МИНИСТЕРСТВО ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Министерство образования и молодежной политики Свердловской области Департамент образования администрации города Екатеринбурга МАОУ Лицей № 110 РАССМОТРЕНО СОГЛАСОВАНО на заседании кафедры Заместитель директора естествознания __________ /О.Л. Софрина Протокол №1 от 23.08.2024. УТВЕРЖДЕНО Директор __________/И.И. Сметанин Приказ №121-К от 30.08.2024 26.08.2023 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебного предмета Решение задач по генетике для среднего общего образования Срок освоения программы 2 года /(10-11 класс) 2024 Пояснительная записка . Тема «Основы генетики» - наиболее интересная и сложная в курсе общей биологии. Она тесно связана с цитологией, молекулярной биологией, теорией эволюции и с прикладными науками, такими как медицина и селекция. Данная программа предназначена для обучающихся 10- 11-х классов, проявляющих интерес к биологии, к ее разделу «генетика». Изучение направлено на реализацию личностноориентированного учебного процесса, при котором максимально учитываются интересы, способности и склонности старшеклассников. В процессе занятий предполагается закрепление обучающимися опыта поиска информации, совершенствование умений делать доклады, сообщения, закрепление навыков решения генетических задач различных уровней сложности. Курс включает: теоретические занятия и практическое решение задач. Разделы «Генетика» и «Молекулярная биология» являются одним из самых сложных для понимания в школьном курсе общей биологии. Облегчению усвоения этих разделов может способствовать решение задач по генетике разных уровней сложности. Решение задач, как учебно-методический приём изучения генетики, имеет важное название. Его применение способствует качественному усвоению знаний, получаемых теоретически, повышая их образность, развивает умение рассуждать и обосновывать выводы, существенно расширяет кругозор изучающего генетику, т.к. задачи, как правило, построены на основании документальных данных, привлечённых из области частной генетики растений, животных, человека. Использование таких задач развивает у школьников логическое мышление и позволяет им глубже понять учебный материал, а преподаватель имеет возможность осуществлять эффективный контроль уровня усвоенных учащимися знаний. Основные разделы содержат краткие теоретические пояснения закономерностей наследования и предполагают решение задач. Цель курса формирование знаний основных молекулярно-генетических процессов и представлений, представлений проведения на их основе генно-инженерных конструирований трансгенных организмов с заданными свойствами. Основные задачи: Расширить и углубить знания обучающихся о строении и функционировании генов прокариот и эукариот. Дать представление о современном понимании молекулярных механизмов эволюции. Обосновать основные принципы и методы генной инженерии как необходимое условие применение на практике знаний молекулярно-генетических процессов и принципов строения различных генов. Расширить знания о молекулярных механизмах регуляции генов и генно-инженерных методах, направленных на создание трансгенных организмов с заданными полезными свойствами. Познакомить обучающихся с основными принципами и проблемами современной трансгенной биотехнологии, основанной на применении организмов, полученных с помощью генной инженерии. Программа охватывает основные разделы молекулярной генетики прокариот и эукариот, знакомит с основными генетическими и биохимическими процессами, протекающими в клетках, с главными механизмами функционирования генов у микроорганизмов, растений и животных, принципами организации генов и геномов. Особое внимание уделяется процессам функционирования белков и генов, каким образом различные генетические и метаболические процессы взаимосвязаны друг с другом, как они кардинально регулируются факторами окружаю- щей среды; каким образом знания молекулярно-генетических процессов применяются в генной инженерии для конструирования трансгенных организмов. Программа предусматривает проведение аудиторных занятий, в начале которых даются теоретические знания учителем, затем приводятся примеры решения задач и в конце учащимся предлагаются задачи для