ДНК (гена), в котором заложена информация о белке.

2. Позволяет многократно использовать сканированную информацию для синтеза белка.

ДНК, иРНК и белки являются биополимерными макромолекулами, причем ДНК – двухцепочечная молекула, а иРНК и белок – одноцепочечные молекулы. Кроме того, нуклеиновые кислоты состоят из 4-х нуклеотидов, а белки – из 20-ти аминокислот.

Возникает вопрос: Как на матрице, состоящей из последовательности 4-х нуклеотидов, синтезировать белок, состоящий из последовательности 20-ти аминокислот?

После постановки проблемного вопроса наступает следующая фаза образования понятия “генетический код”. На этом этапе вводятся знаково-символические и визуальные обозначения понятия, выделяются его частные и общие признаки.

Ученики понимают, что для выражения одной знаковой системы другой знаковой системой необходим код (шифр). Использование шифра ученикам хорошо известно из своего жизненного опыта, поэтому в ходе занятия приводятся различные примеры.

В произведении А. Конан Дойля “Пляшущие человечки” буквам английского алфавита соответствуют рисунки фигурок людей :

В произведении А.Э.По “Золотой жук” буквам английского алфавита соответствуют цифры и знаки:

Генетический код – свойственная всем живым организмам единая система «записи» наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов, которая определяет последовательность аминокислот в каждом белке животных, растений, бактерий и вирусов планеты Земля.

Алфавит генетического кода: А – аденин, Т – тимин (У – урацил), Г – гуанин, Ц – цитозин. Это названия азотистых оснований, которые входят в состав нуклеотидов и отличают их друг от друга. Таким образом, из 4-х нуклеотидов можно строить бесконечно длинные цепочки нерегулярных биополимеров: -А-А-Т-Г-Ц-Ц-Т-А-А-Т-Т-Ц– .

Синтез второй цепочки ДНК, сканирование информации с ДНК об одном белке и синтез иРНК осуществляется по принципу комплементарности или взаимодополняемости. По сути, принцип комплементарности – образование постоянных неизменных комплексов между азотистыми основаниями нуклеотидов:

Так как химическое строение всех нуклеиновых кислот и белков одинаково, ученики выходят на формулировку такого свойства генетического кода, как универсальность – единство для всех живущих на Земле.

Используя математический метод комбинаторики, ученики приступают к следующим рассуждениям:

4 нуклеотидами можно закодировать только 4 аминокислоты, а их 20.
Из комбинаций по 2 нуклеотида 4 2 =16. Такого количества комбинаций не хватает.
Из комбинаций по 3 нуклеотида 4 3 = 64. Такого количества комбинаций хватает с избытком. Таким образом, генетический код обладает следующими свойствами:
– триплетный – для кодировки аминокислот используются тройки (триплеты, кодоны) нуклеотидов;
– избыточный – одна аминокислота может быть зашифрована более чем одним триплетом;
– специфичный – один и тот же триплет не может кодировать разные аминокислоты.

В символическом и одновременно шуточном виде биологическую суть генетического кода можно выразить следующим образом:

После формулировки основных свойств генетического кода можно приступать к фазе обогащения понятия – накопления опыта оперирования вводимым понятием, расширения возможных ресурсов осмысления его содержания.

В школьной программе молекулярной биологии принято считать, что ген – это участок (фрагмент) молекулы ДНК, несущий информацию о строении одного белка. Однако генетической единицей механизма регуляции синтеза белков следует считать оперон, в состав которого входят один или несколько структурных генов, несущих информацию о структуре иРНК, которая в свою очередь, несет информацию и структуре белка.

На молекуле ДНК между генами есть специальные “знаки препинания”: АУГ (метионин) – промотор (от лат. promoveo – продвигаю), всегда инициирует (от лат. initiator – зачинатель) начало сканирования информации о гене. Мы видим, что промотором выступает постоянный триплет.

Сканируемая часть ДНК (транслируемая область) и есть оперон – “связная фраза”.

