МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«Мужевская средняя общеобразовательная школа

Имени Н.В. Архангельского»

 

 

Программа

Элективного курса по биологии

«Биотехнология »

11 класс

 

Составитель: Молчанова Л.Д.

учитель биологии

 

 

2015- 2016 учебный год

Пояснительная записка

Элективный курс является курсом профильной подготовки, предметно-ориентированным, носит метапредметный характер и сопровождает учебные предметы «химия» и «биология» в общем образовании школьников.

Данный элективный курс позволяет в доступной форме познакомить учащихся с биохимическими аспектами метаболизма, механизмами передачи наследственной информации и применением в биотехнологических процессах. Поскольку курс является завершающим в системе элективных курсов по естественнонаучному направлению, то позволяет обобщить знания и практические навыки, полученные при изучении химии и биологии в средней школе.

Объем курса 35 часов (1 час в неделю).

Предназначен для изучения в 11-м классе естественнонаучного профиля.

Цель курса является обеспечить углубленное изучение биологической химии, молекулярной биологии и биотехнологии.

В процессе обучения учащиеся должны овладеть:

· системой знаний об основных понятиях биохимии;

· приобрести практические навыки проведения биохимического исследования биологических объектов и моделирования биологических процессов, что позволяет осуществлять преемственность содержания данной дисциплины с другими предметами химического и биологического блоков.

В ходе организации занятий рекомендуется использовать коллективные формы, что позволит осуществить дифференцированный подход к процессу обучения. Большое место в курсе отводится практическим работам, которые направлены на развитие способности исследовать, биологические системы, умения устанавливать взаимосвязи строения и функций молекул в клетке.

Содержание программы

Введение. Определение биохимии и история ее развития. Методы биохимических исследований и их характеристика. Молекулярная биология и биотехнология, предмет и задачи. Значение биохимии, молекулярной биологии и биотехнологии для развития биологии, медицины, сельского хозяйства и промышленности.

Белки. Аминокислот­ный состав белков.

Структура белковой молекулы. Первичная структура белков. Первичная структура и видо­вая специфичность белков (на примере инсулина). Вторичная структура белков. Особенности α-спирали и β-структуры полипеп­тидной цепи. Третичная структура белков. Типы связей, обеспечивающих поддержание третичной структуры белковой молекулы. Четвертичная структура белков. Субъединицы (протомеры) и эпимолекулы (мультимеры). Денатурация и ренатурация белков. Понятие о нативном белке.

Амфотерность и реакционная способность белков. Изоэлектрическое со­стояние белковой молекулы. Физико-химические свойства белков.

Методы выделения белков из биологического материала. Методы фракционирования белков. Способы очистки белковых препаратов от низкомолекулярных примесей.

Номенклатура и классификация белков.

Функции белков в организме (структурная, механохимическая, ката­литическая, гормональная, рецепторная, защитная, регуляторная, транспортная, токсическая).

Ферменты. Каталитическая (ферментативная) функция белков. Роль ферментов в явлениях жизнедеятельности. История открытия и изучения ферментов.

Строение ферментов.

Механизм действия ферментов. Зависимость скорости ферментативной реакции от различных факторов: концентрации субстрата и фермента, температуры, рН среды, ионной силы раствора, действия активаторов и ингибиторов, специфичности.

Классификация ферментов, ее принципы и современное со­стояние.

Локализация ферментов в клетке.

Методы белковой химии, используемые для выделения и очистки ферментов. Промышленное получение и практическое использование фер­ментов.

Нуклеиновые кислоты. История открытия и изучения нуклеиновых кислот. Химиче­ский состав нуклеиновых кислот.

Дезоксирибонуклеиновая кислота. Локализация ДНК в клетке. Первичная структура ДНК. Вто­ричная структура ДНК (модель Дж. Уотсона и Ф. Крика). Правила Чаргаффа. Виды ДНК. Полиморфизм ДНК. Структура хроматина ядра и хро­мосомы. Понятие о сателлитных ДНК. Плавление молекул ДНК.

Рибонуклеиновые кислоты, их классификация (тРНК, рРНК, иРНК, яРНК, вРНК). Сравнительная характеристика видов нук­леиновых кислот.

Матричные биосинтезы и основы генной инженерии. Механизм биосинтеза ДНК (репликация).

Регуляция биосинтеза ДНК в клетке. Природа спонтанного и искусственного мутагенеза. Роль ДНК в передаче наследствен­ной информации. История развития генной инженерии. Биотехнология рекомбинантных ДНК.

