Урок – игра «Клетка структурная и функциональная единица всего живого».
Задачи урока:
1. Систематизировать знания учащихся о составе, строении клеток, процессах метаболизма у представителей разных царств живой природы.
2. Проверить уровень сформированных цитологических знаний, умение применять знания для объяснения процессов, происходящих в клетке.
3 Формировать интерес к истории биологической науки, методам научного познания.
Обобщающий урок проводится в нетрадиционной форме игры «Брейн - ринг». В классе формируются 3 команды по 6 человек; 3 человека – статистики (подсчитывают количество баллов у команд); остальные – болельщики.. Содержание заданий включает вопросы, которые недостаточно раскрыты в учебниках, а именно: методы исследования строения и процессов жизнедеятельности клетки; история научных открытий и достижения науки; применение знаний в практической деятельности людей. Вопросы составлены преимущественно на эвристическом и творческом уровнях и разделены на три блока: химический состав клетки, процессы метаболизма, строение клетки.
ХОД УРОКА
Учитель. Сегодня мы проводим урок по теме: «Клетка структурная и функциональная единица всего живого». Ведущий читает вопрос на обсуждение вопроса отводится одна минута. Команда, которая первой поднимет руку, отвечает. Затем зачитывается правильный ответ. Ответы оцениваются, статистики ведут учет баллов на доске. На некоторые вопросы отвечают сразу все команды.
Учитель определяет количество ответов, которые должна дать каждая команда, зарабатывая очки. Если команда затрудняется с ответом, то право ответа предоставляется болельщикам, а затем соперникам..
В качестве примера приведем вопросы, разделенные на блоки, для работы по первому варианту. В зависимости от поставленных целей учитель может использовать вопросы как вариант промежуточного контроля, для создания проблемных ситуаций на уроках, в других дидактических ситуациях.
Блок «Вещества»
1. Какое вещество Леонардо да Винчи назвал «соком жизни»? (Воду.)
2. Какое жизненно важное вещество являлось когда-то заменителем денег? (Поваренная соль.)
3. Благодаря каким свойствам белка кератина археологи находят остатки рогов и копыт? (Кератин не растворяется в воде, не сворачивается, очень долго не разрушается в земле.)
4. В какое время года и зачем концентрация глюкозы в крови лягушки увеличивается в 60 раз? (Зимой и ранней весной, потому что при повышении концентрации глюкозы температура замерзания крови понижается.)
5. Каждые 10 кг жира дают при расщеплении 11 кг метаболической воды. Какие животные используют эту особенность метаболизма жиров? (Животные, вынужденные долгое время находиться без доступной воды: медведи во время спячки, верблюды в пустыне и т. д.)
6. В 1881 г. биолог Лунин получил сбалансированное по органическим веществам синтетическое молоко, которым он кормил лабораторных мышей. Мыши погибли. Чего недоставало в молоке? (Витаминов, необходимый комплекс которых содержится в натуральном молоке.)
7. Французские фармацевты Пельтье и Каванту залили зеленые листья спиртом, а потом выделили из полученного раствора зеленое вещество. Как они назвали его. (Хлорофилл.)
8. В 1965 г. американский химик Вудворд был удостоен Нобелевской премии за синтез хлорофилла. Почему эта работа получила столь высокую оценку? (В то время были большие надежды на реализацию искусственного фотосинтеза в промышленных масштабах. Газеты писали: «Конец голоду и нищете!»)
9. В 1827 г. английский врач Праут разделил все органические вещества клетки на три группы. Как мы их называем? (Белки, жиры, углеводы.)
10. Сначала белки называли альбуминами, затем протеинами. Объясните эти названия. (Альбумин – белок куриного яйца, протеин – от proteus – первичный, основной.)
11. В 1844 г. Буссенго определил относительную ценность различной пищи в зависимости от содержания белка. Чем она определяется? (Наличием незаменимых аминокислот.)
12. В 1897 г. немецкий химик Бухнер получил свободный от дрожжевых клеток дрожжевой сок и добавил его в раствор сахара. Сахар подвергся брожению. Как объяснил ученый результат опыта? (Раствор содержал ферменты брожения.)
13. Зачем морякам Британского флота давали лимонный сок? (Сок – источник витамина С, предотвращающего заболевание цингой.)
14. Восемь лет понадобилось Сэнгеру, чтобы установить структуру белка из 50 аминокислот, а в 1953 г. его синтезировать. Этот синтетический дешевый белок спас миллионы жизней. Как он называется? (Инсулин.)
15. В 1963 г. в Голландии появились стиральные порошки, которые хорошо удаляли грязь, но действовали при температуре не выше 40 °С, белье с таким порошком не рекомендовали кипятить. Каково действующее начало порошка, какое вещество ограничивало температурный режим? (Ферменты. Они денатурируют при высоких температурах и теряют свои свойства.)
16. На Востоке рассказывают легенду. Арабский купец перед путешествием через пустыню наполнил молоком бурдюки из свежих овечьих желудков. В конце пути он имел не питье, а еду (сыр). Откуда взялся сыр? (В бурдюке из желудка овцы содержался фермент химозин, или ренин, он и превратил молоко в сыр.)
17. В романе Жюля Верна описывается забавный случай. Путешественники собрались поужинать мясом ламы гуанако, но оказалось, что мясо несъедобно. «Быть может, оно слишком долго лежало?» – спросил один из путешественников. «Нет, оно слишком долго бежало», – ответил ученый Паганель. Действительно мясо гуанако съедобно, если животное поймано во время отдыха. Почему? (Во время продолжительного бега в мышцах накапливается молочная кислота.)
18. Гулливер, герой Джонатана Свифта, оказавшись без соли, сказал: «Сначала я очень болезненно ощущал отсутствие соли, но скоро привык обходиться без нее, и я убежден, что распространенное употребление этого вещества есть результат невоздержанности. Ведь мы не знаем ни одного животного, которое любило бы соль». В чем ошибка Гулливера? (Соль — совершенно необходимое для жизнедеятельности вещество, животные тоже испытывают солевой голод.)
19. Человек и большинство животных не могут питаться целлюлозой. Однако термиты и травоядные звери способны ее переваривать. Что им помогает? (Простейшие и бактерии, которые живут у них в кишечнике.)