Определенные триплеты: УАА, УАГ, УГА – это триплеты- терминаторы (от лат. termino – разграничиваю), которые указывают на окончание сканирования. Их еще называют стоп-кодоны.

Внутри гена “знаков препинания” нет, смысл становится понятен при считывании информации триплетами:

ЖИЛ БЫЛ КОТ ТИХ БЫЛ СЕР МИЛ МНЕ ТОТ КОТ

Становится понятно, что при малейшем сбое программы смысл теряется, идет синтез несвойственного организму белка, происходит внешнее проявление отклонения от нормы:

ИЛБ ЫЛК ОТТ ИХБ ЫЛС ЕРМ ИЛМ НЕТ ОТК ОТ

В дальнейшем становится целесообразным решение задач на перевод генетического кода.

Сколько нуклеотидов содержит ген, в котором запрограммирован белок инсулин из 51 аминокислоты?

Ответ: 51х 3 = 153 нуклеотида.

В лаборатории исследован участок ДНК, с которого происходило сканирование информации на иРНК:

– Г – Т – Г – Т – А – А – Ц – Г – А – Ц – Ц – Г – А – Т – А – Ц – Т – Г –

Изобразите участок и РНК.

Ответ: – Ц – А – Ц – А – У – У – Г – Ц – У – Г – Г – Ц – У – А – У – Г –А – Ц –

На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в последовательности:

– А – А – Г – Т – Ц – Т – А – Ц – Г – Т – А – Т –

  1. Нарисуйте схему структуры второй цепи данной ДНК.
  2. Какова длина в нм этого фрагмента ДНК, если один нуклеотид занимает около 0,34 нм?
  3. Сколько (в %) содержится нуклеотидов в этом фрагменте молекулы ДНК?
  1. Достраиваем вторую цепь данного фрагмента молекулы ДНК, пользуясь правилом комплементарности: – Т – Т – Ц – А – Г – А – Т – Г – Ц – А – Т – А –.
  2. Определяем длину данного фрагмента ДНК: 12 х 0, 34 = 4, 08 нм.
  3. Рассчитываем процентное содержание нуклеотидов в этом фрагменте ДНК.
    24 нуклеотида – 100%
    8А – x %, отсюда x = 33, 3% (А); т.к. по принципу комплементарности А=Т, значит содержание Т = 33, 3%.
    24 нуклеотида – 100%
    4Г – x %, отсюда x = 16, 7 % (Г); т.к. по принципу комплементарности Г=Ц, значит содержание Ц = 16, 7%.

Ответ: – Т – Т – Ц – А – Г – А – Т – Г – Ц – А – Т – А -; 4, 08 нм; А=Т=33, 3%; Г=Ц=16, 7%.

Каков будет процентный состав второй цепочки ДНК, если первая содержит 18% гуанина, 30% аденина, 20% тимина?

1. Зная, что цепи молекулы ДНК комплементарны друг другу, определяем содержание нуклеотидов (в %) во второй цепи:
Т.к. в первой цепи Г=18%, значит во второй цепи Ц=18%;
Т.к. в первой цепи А=30%, значит во второй цепи Т=30%;
Т.к. в первой цепи Т=20%, значит во второй цепи А=20%.

2. Определяем содержание в первой цепи цитозина (в %). Суммируем содержание трех других типов нуклеотидов в первой цепи ДНК: 18% + 30% + 20% = 68% (Г + А + Т). Определяем долю цитозина в первой цепи ДНК: 100% – 68% = 32% (Ц). Если в первой цепи Ц = 32%, тогда во второй цепи Г = 32%.

Ответ: Ц = 18%; Т = 30%; А = 20%; Г = 32%.

Следующим важным этапом образования понятия “генетический код” является его применение в разных ситуациях. В школьной программе биологии довольно часто приходится сталкиваться с реакциями матричного синтеза.

