معلومة

1.3: هيكل الحمض النووي - علم الأحياء

1.3: هيكل الحمض النووي - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أثبتت التجارب الموضحة في الأقسام السابقة أن الحمض النووي هو المادة الجينية ، ولكن لم يُعرف سوى القليل جدًا عن هيكله في ذلك الوقت.

قواعد المسؤول

متي واتسون وكريك في الأربعينيات من القرن الماضي لتحديد بنية الحمض النووي ، كان معروفًا بالفعل أن الحمض النووي يتكون من سلسلة من أربعة أنواع مختلفة من الجزيئات ، تسمى القواعد أو النيوكليوتيدات: الأدينين (A) ، السيتوزين (C) ، الثايمين (T) ، جوانين (G). عرف واتسون وكريك أيضًا قواعد المسؤول، والتي كانت عبارة عن مجموعة من الملاحظات حول الكمية النسبية لكل نيوكليوتيد كانت موجودة في أي مستخلص من الحمض النووي تقريبًا. لاحظ Chargaff أنه بالنسبة لأي نوع معين ، كانت وفرة A هي نفسها T ، و G كانت هي نفسها C. وكان هذا ضروريًا لنموذج Watson & Crick.

اللولب المزدوج

باستخدام النماذج المعدنية المتناسبة للنيوكليوتيدات الفردية ، استنتج واتسون وكريك بنية للحمض النووي تتوافق مع قواعد Chargaff ومع بيانات علم البلورات بالأشعة السينية التي تم الحصول عليها (مع بعض الجدل) من باحثة أخرى تدعى روزاليند فرانكلين. في شهرة واطسون وكريك الحلزون المزدوج، يحتوي كل من الخيطين على قواعد DNA متصلة من خلال روابط تساهمية إلى العمود الفقري للسكر والفوسفات (الشكل 1.8 ، 1.9). نظرًا لأن جانبًا واحدًا من كل جزيء سكر متصل دائمًا بالجانب المقابل لجزيء السكر التالي ، فإن كل خيط من الحمض النووي له قطبية: تسمى هذه النهاية 5 '(5 برايم) والنهاية 3' (3-برايم) ، وفقًا لتسمية الكربون في السكريات. يتم تشغيل خيوط اللولب المزدوج ضد الموازية (أي الاتجاه المعاكس) ، مع نهاية 5 "من خصلة واحدة متاخمة للطرف 3" من الخصلة الأخرى. يحتوي الحلزون المزدوج على ملف أيمن تطور ، (بدلاً من الالتواء الأيسر الذي غالبًا ما يتم تمثيله بشكل غير صحيح في وسائل الإعلام الشعبية). تمتد قواعد الحمض النووي من العمود الفقري باتجاه مركز الحلزون ، مع زوج من القواعد من كل خيط لتشكيل روابط هيدروجينية تساعد على تثبيت الخيطين معًا. في معظم الظروف ، يتم إزاحة الخيطين قليلاً ، مما يخلق أخدودًا رئيسيًا على وجه واحد من اللولب المزدوج ، وأخدود ثانوي على الآخر. بسبب بنية القواعد ، يمكن لـ A فقط تكوين روابط هيدروجينية مع T ، ويمكن لـ G فقط تكوين روابط هيدروجينية مع C (تذكر قواعد Chargaff). لذلك يُقال أن كل خيط مكمل للآخر ، وبالتالي يحتوي كل خيط أيضًا على معلومات كافية للعمل كقالب لتوليف الآخر. هذا التكرار التكميلي مهم في تكرار وإصلاح الحمض النووي.

كيف يمكن لهذا الجزيء ، DNA ، أن يحتوي على المادة الوراثية؟


الحلزون المزدوج للحمض النووي

تم تقديم البنية المزدوجة الحلزونية للحمض النووي إلى العالم بواسطة واتسون وكريك ، وتم تحديدها من خلال استخدام تقنيات حيود الأشعة السينية لاكتشاف البنية ثلاثية الأبعاد للحمض النووي. على الرغم من أن البنية المقبولة عالميًا تُعرف باسم نموذج Watson and Crick لبنية الحمض النووي ، إلا أن روزاليند فرانكلين هي أحد الأشخاص المهمين الذين تم استبعادهم من التعليم التاريخي للحمض النووي واكتشاف # 8217s. كانت بيانات عالمة الفيزياء الحيوية البريطانية هذه حاسمة بالنسبة لأعمال واتسون وكريك وويلسون ، الأمر الذي من شأنه أن يكسبهم جائزة نوبل عن هذا الاكتشاف. لم تكن فرانكلين مؤهلة للحصول على الجائزة أولاً لأنها توفيت قبل الترشيح (الذي لم يُمنح بعد وفاتها) ، وثانيًا لأنه خلال هذا الوقت لم يكن من غير المألوف أن يتم التغاضي عن النساء في العلوم وعدم الاعتراف بمساهماتهن على النحو الواجب. في الواقع ، اعتمد اكتشافهم على الأشعة السينية التي أخذها فرانكلين وكتب كريك لاحقًا في رسالة أن & # 8220 البيانات التي ساعدتنا حقًا في الحصول على الهيكل تم الحصول عليها بشكل أساسي من قبل روزاليند فرانكلين & # 8221.

يتم مناقشة الافتراضات المختلفة لهذا النموذج أدناه.

1. يتكون الحمض النووي من سلسلتين عديد النوكليوتيدات

الحمض النووي عبارة عن بوليمر من النيوكليوتيدات. يتم ترتيب هذه النيوكليوتيدات في شكل سلسلتين.

الحلزون المزدوج للحمض النووي له أخاديد

السلاسل اثنين من النوكليوتيدات ليست متناظرة. عندما يتم لف الخيطين حول بعضهما البعض ، يتم ترك فراغات في شكل أخاديد. يوجد نوعان من الأخاديد في الحلزون المزدوج للحمض النووي.

  • ميجور جروف: هو الأخدود الأوسع بقياس 22 وحدة أنجستروم.
  • الأخاديد الصغيرة: عرض هذا الأخدود أقل من عرض الأخدود الرئيسي. يقيس حوالي 12 وحدة أنجستروم.

توفر هذه الأخاديد في الحلزون المزدوج للحمض النووي مساحة لربط الإنزيمات وعوامل النسخ ، إلخ.


البيولوجيا الجزيئية للخلية. الطبعة الرابعة.

واجه علماء الأحياء في الأربعينيات صعوبة في قبول الحمض النووي باعتباره المادة الوراثية بسبب البساطة الواضحة في تركيبته الكيميائية. كان من المعروف أن الحمض النووي عبارة عن بوليمر طويل يتكون من أربعة أنواع فقط من الوحدات الفرعية ، والتي تشبه بعضها البعض كيميائيًا. في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي ، تم فحص الحمض النووي لأول مرة عن طريق تحليل حيود الأشعة السينية ، وهي تقنية لتحديد التركيب الذري ثلاثي الأبعاد للجزيء (تمت مناقشته في الفصل 8). أشارت نتائج حيود الأشعة السينية المبكرة إلى أن الحمض النووي يتكون من شريطين من جرح البوليمر في حلزون. كانت ملاحظة أن الحمض النووي مزدوج الشريطة ذات أهمية حاسمة وقدمت أحد القرائن الرئيسية التي أدت إلى بنية Watson-Crick للحمض النووي. فقط عندما تم اقتراح هذا النموذج ، أصبحت إمكانات الحمض النووي للنسخ المتماثل وترميز المعلومات واضحة. في هذا القسم ، نفحص بنية جزيء الحمض النووي ونوضح بشكل عام كيف يمكنه تخزين المعلومات الوراثية.


