Вправа "Будова та функції ДНК" для використання на уроках біології у 9-10 класах є вправою-учасницею Всеукраїнського конкурсу вправ "STEM та медіаграмотність: навчись аналізувати світ".
Авторка: Смикова Ярослава, вчителька біології закладу загальної середньої освіти І-ІІІ ступенів-ліцею "Гармонія" Мирноградської міської ради.
Короткий опис вправи, анотація: Упродовж заняття учні знайомляться з будовою функціями ДНК. У результаті виконання вправи усвідомлюється просторове розташування нуклеотидів у ланцюжку, взаємозв’язок між елементами нуклеїнової кислоти. На основі аналізу статті про історію відкриття ДНК у дітей формується уявлення про авторське право й наслідки його порушення.
Мета вправи/заняття: Ознайомити учнів з будовою та функціями ДНК, узагальнити знання про будову та властивості нуклеїнових кислот; розвивати просторове мислення, дрібну моторику пальців; навчити шукати в інформаційному просторі джерела інформації з достовірними даними, формувати критичне ставлення до наявної інформації, удосконалити комунікативні навички.
Необхідне обладнання/матеріали: індивідуальні гаджети учнів (смартфони, планшети), доступ до мережі Інтернет, комп’ютер учителя й проєктор, на якому демонструватиметься презентація та відео, пластилін, зубочистки, підручник, зошит, письмове приладдя.
Детальний опис вправи/уроку:
Фронтальна бесіда
- Подивіться, будь ласка, один на одного та скажіть, чим ви схожі, а чим відрізняєтеся? (Очікувана відповідь: усі мають схожі частини тіла, але відрізняються кольором волосся, кольором очей, ростом, вагою тощо)
- Як називається молекула-носій інформації про ознаки людини? (Очікувана відповідь: ДНК)
- В якій частині клітини розташовується ДНК? (Очікувана відповідь: в ядрі)
- Із чого складається ДНК? (Очікувана відповідь: із генів)
Відеоперегляд
Учні переглядають відео «Що таке ДНК і як вона працює» на YouTube-каналі «Цікава наука»: https://www.youtube.com/watch?v=Iv9t1wmDE9k
Робота в парах
Учні, які сидять на першому варіанті, розповідають сусідам за партою, які нові факти про ДНК вони дізналися. Їх напарники діляться, де може знадобитися отримана інформація, кому переглянуте відео буде корисним, як вони застосують отриману інформацію.
Розповідь учителя, яка супроводжується презентацією
Нуклеїнові кислоти було виявлено швейцарським хіміком Ф. Мішером у складі ядер лейкоцитів в 1869 р. Це найбільш високомолекулярні речовини у клітині, їх маса досягає декількох мільйонів. Пізніше хіміки встановили, що нуклеїнові кислоти мають вигляд нерозгалуженого ланцюга, утвореного з нуклеотидів.
Нуклеотиди – органічні сполуки, молекули яких складаються з азотистої основи, моносахариду і залишків ортофосфатної кислоти. До складу молекул нуклеотидів входять: 1) азотиста (нітрогеновмісна) основа (А – аденін, Г – гуанін, Т – тимін, Ц – цитозин або У – урацил); 2) залишок пентози (Р – рибоза або Д – дезоксирибоза) і ортофосфатна кислота.
Нуклеотиди добре розчинні у воді, проявляють властивості кислот, оскільки містять ортофосфатну кислоту, а завдяки нітрогеновмісним основам – основні властивості. І саме ці властивості, співвідношення і послідовність розташування нуклеотидів, просторова структура молекул визначають властивості й функції нуклеїнових кислот. Організми різних видів різняться між собою, тому що молекули ДНК їхніх клітин мають різну послідовність нуклеотидів, і відповідно, містять різну спадкову інформацію.
Молекула ДНК складається з двох ланцюгів і згорнута у спіраль, яка характеризується такими параметрами: спіраль правозакручена; відстань між нуклеотидами (або довжина нуклеотиду) становить 0,34 нм; крок спіралі – 3,4 нм і містить 10 пар нуклеотидів; діаметр спіралі (2 нм) сталий по всій довжині.
