Szczegółowy przebieg replikacji DNA, Publikacje z Biologia

Pobierz Szczegółowy przebieg replikacji DNA i więcej Publikacje w PDF z Biologia tylko na Docsity! Szczegółowy przebieg replikacji DNA Wprowadzenie Przeczytaj Animacja Sprawdź się Dla nauczyciela Organizmy mogą wzrastać i rozmnażać się dzięki procesom podziału komórek. Zanim  każdy z nich nastąpi, DNA musi zostać podwojone, by komórka potomna mogła otrzymać kompletny materiał genetyczny. W procesie replikacji DNA podwójna helisa ulega rozpleceniu, a do każdej z pojedynczych nici dobudowywana jest druga − komplementarna. Powstają wtedy dwie cząsteczki DNA, z których każda składa się z jednej „starej” i jednej nowo zsyntetyzowanej nici (to tzw. replikacja semikonserwatywna). Nawet najmniejszy błąd podczas replikacji może doprowadzić do mutacji, w tym do nowotworzenia. Twoje cele Wyjaśnisz, na czym polega replikacja DNA. Określisz funkcję enzymów biorących udział w replikacji DNA. Replikacja, czyli kopiowanie DNA, umożliwia przekazywanie informacji genetycznej przez dzielącą się komórkę do komórek (i organizmów) potomnych. Źródło: Pixabay, domena publiczna. Szczegółowy przebieg replikacji DNA sposób luki również uzupełniane są przez polimerazę DNA. Po skopiowaniu całego DNA replikacja kończy się. Podczas replikacji DNA działa także złożony system kontroli i naprawy jej błędów.  Polega on na usuwaniu niewłaściwych nukleotydów i wstawianiu w ich miejsce prawidłowych. Polimeraza DNA ma zdolność naprawy błędu przy wydłużaniu się łańcucha DNA. Dzięki temu liczba błędów podczas replikacji jest minimalna: to jeden mylnie wstawiony nukleotyd na 100 mln umiejscowionych poprawnie. Jeżeli polimeraza nie zdoła naprawić błędu, dochodzi do mutacji. Schemat przebiegu replikacji DNA. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. Po usunięciu ostatniego startera na końcu opóźnionej nici polimeraza DNA nie dobudowuje brakującego fragmentu. Z tego powodu cząsteczki DNA podczas replikacji ulegają skróceniu. Za odbudowanie końców cząsteczek DNA odpowiada enzym telomeraza. Ciekawostka Telomerowa teoria starzenia się zakłada, że proces ten ma związek ze skracaniem się telomerów. Telomeraza nie jest aktywna w starszych komórkach, co powoduje stopniowe skracanie chromosomów. Słownik eukariota grupa organizmów zawierających jądro komórkowe helikazy inaczej helikazy DNA i RNA, enzymy rozplatające podwójną helisę DNA lub RNA – dwuniciową strukturę utrzymywaną przez wiązania wodorowe komplementarnych zasad azotowych (tj. adeniny z tyminą albo uracylem oraz cytozyny z guaniną) polimeraza DNA enzym katalizujący syntezę DNA w czasie replikacji. Syntetyzuje nową nić polinukleotydową, komplementarną do nici macierzystej powielanej cząsteczki DNA prokariota organizmy, których komórki nie zawierają jądra komórkowego oraz innych organelli otoczonych błonami replikacja podwajanie się łańcucha DNA w jądrze komórkowym, będące podstawą przekazywania identycznej informacji genetycznej kolejnym komórkom replikon jednostka replikacji, odcinek DNA zdolny do autonomicznego podwajania się (replikowania) w komórkach Źródło: WJ foto, domena publiczna. replisom inaczej prymosom, kompleks białkowy rozpoczynający i kontynuujący replikację DNA przez rozwijanie widełek replikacyjnych starter ang. primer, krótki, jednoniciowy oligonukleotyd komplementarny do jednej z nici DNA, który w procesie replikacji DNA dostarcza wolnej grupy 3’-OH. Od niej zależna od DNA polimeraza DNA może rozpocząć syntezę nowej nici telomeraza enzym, który dzięki zawartości fragmentu RNA umożliwia odbudowę DNA telomeru telomery gr. télos – koniec, méros – część, końce chromosomów eukariotycznych. Zawierają krótkie, wielokrotnie powtarzane sekwencje DNA i charakterystyczne dla telomerów białka. Są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania chromosomów w trakcie cyklu komórkowego. Stabilizują i zabezpieczają DNA podczas podziałów komórkowych topoizomerazy klasa enzymów odpowiedzialnych za konformację podwójnej helisy DNA regulujących stopień skręcenia podwójnej helisy Ćwiczenie 3 Oznacz