1.3: هيكل الحمض النووي - علم الأحياء


دعم عند الطلب

800-863-3496 ، opt. 1 ، اختيار. 1
من الإثنين إلى الجمعة ، من 6 صباحًا حتى 10 مساءً
أو راسلنا عبر البريد الإلكتروني: [email protected]

موارد

معلومات إضافية


الخدمات التقنية

مكتب الأمن UEN
801-585-9888

مركز دعم الخدمات الفنية (TSSC)
800-863-3496
دليل الموظفين

المشاريع

مجموعات الشبكة

أدوات الشبكة

معلومة

مركز البث اكليس
101 واساتش درايف
سولت ليك سيتي ، يوتا 84112

(800) 866-5852
(801) 585-6105 (فاكس)

حوكمة UEN

الادارة
(801) 585-6013
المخطط الهيكلي

الخدمات التعليمية
(800) 866-5852
المخطط الهيكلي

خدمات تقنية
(800) 863-3496
المخطط الهيكلي

مقدمة
العلم هو طريقة للمعرفة وعملية لاكتساب المعرفة وفهم العالم الطبيعي. يركز منهج العلوم الأساسية على فهم المهارات واستخدامها. يجب أن يكون الطلاب متعلمين نشطين. لا يكفي أن يقرأ الطلاب عن العلوم وأن عليهم أن يدرسوا العلوم. يجب عليهم ملاحظة الفرضيات والاستفسار عنها وطرحها وصياغتها واختبارها وتحليل البيانات وإعداد التقارير وتقييم النتائج. يجب أن يكون لدى الطلاب ، كعلماء ، خبرات عملية ونشطة في جميع مراحل التدريس في منهج العلوم.

يصف Science Core ما يجب على الطلاب معرفته والقدرة على القيام به في نهاية كل دورة تدريبية. تم تطويره وانتقاده وتجريبه وتنقيحه من قبل مجتمع من معلمي العلوم في ولاية يوتا ومعلمي العلوم بالجامعة والمتخصصين في مكتب الولاية للتعليم والعلماء والمستشارين الوطنيين الخبراء ولجنة استشارية تمثل مجموعة متنوعة من الأشخاص من المجتمع. يعكس Core الفلسفة الحالية لتعليم العلوم التي يتم التعبير عنها في الوثائق الوطنية التي طورتها الرابطة الأمريكية لتقدم العلوم والأكاديميات الوطنية للعلوم. يحظى مركز العلوم هذا بتأييد جمعية معلمي العلوم في ولاية يوتا. يعكس Core مستويات عالية من الإنجاز في العلوم لجميع الطلاب.

منظمة العلوم الأساسية
تم تصميم Core لمساعدة المعلمين على تنظيم وتقديم التعليمات. تتضمن عناصر جوهر ما يلي:

  • يبدأ كل مستوى دراسي بوصف موجز للدورة التدريبية.
  • نتائج التعلم المقصودة (ILOs) تصف أهداف المهارات العلمية والمواقف. تم العثور عليها في بداية كل درجة ، وهي جزء لا يتجزأ من الأساسي الذي يجب تضمينه كجزء من التدريس.
  • تصف معايير العلوم محتوى العلوم الذي يجب أن يعرفه الطلاب. يحتوي كل مستوى صف على ثلاثة إلى خمسة معايير علمية. تتقاطع منظمة العمل الدولية والمعايير في المعايير والأهداف والمؤشرات.
  • المعيار هو بيان واسع لما يتوقع من الطلاب فهمه. يتم سرد العديد من الأهداف تحت كل معيار.
  • الهدف هو وصف أكثر تركيزًا لما يحتاج الطلاب إلى معرفته والقدرة على القيام به عند الانتهاء من التدريس. إذا كان الطلاب قد أتقنوا الأهداف المرتبطة بمعيار معين ، فسيتم الحكم عليهم بأنهم أتقنوا هذا المعيار في ذلك المستوى من الصف الدراسي. تم وصف العديد من المؤشرات لكل هدف.
  • المؤشر هو إجراء طالب قابل للقياس أو يمكن ملاحظته يمكّن المرء من الحكم على ما إذا كان الطالب قد أتقن هدفًا معينًا. لا يُقصد بالمؤشرات أن تكون أنشطة حجرة الدراسة ، لكنها يمكن أن تساعد في توجيه التدريس في الفصل الدراسي.
  • يجب أن يستخدم طلاب لغة العلوم قائمة بالمصطلحات التي يجب على الطلاب والمعلمين دمجها في محادثاتهم اليومية العادية حول موضوعات العلوم. هذه ليست قوائم مفردات ليحفظها الطلاب.

تم استخدام سبعة مبادئ توجيهية في تطوير جوهر العلوم

يعكس طبيعة العلم: العلم طريقة للمعرفة وعملية لاكتساب المعرفة وفهم العالم الطبيعي. تم تصميم Core لإنتاج مجموعة متكاملة من نتائج التعلم المقصودة (ILOs) للطلاب.

كما هو موضح في منظمة العمل الدولية هذه ، سيقوم الطلاب بما يلي:

  • استخدم العملية العلمية ومهارات التفكير.
  • الاهتمامات والمواقف العلمية الواضحة.
  • فهم المفاهيم والمبادئ العلمية الهامة.
  • التواصل الفعال باستخدام لغة العلم والتفكير.
  • إظهار الوعي بالجوانب الاجتماعية والتاريخية للعلوم.
  • افهم طبيعة العلم.

متماسك: تم تصميم Core بحيث ، حيثما أمكن ، يكون للأفكار العلمية التي يتم تدريسها ضمن مستوى صف معين ارتباط منطقي وطبيعي مع بعضها البعض ومع تلك الموجودة في الصفوف السابقة. كما بُذلت جهود لاختيار الموضوعات والمهارات التي تتكامل بشكل جيد مع بعضها البعض ومع المجالات الأخرى المناسبة لمستوى الصف الدراسي. بالإضافة إلى ذلك ، هناك صياغة تصاعدية لمفاهيم العلوم والمهارات والمحتوى. يهدف هذا التصاعد إلى إعداد الطلاب لفهم واستخدام مفاهيم ومهارات علمية أكثر تعقيدًا أثناء تقدمهم في تعلم العلوم.

مناسب من الناحية التنموية: يأخذ المركز بعين الاعتبار الاستعداد النفسي والاجتماعي للطلاب. إنه يبني من التجارب الملموسة إلى الفهم المجرد. يصف Core لغة العلوم التي يجب على الطلاب استخدامها بما يتناسب مع مستوى صفهم الدراسي. لا ينبغي التأكيد على المفردات الأكثر شمولاً. في الماضي ، ربما اعتقد العديد من المعلمين خطأً أن الطلاب فهموا المفاهيم المجردة (مثل طبيعة الذرة) لأنهم كرروا الأسماء والمفردات المناسبة (مثل & quotelectron & quot و & quotneutron & quot). يقاوم Core الإغراء لوصف المفاهيم المجردة بمستويات صفية غير مناسبة بدلاً من ذلك ، فهو يركز على توفير الخبرات مع المفاهيم التي يمكن للطلاب استكشافها وفهمها بعمق لبناء أساس لتعلم العلوم في المستقبل.

يشجع ممارسات التدريس الجيدة: من المستحيل تحقيق القصد الكامل من Core من خلال إلقاء المحاضرات وجعل الطلاب يقرؤون من الكتب المدرسية. يؤكد Science Core على استفسار الطالب. تعتبر مهارات العملية العلمية مركزية في كل معيار. يشجع العلم الجيد الطلاب على اكتساب المعرفة من خلال ممارسة العلم: الملاحظة ، والتساؤل ، والاستكشاف ، وصنع الفرضيات واختبارها ، ومقارنة التنبؤات ، وتقييم البيانات ، وإيصال الاستنتاجات. تم تصميم Core لتشجيع التدريس مع الطلاب الذين يعملون في مجموعات تعاونية. يجب أن يربط التدريس الدروس بحياة الطلاب اليومية. يوجه Core تعليم العلوم التجريبية لجميع الطلاب ، وليس فقط أولئك الذين نجحوا تقليديًا في فصول العلوم.

شامل: لا يغطي Science Core جميع الموضوعات التي كانت موجودة تقليديًا في منهج العلوم ، ومع ذلك ، فإنه يوفر خلفية شاملة في العلوم. من خلال التأكيد على العمق بدلاً من الاتساع ، يسعى Core إلى تمكين الطلاب بدلاً من ترهيبهم بمجموعة من الحقائق المعزولة والمُنسى. للمدرسين الحرية في إضافة المفاهيم والمهارات ذات الصلة ، ولكن من المتوقع أن يقوموا بتدريس جميع المعايير والأهداف المحددة في Core لمستوى صفهم.