Механизм биосинтеза РНК (транскрипция).

Локализация биосинтеза ДНК и РНК в клетке.

Схема матрич­ного биосинтеза белка (трансляция). Активирование аминокислот. Роль рибосом в биосинтезе белка. Генетический код. Регуляция рибосомального биосинтеза белков.

Катаболизм нуклеиновых кислот, белков и обмен нуклеотидов и аминокислот. Пути распада нуклеиновых кислот до свободных нуклеотидов

Обмен нуклеозидфосфатов. Пути их деструкции. Конечные продукты распада пуриновых и пиримидиновых оснований.

Биосинтез пиримидиновых и пуриновых нуклеотидов.

Пути распада белков (экзо- и эндогенный).

Метаболизм аминокислот.

Пути новообразования аминокислот в природе и их соотноше­ние у различных классов организмов. Производство синтетических аминокислот. Проблема искусственной (синтетической) пищи.

Обмен углеводов. Пути распада поли- и олигосахаридов (экзо- и эндогенные).

Метаболизм моносахаридов. Обмен глюкозо-6-фосфата (дихотомический и апотомический пути, их соотношение в организ­ме). Обмен пировиноградной кислоты. Гликолиз и гликогенолиз. Химизм спиртового) брожения. Окис­лительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты при посредстве мультиэнзимного комплекса. Цикл трикарбоновых и дикарбоновых кислот.

Биосинтез углеводов. Механизм первичного биосинтеза угле­водов в процессе фотосинтеза и хемосинтеза. Его энергетическое обеспечение.

Обмен липидов. Гидролиз липидов при участии липазы. Обмен глицерина. α и β-окисление высших жирных кислот, их локализация в клетке и соотношение в жи­вотном и растительном царстве. Обмен ацетил-КоА. Биосинтез высших жирных кислот. Локализация биосинтеза высших жирных кислот в клетке. Меха­низм биосинтеза триглицеридов, роль ацилтрансфераз (моно- и диглицеридтрансацилаз) в этом процессе. Фосфатидные кисло­ты — промежуточные продукты в биосинтезе триглицеридов.

Биологическое окисление и энергетический обмен. Определение понятия «биологическое окисление».

Современные представления о механизмах биологического окисления: митохондриальное, микросомальное окисление, пероксидное окисление липидов и короткие пути окисления.

Сопряжение биологического окисления с фосфорилированием. Дыхательная цепь ферментов, осуществляющих сопряжение окисления с фосфорилированием.

Локализация окислительного фосфорилирования в клетке. Регуляция окис­лительного фосфорилирования в митохондриях. Разобщение окис­ления и фосфорилирования.

Энергетический эффект распада углеводов; сопоставление брожения, гликолиза и дыхания по этому показателю. Энер­гетический эффект окисления триглицеридов и других липидов.

Гормоны. История развития учения о гормонах. Определение понятия «гормоны». Номенклатура и классификация гормонов. Биологические функции гормонов и гормоноподобных веществ

Получение и применение гормонов в сельском хозяйстве и медицине.

Взаимосвязь обмена белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов. Общие положения о взаимосвязи обмена веществ в орга­низме.

Роль ключевых метаболитов: ацетил-КоА, ПВК, глюкозо-6-фосфата, 3-фосфоглицеринового альдегида в метаболических процессах.

Обмен веществ как единое целое.

Регуляция процессов жизнедеятельности. Уровни регуляции жизненных процессов в живой природе: метаболитный, оперонный, клеточный, организменный, популяционный.

 

 

Тематическое планирование

 