самостоятельного решения. Предлагаемая программа рассчитана на обучающихся 10 и 11 класса и включает материал на 70 учебных часа. (1 ч/нед) ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Решение генетических задач является эффективным средством усвоения учащимися основных закономерностей генетики. Для успешного решения генетических задач учащиеся должны свободно ориентироваться в основных генетических понятиях и законах, знать специальную терминологию и буквенную символику. Умение решать генетические задачи является важным показателем овладения учащимися теоретических знаний по генетике. Учащиеся должны знать: Строение различных классов генов прокариот и эукариот; Основные механизмы репликации, рекомбинации и репарации генов: Основные механизмы регуляции транскрипции генов и процессинга (сплайсинга) информационных РНК; Основные механизмы, обеспечивающие биосинтез белков (трансляцию); Важнейшие методы генной инженерии (выделение генов, модификацию генов, сшивание генов, внесение чужеродных генов в реципиентные организмы); Принципы техники безопасности работ с трансгенными организмами; Принципы оценки токсикологического и экологического риска при интродукции трансгенных организмов в окружающую среду (в особенности принципы оценки экологического риска трансгенных растений); Важнейшие принципы биоэтики, связанные с генной терапией, с клонированием эмбриональных стволовых клеток человека, с репродуктивным клонированием человека Специфические термины и символику, используемые при решении генетических задач Законы Менделя и их цитологические основы; Виды взаимодействия аллельных и неаллельных генов, их характеристику; Сцепленное наследование признаков, кроссинговер; Наследование признаков, сцепленных с полом; Генеалогический метод, или метод анализа родословных, как фундаментальный и универсальный метод изучения наследственности и изменчивости человека; Популяционно-статистический метод – основу популяционной генетики (в медицине применяется при изучении наследственных болезней) Учащиеся должны уметь: Охарактеризовать основные принципы строения структурных и регуляторных генов и регуляторных белков прокариот и эукариот; Объяснить молекулярные механизмы репликации, репарации и рекомбинации генов и принципы применения знания этих механизмов в генной инженерии; Охарактеризовать основные механизмы экспресии генов и применение этих механизмов в генно-инженерном конструировании; Составлять принципиальные схемы конструирования рекомбинантных ДНК, экспрессирующих чужеродные гены и обосновывать принципы такого конструирования; Охарактеризовать основные области практического применения трансгенных организмов. Применять термины по генетике, символику при решении генетических задач; Решать генетические задачи; составлять схемы скрещивания; Анализировать и прогнозировать распространенность наследственных заболеваний в последующих поколениях Описывать виды скрещивания, виды взаимодействия аллельных и неаллельных генов; Находить информацию о методах анализа родословных в медицинских целях в различных источниках (учебных текстах, справочниках, научно-популярных изданиях, компьютерных базах данных, ресурсах Интернет) и критически ее оценивать; Использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для: профилактики наследственных заболеваний; оценки опасного воздействия на организм человека различных загрязнений среды как одного из мутагенных факторов; оценки этических аспектов некоторых исследований в области биотехнологии (клонирование, искусственное оплодотворение) Метапредметные результаты: уметь выделять главное и систематизировать представленный научный материал; работать с различными источниками информации; обобщать и делать вывода на основе полученных знаний; решать генетические задачи с использованием математических закономерностей; понимать сущность естественно-научной картины мира. Личностные результаты: расширение кругозора знаний в области биологии; профессиональная ориентация и предпочтения; личное отношение к использованию трансгенных продуктов питания; забота о соблюдении здорового образа жизни в части здорового питания; понимание важнейшей социальной проблемы сохранения репродуктивной функции семей и соблюдение этических норм клонирования. Требования к результатам образования в соответствии с рабочей программой воспитания В воспитании обучающихся юношеского возраста приоритетом является создание благоприятных условий для приобретения обучающимися опыта осуществления социально значимых дел. Выделение данного приоритета связано с особенностями обучающихся юношеского возраста: с их потребностью в жизненном самоопределении, в выборе дальнейшего жизненного пути, который открывается перед ними на пороге самостоятельной взрослой жизни. Сделать правильный выбор старшеклассникам поможет имеющийся у них реальный практический опыт, кото- рый они могут приобрести в том числе и в школе. Важно, чтобы опыт оказался социально значимым, так как именно он поможет гармоничному вхождению обучающихся во взрослую жизнь окружающего их общества. Это: опыт дел, направленных на заботу о своей семье, родных и близких; трудовой опыт, опыт участия в производственной практике; опыт природоохранных дел; опыт разрешения возникающих конфликтных ситуаций в школе, дома или на улице; опыт самостоятельного приобретения новых знаний, проведения научных исследований, опыт проектной деятельности; опыт ведения здорового образа жизни и заботы о здоровье других людей. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА Блок 1 (10 класс) Введение (4 ч) Молекулярная генетика как наука. Связь молекулярной генетики с биохимией нуклеиновых кислот, белков. Молекулярная биология, биоинформатика. Генная инженерия как технология конструирования трансгенных организмов. Роль генной инженерии в биотехнологии, сельском хозяйстве, пищевой промышленности, медицине, охране окружающей среды. Объекты и методы молекулярной генетики и генной инженерии. История развития молекулярной генетики и генной инженерии. Раздел 1 Строение структурных генов (4 ч) Что такое ген: от морфологического признака к молекулярному механизму его формирования. Строение ДНК, РНК, белков. Центральный постулат молекулярной биологии ДНК – РНК – белок его развитие. «Простое» строение генов прокариот и «сложное» – (мозаичное) строение генов эукариот. Экзоны и интроны. Сплайсинг. Альтернативный сплайсинг – механизм, с помощью которого один эукариотический ген может кодировать множество разных белков. Расположение генов в прокариотической хромосому – опероны. Расположение генов в эукариотической хромосоме – мультигенные свойства. Методы выделения генов: химический синтез, комплементация, полимеразная цепная реакция. Раздел 2. Механизмы экспрессии генов (7 ч) Молекулярные механизмы транскрипции. ДНК-зависимые РНК-полимеразы.Активация генов как инициация транскрипции. Гены, регулирующие транскрипцию: промотор, оператор, инсулятор и др. Типичные механизмы транскрипции у прокариот. Типичные механизмы транскрипции у эукариот. Белки-регуляторы транскрипции: репрессоры и активаторы. Генноинженерные методы обеспечения экспрессии чужеродных генов, векторы для экспрессии. Раздел 3. Механизмы репликации и рекомбинации ДНК (9 ч) Полуконсервативный механизм репликации ДНК. Белки и ферменты репликации: ДНКлигаза, топоизомераза. Обеспечение точности репликации ДНК и спонтанный мутагенез. Механизмы рекомбинации. Гомологическая рекомбинация и репарация. Векторы для адресованной интеграции чужеродной ДНК в хромосому. Механизм перемещения бактериальных мобильных генетических элементов. Применение транспозонов в генной инженерии для конструирования векторных молекул. Мобильные генетические элементы эукариот. Ретротранспозоны. Плазмиды, бактериофаги и вирусы эукариот. Принципы их строения. Эукариотные вирусы в генной инженерии эукариот. Проблемы стабильности рекомбинантных ДНК. Раздел 4. Механизмы трансляции (4 ч) Основные свойства генетического кода: вырожденность, систематичность, помехоустойчивость. Аппарат трансляции у прокариот и эукариот. Методы генной инженерии, обеспечивающие высокоэффективную трансляцию чужеродных мРНК. Принципы метаболической инженерии. Раздел 5. Методы получения трансгенных организмов (3 ч.) Методы введения рекомбинантных ДНК в реципиентные организмы. Культуры клеток растений. Культуры клеток животных. Раздел 6. Трансгенные организмы и проблемы обеспечения биобезопасности (2 ч) Потенциальные опасности, связанные с применением трансгенных организмов. Токсилогический риск при применении трансгенных организмов для производства пищи и кормов. Принципы биоэтики при генной терапии. Заключение (2 ч) Итоговая конференция «Молекулярная генетика в 21 веке». Итоговая конференция «Молекулярная генетика и генная инженерия в 21 веке» Блок 2 (11 класс) Введение (1 ч) Введение. Человек как объект генетических исследований. Методы изучения генетики человека (4 ч) Генеалогический метод. Задачи по составлению генеалогического древа. Близнецовый метод. Изучение степени влияния наследственных признаков и среды. Популяционногенетический метод. Решение задач «Популяционная генетика и закон Харди-Вайнберга». Практическое применение знаний о закономерностях модификационной изменчивости в популяции человека. Наследственный аппарат соматических и генеративных клеток человека (4 ч) Кариотип человека. Типы хромосом. Хромосомные карты человека и группы сцепления. Решение задач на сцепленное наследование. Явление кодоминирования. Экспрессивность и пенетрантность отдельных генов. Различные виды генетических карт человека. Проект «Геном человека». Механизмы наследования различных признаков у человека (6 ч) Менделизм. Решение задач на аутосомно-доминантное и аутосомно-рецессивное наследование. Признаки, сцепленные с полом; ограниченные полом. Кроссинговер, его роль в обогащении наследственного аппарата клетки. Решение задач на составление схем кроссинговера. Полигенное наследование у человека: полимерия, плейотропное взаимодействие. Решение задач. Взаимодействие генов: эпистаз, полимерия. Цитоплазматическое наследование у человека. Генетические основы онтогенеза (6 ч) Особенности гаметогенеза человека. Регуляция активности генов в ходе онтогенеза (межклеточное влияние, действие гормонов). Генетический контроль клеточной пролиферации. Роль генов в морфогенезе. Депрессия генов. Цитогенетические основы определения пола, нарушения (мозаицизм, синдром Морриса). Психогенетика. Основы медицинской генетики (9 ч.) Мутации. Основные группы мутагенов. Принципы классификации мутаций. Моногенные заболевания (галактоземия, муковисцидоз). Решение задач. Аутосомно-доминантные заболевания (ахондроплазия). Решение задач. Заболевания, связанные с изменением числа хромосом (трисомии, синдромы Шерешевского-Тернера, Кляйнфельтера). Решение задач. Врожденные заболевания. Критические периоды в ходе онтогенеза человека. Влияние на развитие зародыша лекарств, алкоголя, никотина, вирусов. Болезни с наследственной предрасположенностью: ревматизм, сахарный диабет, псориаз. Медико-генетическое консультирование. Генная терапия. Эволюционная генетика человека (6 ч) Генетические основы антропогенеза. Биомолекулярные доказательства животного происхождения человека. Клонирование человека: морально-этические и научные проблемы. Роль географической и социальной изоляции в формировании генофонда человечества. ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ Тема 10 класс Введение Количество часов Темы уроков 4 1.Генетика как наука. Связь генетики с биохимией нуклеиновых кислот и биохимией белков 2.Объекты и методы генетики. История развития генетики. Молекулярная генетика и развитие генной инженерии. 3.Нуклеотид микроорганизмов и ядро эукариотных клеток. 4.Уровни организации эукариотной хромосомы. Эухроматин и гетерохроматин – активные и инертные области эукариотной хромосомы Строение структурных генов 4 Механизмы экспрессии генов 7 Механизмы репликации и рекомбинации ДНК 9 Механизмы трансляции 4 Методы получения трансгенных организмов 3 Трансгенные организмы и проблемы обеспечения биобезопасности 2 1.Строение гена. «Простое» строение гена прокариот и «мозаичное» строение генов эукариот 2.Экзоны и интроны. Сплайсинг. Альтернативный сплайсинг. 3.Расположение генов в эукариотной хромосоме. 4.Методы выделения генов: химический синтез, комплементация, полимеразная цепная реакция 1.Молекулярные механизмы транскрипции. ДНКзависимые РНК-полимеразы 2.Активация генов как инициация транскрипции 3.Гены, регулирующие транскрипцию: промотор, оператор, инсулятор и др. 4.Типичные механизмы транскрипции у прокариот 5.Типичные механизмы транскрипции у эукариот 6.