مفيد وذات صلة: يرتبط هذا المنهج مباشرة باحتياجات الطلاب واهتماماتهم. إنه متجذر في العالم الطبيعي الذي نعيش فيه. تمكن صلة العلم بالمساعي الأخرى الطلاب من نقل المهارات المكتسبة من تدريس العلوم إلى موادهم المدرسية الأخرى وإلى حياتهم خارج الفصل الدراسي.

يشجع ممارسات التقييم الجيدة: من الأفضل تقييم تحقيق الطلاب للمعايير والأهداف في هذا المركز الأساسي باستخدام مجموعة متنوعة من أدوات التقييم. يجب أن يكون الغرض من التقييم واضحًا للمعلم كما هو مخطط له وتنفيذه وتقييمه. تعتبر اختبارات الأداء مناسبة بشكل خاص لتقييم إتقان الطالب للعمليات العلمية ومهارات حل المشكلات. يجب على المعلمين استخدام مجموعة متنوعة من مناهج التقييم الصفية جنبًا إلى جنب مع أدوات التقييم القياسية لتوجيه تعليماتهم. يوصى بشدة بملاحظة الطلاب المشاركين في الأنشطة العلمية كطريقة لتقييم مهارات الطلاب وكذلك المواقف في العلوم. توفر طبيعة الأسئلة التي يطرحها الطلاب أدلة مهمة على فهم الطلاب للعلم واهتمامهم به.

يحتوي المنهج الأساسي لعلم الأحياء على هدفين أساسيين: (1) سيقدر الطلاب العلوم ويستخدمونها كعملية للحصول على المعرفة بناءً على أدلة يمكن ملاحظتها ، و (2) سيستمر فضول الطلاب أثناء تطويرهم للقدرات المرتبطة بالاستقصاء العلمي وصقلها. .

سمة
يحتوي The Biology Core على ثلاثة مفاهيم رئيسية لتركيز التعليمات: (1) تحدث الهياكل في جميع الكائنات الحية نتيجة للوظائف الضرورية. (2) يتم تحديد تفاعلات الكائنات الحية في البيئة من خلال المكونات الحيوية وغير الحيوية للبيئة. (3) يحدث تطور الأنواع بمرور الوقت ويرتبط بالبيئة التي تعيش فيها الأنواع.

سؤال
يجب على طلاب علم الأحياء تصميم التجارب وتنفيذها ، والاستعلام عن القيمة باعتباره العملية العلمية الأساسية. يجب تشجيعهم على الحفاظ على عقل منفتح ومتسائل ، لطرح أسئلتهم الخاصة حول الأشياء والأحداث والعمليات والنتائج. يجب أن تتاح لهم الفرصة للتخطيط وإجراء تجاربهم الخاصة ، والتوصل إلى استنتاجاتهم الخاصة أثناء قراءتهم وملاحظتهم ومقارنتهم ووصفهم واستنتاجهم واستخلاص النتائج. يجب مقارنة نتائج تجاربهم من حيث المعقولية بمصادر متعددة للمعلومات. يجب تشجيعهم على استخدام التفكير عند تطبيق مفاهيم علم الأحياء على حياتهم.

يتطلب تعليم العلوم الجيد إجراء تحقيقات علمية عملية يكون فيها استفسار الطلاب هدفًا مهمًا. يجب على المعلمين توفير الفرص لجميع الطلاب لتجربة أشياء كثيرة. يجب على الطلاب التحقيق في الكائنات الحية من كل مملكة. يجب أن تكون التحقيقات المعملية مكونات متكررة وذات مغزى لتعليم علم الأحياء. يجب أن يستمتع الطلاب بالعلوم كعملية لاكتشاف وفهم العالم الطبيعي.

ملاءمة
يجب دمج المفاهيم الأساسية في علم الأحياء مع المفاهيم والمهارات من مجالات المناهج الأخرى. يجب التأكيد على مهارات القراءة والكتابة والرياضيات باعتبارها جزءًا لا يتجزأ من تعليم العلوم. تعد الأهمية الشخصية للعلم في حياة الطلاب جزءًا مهمًا من مساعدة الطلاب على تقدير العلوم ويجب التأكيد عليها في هذا المستوى من الصف الدراسي. يجب أن يكون تطوير مهارات الكتابة لدى الطلاب في العلوم جزءًا مهمًا من تعليم العلوم في علم الأحياء. يجب على الطلاب كتابة أوصاف بانتظام لملاحظاتهم وتجاربهم. المجلات المعملية طريقة فعالة للتأكيد على أهمية الكتابة في العلوم.

إن توفير الفرص للطلاب لاكتساب نظرة ثاقبة في الوظائف ذات الصلة بالعلوم يضيف إلى أهمية تعلم العلوم. يوفر علم الأحياء للطلاب فرصة للتحقيق في وظائف في علم الوراثة والتكنولوجيا الحيوية وإدارة الحياة البرية والعلوم البيئية والعديد من مجالات الطب.

اختلاف الشخصيات
يجب التأكيد على قيمة الصدق والنزاهة والانضباط الذاتي والاحترام والمسؤولية والالتزام بالمواعيد والاعتمادية والمجاملة والتعاون والمراعاة والعمل الجماعي كجزء لا يتجزأ من تعلم العلوم. هذه تتعلق برعاية الكائنات الحية ، والسلامة والاهتمام بالذات والآخرين ، والإشراف البيئي. الصدق في جميع جوانب البحث والتجريب وجمع البيانات وإعداد التقارير عنصر أساسي في العلم.

موارد تعليمية
تم تصميم هذا المركز باستخدام الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم مشروع 2061: معايير لمحو الأمية العلمية والأكاديمية الوطنية للعلوم معايير تعليم العلوم الوطنية كدليل لتحديد المحتوى والمهارات المناسبة.

احتياطات السلامة
تزيد الطبيعة العملية لتعلم العلوم من حاجة المعلمين لاستخدام الاحتياطات المناسبة في الفصل والميدان. يعتبر التعامل السليم مع المواد الكيميائية والتخلص منها أمرًا بالغ الأهمية من أجل الحصول على فصل دراسي آمن. يمكن إنجاز الكيمياء الموصوفة في علم الأحياء باستخدام المواد الكيميائية المنزلية الآمنة وتقنيات الكيمياء الدقيقة. من المهم أن يفهم جميع الطلاب قواعد الفصل الدراسي الآمن.

الاستخدام المناسب للأشياء الحية في حجرة الدراسة العلمية
من المهم الحفاظ على بيئة آمنة وإنسانية للحيوانات في الفصل الدراسي. يجب أن تكون الأنشطة الميدانية مدروسة جيدًا وأن تستخدم ممارسات مناسبة وآمنة. يجب أن تتم مجموعات الطلاب تحت إشراف المعلم مع الانتباه إلى التأثير على البيئة. يجب مراعاة عدد وحجم العينات المأخوذة للمجموعات في ضوء الفائدة التعليمية. لا ينبغي أخذ بعض الكائنات الحية من البيئة ، بل يجب ملاحظتها ووصفها باستخدام الصور الفوتوغرافية أو الرسومات أو الأوصاف المكتوبة ليتم تضمينها في مجموعة الطالب. يجب على المعلمين الالتزام بالإرشادات المنشورة للاستخدام السليم للحيوانات والمعدات والمواد الكيميائية في الفصل. تتوفر هذه الإرشادات على صفحة Utah Science الرئيسية.