Спіраль молекули ДНК складається з дезоксирибонуклеотидів, в утворенні яких беруть участь: азотисті основи аденін, тимін, гуанін і цитозин, моносахарид дезоксирибоза і залишки ортофосфатної кислоти. Мономери ДНК поділяють на 4 типи: аденілові, тимідилові, гуанілові й цитиділові. Нуклеотиди в одному ланцюзі з’єднані міцними ковалентними (фосфодіестерними) зв’язками, а нуклеотиди з різних ланцюгів у молекулах ДНК з’єднуються між собою за допомогою водневих зв’язків на основі принципу комплементарності (А = Т, Г = Ц).
Завдяки цьому ланцюги ДНК можуть слугувати матрицею для утворення нових ланцюгів. Процес самоподвоєння ДНК, який забезпечує точне копіювання спадкової інформації і передачу її з покоління в покоління, називається реплікацією. Механізм реплікації відбувається з високою точністю, але інколи трапляються помилки. Молекули ДНК здатні до виправлення порушень. Репарація ДНК – це сукупність процесів, за допомогою яких виправляються пошкодження молекул.
Ще однією властивістю ДНК є здатність до денатурації (втрата молекулою ДНК спіральної структури внаслідок розриву водневих зв’язків між комплементарними азотистими основами) і ренатурації (відновлення двоспіральної структури завдяки встановленню водневих зв’язків між комплементарними азотистими основами).
Моделювання ДНК
Учні, використовуючи ілюстрації будови ДНК із підручника та слайда презентації, мають сконструювати фрагмент ДНК, позначивши кольоровими кульками пластиліну молекули А, Т, Г, Ц і зубочистками зв’язки між ними.
Рефлексія
Учні розглядають моделі один одного, визначають, чи правильно відтворили подвійні та потрійні зв’язки, кількість нуклеотидів у витку спіралі, принцип компліментарності. За потреби допрацьовують свою модель ДНК.
Розповідь учителя
Модель ДНК, якою ми користуємося зараз, була створена у 1953 році двома вченими - Френсісом Криком і Джеймсом Уотсоном. Замість майстерні вони працювали в гаражі, але ця перешкода не стала на заваді величезному відкриттю. Нам варто взяти приклад з такої наполегливої завзятості. За свій внесок у розвиток науки вчені були нагороджені Нобелівською премією. Справедливості заради слід відзначити, що Уотсон і Крик використовували не тільки власні напрацювання, а й надбання інших учених. Давайте прочитаємо, до якої конфліктної ситуації це призвело врешті решт.
Робота з інтернет-ресурсами
Учні переходять за посиланням на сторінку онлайн-бібліотеки проєкту LibreTexts та читають запропоновану статтю: http://surl.li/kirwhw
Фронтальна бесіда
- Які відкриття передували створенню моделі ДНК Уотсона та Крика?
- Чиє авторське право було порушено вченими?
- Чому стався конфлікт між Уотсоном, Криком та Розалінд Франклін?
- Хто, на Вашу думку, був правий і неправий?
- Чи можна було якось уникнути порушення авторського права?
- Якби Ви вчинили на місці вчених?
- Чи оскаржили б Ви відкриття Уотсона і Крика, якби були на місці Розалінд Франклін?
- Які зараз існують механізми регулювання спірних питань стосовно інтелектуальної власності?
- Чи порушували Ви коли-небудь чужі авторські права, використовуючи інформацію з інтернет-мережі?
- Як правильно використовувати дописи, ілюстрації, відеоролики з мережі, аби не порушити авторське право?
- Чи списували ви коли-небудь?
- Чи можемо ми вважати списування порушенням авторських прав?
- Що Ви знаєте про академічну доброчесність?
- Як учасники освітнього процесу мають дотримуватися академічної доброчесності в школі?
Очікувані результати: Учні знають будову та функції ДНК, уявляють молекулу в просторі, можуть пояснити її значення в існуванні організму. Діти вміють шукати інформацію в інтернет-мережі, мають поняття про академічну доброчесність, усвідомлюють наслідки порушення авторського права.
Підсумок / рефлексія за результатами проведення вправи: Учитель просить учнів зробити підсумки:
- Що ви знали про ДНК і чому новому навчилися?
- Чому ДНК називають «молекулою життя»?
- Чому важливо перевіряти інформацію, яку використовуєте під час роботи?
- До чого може призвести порушення авторського права?
- Що буде, якщо ми будемо і не будемо дотримуватися академічної доброчесності?
Використані джерела:
