Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Τμήμα βιοχημείας και βιοτεχνολογίας

Transcript

1 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Τμήμα βιοχημείας και βιοτεχνολογίας Διδακτική με έμφαση στις βιοεπιστήμες Μαρία Ευαγγελία Βασιλογιάννη

2 Στοιχεία Μαθήματος 1. Μάθημα : Βιολογία 2. Τίτλος ενότητας: Η ροή της γενετικής πληροφορίας 3. Τάξη : Γ ημερήσιου γυμνασίου 4. Έννοιες του μαθήματος: Αντιγραφή του DNA, Μεταγραφή του DNA,Μετάφραση 5. Στόχοι της διδασκαλίας : 1. Να περιγράφει σε γενικές γραμμές, τα στάδια της αντιγραφής του DNA και να αιτιολογεί την αναγκαιότητα της διατήρησης και μεταβίβασης της γενετικής πληροφορίας αναλλοίωτης από κάθε κύτταρο στα θυγατρικά του. 2. Να περιγράφει συνοπτικά την διαδικασία της μεταγραφής του DNA σε RNA και της μεταγραφής του RNA σε πρωτεΐνες. 3. Να διατυπώνει τον νόμο της συμπληρωματικότητας των αζωτούχων βάσεων και να αναγνωρίζει τη σημασία της στη δομή και στην αντιγραφή του DNA, την μεταγραφή και την μετάφραση. 4. Να προσδιορίζει το χωροχρονικό πλαίσιο στο οποίο πραγματοποιούνται οι διαδικασίες της αντιγραφής της μεταγραφής και της μετάφρασης. Μέθοδος διδασκαλίας : Μέθοδος επεξεργασίας εννοιών

3 Πρώτη φάση : προετοιμασία Διδακτικού πλαισίου -προβληματοποίηση Αρχικά σκοπεύουμε να εξάψουμε το ενδιαφέρον των μαθητών σχετικά με το περιεχόμενο του μαθήματος, αλλά και να κάνουμε ανάκληση παλαιότερων γνώσεων κάνοντας τους κάποιες ερωτήσεις όπως: Έχετε ποτέ παρατηρήσει πόσο διαφέρουν οι διάφοροι οργανισμοί μεταξύ τους ; Τι είναι αυτό που κάνει τους διάφορους οργανισμούς όπως τα ζώα και τα δέντρα να διαφέρουν τόσο πολύ; (η απάντηση είναι το DNA) Γνωρίζετε λοιπόν ότι το DNA περιέχει την γενετική πληροφορία κωδικοποιημένη. Με ποιο τρόπο όμως είναι αποθηκευμένη αυτή η πληροφορία μέσα στο μόριο αυτό; (αναμένουμε οι μαθητές να ανακαλέσουν τις ήδη υπάρχουσες γνώσει τους σχετικά με την δομή του DNA, τις αζωτούχες βάσεις που το απαρτίζουν καθώς και τον τρόπο που αυτές συνδέονται μεταξύ τους ) Εφόσον είμαστε σίγουροι πλέον ότι το DNA περιέχει τις πληροφορίες που είναι απαραίτητες για την επιβίωση ενός οργανισμού, είναι το ίδιο αυτό που δομεί τα λειτουργικά μέρη του οργανισμού και καταλύει τις χημικές αντιδράσεις που πραγματοποιούνται μέσα σε ένα κύτταρο ; Αν η απάντηση είναι όχι,ποια είναι τα μόρια που είναι υπεύθυνα για αυτές τις λειτουργίες; (η απάντηση είναι οι πρωτεΐνες, και με αυτό τον τρόπο ξεκινάμε μία μικρή συζήτηση για την δομή την πρωτεϊνών η οποία είναι γνωστή στους μαθητές με σκοπό την ανάκληση της γνώσης αυτής) Η πληροφορία του DNA επομένως καταλήγει τελικά στις πρωτεΐνες, αυτό γίνεται απευθείας; Και αν όχι,τι μεσολαβεί μεταξύ του DNA και των πρωτεϊνών ; (έτσι συζητιέται στην τάξη και η δομή του RNA η οποία είναι επίσης γνωστή από το παρελθόν) Εφόσον οι μαθητές έχουν ανακαλέσει όλες τις παλιότερες γνώσεις τους που είναι απαραίτητες για την κατανόηση των επόμενων εννοιών κάνουμε μία ερώτηση για να τους εισάγουμε στο θέμα η οποία είναι: ποιος είναι ο τρόπος με τον οποίο οι

4 πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στο DNA μεταφέρονται στο RNA και από αυτό στις πρωτεΐνες; Μπορείτε να προτείνετε κάποιο πιθανό μηχανισμό; Δεύτερη φάση : επαφή εκπαιδευόμενων με δεδομένα και επεξεργασία Πλέον οι μαθητές είναι έτοιμοι να δεχθούν τις νέες πληροφορίες που αφορούν την ροή της γενετικής πληροφορίας. Ξεκινάμε από την αντιγραφή του DNA, ακολουθεί η μεταγραφή και τέλος η Μετάφραση καθώς αυτή είναι και η σειρά των γεγονότων. Αντιγραφή του DNA Κατά τη διαίρεση ενός κυττάρου προκύπτουν θυγατρικά κύτταρα τα οποία περιέχουν τις ίδιες γενετικές πληροφορίες με το αρχικό κύτταρο. Για να πραγματοποιηθεί αυτό πρέπει πριν την κυτταρική διαίρεση το κύτταρο να διπλασιάσει το γενετικό του υλικό. Εξηγούμε στους μαθητές τα βασικά βήματα της αντιγραφής του DNA: 1. Άνοιγμα της διπλής έλικας 2. Δημιουργία νέων κλώνων DNA απέναντι από τις μητρικές αλυσίδες με συμπληρωματικό τρόπο (αδενίνη απέναντι από θυμίνη και κυτοσίνη απέναντι από τη γουανίνη) 3. Την δημιουργία δύο μορίων DNA πανομοιότυπων με το αρχικό αλλά και μεταξύ τους που καθένα από αυτά αποτελείται από μία παλιά και μια νέα αλυσίδα.