الهدف الأهم
يجب أن ينمي تعليم العلوم فضول الطلاب وشعورهم بالعجب والبناء عليه. يُشرك تعليم العلوم الفعال الطلاب في خبرات تعليمية ممتعة. يجب أن يكون تعليم العلوم تجربة مثيرة للطالب مثل فتح صخرة ورؤية أحفورة ، أو تتبع وتفسير النسب ، أو ملاحظة تأثير بعض المواد الكيميائية على نبضات قلب دافنيا. العلم ليس فقط لأولئك الذين نجحوا تقليديًا في هذا الموضوع ، وليس فقط لأولئك الذين سيختارون المهن ذات الصلة بالعلوم. في عالم يتسع بسرعة المعرفة والتكنولوجيا ، يجب على جميع الطلاب اكتساب المهارات التي سيحتاجون إليها لفهمها والعمل بمسؤولية ونجاح في العالم. يوفر Core المهارات في سياق يمكّن الطلاب من تجربة متعة ممارسة العلوم.

مخرجات التعلم المقصودة لعلوم أنظمة الأرض والبيولوجيا والكيمياء والفيزياء

تصف مخرجات التعلم المقصودة (ILOs) المهارات والمواقف التي يجب أن يتعلمها الطلاب كنتيجة لتعليم العلوم. إنها جزء أساسي من المنهج الدراسي الأساسي للعلوم وتوفر للمعلمين معيارًا لتقييم تعلم الطلاب في العلوم. يجب أن يتضمن التدريس خبرات علمية مهمة تؤدي إلى فهم الطلاب باستخدام منظمة العمل الدولية.

الهدف الرئيسي من تعليم العلوم في ولاية يوتا هو أن الطلاب سيقدرون العلم ويستخدمونه كعملية للحصول على المعرفة بناءً على أدلة يمكن ملاحظتها.

بنهاية تدريس العلوم في المدرسة الثانوية ، سيكون الطلاب قادرين على:

  1. استخدام عملية العلوم ومهارات التفكير
    1. راقب الأشياء والأحداث والأنماط وسجل كل من المعلومات النوعية والكمية.
    2. استخدم المقارنات للمساعدة في فهم الملاحظات والظواهر.
    3. تقييم البيانات وفرزها وتسلسلها وفقًا لمعايير معينة.
    4. اختيار واستخدام الأدوات التكنولوجية المناسبة لجمع البيانات وتحليلها.
    5. تخطيط وإجراء تجارب يمكن للطلاب من خلالها:
      • تحديد المشكلة.
      • صياغة أسئلة البحث والفرضيات.
      • توقع نتائج التحقيقات بناءً على بيانات سابقة.
      • تحديد المتغيرات ووصف العلاقات فيما بينها.
      • خطة إجراءات للتحكم في المتغيرات المستقلة.
      • اجمع البيانات عن المتغير (المتغيرات) التابع.
      • حدد التنسيق المناسب (على سبيل المثال ، رسم بياني ، رسم بياني ، رسم بياني) واستخدمه لتلخيص البيانات التي تم الحصول عليها.
      • تحليل البيانات والتحقق منها للتأكد من دقتها وتوصل إلى استنتاجات معقولة.
      • إعداد تقارير مكتوبة وشفوية عن التحقيقات.
    6. فرّق بين البيانات الواقعية والاستدلالات.
    7. تطوير واستخدام أنظمة التصنيف.
    8. بناء النماذج والمحاكاة والاستعارات لوصف وشرح الظواهر الطبيعية.
    9. استخدم الرياضيات كطريقة دقيقة لإظهار العلاقات.
    10. كوِّن فرضيات بديلة لشرح المشكلة.
    1. قم بقراءة ودراسة الكتب والمواد الأخرى المتعلقة بالعلوم طواعية.
    2. طرح أسئلة حول الأشياء والأحداث والعمليات التي يمكن الإجابة عليها من خلال البحث العلمي.
    3. الحفاظ على عقل منفتح ومتسائل تجاه الأفكار ووجهات النظر البديلة.
    4. تحمل مسؤولية المساعدة الفعالة في حل المشكلات الاجتماعية والأخلاقية والبيئية المتعلقة بالعلوم والتكنولوجيا.
    5. تقييم الادعاءات ذات الصلة علميًا مقابل الأدلة المتاحة.
    6. رفض العلم الزائف كمصدر للمعرفة العلمية.
    1. معرفة وشرح المعلومات العلمية المحددة للموضوع قيد الدراسة.
    2. يميز بين الأمثلة وغير الأمثلة للمفاهيم التي تم تدريسها.
    3. تطبيق مبادئ ومفاهيم العلم لشرح الظواهر المختلفة.
    4. حل المشكلات بتطبيق أسس علمية وإجراءات.
    1. توفير البيانات ذات الصلة لدعم استنتاجاتهم واستنتاجاتهم.
    2. استخدام لغة علمية دقيقة في الاتصال الشفوي والكتابي.
    3. استخدم اللغة الإنجليزية الصحيحة في التقارير الشفوية والمكتوبة.
    4. استخدم المصادر المرجعية للحصول على المعلومات والاستشهاد بالمصادر.
    5. استخدم اللغة الرياضية والمنطق لتوصيل المعلومات.
    1. اذكر أمثلة عن كيفية تأثير العلم على حياة الإنسان.
    2. أعط أمثلة عن كيفية تأثير التقدم التكنولوجي على تقدم العلم وكيف أثر العلم على التقدم التكنولوجي.
    3. فهم الطبيعة التراكمية للمعرفة العلمية.
    4. التعرف على المساهمات في المعرفة العلمية التي قدمها كل من النساء والرجال.
    1. العلم هو وسيلة للمعرفة يستخدمها كثير من الناس ، وليس العلماء فقط.
    2. افهم أن التحقيقات العلمية تستخدم مجموعة متنوعة من الأساليب ولا تستخدم دائمًا نفس مجموعة الإجراءات ، افهم أنه لا توجد طريقة واحدة & quotscientific. & quot
    3. النتائج العلمية تستند إلى الأدلة.
    4. افهم أن استنتاجات العلم مؤقتة وبالتالي فهي غير نهائية أبدًا. التفاهمات القائمة على هذه الاستنتاجات قابلة للمراجعة في ضوء الأدلة الجديدة.
    5. افهم أن الاستنتاجات العلمية تستند إلى افتراض أن القوانين الطبيعية تعمل اليوم كما فعلت في الماضي وأنها ستستمر في القيام بذلك في المستقبل.
    6. فهم استخدام المصطلح & quottheory & quot في العلوم ، وأن المجتمع العلمي يتحقق من صحة كل نظرية قبل قبولها. إذا تم اكتشاف دليل جديد على أن النظرية لا تستوعب ، يتم تعديل النظرية بشكل عام في ضوء هذا الدليل الجديد.
    7. افهم أن مختلف تخصصات العلوم مترابطة وتشترك في قواعد أدلة مشتركة لشرح الظواهر في العالم الطبيعي.
    8. افهم أن البحث العلمي يتميز بمجموعة مشتركة من القيم التي تشمل التفكير المنطقي والدقة والانفتاح الذهني والموضوعية والشك وإمكانية تكرار النتائج والتقرير الصادق والأخلاقي للنتائج. تعمل هذه القيم كمعايير في التمييز بين العلم وغير العلمي.
    9. افهم أن العلم والتكنولوجيا قد يثيران قضايا أخلاقية لا يقدم العلم بمفرده حلولًا لها.

    المعايير الأساسية للدورة

    المعيار 1
    سوف يفهم الطلاب أن الكائنات الحية تتفاعل مع بعضها البعض ومع بيئتهم.

    الهدف 1
    لخص كيف تتدفق الطاقة عبر نظام بيئي.