20. Юлий Цезарь оставлял в войсках только тех солдат, которые при виде врага краснели, а не бледнели. Объясните его выбор. (При выбросе адреналина, гормона агрессии, человек краснеет, а при выбросе норадреналина, гормона страха, человек бледнеет.)
21. Какое вещество можно назвать энергетической валютой клетки? (АТФ.)
22. В каждом килограмме печени белого медведя накапливается столько этого витамина, что хватит человеку на 40 лет. Считают, что именно этим веществом отравились полярники экспедиции Андре. Однако недостаток этого витамина вызывает «куриную слепоту». Как он называется? ()
23. Иногда для обеззараживания питьевой воды используется медицинский препарат ацедин-пепсин (аналог желудочного фермента). Объясните механизм действия этого вещества. (Фермент гидролизует белки микробов, и они погибают.)
24. Молекула белка коллагена денатурирует при температуре 37 °С, однако человек не погибает и при более высокой температуре. Как это можно объяснить? (Это происходит благодаря механизму терморегуляции.)
25. Ученые выделили ген из клеток злокачественной опухоли. Оказалось, что от нормального он отличается только одним нуклеотидом. Предположите, какие причины могли вызвать сбой. (Онковирусы, вещества-мутагены, радиоактивное облучение и т. д.)
Блок «Строение»
1. Что можно назвать «библиотекой» клетки, а что «сборочным цехом»? (Ядро; рибосомы.)
2. приехал из России, чтобы убедиться в чудесах, открытых благодаря обыкновенным линзам. О каком открытии идет речь? К кому приезжал русский царь? (Открытие микромира с помощью сконструированного микроскопа; ученый Антоний ван Левенгук.)
3. Какой органоид открыл в 1865 г. ученый Сакс, окрашивая йодом разные части клетки? (Хлоропласт.)
4. В клеточной мембране этих организмов ученые нашли пигмент, идентичный зрительному – родопсину. Пигмент помогал этим организмам синтезировать органические вещества. К какой группе они относятся? (Галобактерии.)
5. В 1831 г. ботаник Р. Браун предположил, что эта клеточная структура характерна для всех клеток растений и животных. Как она называется? (Ядро.)
Блок «Процессы»
1. В 1625 г. Гельмонт заложил опыт. Он взвесил горшок с землей и иву, которую посадил в этот горшок. В течение 5 лет ученый поливал иву. По окончании опыта вес дерева увеличился на 74 кг, а вес земли уменьшился на 57 г. Гельмонт думал, что растение получало пищу из воды, которой он его поливал. Какой процесс изучал ученый, какую ошибку он допустил в рассуждениях? (Фотосинтез; он не знал, что растения поглощают углекислый газ.)
2. Православием установлено около 200 постных дней, когда нельзя употреблять продукты животного происхождения. Оцените эту традицию с точки зрения знаний клеточного строения и клеточного метаболизма. (Для поддержания жизнедеятельности организма необходимо возобновление клеточных структур, например, мембраны состоят из липидов и белков, которые содержатся в основном в пище животного происхождения.)
3. Кто должен употреблять больше белков: учитель или ученик? (Ученик, у него интенсивнее идет пластический обмен.)
4. До 1883 г. считалось, что ассимиляция углекислоты – специфическая особенность фотосинтеза. В 1883 г. обнаружил, что фотосинтез может происходить без выделения кислорода. В 1887 г. открыл бесхлорофильные организмы, способные к синтезу органических веществ из неорганических. что это за организмы и как называется процесс? (Бактерии; хемосинтез.)
5. Доктор Оу из Калифорнийского университета поместил в пробирку люциферин и люциферазу, соединения магния и АТФ. Содержимое пробирки стало светиться. Какое явление имитировал ученый? (Свечение светлячков, или люминисценцию.)
6. В 1856 г. французские виноделы пригласили на консультацию Пастера. Вино при длительном
хранении прокисало, или прогоркало, принося большие убытки. Пастер установил, что в вине живут два вида бактерий, вызывающих два разных брожения. Назовите их. (Уксуснокислое и масляно-кислое.)
7. Объясните слова французского поэта Сюлли-Прюда: «Пусть вымерли все наши предки – бессмертные живые клетки наследство бережно хранят». (Высказывание связано с механизмом передачи наследственной информации, от обоих родителей детям. Родители, в свою очередь, получили эти гены от своих мам и пап. )
8. Это событие произошло в 1771 г. Пристли искал способ очищения «испорченного» воздуха. В одном из опытов он установил, что ветка мяты очистила воздух и спасла жизнь мышонку. О каком открытии идет речь? (О выделении кислорода при фотосинтез.)
9. Какие фазы митоза описывает В. Дудинцев в романе «Белые одежды»: «Хромосомы шевелились, как клубок серых червей, потом вдруг выстроились в строгий вертикальный порядок. Вдруг удвоились – теперь это были пары. Тут же какая-то сила потащила эти пары врозь, хромосомы подчинились, обмякли, и что-то их повлекло к разным полюсам». Какую ошибку допустил автор? (Метафаза, анафаза; хромосомы удваиваются в интерфазе.)
10. В переводе с греческого miles – нить. Именно от этого слова произошло название процесса деления клетки – митоз. Почему именно так его назвал Флеминг? (После спирализации во время деления клетки хромосомы становятся видимыми.)
Подведение итогов игры. Награждение победителей грамотами.
Приложение 5.
Смотр знаний по теме: «Клетка – основа всего живого».
Зачетное занятие.
Цель занятия: дать независимую комплексную оценку знаний, умений и навыков учащихся по теме: «Клетка – основа всего живого ».
Демонстрационное оборудование:
– печатные таблицы из серии таблиц по общей биологии (выпуск II): «Схема строения клетки бактерии и синезеленой водоросли (по данным электронного микроскопа)», «Вирусы», «Генетический код», «Биосинтез белка»; таблица «Клетка» из серии таблиц по анатомии человека; таблица «Одноклеточная зеленая водоросль хламидомонада» из серии таблиц по биологии для 7-го класса; таблицы «Тип Простейшие» и «Тип Хордовые. Класс Земноводные. Лягушка» из серии таблиц по зоологии (вып. 1);
– самодельные таблицы: «Жидкостно-мозаичная модель мембраны», «Схема ферментативного расщепления субстрата», «Схема синтеза АТФ в митохондриях», «Эволюционное развитие органического мира»;
– натуральные объекты: плоды рябины или соплодия шиповника, мох мниум, сырой картофель (10 клубней), вареный картофель (5 клубней), луковицы лука репчатого (5 штук); микропрепараты: «Бактериальная клетка», «Животная клетка», «Покровная ткань листа».