5 Παράλληλα δείχνουμε στους μαθητές την εικόνα του σχολικού βιβλίου: Μεταγραφή του DNA Όπως συζητήθηκε και στην αρχή του μαθήματος μεταξύ της μεταφοράς της πληροφορίας του DNA στις πρωτεΐνες μεσολαβεί το RNA και συγκεκριμένα το mrna (messenger). Αυτό μεταφέρει την πληροφορία από τον πυρήνα του κυττάρου στον οποίο βρίσκεται το DNA στα ριβοσώματα όπου πραγματοποιείται η μετάφραση- σύνθεση των πρωτεϊνών. Επισημαίνουμε: 1. Σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του DNA που ονομάζεται Θέση έναρξης της μεταγραφής οι δύο κλώνοι της διπλής έλικας απομακρύνονται μεταξύ τους και απέναντι από τις αζευγάρωτες βάσεις έρχονται νέα ριβονουκλεοτίδια. 2. Τα ριβονουκλεοτίδια τοποθετούνται απέναντι από τα δεόξυριβονουκλεοτίδια της αλυσίδας του DNA σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας : εδώ απέναντι από την αδενίνη του DNA τοποθετείται η ουρακίλη αντίθετα από ότι συμβαίνει στην

6 αντιγραφή. 3. Τα ριβονουκλεοτίδια ενώνονται μεταξύ τους σχηματίζοντας ένα νέο μόριο mrna και οι αλυσίδες του DNA έρχονται και πάλι κοντά. 4. Μετά την σύνθεση του το RNA εξέρχεται από τον πυρήνα και κατευθύνεται προς τα ριβοσώματα που βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Παραπέμπουμε τους μαθητές να κοιτάξουν την εικόνα του βιβλίου: Μετάφραση Όπως είπαμε ήδη το mrna προσδένεται στο ριβόσωμα όπου πραγματοποιείται η πρωτεϊνοσύνθεση. Επισημαίνεται ότι: 1. Εκτός από το mrna στην μετάφραση συμμετέχουν και τα trna ένας άλλος τύπος μορίων RNA 2. Τα trna είναι συμπληρωματικά προς το mrna και μεταφέρουν το κατάλληλο αμινοξύ στο ριβόσωμα ανάλογα με την αλληλουχία του mrna. 3. Τα αμινοξέα συνδέονται μεταξύ τους με

7 χημικούς δεσμούς και σχηματίζουν μία πρωτεΐνη. Παροτρύνουμε τους μαθητές να κοιτάξουν την αντίστοιχη εικόνα του βιβλίου ώστε να οπτικοποιήσουν την διαδικασία. Τρίτη φάση: Ανατροφοδότηση, συμπεράσματα και εφαρμογή/εξάσκηση Οι διαδικασίες αυτές συνοψίζονται στο δόγμα της μοριακής βιολογίας το οποίο απεικονίζει τον τρόπο με τον οποίο η γενετική πληροφορία διατηρείται από κάθε οργανισμό στους απογόνους του μέσω της αντιγραφής του DNA και εκφράζεται μέσω της μεταγραφής και της μετάφρασης δίνοντας τις πρωτεΐνες. Για την καλύτερη κατανόηση και οπτικοποίηση των μηχανισμών προβάλουμε στην τάξη σύντομα βίντεο για καθεμία από τις διαδικασίες που αναλύθηκαν.

8 Αντιγραφή: Μεταγραφή: Μετάφραση: Επίσης μπορούμε να κάνουμε στην τάξη μία σύντομη συζήτηση για τον τρόπο με τον οποίο μια αλλαγή στην αλληλουχία του DNA μπορεί να επηρεάσει τις πρωτεΐνες και κατ επέκταση τον ίδιο τον οργανισμό. Τέταρτη φάση: Αξιολόγηση Για να ελέγξουμε αν πετύχαμε τους στόχους της διδασκαλίας με τις παραπάνω μεθόδους, καλούμε τους μαθητές να λύσουν κάποιες ασκήσεις στην τάξη : Πέμπτη φάση: Ανακεφαλαίωση ( *άσκηση 2 (εκτός του πίνακα) άσκηση 3 (εκτός του πίνακα) Ανακεφαλαιώνοντας αναφέρουμε το ρόλο της αντιγραφής της μεταγραφής και της μετάφρασης στην διατήρηση και την έκφραση της γενετικής πληροφορίας και ζητάμε από τους μαθητές να κοιτάξουν την εικόνα 5.14 (εκτός πίνακα) του βιβλίου τους η οποία συνδέει την αλληλουχία του DNA με τα χαρακτηριστικά του οργανισμού τονίζοντας έτσι τον ρόλο της ροής της γενετικής πληροφορίας

9 Άσκηση 2 Άσκηση 3

10 Βιβλιογραφία: Βιολογία Β και Γ Γυμνασίου, Διαδραστικά σχολικά βιβλία, Φωτόδεντρο, Μαθησιακά αντικείμενα, Φραγκίσκος Κεφαλάς,YouTube, Βιβλίο εκπαιδευτικού, βιολογία Γ Γυμνασίου, taexeiola.blogspot.gr