    1. رتب مكونات السلسلة الغذائية وفقًا لتدفق الطاقة.
    2. قارن كمية الطاقة في خطوات هرم الطاقة.
    3. وصف الاستراتيجيات التي تستخدمها الكائنات الحية لتحقيق التوازن بين الطاقة المنفقة للحصول على الغذاء والطاقة المكتسبة من الغذاء (على سبيل المثال ، الهجرة إلى مناطق الوفرة الموسمية ، وتبديل نوع الفريسة بناءً على التوافر أو السبات أو السكون).
    4. قارن ناتج الطاقة النسبي الذي ينفقه الكائن الحي في الحصول على الغذاء بالطاقة المكتسبة من الطعام (على سبيل المثال ، الطائر الطنان - الطاقة المستهلكة التي تحوم عند زهرة مقارنة بكمية الطاقة المكتسبة من الرحيق ، ذئب البراري - مطاردة الفئران إلى الطاقة المكتسبة من عند اصطياد واحدة ، يتم إنفاق الطاقة في هجرة الطيور إلى موقع ذي وفرة موسمية مقارنة بالطاقة المكتسبة من خلال البقاء في مناخ بارد مع طعام محدود).
    5. البحث في إنتاج الغذاء في أجزاء مختلفة من العالم (على سبيل المثال ، المجتمعات الصناعية & # 8217 زيادة استخدام الوقود الأحفوري في إنتاج الغذاء ، وصحة الإنسان المتعلقة بالمنتج الغذائي).

    الهدف 2
    اشرح العلاقات بين دورات المادة والكائنات الحية.

    1. استخدم الرسوم البيانية لتتبع حركة المادة خلال دورة (مثل الكربون والأكسجين والنيتروجين والماء) في مجموعة متنوعة من المجتمعات والأنظمة البيئية البيولوجية.
    2. اشرح كيف أن الماء عامل مقيد في النظم البيئية المختلفة.
    3. يميز بين الاستدلال والأدلة في صحيفة أو مجلة أو مجلة أو مقال على الإنترنت يعالج قضية تتعلق بتأثير الإنسان على دورات المادة في نظام بيئي ويحدد التحيز في المقالة.
    4. تقييم تأثير الخيارات الشخصية فيما يتعلق بتدوير المادة داخل نظام بيئي (على سبيل المثال ، تأثير السيارات على دورة الكربون ، والتأثير على مدافن نفايات الأطعمة المصنعة والمعبأة).

    الهدف 3
    وصف كيف تساعد التفاعلات بين الكائنات الحية وبيئتها في تشكيل النظم البيئية.

    1. صنف العلاقات بين الكائنات الحية وفقًا للمفترس والفريسة والمنافسة والتعايش.
    2. قم بصياغة واختبار فرضية خاصة بتأثير تغيير متغير على آخر في نظام بيئي صغير.
    3. استخدم البيانات لتفسير التفاعلات بين العوامل الحيوية وغير الحيوية (على سبيل المثال ، درجة الحموضة ، ودرجة الحرارة ، وهطول الأمطار ، والسكان ، والتنوع) داخل نظام بيئي.
    4. استكشف نظامًا بيئيًا باستخدام طرق العلم لجمع البيانات الكمية والنوعية التي تصف النظام البيئي بالتفصيل.
    5. بحث وتقييم الممارسات المحلية والعالمية التي تؤثر على النظم البيئية.

    المعيار 2
    سوف يفهم الطلاب أن جميع الكائنات الحية تتكون من خلية واحدة أو أكثر مصنوعة من جزيئات ، وتأتي من خلايا موجودة مسبقًا ، وتؤدي وظائف الحياة.

    الهدف 1
    وصف الكيمياء الأساسية للخلايا الحية.

    1. ضع قائمة بالعناصر الكيميائية الرئيسية في الخلايا (مثل الكربون ، والهيدروجين ، والنيتروجين ، والأكسجين ، والفوسفور ، والكبريت ، والعناصر النزرة).
    2. حدد وظيفة الجزيئات الأربعة الرئيسية (أي الكربوهيدرات والبروتينات والدهون والأحماض النووية).
    3. اشرح كيف تساهم خصائص الماء (على سبيل المثال ، التماسك ، الالتصاق ، السعة الحرارية ، خصائص المذيبات) في الحفاظ على الخلايا والكائنات الحية.
    4. اشرح دور الإنزيمات في كيمياء الخلايا.

    الهدف 2
    وصف تدفق الطاقة والمادة في الوظيفة الخلوية.

    1. التمييز بين الخلايا ذاتية التغذية والخلايا غيرية التغذية.
    2. وضح دورة المادة وتدفق الطاقة من خلال عملية التمثيل الضوئي (على سبيل المثال ، باستخدام الطاقة الضوئية لدمج ثاني أكسيد الكربون2 و ح2O لإنتاج الأكسجين والسكريات) والتنفس (على سبيل المثال ، عن طريق إطلاق الطاقة من السكر و O2 لإنتاج أول أكسيد الكربون2 و ح2س).
    3. قياس إنتاج واحد أو أكثر من منتجات إما التمثيل الضوئي أو التنفس.

    الهدف 3
    تحقق من بنية ووظيفة الخلايا وأجزاء الخلايا.

    1. اشرح كيف تنقسم الخلايا من الخلايا الموجودة.
    2. وصف نظرية الخلية وربط طبيعة العلم بتطور نظرية الخلية (على سبيل المثال ، المبنية على المعرفة السابقة ، استخدام تكنولوجيا أكثر تعقيدًا بشكل متزايد).
    3. وصف كيف يساعد نقل المواد داخل وخارج الخلايا على تمكين الخلايا من الحفاظ على التوازن (أي التناضح ، والانتشار ، والنقل النشط).
    4. صف العلاقة بين العضيات في الخلية ووظائف تلك الخلية.
    5. جرب الكائنات الحية الدقيقة و / أو النباتات لاستقصاء النمو والتكاثر.

    المعيار 3
    سوف يفهم الطلاب العلاقة بين بنية ووظيفة الأعضاء وأنظمة الأعضاء.

    الهدف 1
    وصف بنية ووظيفة الأعضاء.

    1. رسم تخطيطي وتسمية بنية المكونات الأساسية للأعضاء التمثيلية في النباتات والحيوانات (على سبيل المثال ، القلب - أنسجة العضلات ، والصمامات وغرف الرئة - القصبة الهوائية ، والشعب الهوائية ، وأوراق الحويصلات الهوائية - الأوردة ، وجذع الثغور - نسيج الخشب ، واللحاء ، وجذر الكامبيوم - طرف ، استطالة ، شعر الجلد - الطبقات ، الغدد العرقية ، الغدد الدهنية ، بصيلات الشعر ، المبيض - البويضات ، البصيلات ، الجسم الأصفر).
    2. وصف وظيفة الأعضاء المختلفة (مثل القلب والرئتين والجلد والأوراق والساق والجذر والمبيض).
    3. ربط بنية الأعضاء بوظيفة الأعضاء.
    4. قارن بنية ووظيفة الأعضاء في كائن حي ببنية ووظيفة الأعضاء في كائن حي آخر.
    5. البحث والتقرير عن التطورات التكنولوجية المتعلقة بالأعضاء.

    الهدف 2
    وصف العلاقة بين بنية ووظيفة أنظمة الأعضاء في النباتات والحيوانات.

    1. اربط بين وظيفة العضو ووظيفة الجهاز العضوي.
    2. وصف بنية ووظيفة أنظمة الأعضاء المختلفة (أي الهضم ، والتنفس ، والدورة الدموية ، والحماية والدعم ، والجهاز العصبي) وكيف تساهم هذه الأنظمة في استتباب الكائن الحي.
    3. افحص علاقات أنظمة الأعضاء داخل الكائن الحي (على سبيل المثال ، التنفس بالدورة الدموية ، والأوراق إلى الجذور) ووصف العلاقة بين البنية للعمل في العلاقة.
    4. ربط الأنسجة التي تتكون منها الأعضاء بهيكل ووظيفة العضو.
    5. قارن بين بنية ووظيفة أنظمة الأعضاء في كائن حي بالبنية والوظيفة في كائن حي آخر (على سبيل المثال ، الدجاج إلى الأغنام والجهاز الهضمي السرخس إلى الجهاز التناسلي الخوخ).

    هناك أنماط ميراث يمكن التنبؤ بها. يزيد التكاثر الجنسي من التباين الجيني للأنواع. يوفر التكاثر اللاجنسي ذرية لها نفس الشفرة الوراثية كالوالد.

    المعيار 4
    سوف يفهم الطلاب أن المعلومات الجينية المشفرة في الحمض النووي تنتقل من الآباء إلى الأبناء عن طريق التكاثر الجنسي واللاجنسي. التركيب الأساسي للحمض النووي هو نفسه في جميع الكائنات الحية. التغييرات في الحمض النووي قد تغير التعبير الجيني.