Лабораторное оборудование: 4 микроскопа обычных и один с иммерсионной системой, предметные и покровные стекла, 6 скальпелей, 6 пинцетов, 12 препаровальных игл, 5 стаканов с водой, склянка с вазелиновым маслом (для иммерсионной системы микроскопа), спиртовка, пробиркодержатель, 10 штативов для пробирок с двумя пробирками в каждом, 6 лабораторных лотков.
Химические реактивы и принадлежности: стакан с насыщенным раствором поваренной соли, 5% раствор медного купороса, 3% раствор перекиси водорода, 10% раствор едкого натра, 3% раствор нитрата серебра, полоски фильтровальной бумаги, два коробка спичек, лучина, кипелка, терка, 5 тарелок.
Смотр знаний проводится на сдвоенном уроке (продолжительность 90 мин).
ХОД ЗАНЯТИЯ
1. Конференция. Ученики выступают с рефератами, презентациями, проектами по темам:
–– Клетка как биологическая система.
– Клеточная теория.
- Прокариотический тип организации клетки.
– Значение бактерий.
– Теория симбиогенеза в происхождении клеточных структур.
- Эукариотический тип организации клетки.
- Неклеточные формы жизни.
2 Лабораторно-практическая часть. Ученики проводят лабораторные работы по карточкам-заданиям.
Карточка № 1. Докажите экспериментально, что клетки растительного и животного организма имеют общий план строения. Карточка № 2. На основании результатов изучения готовых микропрепаратов «Бактериальная клетка» и «Животная клетка» дайте характеристику (основные черты сходства и различия) прокариот и эукариот. Карточка № 3. Докажите опытным путем, что в концентрированных растворах вакуоли теряют воду. Карточка № 4. Практически докажите, что клетки растительного организма имеют разные типы пластид. Карточка № 5. Приготовьте препарат, позволяющий рассмотреть тонкое строение хлоропласта, объясните увиденное. Карточка № 6. Докажите опытным путем, что в клетках клубня картофеля имеются ферменты. Карточка № 7. Докажите опытным путем, что молекулы белков содержат пептидные (амидные) связи.
3.Решение цитологических задач.
В помощь учителю-ассистенту, оценивающему работу учащихся, выдаются карточки, в которых отражаются примерные решения и ответы, которые должны быть результатом работы ученика над задачей.
Можно использовать и другие типы задач [4–6]. Целесообразно заранее прорешать задачи по молекулярной биологии и провести практикум, но рассматривать не все работы, входящие в состав смотра знаний. Большую помощь в проведении практикумов окажут пособия [7–8].
Задача 1
Дано: фрагмент блокирующей цепи ДНК: –А–А–Т–Ц–Г–Т–Г–Ц–Ц–. Найти: иРНК.
Рассуждение: иРНК синтезируется с кодирующей цепи ДНК, которая нам не дана, а дана ее замыкающая – блокирующая часть. По принципу комплементарности в молекуле ДНК А=Т, а Г=Ц. В молекуле РНК нет Т, а есть его аналог У.
Решение и ответ:
бДНК:–А–А–Т–Ц–Г–Т–Г–Ц–Ц–,
кДНК: –Т–Т–А–Г–Ц–А–Ц–Г–Г–,
иРНК: –А–А–У–Ц–Г–У–Г–Ц–Ц–.
|
Задача 2
Дано: общее количество нуклеотидов равно 474, из них Т = 13%. Найти: долю нуклеотидов А и Ц, количество аминокислот белка.
Рассуждение. По принципу комплементарности в молекуле ДНК А=Т, а Г=Ц. Следовательно, (А+Т) + (Г+Ц) = 100%. Генетический код триплетен, т. е. каждая аминокислота в белке зашифрована тремя нуклеотидами, следовательно, количество нуклеотидов : 3 = кол-во аминокислот (n).
Решение. Т = 13%, значит, А = 13%. (Г+Ц) = 100% – (А+Т) = 74%. Ц = 74% : 2 = 37%.
474 нуклеотида : 3 = 158 аминокислот.
Ответ: А = 13%, Ц = 37%, кол-во аминокислот белка = 158.
|
Задача 3
Дано: иРНК: –Г–Ц–Ц–Ц–Г–Ц–А–А–У–А–Г–У–. Найти: тРНК, аминокислоты.
Рассуждение. Генетический код триплетен, т. е. каждая аминокислота в белке зашифрована тремя нуклеотидами. По принципу комплементарности между молекулами иРНК и тРНК имеется соответствие А=У, а Г=Ц.
Решение и ответ:
иРНК: –Г–Ц–Ц–Ц–Г–Ц–А–А–У–А–Г–У–,
тРНК: –Ц–Г–Г–Г–Ц–Г–У–У–А–У–Ц–А–,
аминокислоты белка: –аргинин–аланин–лейцин–серин–.
|
Задача 4
Дано: рибонуклеаза (124 аминокислоты), r = 0,34 нм. Найти: кол-во нуклеотидов и длину ДНК.
Рассуждение. По условию задачи белок состоит из 124 мономеров. Каждый мономер в белке кодируется тремя нуклеотидами, следовательно, кДНК содержит в три раза больше мономеров. Зная их число и r нуклеотида, найдем общую длину ДНК.
Решение: 124/3 = 372, но молекула ДНК – двойная спираль, значит 372/2 = 744.
0,34/372 = 126,48 нм или, примерно, 1,3/10–4 мм.
Ответ: двойная спираль ДНК, отвечающая за синтез рибонуклеазы, состоит из 744 нуклеотидов, а ее длина равна 126,48 нм, или, примерно, 1,3/10–4 мм.
|
Задача 5
Дано: n(С6Н12О6) = 5 молей, из них 2 моля расщеплено кислородом. Найти: n(С3Н6О3); n(АТФ); n(О2).
Рассуждение. Кислородное расщепление глюкозы идет по следующему уравнению:
С6Н12О6 + 6О2 + 36АДФ + 36Н3РО4 = 42Н2О + 6СО2 + 36АТФ,
а гликолиз: С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 = 2Н2О + 2АТФ + 2С3Н6О3.
