Личный кабинет
Школьное естествознание и современная наука.

"Мнение и доказательство". Почему решения задач в ЕГЭ абсурдны.






Предположим, какого-то человека уличили в ошибке. Он хочет это замять, и на это есть хороший демагогический способ: объявить это "мнением". Например, поместить статью в рубрику "Точка зрения". Или произнести устно мантру "Сколько людей (специалистов) - столько мнений".
Мнение - ведь не доказательство.
В действительности, абсурдность решений ряда задач в ЕГЭ ЖЕЛЕЗНО ДОКАЗЫВАЕТСЯ.
Независимо от мнений. Доказательство - это не мнение, это так выстроенная аргументация, что её неизбежно принимает мыслящий человек и потенциально готов после этого его доказывать другим (если у него нет желания "сохранить лицо", а также должность).


В данном случае рассмотрю это на примере общепринятого способа написания комплементарных последовательностей ДНК, которое ВСЕГДА пишется неверно. А в этом году ЗАГАДОЧНЫМ ОБРАЗОМ "вдруг" исчезло из демоверсий (но безусловно будет в реальных).

Итак, к конкретике.
Начну с классической задачи, часто в тех или иных вариациях встречающаяся в ЕГЭ и ВСЕГДА решаемая учителями и профессорами НЕВЕРНО.

Задачи №1
а) Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАЦЦЦТЦАЦТТГ. Определите последовательность нуклеотидов фрагмента мРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода (Взято из сайта «Решу ЕГЭ» с небольшими изменениями).
Неправильное решение, принятое в ЕГЭ.
ДНК: ТАЦ ЦЦТ ЦАЦ ТТГ
1) По принципу комплементарности на основе ДНК находим мРНК; мРНК: АУГ ГГА ГУГ ААЦ.
2) С помощью таблицы генетического кода на основе мРНК находим последовательность аминокислот: Мет-Гли-Вал-Асн.
Здесь авторы задачи загадочным образом задают последовательность ДНК с 3'-конца, а мРНК - с 5'-конца. В задачах эти подразумевалки меняются (то так задаём, то по другому правилу подразумеваем).

То, что эта задача решена неверно, нетрудно доказать логически.
Абсурдность данного общепринятого метода решения можно проиллюстрировать, если добавить, например, в условие задачи тот факт, что фрагмент белка также кодирует и комплементарная цепь ДНК (данное предположение носит не только умозрительный характер, но и реально встречается в живой природе, что, впрочем, не принципиально для данного рассмотрения).
Итак, переформулируем задачу, дополнив условие.
б) Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАЦЦЦТЦАЦТТГ.
Белок кодирует как данная последовательность, так и комплементарная.
Определите последовательности нуклеотидов двух фрагментов мРНК, кодируемых комлементарными цепями ДНК и аминокислотные последовательности соответствующих фрагментов молекулы белка, используя таблицу генетического кода.
Применим стандартное, но ВСЕГДА НЕВЕРНОЕ решение, предлагаемое на ЕГЭ.
Первая половина решения такая же, как выше:
ДНК: ТАЦ ЦЦТ ЦАЦ ТТГ
1) По принципу комплементарности на основе ДНК находим мРНК; мРНК: АУГ ГГА ГУГ ААЦ.
2) С помощью таблицы генетического кода на основе мРНК находим последовательность аминокислот: Мет-Гли-Вал-Асн.
Найдём теперь комплементарную цепь ДНК.
Комплементарная цепь ДНК: ДНК: АТГ ГГА ГТГ ААЦ
1) По принципу комплементарности на основе ДНК находим мРНК; мРНК: УАЦ ЦЦУ ЦАЦ УУГ.
2) С помощью таблицы генетического кода на основе мРНК находим последовательность аминокислот: Тир-Про- Гис- Лей.
Верен ли полученный результат? Нет.
Мы применили общепринятый, но неверный способ нахождения комплементарной цепи и получили неверный ответ - обязательно получится, что хотя бы одна из последовательностей белка будет найдена неверно. Причём получение неверного ответа уже не зависит от "вихляния интерпретации" правила записи последовательности ДНК.

Почему? Потому что не учли полярность цепей ДНК (наличия у них 5’- и 3’-концов), и антипараллельность двойной спирали (напротив 5’-конца в ДНК-дуплексе находится 3’-конец комплементарной цепи).

