Методические приемы по систематизации и обобщению знаний при изучении структуры биополимеров в школьном курсе химии
Таблица 2.
|Структурная характеристика белка |
|Структурное звено |(,L-аминокислоты |
|Химическая природа ковалентного |пептидный остов из атомов |
|остова |(-амино- и (-карбоксильных групп |
| |и из (-углеродных атомов |
|Тип связи в ковалентном остове |пептидная |
|Химическая природа радикалов |радикалы аминокислот |
|Полярность |N- и С-концы |
|Вторичная структура |спираль |
При изучении нуклеиновых кислот необходимо вначале дать описание
мононуклеотидов как структурных звеньев, подчеркнув, что в состав
нуклеиновых кислот входят только нуклеозид-5-фосфаты с азотистыми
основаниями в кето-форме. Здесь же следует отметить, что такие нуклеотиды
сходны по строению с АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), играющей важную
роль в таких физиологических процессах, как мышечное сокращение,
перемещение подвижных клеток, в высшей нервной деятельности. После этого
можно описать нуклеиновую кислоту как «полимер, структурными звеньями
которого являются мононуклеотиды, соединенные фосфодиэфирными связями».
Прежде чем разбирать механизм реакции образования нуклеиновых кислот,
удобно ввести общее схематическое изображение молекул мононуклеотидов.
[pic]
При образовании нуклеиновых кислот мононуклеотиды соединяются
фосфодиэфирными связями, которые замыкаются между остатком сахара одного
мононуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого:
[pic]
Таким образом в молекулах нуклеиновых кислот ковалентный остов образован
чередующимися остатками сахара и фосфорной кислоты, а связанные с остовом
азотистые основания будут играть роль радикалов.
При данном типе связи на одном конце сахаро-фосфатного остова всегда
будет находиться остаток сахара («сахарный» конец), а на другом - остаток
фосфорной кислоты («фосфатный» конец), т.е. цепи нуклеиновых кислот
являются полярными, как и цепи полисахаридов и белков.
На основе введенной общей формы записи для молекулы нуклеиновой кислоты
можно показать различия между РНК и ДНК, которые проявляются в типе сахара
и в наборе азотистых оснований.
|Компоненты нуклеиновых |РНК |ДНК |
|кислот | | |
|Сахар |Рибоза |Дезоксирибоза|
|Азотистые основания |Аденин(А) |Аденин (А) |
| |Гуанин (Г) |Гуанин (Г) |
| |Цитозин (Ц)|Цитозин (Ц) |
| | |Тимин (Т) |
| |Урацил (У) | |
Кроме того, молекулы РНК и ДНК различаются по числу цепей. Молекула РНК
состоит из одной цепи, и схема ее строения может быть записана как
[pic]
Молекула ДНК состоит из двух цепей. Цепи ДНК являются антипараллельными
(противоположно ориентированными) и связаны друг с другом за счет
взаимодействия комплементарных оснований: аденин соединяется водородными
связями с тимином, а гуанин - с цитозином.
Таким образом, схема строения ДНК имеет вид:
[pic]
При формировании вторичной структуры молекулы нуклеиновых кислот образуют
специфические пространственные конфигурации, в основе которых лежит
спираль.
Молекула ДНК на всем своем протяжении закручивается в спираль, и
поскольку она состоит из двух цепей, то получается конфигурация типа
винтовой лестницы, называемая «двойной спиралью».
Одноцепочечные молекулы РНК на отдельных участках складываются так, что
друг против друга оказываются комплементарные основания, т.е. образуются
пары А-У и Г-Ц. Такие участки спирализуются по аналогии с двухцепочечной
молекулой ДНК:
[pic]
Следует обратить внимание учащихся на то, что строение ковалентного
сахаро-фосфатного остова одинаково в пределах каждого типа нуклеиновых
кислот, из чего следует, что спирали каждого типа (РНК и ДНК) имеют
одинаковые параметры. Так, диаметр двойной спирали ДНК равен 1,8 нм, а в
одном витке укладывается 10 нуклеотидных остатков.
Здесь же можно отметить и принципиальное отличие спиралей белков и
нуклеиновых кислот. Если в белках радикалы (остатки аминокислот)
располагаются снаружи от спирали, то в нуклеиновых кислотах радикалы
(азотистые основания) находятся внутри спирали и образуют комплементарные
пары («ступени винтовой лестницы»).
После объяснения учителя ученикам предлагается самостоятельно заполнить
таблицу 3, которая должна иметь вид:
Таблица 3.
|Структурная |Нуклеиновые кислоты |
|характеристика | |
|нуклеиновых кислот |РНК |ДНК |
|Структурное звено |Рибомононуклеотиды на |Дезоксирибомононуклеот|
| |основе А,Г,Ц,У. |иды на основе А, Г, Ц,|
| | |Т. |
|Химическая природа |Полинуклеотидный остов|Полинуклеотидный остов|
|ковалентного остова |из атомов рибозы и |из атомов |
| |фосфорной кислоты. |дезоксирибозы и |
| | |фосфорной кислоты |
|Тип связи в ковалентном |Фосфодиэфирная |
|остове | |
|Химическая природа |Пуриновые (А,Г) и |Пуриновые (А,Г) и |
|радикалов |пиримидиновые (Ц,У) |пиримидиновые (Ц,Т) |
| |основания |основания |
|Полярность |Сахарные и фосфатные концы |
|Вторичная структура |Двойная спираль из |Двойная спираль из |
| |одноцепочной молекулы.|двух антипараллельных |
| | |цепей. |
Таким образом, первая ступень обобщения в ходе изучения отдельных классов
соединений достигается на основе единого подхода в описании их структуры с
использованием единой терминологии. Предлагаемые на этом этапе таблицы для
заполнения выполняют роль алгоритмического предписания, непосредственно
управляя познавательной деятельностью школьников и развивая умение
конкретизировать общие понятия и представления применительно к отдельным
соединениям.
После изучения всех биополимеров можно перейти ко второй, высшей ступени
обобщения - сформулировать общие принципы строения биополимеров. Такими
общими принципами, очевидно, являются полярность и спирализация линейного
ковалентного остова. Эти общие принципы имеют особый смысл, находясь в
тесной связи с биологической функцией данных макромолекул, поэтому
формирование у школьников глубокого и целостного знания о структуре
биомолекул является необходимой основой, естественным звеном в цепи
межпредметных связей.
Разработанная нами методика изучения биополимеров с использованием
системного подхода активизирует мыслительную деятельность школьников,
оптимизируя познавательный процесс во всех его формах - репродуктивной и
творческой, развивая у них такие приемы мышления, как сравнение,
абстрагирование и обобщение. Эффективность разработанной методики
организации уроков по темам «Углеводы», «Белки» и «Нуклеиновые кислоты»
подтверждена слушателями народного университета учителей школ Московской
области.
Литература.
1. Филиппович Ю.Б., Основы биохимии, -М.: Высшая школа, 1985.
2. Дэвидсон Дж., Биохимия нуклеиновых кислот, -М.: Мир, 1986.
3. Ленинджер А., Биохимия, -М.: Мир, 1974.
Степаненко Б.Н., Химия и биохимия углеводов, -М.:, Высшая школа, 1977.
| |  скачать работу |
Методические приемы по систематизации и обобщению знаний при изучении структуры биополимеров в школьном курсе химии |