№ п/п	Тема занятия	Кол-во часов	Форма организации	Методы работы	Вид контроля за результа-тами образования
1.	Введение Определение биохимии и история ее развития. Методы биохимических исследований и их характеристика. Молекулярная биология и биотехнология, предмет и задачи. Значение биохимии, молекулярной биологии и биотехнологии для развития биологии, медицины, сельского хозяйства и промышленности.		Лекция	Объяснительно-иллюстративный
2.	Белки Аминокислот­ный состав белков. Амфо-терность и реакцион-ная способность белков. Изоэлектри-ческое со­стояние белковой молекулы. Физико-химические свойства белков. Структура белковой молекулы. Денатурация и ренатурация белков. Понятие о нативном белке. Номенклатура и классификация белков. Функции белков в организме (структур-ная, механохими-ческая, ката­литии-ческая, гормональная, рецепторная, защит-ная, регуляторная, транспортная, токси-ческая). Методы выделения белков из биологического материала. Методы фракционирования белков. Способы очистки белковых препаратов от низкомолекулярных примесей.		Практическая работа в группах: - разделение смеси из трех аминокислот методом бумажной хроматографии; - разделение альбуминов и глобулинов яичного белка методом выса-ливания с сульфатом аммония; - осаждение белка при кипячении; - осаждение белка под действием концен-трированных мине-ральных кислот (серная и азотная); - осаждение белка под действием органических кислот; - осаждение белка под действием солей тяжелых металлов (сульфат меди и нитрат свинца); - осаждение белка под действием спирта; - очистка белка от ионов натрия и хлора методом диализа.   Решение задач.	Проблемно-исследовательский	Составление отчета
3.	Ферменты История открытия и изучения ферментов. Строение фермен-тов. Механизм действия фермен-тов. Зависимость скорости фермен-тативной реакции от концентрации суб-страта и фермента. Свойства фермен-тов. Активаторы и ингибиторы фермен-тов. Конкурентное и не­конкурентное торможение действия фермен-тов. Классификация ферментов, ее прин-ципы и современное со­стояние. Локализация фер-ментов в клетке. Методы белковой химии, исполь-зуемые для выде-ления и очистки ферментов. Промышленное по-лучение и практи-ческое использова-ние фер­ментов.		Доклад учащих-ся. Лекция. Практическая работа в группах: - Выявление воздей-ствия различных факторов внешней среды на активность амилазы слюны (влияние темпера-турного режима (0°С, 37°С и 100°С) и выявление темпе-ратурного оптимума; влияние рН среды (1,2; 7,0 и 10,0) и выявление оптимума рН; влияние Na Сl и CuSO4 и выявле-ние активатора и ингибитора). - Проверка специи-фичности амилазы слюны при исполь-зовании крахмала и сахарозы в качестве субстрата. Коллективная работа.	Объяснительно-иллюстративный, проблемно-исследовательский	Составление отчета
4.	Нуклеиновые кислоты Дезоксирибонуклеиновая кислота. Нуклеотидный сос-тав ДНК: правила Чаргаффа. Первичная структура ДНК. Вто­ричная структура ДНК (модель Дж. Уотсона и Ф. Крика). Плавление молекул ДНК. Структура хроматина ядра и хро­мосомы. Рибонуклеиновые кислоты, их классификация (тРНК, рРНК, иРНК, яРНК, вРНК). Сравнительная характеристика видов нук­леиновых кислот.		Лекция, индивидуальная работа, взаимопроверка в парах	Фронтально- эвристическая беседа	Самокон-троль, сверка с кодоскопом, составление сводных таблиц.
5.	Обмен нуклеиновых кислот Пути распада нуклеиновых кислот до свободных нуклеотидов. Локка-лизация.Ферменты. Обмен нуклеозид-фосфатов. Пути их деструкции. Конечные продукты распада пуриновых и пиримидиновых оснований. Образование пири-мидинового цикла и пуриновых нуклеотидов. Механизм биосинтеза ДНК. Комплементарный механизм обеспечения специфич­ности воспроизведения структуры при био­синтезе ДНК. Регуляция биосинтеза ДНК в клетке. Биосинтез РНК. Локализация био-синтеза РНК в клетке.		Индивидуальная работа, взаимопроверка в парах	Фронтально- эвристическая беседа	Самокон-троль, сверка с кодоскопом.
6.	Обмен белков Пути распада белков. Гидролиз белков. Метаболизм амино-кислот. Матричная теория биосинтеза белков. Общая схема матрич­ного биосинтеза белков. Активирование аминокислот. Роль рибосом в биосинтезе белка. Этапы трансляции: инициация, элонгация, терминация. Код белкового синтеза. Регуляция рибосомального биосинтеза белков.		Практическая работа в группах: - Определение общего содержа-ния белка в растворах различной концентрации биуре-товым методом с использованием калибровочной кривой. Индивидуальная работа, взаимо-проверка в парах, решение задач.	Проблемно-исследователь-ский, фронтально-эвристическая беседа.	Составление отчета, самокон-троль, сверка с кодоскопом.
7.	Обмен углеводов Пути распада полисахаридов и олигосахаридов. Мета-болизм моносахари-дов. Обмен глюкозо-6-фосфата. Обмен ПВК. Гликолиз и гликогенолиз. Химизм спиртового) брожения. Окис­лительное декарбоксилирование ПВК. Цикл три- и дикарбоновых кислот. Биосинтез углеводов. Механизм первичного биосинтеза угле­водов в процессе фото-синтеза и хемосинтеза. Его энергетическое обеспечение.		Индивидуальная работа, взаимопроверка в парах	Фронтально- эвристическая беседа	Самокон-троль, сверка с кодоскопом.
8.	Обмен липидов Гидролиз липидов при участии липазы. Обмен глицерина. β-окисление ВЖК. Обмен ацетил-КоА. Биосинтез ВЖК. Меха­низм биосинтеза триглицеридов, роль ацилтрансфераз в этом процессе. Фосфатидные кисло­ты — промежуточные продукты в био-синтезе триглицери-дов.		Индивидуальная работа, взаимопроверка в парах	Фронтально- эвристическая беседа	Самокон-троль, сверка с кодоскопом.
9.	Биологическое окисление Определение поня-тия «биологическое окисление». Совре-менные представле-ния о механизмах биологического окисления. Сопряжение биологического окисления с фосфорилированием Дыхательная цепь ферментов, осущест-вляющих сопряжение окисления с фосфорилированием. Разобщение окис­ления и фосфори-лирования. Свободное окисле-ние; переключе­ние с окисления, сопря-женного с фосфо-рилированием, на сво­бодное окисление. Пероксисомы и их функции. Энергетический эффект распада углеводов; сопо-ставление брожения, гликолиза и дыхания по этому показателю. Энер­гетический эффект окисления триглицеридов и других липидов.		Индивидуальная работа, решение задач, взаимопроверка в парах	Фронтально- эвристическая беседа	Самокон-троль, сверка с кодоскопом.
10.	Гормоны История развития учения о гормонах. Номенклатура и классификация гормонов. Стероидные гормоны: строение, свойства и функции. Пептидные гормоны: структура и функции. Прочие гормоны: адреналин, тироксин, ауксины, гиббереллины, простогландины. Их структура и функции. Получение и применение гормо-нов в сельском хозяйстве и медицине.		Доклады учащихся. Групповая работа.	Фронтально- эвристическая беседа	Составление сводных таблиц.
11.	Взаимосвязь обмена белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов Общие положения о взаимосвязи обмена веществ в орга­низме. Взаимосвязь обме-нов нуклеиновых кислот и белков, нуклеиновых кислот и углеводов, нуклеиновых кислот и липидов, белков и углеводов, белков и липидов, углеводов и липидов. Роль ацетил-КоА, ПВК, глюкозо-6-фосфата, 3-фосфоглицери-нового альдегида в этих процессах.		Коллективная работа.	Проблемно-исследовательский	Сверка с кодоскопом.
12.	Регуляция процессов жизнедеятельности Уровни регуляции жизненных процессов в живой природе: метаболитный, оперон-ный, клеточный, орга-низменный, популя-ционный.		Коллективная работа.	Проблемно-исследовательский	Сверка с кодоскопом.
	Итого