    الهدف 1
    قارن بين التكاثر الجنسي واللاجنسي.

    1. اشرح أهمية الانقسام الاختزالي والتخصيب في التنوع الجيني.
    2. قارن مزايا / عيوب التكاثر الجنسي واللاجنسي ببقاء الأنواع.
    3. صياغة منظور لقضية أخلاقية بيولوجية تتعلق بالطفرات الصبغية المتعمدة أو غير المقصودة والدفاع عنها ودعمها.

    الهدف 2
    توقع وتفسير أنماط الوراثة في الكائنات الحية التي تتكاثر جنسيًا.

    1. اشرح قوانين Mendel & # 8217s للفصل والتشكيلة المستقلة ودورها في الوراثة الجينية.
    2. وضح النتائج المحتملة لإعادة التركيب في الكائنات الحية التي تتكاثر جنسيًا باستخدام زوج أو اثنين من الصفات المتباينة في التهجينات التالية: الهيمنة / المتنحية ، والسيطرة غير الكاملة ، والسمات المشتركة ، والسمات المرتبطة بالجنس.
    3. ربط المبادئ المندلية بالممارسات الحديثة لتربية النبات والحيوان.
    4. تحليل قضايا الأخلاقيات الحيوية والنظر في دور العلم في تحديد السياسة العامة.

    الهدف 3
    اشرح كيف أن بنية الحمض النووي وتكرارها ضروريان للوراثة وتخليق البروتين.

    1. Use a model to describe the structure of DNA.
    2. Explain the importance of DNA replication in cell reproduction.
    3. Summarize how genetic information encoded in DNA provides instructions for assembling protein molecules.
    4. Describe how mutations may affect genetic expression and cite examples of mutagens.
    5. Relate the historical events that lead to our present understanding of DNA to the cumulative nature of science knowledge and technology.
    6. Research, report, and debate genetic technologies that may improve the quality of life (e.g., genetic engineering, cloning, gene splicing).

    Standard 5
    Students will understand that biological diversity is a result of evolutionary processes.

    Objective 1
    Relate principles of evolution to biological diversity.

    1. Describe the effects of environmental factors on natural selection.
    2. Relate genetic variability to a species’ potential for adaptation to a changing environment.
    3. Relate reproductive isolation to speciation.
    4. Compare selective breeding to natural selection and relate the differences to agricultural practices.

    الهدف 2
    Cite evidence for changes in populations over time and use concepts of evolution to explain these changes.

    1. Cite evidence that supports biological evolution over time (e.g., geologic and fossil records, chemical mechanisms, DNA structural similarities, homologous and vestigial structures).
    2. Identify the role of mutation and recombination in evolution.
    3. Relate the nature of science to the historical development of the theory of evolution.
    4. Distinguish between observations and inferences in making interpretations related to evolution (e.g., observed similarities and differences in the beaks of Galapagos finches leads to the inference that they evolved from a common ancestor observed similarities and differences in the structures of birds and reptiles leads to the inference that birds evolved from reptiles).
    5. Review a scientific article and identify the research methods used to gather evidence that documents the evolution of a species.

    الهدف 3
    Classify organisms into a hierarchy of groups based on similarities that reflect their evolutionary relationships.

    1. Classify organisms using a classification tool such as a key or field guide.
    2. Generalize criteria used for classification of organisms (e.g., dichotomy, structure, broad to specific).
    3. Explain how evolutionary relationships are related to classification systems.
    4. Justify the ongoing changes to classification schemes used in biology.

    These materials have been produced by and for the teachers of the State of Utah. Copies of these materials may be freely reproduced for teacher and classroom use. When distributing these materials, credit should be given to Utah State Board of Education. These materials may not be published, in whole or part, or in any other format, without the written permission of the Utah State Board of Education, 250 East 500 South, PO Box 144200, Salt Lake City, Utah 84114-4200.


    1.3: The Structure of DNA - Biology

    This page, looking at the structure of DNA, is the first in a sequence of pages leading on to how DNA replicates (makes copies of) itself, and then to how information stored in DNA is used to make protein molecules. This material is aimed at 16 - 18 year old كيمياء الطلاب. If you are interested in this from a biological or biochemical point of view, you may find these pages a useful introduction before you get more information somewhere else.

    ملحوظة: If you are doing biology or biochemistry and are interested in more detail you can download a very useful pdf file about DNA from the Biochemical Society.

    Chemistry students at UK A level (or its various equivalents) should ليس waste time on this. The booklet is written for A level biology students, and goes into far more detail than you will need for chemistry purposes.

    A quick look at the whole structure of DNA

    These days, most people know about DNA as a complex molecule which carries the genetic code. Most will also have heard of the famous double helix.

    I'm going to start with a diagram of the whole structure, and then take it apart to see how it all fits together. The diagram shows a tiny bit of a DNA double helix.

    ملحوظة: This diagram comes from the US National Library of Medicine. You can see it in its original context by following this link if you are interested.

    Normally I prefer to draw my own diagrams, but my drawing software isn't sophisticated enough to produce convincing twisted "ribbons".

    Exploring a DNA chain

    The sugars in the backbone

    The backbone of DNA is based on a repeated pattern of a sugar group and a phosphate group. The full name of DNA, deoxyribonucleic acid, gives you the name of the sugar present - deoxyribose.

    Deoxyribose is a modified form of another sugar called ribose. I'm going to give you the structure of that first, because you will need it later anyway. Ribose is the sugar in the backbone of RNA, ribonucleic acid.

    This diagram misses out the carbon atoms in the ring for clarity. Each of the four corners where there isn't an atom shown has a carbon atom.

    The heavier lines are coming out of the screen or paper towards you. In other words, you are looking at the molecule from a bit above the plane of the ring.

    So that's ribose. Deoxyribose, as the name might suggest, is ribose which has lost an oxygen atom - "de-oxy".

    The only other thing you need to know about deoxyribose (or ribose, for that matter) is how the carbon atoms in the ring are numbered.

    The carbon atom to the right of the oxygen as we have drawn the ring is given the number 1, and then you work around to the carbon on the CH2OH side group which is number 5.

    You will notice that each of the numbers has a small dash by it - 3' or 5', for example. If you just had ribose or deoxyribose on its own, that wouldn't be necessary, but in DNA and RNA these sugars are attached to other ring compounds. The carbons in the sugars are given the little dashes so that they can be distinguished from any numbers given to atoms in the other rings.

    You read 3' or 5' as "3-prime" or "5-prime".

    Attaching a phosphate group

    The other repeating part of the DNA backbone is a phosphate group. A phosphate group is attached to the sugar molecule in place of the -OH group on the 5' carbon.

    ملحوظة: You may find other versions of this with varying degrees of ionisation. You may find a hydrogen attached instead of having a negative charge on one of the oxygens, or the hydrogen removed from the top -OH group to leave a negative ion there as well.

    I don't want to get bogged down in this. The version I am using is fine for chemistry purposes, and will make it easy to see how the DNA backbone is put together. We are soon going to simplify all this down anyway!

    Attaching a base and making a النوكليوتيدات

    The final piece that we need to add to this structure before we can build a DNA strand is one of four complicated organic bases. In DNA, these bases are cytosine (C), thymine (T), adenine (A) و guanine (G).

    ملحوظة: These are called "bases" because that is exactly what they are in chemical terms. They have lone pairs on nitrogens and so can act as electron pair donors (or accept hydrogen ions, if you prefer the simpler definition). This isn't particularly relevant to their function in DNA, but they are always referred to as bases anyway.

    These bases attach in place of the -OH group on the 1' carbon atom in the sugar ring.

    What we have produced is known as a النوكليوتيدات.

    We now need a quick look at the four bases. If you need these in a chemistry exam at this level, the structures will almost certainly be given to you.

    Here are their structures:

    The nitrogen and hydrogen atoms shown in blue on each molecule show where these molecules join on to the deoxyribose. In each case, the hydrogen is lost together with the -OH group on the 1' carbon atom of the sugar. This is a condensation reaction - two molecules joining together with the loss of a small one (not necessarily water).