poniższe zdania dotyczące przebiegu replikacji jako prawdziwe lub fałszywe. Prawda Fałsz Fragmenty Okazaki powstają na nici opóźnionej, bo kierunek rozplatania podwójnej helisy DNA jest identyczny z kierunkiem syntezy nici komplementarnej (nowej) do nici matrycowej (starej). Replikacja DNA u wszystkich organizmów żywych ma charakter semikonserwatywny (półzachowawczy). Replikacja dwuniciowej cząsteczki DNA skutkuje powstaniem dwóch dwuniciowych cząsteczek DNA. Jedna z nich składa się z dwóch nici matrycowych, a druga z dwóch nici nowo zsyntezowanych. Oczka replikacyjne powstałe podczas inicjacji replikacji materiału genetycznego organizmów prokariotycznych po czasie łączą się.         輸 Ćwiczenie 4 Uzupełnij poniższy tekst tak, aby podawał poprawne informacje. Zaznacz prawidłowe określenia. W obrębie jednego oczka replikacyjnego rozplatanie podwójnej cząsteczki DNA przeprowadza jedna cząsteczka helikazyprzeprowadzają dwie cząsteczki helikazy. Helikaza jest enzymem rozrywającym wiązania wodorowewiązania fosfodiestrowe. Na nici wiodącej polimeraza DNA przeprowadza syntezę nici komplementarnej w kierunku od 5’ do 3’ nowej niciod 5’ do 3’ starej nici. Oznacza to, że kierunek syntezy nici wiodącej jest taki sam jakinny niż kierunek rozplatania podwójnej helisy przez helikazę. Synteza nici wiodącej odbywa się więc w sposób ciągłynieciągły. Ze względu na łączenie się oczek replikacyjnych kompletna, nowa nić DNA składa się wyłącznie z nici wiodącej lub opóźnionejz fragmentów nici opóźnionych i wiodących. Ćwiczenie 5 Połącz nazwy elementów uczestniczących w procesie replikacji DNA z ich definicjami. nukleotyd (trifosfonukleozyd) fragment nici opóźnionej helikaza wytwarza wiązanie fosfodiestrowe pomiędzy dwoma już istniejącymi fragmentami nici DNA ligaza białka stabilizujące pojedyncze nici DNA topoizomeraza modyfikuje stopień skręcenia podwójnej helisy DNA polimeraza DNA rozrywa wiązania wodorowe pomiędzy komplementarnymi zasadami azotowymi fragment Okazaki składa się z trzech reszt kwasu ortofosforowego, zasady azotowej i deoksyrybozy białka SSB dobudowuje kolejne nukleotydy do nowej nici DNA 醙 醙 Ćwiczenie 6 Wybierz poprawną odpowiedź wyjaśniającą kierunek syntezy komplementarnych nici DNA. Polimeraza DNA wytwarza wiązania estrowe między grupą –OH znajdującą się przy trzecim węglu deoksyrybozy końcowego nukleotyd, a resztą kwasu ortofosforowego nukleotydu przyłączanego do powstającej nici. Przyłączony nukleotyd ma więc wolną grupę –OH przy trzecim węglu cukru, stąd kierunek wydłużania się nowej nici opisuje się jako od 3’ do 5’. Polimeraza DNA wytwarza wiązania estrowe między grupą –OH znajdującą się przy piątym węglu deoksyrybozy końcowego nukleotyd, a resztą kwasu ortofosforowego nukleotydu przyłączanego do powstającej nici. Przyłączony nukleotyd ma więc wolną grupę –OH przy piątym węglu cukru, stąd kierunek wydłużania się nowej nici opisuje się jako od 3’ do 5’. Polimeraza DNA wytwarza wiązania estrowe między grupą –OH znajdującą się przy piątym węglu deoksyrybozy końcowego nukleotyd, a resztą kwasu ortofosforowego nukleotydu przyłączanego do powstającej nici. Przyłączony nukleotyd ma więc wolną grupę –OH przy piątym węglu cukru, stąd kierunek wydłużania się nowej nici opisuje się jako od 5’ do 3’. Polimeraza DNA wytwarza wiązania estrowe między grupą –OH znajdującą się przy trzecim węglu deoksyrybozy końcowego nukleotyd, a resztą kwasu ortofosforowego nukleotydu przyłączanego do powstającej nici. Przyłączony nukleotyd ma więc wolną grupę –OH przy trzecim węglu cukru, stąd kierunek wydłużania się nowej nici opisuje się jako od 5’ do 3’.     