Решение.
1. Для расщепления 2 молей глюкозы кислородом его по уравнению реакции необходимо 2/6 = 12 молей.
2. В ходе гликолиза из 3 молей глюкозы по уравнению реакции образуется 2/3 = 6 молей молочной кислоты.
3. По уравнениям реакций при гликолитическом расщеплении 3 молей глюкозы образуется 6 молей АТФ, а при кислородном расщеплении 2 молей глюкозы образуется 72 моля АТФ. Итого из 5 молей глюкозы образовалось 78 молей АТФ.
Ответ: n(С3Н6О3) = 6 молей; n(АТФ) = 78 молей; n(О2) = 12 молей.
|
Задача 6
Дано: m(СО2) = 44 кг; M(СО2) = 44 г/моль; M(Н2О) = 18 г/моль; Vm = 22,4 л/моль; M(С6Н12О6) = 180 г/моль; M(О2) = 32 г/моль.
Найти: V(Н2О); V(О2); m(С6Н12О6).
Рассуждение. Общее уравнение фотосинтеза имеет следующий вид:
6Н2О + 6СО2 = С6Н12О6 + 6О2. Зная массу углекислого газа, можем найти его количество (n) по формуле: n = m/M, а по уравнению фотосинтеза определить количество других веществ. Затем определить объем и массу искомых веществ по формулам: V = n/Vm; m = M/n.
Решение: n(СО2) = 44 кг : (44/10–3 кг/моль) = 1000 моль.
n(СО2) = n(Н2О) = n(О2), а n(С6Н12О6) = n(СО2) : 6.
V(Н2О) = V(О2) = 1000 моль / 22,4 л/моль = 22 400 л.
m(С6Н12О6) = 1000 моль : 6 / 180 г/моль = 166,4/180 = 29 952 г, или примерно 30 кг.
Ответ: V(Н2О) = 22 400 л; V(О2) = 22 400 л; m(С6Н12О6) = 30 кг.
|
Методические рекомендации по организации и проведению занятия
Для ответов на теоретические вопросы ученики используют таблицы, некоторые необходимо изготовить самостоятельно силами учащихся, которые хорошо рисуют. Эту работу следует оценить. Таблица «Схема синтеза АТФ в митохондриях» изготавливается по рис. 80 учебника общей биологии [1, с. 166].
Таблица «Эволюционное развитие органического мира» изготавливается либо по рисунку цветной вкладки ко второй главе с. 42 вышеуказанного учебника, или по рис. 201 из учебника для углубленного изучения биологии [2, с. 322]. Таблица «Схема ферментативного расщепления субстрата» делается по рисунку из книги «От пекарни до биофабрики» [3, с. 31].
В этих же пособиях вы найдете все необходимые комментарии к таблицам и, соответственно, эту информацию должны изложить учащиеся при ответе с их использованием, таблицу «Современные положения клеточной теории» (табл. 1). На смотре знаний они устно воспроизводят содержание этой таблицы, используя печатные пособия.
Таблица 1. Современные положения клеточной теории
Направления теории
| Формулировка положения
| Примеры доказательств
| Печатные пособия
| Определение понятия «клетка»
| Это элементарная единица строения и функционирования организма
| Внеклеточных форм жизни нет. Вирусы являются лишь подтверждением теории, т. к. размножаются только в клетках.
| «Вирусы»
| Гомология
| Клетки всех организмов гомологичны, т. е. сходны по своему составу и строению
| Все клетки от внешней среды отделены оболочкой, внутри заполнены цитоплазмой, которая в своем составе имеет белки, жиры, углеводы и минеральные соли
| «Клетка»
| Функции
| Клетка характеризуется обменом веществ, движением, развитием, размножением
| Клетке как основному элементу живой системы присущи все атрибуты жизни
| «Тип простейшие»
| Образование
| Клетки возникают только путем деления или слияния ранее существующих клеток
| Ограниченность материальных и энергетических ресурсов неклеточной среды делает вероятность самопроизвольного возникновения клетки бесконечно малой
| «Одноклеточная зеленая водоросль хламидомонада»
| Эволюция
| Все организмы на Земле произошли от одного общего одноклеточного предка
| Любой многоклеточный организм возникает и развивается из одной клетки – зиготы. Анализ геномов клеток различных видов указывает на их родственную связь
| «Тип Хордовые. Класс Земноводные. Лягушка»
|
В помощь учителю-ассистенту, оценивающему работу учащихся на посту № 2, выдается карта, в которой отражаются те действия, которые должен произвести ученик в ходе работы над карточкой-заданием. Она может иметь вид, приведенный в таблице 2.