    For example, here is what the nucleotide containing cytosine would look like:

    ملحوظة: I've flipped the cytosine horizontally (compared with the structure of cytosine I've given previously) so that it fits better into the diagram. You must be prepared to rotate or flip these structures if necessary.

    Joining the nucleotides into a DNA strand

    A DNA strand is simply a string of nucleotides joined together. I can show how this happens perfectly well by going back to a simpler diagram and not worrying about the structure of the bases.

    The phosphate group on one nucleotide links to the 3' carbon atom on the sugar of another one. In the process, a molecule of water is lost - another condensation reaction.

    . . . and you can continue to add more nucleotides in the same way to build up the DNA chain.

    Now we can simplify all this down to the bare essentials!

    ملحوظة: You will notice that I have drawn the P-O bonds attaching to the two sugar molecules opposite each other in the diagram above. You will also find diagrams where they are drawn at right angles to each other. Which is right?

    Both are right and, equally, both are misleading! The shape of the bonds around the phosphorus atom is tetrahedral, and all of the bonds are at approximately 109° to each other. Whichever way you choose to draw this in 2-dimensions on paper, it still represents the same molecule in reality.

    To take a simpler example, if you draw a structural formula for CH2Cl2 using simple bond notation, you could equally well draw the chlorine atoms at right angles to each other or opposite each other. The molecule would still be exactly the same. This is one of the things you had to learn when you first started drawing structures for organic molecules. If you still aren't sure about this, look again at the page about drawing organic molecules.

    Building a DNA chain concentrating on the essentials

    What matters in DNA is the sequence the four bases take up in the chain. We aren't particularly interested in the backbone, so we can simplify that down. For the moment, we can simplify the precise structures of the bases as well.

    We can build the chain based on this fairly obvious simplification:

    There is only one possible point of confusion here - and that relates to how the phosphate group, ص, is attached to the sugar ring. Notice that it is joined via اثنين lines with an angle between them.

    By convention, if you draw lines like this, there is a carbon atom where these two lines join. That is the carbon atom in the CH2 group if you refer back to a previous diagram. If you had tried to attach the phosphate to the ring by a single straight line, that CH2 group would have got lost!

    Joining up lots of these gives you a part of a DNA chain. The diagram below is a bit from the middle of a chain. Notice that the individual bases have been identified by the first letters of the base names. (A = adenine, etc). Notice also that there are two different sizes of base. Adenine and guanine are bigger because they both have two rings. Cytosine and thymine only have one ring each.

    If the top of this segment was the end of the chain, then the phosphate group would have an -OH group attached to the spare bond rather than another sugar ring.

    Similarly, if the bottom of this segment of chain was the end, then the spare bond at the bottom would also be to an -OH group on the deoxyribose ring.

    Joining the two DNA chains together

    The importance of "base pairs"

    Have another look at the diagram we started from:

    If you look at this carefully, you will see that an adenine on one chain is always paired with a thymine on the second chain. And a guanine on one chain is always paired with a cytosine on the other one.

    So how exactly does this work?

    The first thing to notice is that a smaller base is always paired with a bigger one. The effect of this is to keep the two chains at a fixed distance from each other all the way along.

    But, more than this, the pairing has to be بالضبط . . .

    adenine (A) pairs with thymine (T)

    guanine (G) pairs with cytosine (C).

    That is because these particular pairs fit exactly to form very effective hydrogen bonds with each other. It is these hydrogen bonds which hold the two chains together.

    The base pairs fit together as follows.

    If you try any other combination of base pairs, they won't fit!

    ملحوظة: If the structures confuse you at first sight, it is because the molecules have had to be turned around from the way they have been drawn above in order to make them fit. Be sure that you understand how to do that. As long as you were given the structures of the bases, you could be asked to show how they hydrogen bond - and that would include showing the lone pairs and polarity of the important atoms.

    If hydrogen bonding worries you, follow this link for detailed explanations. Use the BACK button on your browser to return here later.

    A final structure for DNA showing the important bits

    ملحوظة: You might have noticed that I have shorten the chains by one base pair compared with the previous diagram. There isn't any sophisticated reason for this. The diagram just got a little bit too big for my normal page width, and it was a lot easier to just chop a bit off the bottom than rework all my previous diagrams to make them slightly smaller! This diagram only represents a tiny bit of a DNA molecule anyway.

    Notice that the two chains run in opposite directions, and the right-hand chain is essentially upside-down. You will also notice that I have labelled the ends of these bits of chain with 3' and 5'.

    If you followed the left-hand chain to its very end at the top, you would have a phosphate group attached to the 5' carbon in the deoxyribose ring. If you followed it all the way to the other end, you would have an -OH group attached to the 3' carbon.

    In the second chain, the top end has a 3' carbon, and the bottom end a 5'.

    This 5' and 3' notation becomes important when we start talking about the genetic code and genes. The genetic code in genes is always written in the 5' to 3' direction along a chain.

    It is also important when we take a very simplified look at how DNA makes copies of itself on the next page . . .

    أسئلة لاختبار فهمك

    إذا كانت هذه هي المجموعة الأولى من الأسئلة التي أجريتها ، فيرجى قراءة الصفحة التمهيدية قبل البدء. ستحتاج إلى استخدام زر "BACK BUTTON" الموجود في متصفحك للعودة إلى هنا بعد ذلك.


    What is DNA Polymerase 3

    DNA polymerase 3 is the main enzyme involved in prokaryotic DNA replication. DNA polymerase 3 possesses 5’ to 3’ polymerization activity where new nucleotides are added to the growing chain at its 3’ end. The enzyme aids the base pairing of incoming nucleotides with the template strand. The other function of DNA polymerase 3 is proofreading the replicated DNA. DNA polymerase 3 possess 3’ to 5’ exonuclease activity. Hence, this enzyme reads the just added nucleotides, and if there is any mismatch with the template strand, it will be removed and resynthesized. Therefore, DNA polymerase 3 is important in maintaining the stability of the genome.

    Figure 2: DNA polymerase 3

    DNA polymerase 3 holoenzymes is composed of ten subunits, which are arranged into two DNA polymerases. The α subunit is the catalytic subunit. The ε subunit has 3’ to 5’ proofreading activity. The θ subunit has an unknown function. The α subunit is encoded by the dnaE gene. The ε and θ subunits are encoded by the dnaQ and holE genes. The structure of the DNA polymerase 3 is shown in الشكل 2.


    3.5.4 Explain the process of translation, leading to polypeptide formation.

    Translation is the process through which proteins are synthesized. It uses ribosomes, messenger RNA which is composed of codons and transfer RNA which has a triplet of bases called the anticodon. The first stage of translation is the binding of messenger RNA to the small subunit of the ribosome. The transfer RNA&rsquos have a specific amino acid attached to them which corresponds to their anticodons. A transfer RNA molecule will bind to the ribosome however it&rsquos anticodon must match the codon on the messenger RNA. This is done through complementary base pairing. These two form a hydrogen bond together. Another transfer RNA molecule then bonds. Two transfer RNA molecules can bind at once. Then the two amino acids on the two transfer RNA molecules form a peptide bond. The first transfer RNA then detaches from the ribosome and the second one takes it&rsquos place.The ribosome moves along the messenger RNA to the next codon so that another transfer RNA can bind. Again, a peptide bond is formed between the amino acids and this process continues. This forms a polypeptide chain and is the basis of protein synthesis.


    هيكل النوكليوتيدات

    Nucleotide structure is simple, but the structure they can form together is complex. Below is an image of DNA. This molecule consists of two strands which wrap around each other, forming روابط هيدروجينية in the middle of the structure for support. Each nucleotide within has a specific structure which enables this formation.

    Nitrogenous base

    The nitrogenous base is the central information carrying part of the nucleotide structure. These molecules, which have different exposed functional groups, have differing abilities to interact with each other. As in the image, the idea arrangement is the maximum amount of hydrogen bonds between nucleotides involved. Because of the structure of the nucleotide, only a certain nucleotide can interact with other. The image above shows thymine bonding to adenine, and guanine bonding to cytosine. This is the proper and typical arrangement.