Реакции матричного синтеза – особая категория химических реакций, происходящих в клетках живых организмов. На одной матрице может быть синтезировано неограниченное количество молекул-копий. К этой категории реакций относятся:

  • самоудвоение молекул ДНК;
  • биосинтез белка;
  • репродуктивная способность клеток (деление);
  • рост, развитие, размножение и др.

Таким образом, при изучении каждой последующей темы курса общей биологии, учащимся необходимо опираться на понятие генетического кода. Некоторые ученики с большим интересом принимаются за проектную деятельность, делают попытку исследовать, обобщить, применить полученные знания на практике, сформулировать собственные рекомендации. Выходя со своими работами на школьную научно-практическую конференцию, ученики демонстрируют использование понятия генетический код:

  • в изучении возможностей продления жизни;
  • в вопросах клонирования;
  • в генетике и селекции;
  • в медицине и др.

При изучении основ генетики понятие генетического кода вновь становится актуальным. Случайные изменения генотипа вызывают разнообразные мутации.

Генные мутации возникают при замене нуклеотидов в пределах одного гена. В результате деятельности “испорченного” гена будет искажена структура белка, и он не сможет выполнять свои функции в организме. Возникнут заболевания: гемофилия, дальтонизм, альбинизм, анемия.

Хромосомные мутации происходят из-за изменения структуры хромосом. Вновь воспользуемся символической записью сути хромосомных мутаций:

КИТ плывет по океану.
КОТ на лавке ест сметану.
КРОТ в земле копает яму.

Видим, что замена части хромосомы, ее удвоение и другие изменения неизбежно приводят к появлению нового смысла прочтения генетического кода.

АБВГДЕ – норма
АБВВВГДЕ – дупликация (удвоение)
АБВДЕ – делеция (утрата срединной части) – лейкоз, синдром “крика кошки”.
АБДГВЕ – инверсия (поворот фрагмента хромосомы на 180 о ) – исчезновение алколоидности у люпинов.
АБВЖЗИ – транслокация (прикрепление участка одной хромосомы совершенно к другой хромосоме).

Особое место в изучении реакций матричного синтеза отводится биосинтезу белка. И здесь в основе лежит понятие генетического кода. Общая схема механизма может быть представлена следующим образом:

Как раз в момент перехода к следующему важному разделу биологии – Биосинтез белка – происходит экстренная реорганизация всего множества имеющихся у ребенка сведений относительно понятия “генетический код” и превращение их в обобщенную знаниевую структуру. Появляется таблица генетического кода:

Решаются задачи на использование таблицы генетического кода.

Задача № 1. Пользуясь таблицей генетического кода, определите, какие аминокислоты кодируются триплетами: ЦАТ, ТТТ, ГAT.

Задача № 2. Используя таблицу генетического кода, нарисуйте участок ДНК, в котором закодирована информация о следующей последовательности аминокислот в белке:

– аланин – аргинин – валин – глицин – лизин –

Задача № 3. Используя таблицу генетического кода, нарисуйте участок молекулы ДНК, в котором закодирована информация о следующей последовательности аминокислот в белке: – фенилаланин – лейцин – валин – изолейцин – серии – фенилаланин –

Необходимо отметить, что формирование понятия “генетический код” начинается в 9 классе, идет от простого к сложному. Наиболее сложный материал раскрывается в 10-м классе, это связано с разным уровнем развития учеников, с разной их способностью к восприятию сложного научного материала.

Развитие понятия “генетический код” способствует формированию у учащихся знаний, которые необходимы для расширения общего научного кругозора.

Осуществление задач всестороннего развития подрастающего поколения, подготовки его к активному участию в жизни общества предполагает вооружение учащихся глубокими и прочными знаниями по основам наук, чтобы они могли творчески мыслить, делать самостоятельные выводы на базе этих знаний, имели активную жизненную позицию. В решении этих задач особая роль принадлежит фундаментальным понятиям основ наук, поскольку они – главный компонент содержания и основная единица знаний. Понятие – это особая форма мышления, в то же время – важнейший объект учебных действий и фактор умственного развития учащихся.