Библиографический список

Основная

1. Обмен веществ: Метод. рекомендации для учителей биологии/ Сост. Лисун Н.М. - Челябинск: Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, 2001.

2. Методические рекомендации для учителей биологии и химии по изучению темы «Ферменты»/ Сост. Никонова Н.Ф., Туманова Р.Н. – Челябинск, 1992.

3. Филиппович Ю.Б., Егорова Т.А., Севастьянова Г.А. Практикум по общей биохимии. - М.: Просвещение, 1982.

4. Филиппович Ю.Б., Севастьянова Г.А., Щеголева Л.И. Упражнения и задачи по биологической химии. - М.: Просвещение, 1986.

5. Курилова Т.В., Туманова Р.Н., Соболевская Т.М. Методические рекомендации для проведения школьных вариантов опытов по теме "Нуклеиновые кислоты".- Челябинск, 1991.

 

Дополнительная

6. Филиппович Ю. Б. Основы биохимии. М., Высшая школа, 1985.

7. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина, 1982.

8. Курилова Т.В., Соболевская Т.М., Шибкова Д.З. Механизмы гормональной регуляции метаболизма и физиологических функций. - Челябинск, 1993.

9. Ленинджер А. Биохимия. - М.: Мир, 1976.

10. Лифшиц Р.И. и др. Методические указания к практическим занятиям по биологической химии. - Челябинск, 1983.

11. Мусил Я. и др. Современная биохимия в схемах. - М.: Мир, 1981.

12. Марри Р. и др. Биохимия человека. - М.: Мир, 1993.

13. Николаев А.Я. Биологическая химия. - М.: Высш. шк., 1989.

14. Строев Е.А. Биологическая химия. - М.: Высш. шк., 1986.