Таблица 2. Работа учащихся по карточкам
№ карточки
| Правильные действия ученика
| Правильный выбор оборудования и объектов
| 1
| Учащиеся готовят микропрепарат листа мха мниума, рассматривают его при малом увеличении и делают рисунок одной из его клеток. Далее рассматривают готовый микропрепарат «Животная клетка», делают рисунок одной из увиденных клеток. Дают ассистенту аргументированные ответы
| Микроскоп, предметное и покровное стекла, лабораторный лоток, стакан с водой, пипетка, скальпель, пинцет, препаровальные иглы, микропрепарат «Животная клетка» и побеги мха мниума
| 2
| Учащиеся рассматривают микропрепарат «Животная клетка» при малом увеличении и делают рисунок одной из его клеток. Далее рассматривают готовый микропрепарат «Бактериальная клетка», делают рисунок одной из увиденных клеток. Дают ассистенту сравнительную характеристику клеток в устной форме
| Микроскоп, микропрепараты «Животная клетка» и «Бактериальная клетка»
| 3
| Учащиеся готовят микропрепарат из покровной ткани луковицы лука репчатого, рассматривают его при малом увеличении и делают рисунок группы из двух-трех клеток. Затем с помощью фильтровальной бумаги удаляют воду из микропрепарата, добавляют насыщенный раствор соли, наблюдают явление плазмолиза и делают рисунок группы клеток
| Микроскоп, предметное и покровное стекла, лабораторный лоток, стакан с водой, пипетка, стакан с насыщенным раствором поваренной соли, скальпель, пинцет, препаровальные иглы, луковица лука репчатого, полоски фильтровальной бумаги
| 4
| Учащиеся готовят микропрепарат из мякоти плода рябины или соплодия шиповника, рассматривают его и микропрепарат «Покровная ткань листа» при большом увеличении и делают рисунки увиденных клеток
| Микроскоп, предметное и покровное стекла, лабораторный лоток, стакан с водой, пипетка, скальпель, пинцет, препаровальные иглы, плоды рябины или соплодия шиповника, микропрепарат «Покровная ткань листа»
| 5
| Учащиеся изготавливают микропрепарат из листа мха мниума, рассматривают его при малом увеличении для нахождения наилучшей клетки для ее установки в центре поля, заменяют воду на 3% раствор нитрата серебра, а на покровное стекло наносят вазелиновое масло. Рассматривают клетку листа при большом увеличении с помощью иммерсионной системы микроскопа и делают рисунок хлоропласта
| Иммерсионный микроскоп, предметное и покровное стекла, лабораторный лоток, стакан с водой, пипетка, скальпель, пинцет, препаровальные иглы, побег мха мниума, 3% раствор нитрата серебра
| 6
| Учащиеся вырезают из сырого и вареного картофеля кусочки и кладут их в пробирки, заливают раствором перекиси водорода. Поджигают лучину и гасят ее, а затем подносят к пробирке, из которой выделяются пузырьки газа. Дают ассистенту аргументированные ответы по наблюдаемому явлению
| Штатив с пробирками, скальпель, лучина, 3% раствор перекиси водорода, сырой и вареный клубни картофеля, кипелка
| 7
| Учащиеся натирают на терке сырой клубень картофеля для получения сока и собирают его в пробирку. В другую пробирку сливают растворы едкого натра и медного купороса до получения гидроксида меди II. Приливают к полученному гидроксиду картофельный сок и, если реакция идет медленно, подогревают пробирку до получения фиолетовой окраски раствора
| Штатив с пробирками, спиртовка, терка, 5% раствор медного купороса, 10% раствор едкого натра, сырой клубень картофеля, пробиркодержатель, тарелка
|
Подведение итогов урока. Анализ проделанной работы. Отметить лучшие презентации, дать им оценку.
Приложение 6.
|
Урок-игра «Клетка – биологическая система».
Урок проводится в нетрадиционной форме игры «Что? Где? Когда?»
Задачи: закрепление знаний о строении и функциях клеток, повышение интереса к биологическим наукам, использование знаний на практике.
Организация урока: Подготовить занимательные вопросы к уроку, магнитофонные записи, сформировать команды, выбрать жюри, приготовить призы, волчок
Вопросы раскладываются по секторам.
Сектор 1
Вместе с пищей растительного и животного происхождения в организм человека поступают нуклеиновые кислоты. Могут ли нуклеотиды этих нуклеиновых кислот, использоваться организмами без химического расщепления или необходимо предварительное их расщепление на составные компоненты? (Не могут. В стенку кишечника всасываются только нуклеозиды и другие продукты деградации нуклеиновых кислот. После всасывания при отсутствии авитаминозов нуклеозиды подвергаются дальнейшему расщеплению, но могут и использоваться для синтеза нуклеотидов.)
Сектор 2
Блиц-турнир. (Команда отвечает на 3 вопроса, на обсуждение каждого вопроса – 20 секунд. Правильный ответ на все 3 вопроса оценивается 1 баллом.
1. Какие «носильщики» работают в клетке, что и куда они переносят? (т-РНК переносят аминокислоты к месту синтеза белка.)
2. Где и с помощью чего происходит перевод текстов ДНК на язык белков? (В ядре клетки информация с матрицы ДНК переписывается на и-РНК, которая затем поступает к месту синтеза белка на гранулярную ЭПС.)
3. Почему очень длинная нуклеотидная запись дает в результате сравнительно небольшие белковые молекулы? (Триплет нуклеотидов кодирует одну аминокислоту, белковая цепь сворачивается, приобретая вторичную, третичную и четвертичную структуры.)
Сектор 3
Кого из русских ученых называли «солнцепоклонником» и почему?
(«Солнцепоклонником» называли , он изучал процесс фотосинтеза.)
Сектор 4
Музыкальная пауза.
Сектор 5
Блиц-турнир.
1. Какие органоиды можно уподобить сборочному цеху? (Рибосомы.)
2. Какой органоид играет роль «силовой станции»? (Митохондрии.)
3. Внутри какого органоида находятся ферменты, способные расщеплять белки, жиры и углеводы? (В лизосомах.)
Сектор 6
Уважаемые знатоки! Вирусы – это неклеточные формы жизни. Они имеют настолько простое строение, что их нередко вообще не считают живыми организмами.
Каждая вирусная частица состоит из одной молекулы генетического материала (ДНК или РНК), которая окружена оболочкой, состоящей, главным образом, из белка. Все вирусы условно делят на простые и сложные. Простые вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки – капсида. Сложные – помимо белков капсида и нуклеиновой кислоты могут содержать липопротеиновую мембрану, углеводы и неструктурные белки – ферменты.
Вирусы являются возбудителями многих болезней человека, животных (грипп, полиомиелит) и растений (мозаичная болезнь табака, гороха).
1. Кем и когда были открыты вирусы? (Вирусы открыты в 1892 г.)
2. На каком этапе эволюции появились вирусы? Укажите последовательность возникновения в процессе эволюции: эукариоты, неклеточные структуры, вирусы, прокариоты. (Вирусы могут размножаться только в живых клетках, поэтому они должны были появиться в процессе эволюции после возникновения клетки: неклеточные структуры ––> прокариоты ––> вирусы ––> эукариоты.)
3. Почему наличие нуклеиновой кислоты не обеспечивает размножение вирусов? (Размножение вирусов возможно лишь при наличии ферментативных систем соответствующих клеток хозяина.)
Сектор 7
Почему клетку называют саморегулирующейся, самовоспроизводящейся и открытой системой?
(В клетке протекают реакции обмена веществ, обеспечивающие постоянство внутренней среды, поэтому клетка – саморегулирующаяся система. Размножение происходит путем деления с образованием дочерней клетки, которая при отсутствии мутаций неотличима от материнской. Клетка является открытой системой, т. к. она обменивается веществом и энергией с окружающей средой.)
Сектор 8
Вам предлагается тест. Выберите правильные ответы и запишите их номера. На выполнение этого задания – одна минута.
1. При гидролизе АТФ образуется АДФ и фосфат.
2. Расщепление молекулы АТФ называется окислением.
3. АТФ – адениловый нуклеотид с присоединенными к нему двумя остатками фосфорной кислоты.
4. В состав АТФ входит три остатка фосфорной кислоты.
5. Молекула АТФ содержит две макроэргические связи.
6. Расщепление молекулы АТФ называется гидролизом.
7. АТФ образуется в лизосомах.
8. АТФ образуется в митохондриях клетки.
9. Молекула АТФ содержит три макроэргические связи.
10. АТФ – это разменная энергетическая валюта клетки.
(Правильные ответы: 1, 4, 5, 6, 8, 10.)
Сектор 9
Представьте себе, что вы находитесь внутри клетки, увеличенной в миллион раз. Попробуйте описать, что вы видите вокруг себя?
(Ответ зависит от фантазии членов команды. Эксперты дают ему оценку.)
Сектор 10
Чем определяется многообразие белков и их специфичность?
(Многообразие белков определяется различным составом аминокислот и порядком их следования в цепи. Специфичность белка определяется его сложной структурой, сформировавшейся в процессе эволюции для выполнения определенной функции.)
Сектор 11
Блиц-турнир.
1. В каком органоиде клетки происходит процесс фотосинтеза? (Фотосинтез происходит в хлоропласте.)
2. В каком органоиде накапливаются продукты синтетической деятельности, которые затем поступают в цитоплазму? (Ферменты накапливаются в комплексе Гольджи.)
3. Как называется процесс поглощения мелких капель жидкости клетками? (Пиноцитоз.)
Сектор 12
Уважаемые знатоки! Вам предлагается решить задачу. Какое изменение в коде вызывает заболевание серповидно-клеточной анемией? Генетический код у вас лежит на столах. При серповидно-клеточной анемии одному из фрагментов молекулы гемоглобина соответствует следующая последовательность оснований в ДНК: АЦЦТГТАААЦААЦЦАЦГГГТГТАГТТТТ. Назовите аминокислоты и их порядок в этом фрагменте белка.
Нормальному гемоглобину соответствует следующий код в цепочке ДНК: АЦЦТГТАААЦААЦЦАЦГГГАГТАГТТТТ. Назовите аминокислоты и их порядок в этом фрагменте белка. Какое изменение в коде ДНК вызывает заболевание?
(У больных фрагмент белка: Три-Тре-Лей-Лей-Вал-Про-Тре-Сер-Лиз. У здоровых фрагмент белка: Три-Тре-Лей-Лей-Вал-Про-Сер-Сер-Лиз. Вероятно, произошла точковая мутация: аденин заменился на тимин, при этом остаток серина в нормальном белке заменился на треонин в дефектном.)
Сектор 13
Паразитические организмы, обитающие во внутренних органах позвоночных, в своем организме накапливают питательные вещества в виде гликогена, а не более энергоемких жиров. Чем это обусловлено?
(Паразиты внутренних органов позвоночных, например печеночный сосальщик, бычий цепень, живут в условиях дефицита кислорода и запасают в своем организме преимущественно гликоген, а не жиры, хотя при расщеплении жиров энергии образуется почти в два раза больше, чем при расщеплении углеводов. Это происходит потому, что для паразитов в этих условиях основным источником энергии является бескислородное расщепление глюкозы – гликолиз.)
Сектор 14
Если нанести пероксид водорода на срезы сырого и вареного картофеля, выделение кислорода наблюдается лишь на одном срезе. На каком и почему? (Кислород выделяется на срезе сырого картофеля, потому что растения имеют ферменты, разлагающие пероксид водорода. При варке ферменты денатурируют, т. е. теряют активность.)
Сектор 15
Двое студентов оперируют лягушку. Они все время смачивают открытые внутренние органы лягушки солевым раствором, и, тем не менее, через некоторое время эти органы начинают сморщиваться. Заглянув в учебник, студенты обнаруживают, что концентрация солевого раствора взята неверно: 9% вместо нужных 0,9% (именно такая концентрация соли поддерживается в клетках лягушки).
1. Объясните, почему во время операции лягушка погибла. (Вода переходила из клеток лягушки в более концентрированный внешний раствор, которым пользовались студенты. Клетки погибли, поэтому погибла и сама лягушка.)
2. Какой процесс имел здесь место? (Осмос.)
3. Участвовали ли в этом процессе молекулы-переносчики? (Нет. В данном случае для молекул воды не требуется переносчик, они свободно проходят через клеточные мембраны.)
Сектор 16
Блиц-турнир.
1. Где образуются первичные лизосомы? (В аппарате Гольджи.)
2. Как называется процесс удаления так называемых «бессмысленных» кодонов из иРНК? (Удаление интронов происходит при сплайсинге иРНК.)
3. Почему анаэробный гликолиз уступил в процессе эволюции место аэробному дыханию? (Кислородное дыхание энергетически более выгодно.)
Сектор 17
Английский ученый Пристли обнаружил, что мышь не погибает в закрытом сосуде, если там находится живое растение. Что еще требуется в этих условиях для того, чтобы мышь осталась жива?
(Необходим еще солнечный свет.)
Сектор 18
Блиц-турнир.
1. Какая структурная единица генетического кода ответственна за синтез определенной молекулы белка? (Ген.)
2. Какие клетки поражает вирус СПИДа? (Лимфоциты.)
3. Для чего организм использует химическую энергию питательных веществ? (Для синтеза белков и других биомолекул, обеспечения обмена веществ и регуляции этих процессов, а также для размножения.)
Сектор 19
Уважаемые знатоки, во второй колонке таблицы перечислены различные клеточные структуры. Укажите, какие из названных в первой колонке функций или характеристик соответствуют каждой из этих структур.
Таблица
1. Место синтеза белка.
2. Обеспечивают перемещение клетки в жидкой среде или создают ток жидкости у поверхности клетки.
3. Жесткий защитный покров некоторых клеток.
4. Аппарат для экскреции клеточных продуктов.
5. Место протекания процессов фотосинтеза.
6. Большой компартмент растительной клетки, заполненной жидкостью.
7. Внутренняя мембранная структура прокариотических клеток.
8. Регулирует поступление веществ в клетку и из клетки.
9. Участвуют в клеточном дыхании у эукариот.
10. Содержит генетический материал эукариотической клетки.
| а) клеточная мембрана;
б) клеточная стенка;
в) хлоропласт;
г) реснички;
д) ЭПС;
е) жгутики;
ж) комплекс Гольджи;
з) мезосома;
и) митохондрии;
к) ядро;
л) рибосома;
м) вакуоль.
|
(Ответы: 1л, 2г, 3б, 4ж, 5в, 6м, 7з, 8а, 9и, 10к.)
Сектор 20
Блиц-турнир.
1. Какие связи обеспечивают поддержание вторичной структуры белка? (Водородные.)
2. Куда транспортируются белки, синтезированные в гранулярной ЭПС? (В аппарат Гольджи.)
3. Какую функцию в клетке выполняют ядрышки? (Синтез рРНК и сборка субъединиц рибосом.)
«На научной волне»
Что изучает цитология. Закономерности строения и функций клеток, лежащие в основе организации всех одноклеточных и многоклеточных организмов, исследует цитология. Специалист-цитолог наблюдает и сопоставляет тонкие детали строения клеточных структур, анализируя объекты при помощи современных светооптических и электронных микроскопов. В этой работе ему помогают зрительная память и навыки рисования. Однако понимание исследуемых структур невозможно без анализа их химической организации. Поэтому цитолог должен владеть тонкими цитохимическими методами исследования, которые позволяют проследить биохимические процессы, протекающие в клетке. Обширной и широко разрабатываемой областью цитологии является сейчас культивирование вне организма клеток животных и растительных организмов. Цитолог, специализирующийся в этой области, владеет методом прижизненного микроскопирования, умеет быстро распознавать и устранять неблагоприятные факторы, препятствующие росту клеток. Современная цитология представляет собой одну из важнейших фундаментальных биологических дисциплин.
Сложность работы цитолога заключается в том, что методы цитологических исследований весьма трудоемки и требуют от специалистов большого упорства, природной наблюдательности, способности к многократным повторным операциям, умения вовремя устранить даже незначительные огрехи в работе.
Цитологи нужны в академических институтах, занимающихся разработкой фундаментальных проблем современной биологии, в медицинских и ветеринарных научных институтах, в учреждениях, разрабатывающих основы биотехнологии.
Как образуются амилоиды
Рон Вецел из фармацевтической компании «Смит-Клайн» и Джеффри Келли из Техасского университета (США), основываясь на работах предшественников, начали исследования причин образования белковых отложений при амилоидных болезнях. Для своих опытов Келли выбрал один из наиболее изученных образующих амилоид белков – транстиренин, обычно присутствующий в плазме крови. Будучи измененным в результате какой-либо мутации, он откладывается в сердце, легких и кишечнике, вызывая семейную амилоидную полиневропатию, жертвы которой в конечном итоге умирают от дисфункции органа.
Агрегация частично развернутых молекул белков может быть причиной и наиболее распространенного амилоидного заболевания – болезни Альцгеймера, от которой только в США страдают 4 млн человек. Однако способ образования амилоида при этом заболевании может отличаться от того, который установлен для семейной амилоидной полиневропатии.
При болезни Альцгеймера мозг людей с поражением памяти усеян бляшками – аномальными структурами, которые имеют оболочку из амилоидных отложений. («Биология», № 4/1998.)
Прионовые болезни животных и человека
Скрепи – болезнь овец, впервые описанная в Исландии в XVIII в. Перенесена в Шотландию в 1940-е гг. Аналогичное заболевание поражает и других животных, например, норок, кошек и оленей.
«Коровье бешенство» (губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота). В Англии коровы были заражены ею из-за того, что в их рацион попали потроха овец, больных скрепи. Эпидемия возникла в 1985 г., но из-за длительного инкубационного периода она достигла пика лишь к 1992 г.
Куру («смеющаяся смерть») – болезнь, открытая в 1956 г. в племени форе в Новой Гвинее. Свое название получила из-за периодически начинающегося у больных бесконтрольного смеха. От появления первых симптомов до смерти проходит от 3 до 12 месяцев. Американский ученый выяснил, что болезнь передавалась из-за ритуала погребения, в ходе которого аборигены съедали мозг умершего. За эту работу Гайдузек в 1976 г. был удостоен Нобелевской премии.
Болезнь Гертсманна–Штраусслера–Шейнкера – наследственное заболевание, вызываемое мутацией гена, кодирующего прионовый белок человека. Выявлено примерно 50 семей с подобными мутациями. От появления первых симптомов до смерти может пройти от 2 до 6 лет.
Фатальная семейная бессонница вызывается другой мутацией гена, кодирующего прионовый белок человека. Носители такой мутации обнаружены в 9 семьях. От появления первых симптомов до смерти может пройти около одного года.
Болезнь Крейтцфельдта-Якоба. Этим заболеванием поражено около 1 млн человек. В 85–90% случаев было показано, что болезнь возникла спонтанно. В 10–15% случаев заболевание вызывалось мутацией гена, кодирующего прионовый белок. В редких случаях причиной болезни была инфекция, переданная через препараты, полученные из мозга больных. Известно около 100 семей, являющихся носителями мутаций, вызывающих эту болезнь. От первых симптомов болезни до смерти проходит около одного года.
Новый вариант болезни Крейтцфельдта-Якоба происходит, вероятно, от «коровьего бешенства».
Антибиотики
Лечебное действие ряда антибиотиков основано на подавлении синтеза белка у возбудителя болезни. Поскольку рибосомы бактерий несколько отличатся от рибосом эукариотических клеток, некоторые антибиотики подавляют синтез белка только у бактерий, не нарушая его в клетках организма-хозяина. Есть и такие антибиотики, которые подавляют синтез белка во всех клетках: их применение при бактериальных и грибковых заболеваниях основано на том, что у этих паразитов синтез белка протекает обычно быстрее, нежели у их хозяев.
Тетрациклин препятствует связыванию тРНК с рибосомами. Пуромицин связывается с рибосомой и присоединяется к растущей полипептидной цепи, а т. к. пуромицин не может перемещаться на рибосоме, то дальнейший синтез белка в его присутствии приостанавливается. Циклогексимид, блокирующий синтез белка только на рибосомах небактериальных клеток, применяется при грибковых заболеваниях.
Наука развивается от простого к сложному. Сначала было установлено атомное строение простейших кристаллов – каменной соли, железа, алмаза, элементарная ячейка которых включала всего лишь несколько атомов. Потом кристаллографы научились определять более сложные структуры минералов и кристаллов органических веществ. В 1935 г. знаменитый английский физик и философ Джон Бернал понял, что ключом к определению белковых молекул может служить кристаллическая структура, поэтому нужно получить кристалл, построенный из белковых молекул. Тогда методом рентгенографии можно определить его строение и строение отдельной белковой молекулы.
Но от получения первых рентгенограмм до первых реальных определений структуры белковых кристаллов прошло еще 25 лет: в начале 1960-х гг. английские ученые Кендрью и Перутц сделали первые расшифровки белков миоглобина и гемоглобина. Кристаллы белков очень сложны и расшифровка их – дело трудное. Развитие биохимической техники, автоматизация эксперимента и расчетов – все это ускорило расшифровку структур белков.
В настоящее время уже известно несколько тысяч белковых структур. Все они построены из 20 главных аминокислот.
Причина многих болезней – неправильное сворачивание молекулы белка
Несколько десятилетий назад было обнаружено, что белки в растворе имеют неприятную тенденцию образовывать нерастворимые агрегаты. Эти агрегаты исследователи воспринимали как отбросы, грязь, от которой каждый хотел бы избавиться. Но теперь оказалось, что изучение этих отбросов может оказаться весьма полезным.
В последние годы стало понятно, что агрегация белков в пробирке очень похожа на образование амилоидных отложений в тканях. Эти отложения являются признаками дюжины различных заболеваний, из которых самое известное – болезнь Альцгеймера, сопровождающая общим расстройством памяти в пожилом возрасте.
Общеизвестно, что белок представляет длинную цепь аминокислот – полипептидную цепь. У нормальных активных белков она не линейна, а свернута в специфическую трехмерную структуру. Процесс сворачивания полипептидной цепи называют фолдингом (от англ. folding – складывание, сворачивание). Исследования показали, что как агрегация белка в пробирке, так и образование амилоидных отложений происходит при дефектах фолдинга: не полностью свернутые молекулы сцепляются друг с другом и образуют нерастворимые волокнистые агрегаты. («Биология», № 4/1998.)
Аминокислоты стимулируют иммунитет.
В последние годы ученые все глубже понимают устройство защитных сил организма, его иммунную систему. Очень интересен вопрос о том, как возбуждается активность иммунитета, что именно заставляет организм при появлении «чужака» вырабатывать антитела. Известно, что таким действием обладает ряд природных пептидов – малых белков. Но ведь пептиды, как и всякие белки, состоят из аминокислот и сами по себе обладают способностью стимулировать иммунитет!
Ученые петербургского Института экспериментальной медицины провели специальное исследование. Подопытным животным вводили различные аминокислоты и затем определяли, какие из них ускоряют преобразование клеток костного мозга в Т-лимфоциты и какие увеличивают выработку антител в ответ на появление чужака.
Выяснялось, что из 20 аминокислот 9 обладают способностью ускорять производство Т-лимфоцитов. Они же усиливают иммунный ответ – выработку антител. Своеобразным лидером оказалась аспарагиновая кислота.
Ученые проанализировали первичные структуры многих биологически активных пептидов и обнаружили, что стимулирующие иммунитет аминокислоты присутствуют преимущественно в иммуноактивных пептидах тимуса; высоко их содержание и в головном мозге.
Результаты этих опытов имеют большое значение для понимания механизмов иммунитета и регуляции гомеостаза организма в целом, а также могут быть использованы и в медицинской практике. («Наука и жизнь», № 8/1988.)
Знаменательные даты в развитии цитологии
1600 г. – изготовлен первый микроскоп (Г. Галилей). 1665 г. – обнаружена клеточная структура пробки (Р. Гук). 1831 г. – открыто клеточное ядро (Р. Броун). 1839 г. – сформулирована клеточная теория (Т. Шванн). 1862 г.– показано фотосинтическое происхождение крахмала (Ю. Сакс). 1871 г. – открыты нуклеиновые кислоты (Ф. Мишер). 1892 г. – открыты вирусы (Д. Ивановский). 1903 г. – привлечено внимание к роли зеленых растений в космическом круговороте энергии и веществ (К. Тимирязев). 1953 г. – сформулированы представления о структуре ДНК (Д. Уотсон и Ф. Крик). (Новое в жизни, науке, технике. Серия «Биология», № 1/1984.)
Микрофиламенты
Сделать шаг, второй и третий, взмахнуть рукой и повернуть голову, а также многое другое мы можем благодаря существованию актина – белка, из которого состоят микрофиламенты.
У микрофиламентов и микротрубочек много общего. И актин, и тубулин – глобулярные белки. Оба объединяются в длинные фибриллярные структуры, что сопровождается гидролизом трифосфатов (АТФ и ГТФ). И микротрубочки, и микрофиламенты – полярные структуры, что обеспечивается определенной ориентацией их асимметричных субъединиц. Эти полимеры быстрее растут с одного конца, чем с другого, и прикрепляются к определенным клеточным структурам всегда концами одного типа. Оба фибриллярных белка в клетке могут быть очень лабильны, т. е. быстро собираться и разбираться, обеспечивая образование и разрушение каких то временных структур или их передвижение. Например, маленькие одноклеточные создания – солнечники – дрейфуют в воде, выставив в разные стороны много лучей, в середине каждого из которых находятся сотни параллельно упакованных микротрубочек. Как только к лучу прилипнет что-то съедобное, микротрубочки внутри быстро распадаются, луч втягивается и солнечник может подкрепиться. Затем лучи так же быстро образуются вновь. Ну а слияние половых клеток голотурии происходит благодаря тому, что спермий выбрасывает в сторону яйцеклетки, как гарпун, в виде отростка, который удлиняется благодаря быстрой полимеризации актиновых волокон (Знание. Биология. Научно-популярная серия. «Как работает живая клетка», № 11/1990.)
Итог урока
Статистики подсчитывают количество баллов, полученных командами. Команда, набравшая большее количество баллов, занимает первое место. Самый активный участник получает приз зрительских симпатий.
|
|