В настоящее время понятия рассматриваются как основные единицы учебного содержания. Это обусловлено тем, что понятие фиксирует в своем содержании сущность предметов и явлений, отражает результаты обобщений. Кроме того, любое знание – законы, теории, идеи – раскрывается в форме научных понятий. Даже факты, если это реальные научные факты, являются ступенями на пути определения понятия.

Понятие – форма человеческого мышления, в которой выражаются общие существенные признаки вещей, явлений реального мира. Овладение понятием включает разнообразные операции памяти и мышления. Понятиями человек мыслит. Они помогают человеку в познании мира. Оперирование понятиями стимулирует умственное развитие учащихся, приучает их мыслить, осуществлять поиск, использовать в иных ситуациях при раскрытии новых понятий. Поэтому в системе современного обучения вопрос о формировании понятий – один из центральных.

  1. Васильева М. З. Методика преподавания биологии. Горно-Алтайск: РИО ГАГУ, 2008.
  2. Выготский Л.С. Экспериментальное исследование развития понятий //Собр. соч.: в 6-ти т. Т. 2 Проблемы общей психологии. – М.: Педагогика, 1982. – С П 8 – 184.
  3. Иванова Т. В. Методические основы развития общебиологических понятий в курсе биологии на базе естествознания: Дис. д-ра пед. наук: 13.00.02: Москва, 1999 401 c. РГБ ОД, 71:00 – 13/42 – 8
  4. Михайловская Л.В. Методика обучения предмету “Человек и мир” детей с нарушенным слухом. Мн.: БГПУ, 2004.
  5. Никишов А.И. Теория и методика обучения биологии. Изд. «КолосС», 2007.
  6. Холодная М.А. Психология интеллекта: Парадоксы исследования. Добавить комментари2-ое изд, перераб. и доп. СПб.: Питер, 2002.

Источник

О комплИментах, комплЕментах и заданиях ЕГЭ по биологии на генетический код

А доводилось ли вам получать в ресторане комплемент от шеф-повара? А комплимент вы от него получали? А знаете в чём разница между компл И ментом и компл Е ментом?

Компл И мент — это выражение восхищения, похвала в ваш адрес, а компл Е мент — это некое дополнение, в данном конкретном случае — блюдо, прекрасно сочетающееся с тем, что вы уже заказали.

И к чему это, интересно, на канале про генетику заведены разговоры про рестораны-блюда-комплименты-комплементы? А к тому, что дальше пойдёт рассказ про свойство генетического кода, называемое КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬЮ . И да, вы догадались, между этим термином и комплементом от шеф-повара есть нечто общее. Оба слова происходят от латинского complementum — дополнение.

Некоторые нуклеотиды ДНК взаимодополняют друг друга. Пространственная конфигурация комплементарных нуклеотидов такова, что они напоминают пару соединяющихся пазлов. Кроме того, между этими нуклеотидами устанавливаются водородные связи, удерживающие их напротив друг друга в противоположных цепях дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Наличие КОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ в генетическом коде приводит к тому, что в каждом участке ДНК адениновых нуклеотидов всегда столько же, сколько и тиминовых, а гуаниновых столько же, сколько цитозиновых. Это известное правило учёного Чаргаффа , что применяется при решении задач на нуклеотидный состав генетического кода:

Правило Чаргаффа позволяет легко определить процентное соотношение каждого вида нуклеотидов в ДНК, если известна процентная доля хотя бы одного из них.

Поскольку это достаточно простое задание, его даже не включают во вторую часть ЕГЭ, но только в первую. Тем не менее, уважаемые выпускники, вы должны знать, как с ним справиться. Если знаете и умеете, то примите от меня компл И мент в ваш адрес, а если так случилось, что узнали только сегодня (кто знает, может быть вы выпускники не нынешнего года, а, скажем, 2030), то пусть информация этой статьи станет компл Е ментом к вашим биологическим знаниям!

Источник

Adblock
detector