Как же решать такие задачи? Решение зависит от возможной интерпретации условия. Дело в том, что существует общепринятая практика (и не только в IUPAC и научных журналах), согласно которой последовательность ДНК всегда пишется с 5’-конца, если это не оговорено особо. Равно как и последовательность белка всегда пишется с NН2-конца, а не с COOH-конца, если это также не оговорено особо.
Общепринятый – не значит обязательно всегда так записывать, если это не указано специально (ну,например, в базах данных записи последовательностей хранятся в общепринятой форме).
Составители ЕГЭ и авторы большинства школьных учебников используют ЛОГИЧЕСКИ ПРОТИВОРЕЧИВЫЙ подход: ситуация выглядит так, будто они то ПОДРАЗУМЕВАЮТ (не, видимо, осознавая этого, как когда-то не осознавал мольеровский герой о том, что он говорит прозой) такой подход в задаче типа: «Какую пептидную последовательность кодирует мРНК АУГ ТЦЦ. Но эта «подразумевалка» тут же «как бы исчезает», как в задаче 1 а.
При этом те же аминокислотные последовательности всегда пишутся так, что однозначно подразумевается их общепринятая форма записи с NH2-конца.
Проблема невнятности формулировок, неизбежно приводящая в том числе и к ошибочным решениям характерна не только для задач этого типа. Это- вообще-то весьма характерная для ЕГЭ черта (неполнота, невнятность формулировок) Например, в ЕГЭ и сборников тестов по подготовке к нему встречается следующая задача (задача взята из сборника, составленного человеком, ответственным за содержание нынешнего ЕГЭ – Калиновой Г.С. и др. "ЕГЭ 2014. Биология. Типовые тестовые задания"):


Ужас ситуации даже не в том, что авторы всерьёз задали 6 тонн ДНК в клетке – это может быть опечаткой, оказавшейся, однако, не только в условии, но и в решении, что уже не так простительно.
Ужас в невнятности формулировки.
В задаче УМАЛЧИВАЕТСЯ для какой стадии жизненного цикла клетки приведены данные, а потому здесь возможны два решения, а не одно, как ОШИБОЧНО решили горе-авторы. Такого рода «подразумевалки» фактически гуляют по заданиям ЕГЭ, на что один из учеников, готовившихся к ЕГЭ, как-то сказал на одном форуме: «Я же не экстрасенс, чтобы угадывать их мысли».

Получается, что у составителей таких тестов как бы подразумевается то одно, то другое.
Возвращаясь к задаче 1а), напишем правильное решение.
Правильное решение.

По большому счёту правильное решение зависит от того, как интерпретировать запись в задаче.
Если в последовательности напрямую не указаны 5’- и 3’-концы, то можно представить, что здесь применяется общепринятая договорённость о том, что последовательность ДНК или РНК записывается с 5’-конца.
Такая ситуация вполне вполне приемлема для школьных задач и иногда применяется и для других предметов, например, в ЕГЭ по математике под термином «конус» подразумевается «правильный конус», если это не оговорено специально. В то же время в школьной геометрии иногда решают задачи, где рассматриваются конусы, не являющиеся правильными.
В этом случае решение выглядит следующим образом.
1) По принципу комплементарности на основе ДНК находим мРНК; мРНК: ЦУУ ГУГ АГГ ГУА.
2) С помощью таблицы генетического кода на основе мРНК находим последовательность аминокислот: Лей-Вал-Арг-Вал.
Как видим, правильное решение другое, отличное от того, что используется в школе.
Однако поскольку в правилах оформления ЕГЭ и школьных учебниках не оговорена эта договорённость, то формально имеем право задачу интерпретировать ровно так, как она написана.
В этом случае нужно рассмотреть приведённое в условии задачи написание рассматривается буквально. Поэтому необходимо рассмотреть два случая: написание последовательности с 3’-конца, и написание последовательности с 5’-конца. В результате получим уже 2 разных ответа.
На мой взгляд, вторая интерпретация является более приемлемой. Во-первых, из-за того, что условие задачи воспринимается буквально, то есть точно, а во-вторых, если запрещать рассматривать оба варианта оринетации, то за бортом окажется большое количество задач по школьной молекулярной биологии.
Такой пласт задач реально и оказался за бортом, а биология фактически свелась к абсудрному набору или примитивных задач-одноходовок, больше выявляющих набор знаний, но не умения мыслить, или же УДИВИТЕЛЬНО ОДНООБРАЗНЫХ задач, в основном по генетике и по молекулярной биологии. Где уж тут то красивое разнообразие, которое мы встречаем в математике, физике или даже иногда в химии! Школьная биология реально является ИЗГОЕМ в ряду естественных наук в смысле применения умения мыслить и рассуждать логически.
Ниже я приведу ещё 4 задачи, для решения которых необходимо учитывать приведённые выше ньюансы. Иначе решение задачи общепринятым, но НЕВЕРНЫМ способом неизбежно приведёт к ошибкам.
Чтобы проиллюстрировать данную мысль подробнее, приведу задачу с подвохом. Этот подвох окажется неожиданным лишь для тех людей, кто, уподобившись горе-профессорам от ЕГЭ решит решать задачу общепринятым, но НЕПРАВИЛЬНЫМ методом.

В следующей задаче №2 общепринятый, но НЕВЕРНЫЙ способ построения комплементарной цепи и нахождения аминокислотной последовательности приведёт к ошибке.

Задача №2.
Последовательность нуклеотидов одной из цепей ДНК, кодирующая фрагмент белка длиной 7 аминокислот, имеет следующий вид: ААА ЦАЦ ЦТГ АТТ ГТА ГАЦ ЦАТ. Найти эту последовательность фрагмента белка.
Применение общепринятого, но НЕВЕРНОГО способа решения от горе-профессоров приводит к ошибке.
Итак, рассмотрим, неправильное решение, принятое в ЕГЭ.
ДНК: ААА ЦАЦ ЦТГ АТТ ГТА ГАЦ ЦАТ
1) По принципу комплементарности на основе ДНК находим мРНК; мРНК: УУУ ГУГ ГАЦ УАА ЦАУ ЦУГ ГУА.
2) С помощью таблицы генетического кода на основе мРНК находим последовательность аминокислот: Фен-Вал-Асп.
Что мы видим? Мы видим, что после валинового кодона идёт стоп-кодон. В итоге в результате применения этого ОШИБОЧНОГО методов от «горе-профессоров» получается фрагмент из 3 аминокислот, а не из 7. В чём дело? Дело в том, что в решении необходимо использовать два возможных варианта ориентации цепи ДНК.
Рассмотрим теперь правильное решение, которое на ЕГЭ нам бы не засчитали.

Необходимо рассмотреть два случая ориентации молекулы ДНК:
3’-ААА ЦАЦ ЦТГ АТТ ГТА ГАЦ ЦАТ-5’ и 5’-ААА ЦАЦ ЦТГ АТТ ГТА ГАЦ ЦАТ-3’
Рассматриваем первый случай
1) По принципу комплементарности на основе ДНК находим мРНК; мРНК: 5’-УУУ ГУГ ГУЦ УАА ЦАУ ЦУГ ГУА-3’.
2) С помощью таблицы генетического кода на основе мРНК находим последовательность аминокислот: Фен-Вал-Асп.
3) Тот факт, что число аминокислот в получившемся фрагменте белка равно трём, противоречит условию задачи.
Значит, необходимо рассмотреть второй вариант ориентации молекулы ДНК: 5’-ААА ЦАЦ ЦТГ АТТ ГТА ГАЦ ЦАТ-3’
1) По принципу комплементарности на основе ДНК находим мРНК; мРНК: 5’- АУГ ГУЦ УАЦ ААУ ЦУГ ГУГ УУУ-3’.
2) С помощью таблицы генетического кода на основе мРНК находим последовательность аминокислот: Мет-Вал-Тир- Асн-Лей-Вал-Фен.
3) Видим, что данный фрагмент молекулы белка содержит 7 аминокислот, что удовлетворяет условию задачи.
Таким образом, правильным ответом будет Мет-Вал-Тир- Асн-Лей-Вал-Фен.

Задача №3
Последовательность нуклеотидов одной из цепей ДНК в начале гена (рамки трансляции), хранящего информацию о белке инсулине, имеет следующий вид: ААА ЦАЦ ЦТГ ЦТТ ГТА ГАЦ ЦАТ Найдите 3’- и 5’-концы приведённого фрагмента ДНК. Напишите аминокислотную последовательность, с которой начинается белковая молекула.

Решение:
Возможны два случая: перед нами представлена последовательность 5’-ААА ЦАЦ ЦТГ ЦТТ ГТА ГАЦ ЦАТ-3’ или последовательность 3’-ААА ЦАЦ ЦТГ ЦТТ ГТА ГАЦ ЦАТ-5’.
В первом случае структура мРНК будет 5’-АУГ ГУЦ УАЦ ААГ ЦАГ ГУГ УУУ-3’, тогда как во втором – 5’-УУУ ГУГ ГАЦ ГАА ГУА ЦУГ ГУА-3’.
Ищем стартовый кодон АУГ, который должен присутствовать в начале гена и соответствовать 5’-концу последовательности мРНК.
Видим, что стартовый кодон АУГ на 5’-конце присутствует только в первом варианте мРНК, соответствующий последовательности 5’-ААА ЦАЦ ЦТГ ЦТТ ГТА ГАЦ ЦАТ-3’.
Для первого варианта мРНК с помощью таблицы генетического кода находим фрагмент начала белковой молекулы. Для этого используем таблицу генетического кода, в которой нуклеотиды в мРНК соответствуют аминокислотным остаткам.
Получаем фрагмент пептидной последовательности Мет-Вал-Фен-Лиз-Глн-Вал-Фен.

Задача №4. Две комплементарные последовательности ДНК кодируют разные аминокислотные последовательности (на каждой цепи синтезируется свой мРНК). В результате синтезируются две аминокислотные последовательности: Мет-Глн-Лиз-Лей и Глн-Фен-Лей-Гис.
Найти первичные структуры каждой из цепей.

Решение.
По таблице генетического кода находим возможные варианты последовательности мРНК, кодирующей первую аминокислотную последовательность:
5’-АУГ ЦА(А,Г) АА(А,Г) СУ(А,Г,Ц,У)-3’ (1) или 5’-АУГ ЦА(А,Г) АА(А,Г) УУ(А,Г)-3’ (2).
Аналогично находим возможные варианты последовательности мРНК, кодирующей вторую аминокислотную последовательность:
5’-ЦА(А,Г) УУ(Ц,У) СУ(А,Г,Ц,У) ЦА (Ц,У)-3’ (3) или 5’-ЦА(А,Г) УУ(Ц,У) УУ(А,Г)ЦА (Ц,У)-3’ (4).
В случае, если две мРНК получены с комлементарных последовательностей ДНК, они сами должны быть комлементарны. Перебираем возможные варианты образования комплементарного дуплекса для РНК: (1)-(3), (1)-(4), (2)-(3), (2)-(4).
Для этого пишем друг под другом две комплементарные цепи для случая (1)-(3):
5’- А УГ Ц А(А,Г) А А(А,Г) С У(А,Г,Ц,У)-3’
3’-(Ц,У)АЦ(А,Г,Ц,У)У Ц (Ц,У)У У (А,Г)А Ц -5’.
Для этого мы выписываем друг под другом последовательности так, чтобы 5’-конец последовательности фрагмента мРНК, кодирующей один пептид, находился напротив 3’-концу последовательности фрагмента мРНК, кодирующей другой пептид.
Другими словами, мы анализируем возможность образования дуплекса (1)/(3).
Мы видим, что комлементарность возможна для дуплекса РНК:
5’-АУГЦАГАААСУГ-3’
3’-УАЦГУЦУУУГАЦ -5’, что соответствует дуплексу ДНК: 5’-АТГЦАГАААСТГ-3’/3’-TАЦГTЦTTTГАЦ -5’.
Принцип решения ясен?
Теперь рассмотрим возможность образования дуплекса (1)/(4):
5’- А УГ Ц А(А,Г) А А(А,Г) С У(А,Г,Ц,У)-3’
3’-(Ц,У)АЦ(А,Г)У У (Ц,У)У У (А,Г)А Ц -5’.
В этом случае комплементарность возможна для дуплекса РНК
5’-АУГЦАААААСУГ-3’
3’-УАЦГУУУУУГАЦ -5’, что соответствует дуплексу ДНК: 5’-АТГЦАААААСТГ-3’/3’-TАЦГTТTTTГАЦ -5’.
Аналогичным образом рассмотрим возможность образования дуплекса (2)/(3). Выписываем друг под другом последовательности так, чтобы 5’-конец последовательности фрагмента мРНК, кодирующей один пептид, находился напротив 3’-концу последовательности фрагмента мРНК, кодирующей другой пептид.
5’- А УГ Ц А(А,Г) А А(А,Г) У У (А,Г)-3’
3’-(Ц,У)АЦ(А,Г,Ц,У)У Ц (Ц,У)У У (А,Г)А Ц -5’.
В этом случае комплементарность возможна для дуплекса РНК
5’-АУГЦАААААУУГ-3’
3’-УАЦГУУУУУААЦ -5’, что соответствует дуплексу ДНК: 5’-АТГЦАААААТТГ-3’/3’-TАЦГTТTTTААЦ -5’.
Наконец, рассмотрим четвёртый вариант, связанный с образованием дуплекса (2)/(3).
В этому случае имеем:
5’- А УГ Ц А(А,Г) А А(А,Г) У У (А,Г)-3’
3’-(Ц,У)АЦ(А,Г)У У (Ц,У)У У (А,Г)А Ц -5’.
В этом случае комплементарность возможна для дуплекса РНК
5’-АУГЦАГАААУУГ-3’
3’-УАЦГУЦУУУААЦ -5’, что соответствует дуплексу ДНК: 5’-АТГЦАГАААТТГ-3’/3’-TАЦГTЦTTTААЦ -5’.
Ответ. Данные в условии задачи два пептида могут быть закодированы четырьмя вариантами ДНК-дуплексов:
5’-АТГЦАГАААСТГ-3’/3’-TАЦГTЦTTTГАЦ -5’,
5’-АТГЦАГАААСТГ-3’/3’-TАЦГTЦTTTГАЦ -5’,
5’-АТГЦАААААТТГ-3’/3’-TАЦГTУTTTААЦ -5’,
5’-АТГЦАГАААТТГ-3’/3’-TАЦГTЦTTTААЦ -5’.



Задача №5. Какая из приведённых последовательностей ДНК будет кодировать данный фрагмент аминокислотной последовательности в белке?
Полипептид: Лиз-Фен-Лиз-Трп
ДНК:
АСТ АСА УСТ АСТ
ЦЦА ТТТ ГАА ЦТТ
АГЦ ТСГ АТС ТАА

Подсказка к решению. Если задачу пытаться решить в лоб, то покажется, будто бы и вовсе его нет.
Секрет решения заключается в том, что пептидная последовательность выписана с СООН-конца, а последовательность ДНК – с 5’-конца.

Важно.
Почему же задачи по молекулярной биологии так нудно однообразны? Причина проста - методы логически противоречивы. Чуть изменишь условие задачи - получаешь абсурд.

Возможно, что авторы тестов об этом догадываются. Но нужно "сохранить лицо". Любые поползновения прикрывать мантрой про "сложность". Столько лет туфты. Не удобно же сказать правду.

Или же задачи на составление возможных вторичных структур (шпилек, например), где нужно учитывать, что цепи в дуплексе антипараллельны. Можно составить задачи на нахождеение рамки трансляции. Можно придумать МНОЖЕСТВО типов задач вплоть до уровня биоинформационных, сопоставимых по красоте и разнообразию с теми, что реально и давно решаются в школе или на олимпиадах по математике, физике и химии.

А пока биология - изгой, в котором допустимы в основном одноходовки или однотипные двух-, трёх-ходовки, пересчитываемых по пальцам чуть ли не одной руки, без каких-либо вариаций. Одна трёхходовка несравнимо важнее трёх одноходовок. Знают не только шахматисты. .
Пока не исчезнет массовое равнодушие учителей биологии, так нехарактерное для учителей физики или математики, это будет продолжаться. На фоне массового равнодушия учителей биологии авторы ЕГЭ отмолчатся и на официальном форуме ЕГЭ (на всякий случай, впрочем, убрав такие задачи из демоверсии КИМов).

Останется ли биология изгоем, или нет - зависит от учителей.


    avatar 25.09.2015 | 11:12
    Валерий Чернухин Пользователь

    Вот задание из Всероссийской олимпиады (городской тур), верное решение которого ПРОТИВОРЕЧИТ канонам ЕГЭ.На участке ДНК с последовательностью нуклеотидовТГГАЦЦГАЦ синтезируется участок инф. РНК с последова-тельностью нуклеотидовA) АЦЦТГГЦТГ;Б) АЦЦУГГЦУГ;B) УГГАЦЦГАЦ;Г) ГУЦГГУЦЦА.Как видим, безобразие с неверным нахождением комплементарной цепи, есть не везде.


     

Дата регистрации: 19.07.2011
Комментарии:
1
Сказали спасибо 0
Сказать спасибо
footer logo © Образ–Центр, 2019. 12+