醙 Dla nauczyciela Scenariusz lekcji Autor: Anna Juwan Przedmiot: Biologia Temat: Szczegółowy przebieg replikacji DNA Grupa docelowa: uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie rozszerzonym Podstawa programowa: Zakres rozszerzony Treści nauczania – wymagania szczegółowe IV. Podziały komórkowe. Uczeń: 2) wyjaśnia mechanizm replikacji DNA, z uwzględnieniem roli enzymów (helikaza, prymaza, polimeraza DNA, ligaza); Kształtowane kompetencje kluczowe: kompetencje cyfrowe; kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się; kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii. Cele operacyjne ( językiem ucznia): Wyjaśnisz, na czym polega replikacja DNA. Określisz funkcję enzymów biorących udział w replikacji DNA. Strategie nauczania: konstruktywizm; konektywizm. Metody i techniki nauczania: z użyciem komputera; ćwiczenia interaktywne; gwiazda pytań; prezentacja. Formy pracy: praca indywidualna; praca w parach; praca w grupach; praca całego zespołu klasowego. Środki dydaktyczne: komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do internetu; zasoby multimedialne zawarte w e‐materiale; tablica interaktywna/tablica, pisak/kreda. Przed lekcją: 1. Nauczyciel dzieli uczniów na trzy grupy, których zadaniem będzie przygotowanie informacji i materiałów (opisy, zdjęcia, rysunki) na następujące tematy: – grupa I – ogólna zasada semikonserwatywnej replikacji DNA; – grupa II – przebieg replikacji DNA; – grupa III – funkcje białek tworzących replisom. Uczniowie przygotowują prezentacje na podstawie treści e‐materiału. 2. Nauczyciel przygotowuje na zajęcia arkusze papieru A3 z ilustracją gwiazdy. Przebieg lekcji Faza wstępna: 1. Nauczyciel wyświetla cele zajęć z sekcji „Wprowadzenie”, a następnie wspólnie z uczniami ustala kryteria sukcesu. 2. Raport z przygotowań. Zalogowany na platformie nauczyciel, przy użyciu raportu, kontroluje przygotowanie uczniów do lekcji: weryfikuje, którzy uczniowie zapoznali się z udostępnionym e‐materiałem. Wybrani uczniowie z każdej grupy prezentują efekty pracy w domu. Pozostali uczniowie zadają pytania prezentującym oraz uzupełniają informacje. Faza realizacyjna: 1. Gwiazda pytań. Nauczyciel dzieli klasę na czteroosobowe zespoły. Każdy zespół otrzymuje arkusz papieru A3 z ilustracją gwiazdy. Zadaniem uczniów jest umieszczenie na ramionach gwiazdy pięciu pytań dotyczących zagadnienia znajdującego się wewnątrz gwiazdy (ilustracja z poprawnymi, przykładowymi pytaniami została zamieszczona w materiałach pomocniczych). Każdy zespół po napisaniu pytań przekazuje gwiazdę innej grupie, zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara. Teraz zadaniem uczniów jest udzielenie odpowiedzi na zadane pytania na podstawie wiadomości znajdujących się w e‐materiale. Uczniowie swoje odpowiedzi zapisują na otrzymanym arkuszu papieru A3. Po upływie wyznaczonego czasu grupy prezentują swoje gwiazdy. Nauczyciel w razie potrzeby uzupełnia informacje, wyjaśnia wątpliwości. 2. Praca z multimedium („Animacja”). Nauczyciel wyświetla na tablicy interaktywnej materiał z sekcji „Animacja”. Uczniowie po zapoznaniu się z nim dzielą się na grupy i przygotowują odpowiedzi na pytania: „Jaką funkcję w replikacji pełnią helikaza oraz polimeraza DNA?”, „W jaki sposób syntetyzowana jest nić wiodąca, a w jaki sposób nić opóźniona?”. Po upływie ustalonego wcześniej czasu przedstawiciel wskazanej (lub zgłaszającej się na ochotnika) grupy prezentuje propozycje odpowiedzi, a pozostali uczniowie ustosunkowują się do nich lub je uzupełniają. Nauczyciel czuwa nad prawidłowym przebiegiem zadania, udzielając także uczniom informacji zwrotnej. 3. Uczniowie wykonują w parach ćwiczenia 7 i 8. Następnie wylosowana para prezentuje swoje rozwiązania na forum. Pozostali uczniowie komentują i uzupełniają informacje. Faza podsumowująca: 1. Chętni uczniowie podsumowują wiedzę zdobytą na zajęciach. 2. Zalogowany na platformie nauczyciel wyświetla na tablicy temat lekcji i cele zawarte w sekcji „Wprowadzenie”. W tym kontekście podsumowuje omówione zagadnienia. Praca domowa: 1. Wykonaj ćwiczenia od 1 do 6 z sekcji „Sprawdź się”. Materiały pomocnicze: Neil A. Campbell i in., „Biologia Campbella”, tłum. K. Stobrawa i in., Rebis, Poznań 2019. „Encyklopedia szkolna. Biologia”, red. Marta Stęplewska, Robert Mitoraj, Wydawnictwo Zielona Sowa, Kraków 2006. Dodatkowe wskazówki metodyczne: Uczniowie zapoznają się z multimedium w sekcji „Animacja” i przygotowują do niego pytania. Następnie zadają je sobie nawzajem, sprawdzając stopień przyswojenia jego treści.