ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота

По аналогии с формированием структур у белков школьники могут понять природу сил (водородные и другие связи), благодаря которым строятся молекулы нуклеиновых кислот. На основе сведений о химической инертности дезоксирибозы учитель объясняет причины стабильности углеводно-фосфорнокислого «остова» молекулы ДНК.

Затем учитель привлекает внимание учащихся к особенностям нуклеотидного состава ДНК – равенству числа азотистых оснований А и Т, Г и Ц. Это объясняется тем, что особенности химического строения аденина и тимина обусловливают образование между ними двух водородных связей, а молекулы гуанина и цитозина соединяются тремя связями.

Школьники рассматривают структуру ДНК и убеждаются в том, что только соединение А с Т, а Г с Ц обеспечивает одинаковое расстояние между двумя нитями ДНК, а также более прочные связи между ними.

С помощью демонстрации схем и моделей строения ДНК учитель устанавливает число водородных связей между нуклеотидами, а также выявляет значение величины их молекул для поддержания устойчивости структуры ДНК. Изучение строения ДНК позволяет сказать о ее функции. Подобно белкам, Отмечает учитель в ходе лекции, нуклеиновые кислоты относятся к информационным полимерам. Под влиянием ферментов молекулы ДНК способны к самоудвоению. Естественна постановка проблемного вопроса: как происходит удвоение молекул ДНК и копирование содержащейся в них информации? Для ответа на него формируется понятие матричного характера химических реакций в клетке. Учитель объясняет, что при самоудвоении происходит частичный распад спирали ДНК на две нити. К каждой нити притягиваются свободные нуклеотиды, ранее синтезированные в цитоплазме. По принципу комплементарности эти новые нуклеотиды присоединяются к определенным местам исходной цепи, играющей роль матрицы (к аденину – тимин, к цитозину – гуанин и т. д.). Отдельные нуклеотиды вначале удерживаются только водородными связями. Затем особый фермент «замыкает» связи между нуклеотидами новой цепи – из одной возникают две молекулы ДНК, сходные между собой.

Изучение процесса самоудвоения позволяет подвести школьников к обобщению, что основная функция ДНК информационная. Структура ДНК полностью соответствует этой функции: активные полярные группы находятся внутри молекулы и хорошо изолированы от воздействий извне; химическая инертность углеводно-фосфорнокислотного «остова» дает возможность длительное время сохранять структуру ДНК.

Необходимо отметить, что если ДНК, содержащуюся в ядре одной клетки, вытянуть в нить, то длина ее составит почти 1 м. В клетке ДНК свертывается в спираль второго порядка – из длинных нитей образуются компактные тела – хромосомы, хорошо видимые под микроскопом во время деления клетки. Кроме ДНК, в состав хромосом входят белки, образующие с нуклеиновыми кислотами сложные соединения – нуклеопротеиды. При делении клеток происходит равномерное распределение ядерного материала (молекул ДНК) между дочерними клетками. В основе удвоения хромосом лежит процесс самоудвоения ДНК.

Для закрепления знаний особенностей строения ДНК целесообразно практиковать составление моделей фрагментов молекул из разборных моделей нуклеотидов. Эти модели должны отражать важнейшие особенности структуры азотистых оснований: разную величину молекул, число полярных групп, способных к образованию водородных связей. Некоторый дидактический эффект достигается при выполнении учащимися упражнений на установление последовательности нуклеотидов в комплементарной цепи ДНК на основе произвольно заданной исходной. Интересными для учащихся оказываются 2–3 подобных задания, выполнение большего же числа аналогичных упражнений снижает интерес, что вызывает непроизводительную трату времени.

При проверке знаний структуры и функций ДНК целесообразно использовать следующие вопросы и задания: отметьте черты сходства и различия между белками и ДНК. Какие особенности строения молекул ДНК обеспечивают выполнение ее функций? Каков характер связи между строением и функциями нуклеотидов? Как происходит самоудвоение ДНК и копирование содержащейся в ее молекулах информации? Какие особенности строения и функционирования ДНК объясняют ее роль в явлениях наследственности? В молекулах ДНК адениловых нуклеотидов насчитывается 23% от общего числа нуклеотидов. Определите количество тиминовых и цитозиновых нуклеотидов. Общая длина молекул ДНК в человеческой клетке достигает 1 м. Каждый нуклеотид имеет длину 3-4-4 мкм. Определите общее число нуклеотидов в молекуле ДНК.


Учителю биологии на заметку:

Обобщение знаний химических компонентов клетки
Строение и функции клетки
Клеточная теория
Строение и функции клеточной оболочки
Цитоплазма и ее органоиды, их функции в клетке
Митохондрии и пластиды
Комплекс Гольджи и другие структуры цитоплазмы
Ядро, его строение и функции
Строение и функции клеток прокариот. Неклеточные формы жизни
Учебно-воспитательные задачи темы Обмен веществ
Функции и сущность процессов обмена веществ
Методика обучения общей биологии