Белки-регуляторы транскрипции: репрессоры и активаторы 7.Генно-инженерные методы обеспечения экспрессии чужеродных генов, векторы для экспрессии 1.Полуконсервативный механизм репликации ДНК.. Белки и ферменты репликации: ДНК-лигаза, топоизомераза 2.Обеспечение точности репликации ДНК и спонтанный мутагенез 3.Механизмы рекомбинации. Гомологическая рекомбинация и репарация 4.Векторы для адресованной интеграции чужеродной ДНК в хромосому 5.Механизм перемещения бактериальных мобильных генетических элементов 6.Применение транспозонов в генной инженерии для конструирования векторных молекул 7.Мобильные генетические элементы эукариот. Ретротранспозоны 8.Плазмиды, бактериофаги и вирусы эукариот. Принципы их строения. 9.Эукариотные вирусы в генной инженерии эукариот. Проблемы стабильности рекомбинантных ДНК 1.Основные свойства генетического кода: вырожденность, систематичность, помехоустойчивость. 2.Аппарат трансляции у прокариот и эукариот 3.Методы генной инженерии, обеспечивающие высокоэффективную трансляцию чужеродных мРНК 4.Принципы метаболической инженерии 1.Методы введения рекомбинантных ДНК в реципиентные организмы 2.Культуры клеток растений. 3. Культуры клеток животных 1.Потенциальные опасности, связанные с применением трансгенных организмов. Токсилогический риск при применении трансгенных организмов для производства пищи и кормов 2.Принципы биоэтики при генной терапии Резервные часы Итого 1 34 11 класс Введение 1 Методы изучения генетики человека 4 Наследственный аппарат соматических и генеративных клеток человека 4 Механизмы наследования различных признаков у человека 6 Генетические основы онтогенеза 6 Основы медицинской генетики 9 1.Введение. Человек как объект генетических исследований 1.Генеалогический метод. Задачи по составлению генеалогического древа 2.Близнецовый метод. Изучение степени влияния наследственных признаков и среды. 3.Популяционно-генетический метод. Решение задач «Популяционная генетика и закон Харди-Вайнберга» 4.Практическое применение знаний о закономерностях модификационной изменчивости в популяции человека. 1.Кариотип человека. Типы хромосом 2.Хромосомные карты человека и группы сцепления. Решение задач на сцепленное наследование. 3.Явление кодоминирования. Экспрессивность и пенетрантность отдельных генов. 4.Различные виды генетических карт человека. Проект «Геном человека» 1.Менделизм. Решение задач на аутосомно-доминантное и аутосомно-рецессивное наследование. 2.Признаки, сцепленные с полом; ограниченные полом. 3.Кроссинговер, его роль в обогащении наследственного аппарата клетки. Решение задач на составление схем кроссинговера 4.Полигенное наследование у человека: полимерия, плейотропное взаимодействие. Решение задач 5.Взаимодействие генов: эпистаз, полимерия 6.Цитоплазматическое наследование у человека 1.Особенности гаметогенеза человека 2.Регуляция активности генов в ходе онтогенеза (межклеточное влияние, действие гормонов) 3.Генетический контроль клеточной пролиферации 4.Роль генов в морфогенезе. Депрессия генов 5.Цитогенетические основы определения пола, нарушения (мозаицизм, синдром Морриса) 6.Психогенетика. 1.Мутации. Основные группы мутагенов 2.Принципы классификации мутаций 3.Моногенные заболевания (галактоземия, муковисцидоз). Решение задач 4.Аутосомно-доминантные заболевания (ахондроплазия). Решение задач 5.Заболевания, связанные с изменением числа хромосом (трисомии, синдромы Шерешевского-Тернера, Кляйнфельтера). Решение задач Эволюционная генетика человека 2 резервные часы итого 1 33 6.Врожденные заболевания. Критические периоды в ходе онтогенеза человека 7.Влияние на развитие зародыша лекарств, алкоголя, никотина, вирусов 8.Болезни с наследственной предрасположенностью: ревматизм, сахарный диабет, псориаз 9.Медико-генетическое консультирование. Генная терапия 1.Генетические основы антропогенеза. Биомолекулярные доказательства животного происхождения человека 2.Клонирование человека: морально-этические и научные проблемы. Роль географической и социальной изоляции в формировании генофонда человечества ЛИСТ ТЕМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ Контроль качества образования осуществляется с помощью устных ответов, семинаров, лабораторных и практических работ, самостоятельных работ.