Фази на концептуално образование - генетичен код - в курса по молекулярна биология за студенти 10-ти
Раздели: Биология
Предметът "Биология", както всяка друга академична дисциплина в гимназията, е система от понятия, които отразяват основите на науката. Основните научни концепции за биология за училищния курс са специално подбрани, дидактически преработени, подредени в определен ред, развиват се в логическа последователност и са взаимосвързани.
Биологичното познание е най-важният компонент на общата човешка култура. В резултат на изучаването на биологичния курс завършилите гимназия трябва да формират биологична картина на света, където биологичните концепции са централната връзка в биологичното знание. Тяхното формиране е дълъг и сложен процес, който изисква от учителя да подбере правилно педагогическите технологии.
Едно от основните понятия както на биологията, така и на живота като цяло е понятието „генетичен код“. Познаването на генетичния код е от голямо значение за всяка област на биологията, както и за много отрасли на химическата, хранителната и фармацевтичната индустрия, за развитието на генетиката, микробиологията, генното инженерство, медицината, развъждането и земеделието.
Фази на формиране на концепцията за "генетичен код":
На етапа на създаване на условия за учениците да осъзнаят необходимостта от нов начин за описване на предишния си опит, учениците вече знаят централната догма на молекулярната биология:
2. Позволява ви да сканирате част (ген) информация и да я извадите от банката с данни.
2. Позволява повторно използване на сканирана информация за синтез на протеини.
ДНК, тРНК и протеините са биополимерни макромолекули, като ДНК е двуверижна молекула, а иРНК и протеин са едноверижни молекули. Освен това нуклеиновите киселини се състоят от 4 нуклеотида, а протеините - от 20 аминокиселини.
Възниква въпросът: Как да синтезирам протеин, състоящ се от последователност от 20 аминокиселини върху матрица, състояща се от последователност от 4 нуклеотида?
След поставянето на проблемния въпрос започва следващата фаза от формирането на понятието „генетичен код“. На този етап се въвеждат символно-символни и визуални обозначения на концепцията, подчертават се нейните особени и общи характеристики.
Студентите разбират, че за да се изрази една знакова система с друга знакова система, е необходимо код (шифър). Учениците са добре запознати с използването на шифъра от собствения си житейски опит, поради което по време на урока са дадени различни примери.
В творбата на А. Конан Дойл „Dancing Men“ буквите на английската азбука съответстват на рисунки на фигури на хора:
В произведението на А.Е. "Златният бръмбар" буквите на английската азбука съответстват на цифри и знаци:
Генетичен код - единна система за "запис" на наследствена информация в молекулите на нуклеинови киселини под формата на нуклеотидна последователност, присъща на всички живи организми, която определя последователността на аминокиселините във всеки протеин на животни, растения, бактерии и вируси на планетата Земя.
Генетичен код азбука: A - аденин, T - тимин (U - урацил), G - гуанин, C - цитозин. Това са имената на азотни основи, които са част от нуклеотидите и ги различават една от друга. По този начин от 4 нуклеотида можете да изградите безкрайно дълги вериги от нередовни биополимери: -A-A-T-G-C-C-T-A-A-T-T-C– .
Синтезът на втората ДНК верига, сканирането на информация от ДНК за един протеин и синтеза на иРНК се извършва съгласно принципа на комплементарност или комплементарност. Всъщност, принцип на допълняемост - образуването на постоянни непроменени комплекси между азотни основи на нуклеотиди:
Тъй като химическата структура на всички нуклеинови киселини и протеини е еднаква, учениците стигат до формулирането на такова свойство на генетичния код като универсалност - единство за всички живи на Земята.
Използвайки математическия метод на комбинаториката, учениците започват следните разсъждения:
4 нуклеотида могат да кодират само 4 аминокиселини, а има 20.
От комбинации от 2 нуклеотида 4 2 = 16. Този брой комбинации не е достатъчен.
От комбинациите от 3 нуклеотида, 4 3 = 64. Този брой комбинации е повече от достатъчен. По този начин генетичният код има следните свойства:
- триплет - триплети (триплети, кодони) на нуклеотиди се използват за кодиране на аминокиселини;
- прекомерен - една аминокиселина може да бъде кодирана с повече от един триплет;
- специфични - един и същ триплет не може да кодира различни аминокиселини.
В символична и в същото време комична форма биологичната същност на генетичния код може да бъде изразена по следния начин:
След формулиране на основните свойства на генетичния код може да се премине към фазата на обогатяване на концепцията - натрупване на опит в експлоатацията на въведената концепция, разширяване на възможните ресурси за разбиране на нейното съдържание.
В училищната учебна програма по молекулярна биология е общоприето, че генът е участък (фрагмент) от ДНК молекула, който носи информация за структурата на един протеин. Трябва обаче да се има предвид генетичната единица на механизма за регулиране на протеиновия синтез оперон, който включва един или повече структурни гени, които носят информация за структурата на иРНК, която от своя страна носи информация и структурата на протеина.