    This even formation causes a twist in the structure, and is smooth if there are no errors. One of the ways proteins are able to repair damaged DNA is that they can bind to uneven spots within the structure. Uneven spots are created when hydrogen bonding does not occur between the opposing nucleotide molecules. The protein will cut out one nucleotide, and replace it with another. The duplicate nature of the genetic strands ensures that errors like this can be corrected with a high degree of accuracy.

    Sugar

    The sugar, with its exposed oxygen, can bond with the phosphate group of the next molecule. They then form a bond, which becomes the sugar-phosphate backbone. This structure adds rigidity to the structure, as the تساهمية bonds they form are much stronger than the hydrogen bonds between the two strands. When proteins come to process and transpose the DNA, they do so by separating the strands and reading only one side. When they pass on, the strands of genetic material comes back together, driven by the attraction between the opposing nucleotide bases. The sugar-phosphate backbone stays connected the whole time.

    Phosphate Group

    The last part of nucleotide structure, the phosphate group, is probably familiar from another important molecule ATP. Adenosine triphosphate, or ATP, is the energy molecule that most life on Earth relies upon to store and transfer energy between reactions. ATP contains three phosphate groups, which can store a lot of energy in their bonds. Unlike ATP, the bonds formed within a nucleotide are known as روابط الفوسفوديستر, because they happen between the phosphate group and the sugar molecule.

    During DNA replication, an enzyme known as بوليميريز الحمض النووي assembles the correct nucleotide bases, and begins organizing them against the chain it is reading. Another protein, ligase DNA, finished the job by creating the phosphodiester bond between the sugar molecule of one base and the phosphate group of the next. This creates the backbone of a new genetic molecule, able to be passed to the next generation. DNA and RNA contain all the genetic information necessary for cells to function.


    فسيولوجيا الإنسان

    Homeostasis and Negative Feedback - Concepts and Breathing Experiments (revised, June, 2019)

    This minds-on, hands-on activity begins with analysis and discussion questions that develop student understanding of homeostasis, negative feedback, and positive feedback. Then, students carry out a breathing experiment and develop a negative feedback interpretation of observed changes in breathing questions about cellular respiration and the circulatory and respiratory systems help the students to develop their negative feedback model. In an optional final section, each student group formulates a question or hypothesis concerning homeostasis and changes in breathing they design a relevant experimental investigation, carry it out, and interpret the results. Information provided in the Teacher Preparation Notes can be used to facilitate student investigations of exercise, breath-holding, changes in rate vs. depth of breathing, or the effects of CO2 vs. O2 levels. (NGSS)

    Download Student Handout: PDF format or Word format

    Download Teacher Preparation Notes: PDF format or Word format

    View and submit comments

    Regulation of Human Heart Rate (revised, July, 2013)

    Students learn how to measure heart rate accurately. Then students design and carry out an experiment to test the effects of an activity or stimulus on heart rate, analyze and interpret the data, and present their experiments in a poster session. In this activity students learn about both cardiac physiology and scientific method.

    Download Student Handout: PDF format or Word format

    Download Teacher Preparation Notes: PDF format or Word format

    View and submit comments

    How do we Sense the Flavors of Food? (new, July, 2017)

    In this minds-on activity, students develop science practice skills by developing plans for a hands-on investigation, carrying out the investigation, analyzing the data, and interpreting the results. Then, students answer analysis and discussion questions as they develop a basic understanding of how taste and olfactory receptor cells function and how sensory messages to the brain contribute to flavor perception and flavor-related behavior. (NGSS)

    Download Student Handout: PDF format or Word format

    Download Teacher Preparation Notes: PDF format or Word format

    View and submit comments

    More Minds-on Activities

    If you prefer, you can send a private message with comments or requests for additional information to Ingrid Waldron at [email protected]

    © 2003- by Drs. Ingrid Waldron, Jennifer Doherty, Scott Poethig, and Lori Spindler, University of Pennsylvania Biology Department, and Bob Farber, retired from Central High School, Philadelphia

    Teachers are encouraged to copy and modify these labs for use in their teaching.

    Send us your comments at Serendip © by Serendip 1994- - Last Modified: Tuesday, 23-Mar-2021 10:04:04 EDT


    Thinking Conceptually

    ملخص

    Approaches to teaching the content

    As a fundamental underpinning of Biology, DNA structure needs to be taught rigorously and the significance of its three functions made clear:

    • coding biologically useful information via transcription and therefore acting as a blueprint for building cells and bodies
    • ensuring continuity within a multicellular organism and between generations through semi-conservative replication
    • allowing evolution to occur by generating variation through mutation.

    Common misconceptions or difficulties students may have

    There are a number of common misconceptions that surface in student exam answers. وتشمل هذه:

    • Misunderstanding that the double helix means that a DNA مركب is composed of two strands. It is common for students to refer to the whole double-stranded molecule as a ‘strand of DNA’
    • Using the words base و النوكليوتيدات interchangeably and inappropriately, for example, saying that new bases come in and pair up with DNA during replication
    • Confusion between transcription and translation, and between replication and transcription
    • Misuse of the verb ‘transcribe’, for example, saying the mRNA transcribes the DNA rather than that the DNA is transcribed (passive) into mRNA
    • Failing to discriminate between DNA, mRNA and protein sequences
    • Misunderstanding that the word mutation refers to a change in the DNA, not in mRNA and protein sequences
    • Failing to adequately discriminate between the gene (DNA) and the gene product (protein) in contextual questions.

    Conceptual links to other areas of the specification – useful ways to approach this topic to set students up for topics later in the course

    A thorough knowledge of this section is a prerequisite for study of cellular control (6.1.1), patterns of inheritance (6.1.2), manipulating genomes (6.1.3) and cloning (6.2.1 a-d). It is also important to relate molecular changes at the DNA level to classification and evolution (4.2.2) as well as to biodiversity (4.2.1a). Knowledge of DNA structure and function should inform work on the cell cycle (2.1.6) also, particularly the relationship between the DNA double helix and whole chromosome structure, and the occurrence of DNA replication at S of interphase in the cell cycle. The relationship of the two daughter DNA molecules to sister chromatids should also be stressed to make the link between the molecular level and whole cell functioning. In section 2.1.1(i) students tend to concentrate on the ribosome and Golgi body, overlooking the role of the nucleus, so the role of DNA and the enzymes involved in transcription should be stressed. For all work on applications of genetics, it is vitally important that students retain a working knowledge of the structure of the DNA molecule and of the link between the base sequences in DNA and mRNA and the amino acid sequence in proteins.

    Building DNA: Advanced version!

    An activity designed to consolidate student knowledge of the structure of DNA. There is now a plethora of different ways of producing DNA models (see the two links), but students are expected to show increasing understanding of the way in which components fit together. Consider spending some time with the nucleotide ‘molecule’ containing Adenine to show how this is a precursor to ADP and ATP (2.1.2c).

    The activity is best completed in small groups of 3-4 to enable students to construct a double helix using criteria shown in Learner resource 2.

    • Using chosen materials e.g. molecular modelling kits or paper, build at least four nucleotides per student, representing A, T, C و جي. They must choose a suitable colour key for different components and maintain this key throughout the activity.
    • Once the nucleotides are made, join these to form a single-stranded polynucleotide. (The strand should contain at least 10 nucleotides which can be joined in random sequence to provide some interest in later activities involving translation and transcription).
    • Using this strand as a template, single nucleotides can now be added (refer to Learner resource 2 for criteria). These are then joined to form the second strand once the ‘complementary base-pairing rule’ has been observed. More nucleotides may need to be made at this stage dependent on the sequence chosen.
    • Finally twist the molecule - how many nucleotides per twist are found in the double helix?

    Save this molecule for use in further activities.

    This website is a Manitoba government website but has a conservation section with a good worksheet example for model DNA.


    شاهد الفيديو: بناء تصنيع البروتين في الخلية: النسخ والترجمةافضل شرح (أغسطس 2022).