НПК Тема: : «Выделение ДНК из биоматериала в школьной лаборатории.»

                       МКУ Управление образования Джидинского района

МБОУ «Оёрская средняя общеобразовательная школа»

Тема: : «Выделение ДНК из биоматериала в школьной лаборатории.»

.

Выполнила: ученица 9 класса

Калмынина Юля

Научный руководитель:

Учитель биологии

Машеева Ц.Д

                                                          2022 год

 Оглавление

1.Введение-----------------------------------------------------------------------2 страница

2.  Глава 1.

(История изучения ДНК)- -------------------------------------------------2 страница

3.  Практическая часть-------------------------------------------------------- 4 страница

4. Выводы-----------------------------------------------------------------------7 страница

5. Приложение------------------------------------------------------------------9 страница

        Введение

                                В связи введением ФГОС в общеобразовательную школу, большое внимание уделяется практической работе по предмету биология. При изучении Раздела «Клетка», в которой одной из главной частей клетки - ядро, мы  тему изучаем по теории.

   Когда мы изучаем тему «Строение клетки», нам приходится изучать все, к сожалению, в теории, так как не хватает наглядности. Причина тому – сложность изучаемого материала.  Научные методы, позволяющие выделять ДНК, слишком трудны как в техническом, так и в теоретическом плане.  В условиях школьных лабораторий невозможно найти нужное оборудование для проведения  исследований.   Изучая материалы в интернете  по данной теме, я наткнулась на статью  Артамонова В./ Как увидеть ДНК. (Школьный клуб) / Химия и жизнь, 2002. и решила попробовать метод, предложенный автором.   Суть метода заключается в том, что есть возможность выделения ДНК в условиях школьной лаборатории. Разработка  и использование простого  доступного метода выделения ДНК позволит каждому ученику увидеть ее не в виде схем и моделей, а как материю

 Тема моей работы: «Выделение ДНК из биоматериала в школьной лаборатории.»

         Цель работы: выделить ДНК из биоматериала в условиях школьной лаборатории.

         Задачи:

1. Изучить литературу и интернет- ресурсы по данной теме
2. Изучить и на практике использовать доступный метод выделения ДНК из биоматериала.

            Объект исследования: клетка животного организма.

            Предмет исследования: ДНК клетки.

            Методы исследования: теоретический (изучение литературы), практический (эксперимент).

       Гипотеза: Если мы оптимально подберем биологические объекты, лабораторное оборудование и реактивы, то сможем выделить ДНК из биологического материала в условиях школьной лаборатории.

    Глава 1. (История изучения ДНК)

           ДНК является носителем генетической информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. С молекулами ДНК связаны два основополагающих свойства живых организмов наследственность 

и изменчивость. Наследственность –это свойство организмов  передавать свои признаки и особенности развития потомкам, а изменчивость- это свойство живых организмов существовать в различных формах, обеспечивающих им способность к выживанию в изменяющихся условиях среды.

       В ходе процесса, называемого репликацией ДНК, образуются две копии исходной цепочки, наследуемые дочерними клетками при делении, отсюда следует, что образовавшиеся клетки оказываются генетически идентичны исходной.

       ДНК как химическое вещество была выделена Иоганном Фридрихом Мишером в 1869 году из остатков клеток, содержащихся в гное. Он выделил вещество, в состав которого входят азот и фосфор. Вначале новое вещество получило название нуклеин, а позже, когда Мишер определил, что это вещество обладает кислотными свойствами, вещество получило название нуклеиновая кислота. Хотя Мишер был первым, кто определил ДНК как отдельную молекулу, несколько других исследователей и ученых внесли свой вклад в наше понимание ДНК в том виде, в каком мы ее знаем сегодня. И только в начале 1940-х годов роль ДНК в генетическом наследовании начали изучать и понимать.
       В 1962 году Крик и Уотсон разделили со своим коллегой Морисом Уилкинсом Нобелевскую премию за работу над ДНК. Розалинд Франклин получила заслуженное признание за свой вклад в открытие лишь после смерти

     ДНК содержится в составе хромосом клеточного ядра, также и в составе самовоспроизводящихся структур цитоплазмы – в митохондриях и хлоропластах. Это так называемая цитоплазматическая ДНК. Существующее ныне представление о структуре ДНК сложилось только в начале 1950-х годов. Дж. Уотсон и Ф. Крик  в 1953г совершив невероятный научный подвиг,  разгадали структуру дезоксирибонуклеиновой кислоты. В этом им помогали коллеги Розалинд Франклин и Морис Уилкинс. ДНК присутствует в миллиардах клеток, составляющих наше тело. Это химическое соединение, которое является носителем генетической информации и содержит «инструкции» по построению организма Молекула ДНК похожа на лестницу. В ступеньках лестницы, подобно буквам алфавита, закодирована информация. Эти длинные цепочки образуют инструкции, так же как из букв собираются слова. Каждая такая инструкция (участок спирали ДНК) называется геном. Один ген может означать «цвет глаз — синий», другой — «цвет волос — каштановый». Набор генов разный у всех людей, кроме близнецов.

Благодаря открытиям Крика, Уотсона и других ученых мы научились лечить многие болезни, вызванные ошибками в генах. Мы можем отыскать преступника по оставленным им следам ДНК. Открытие ДНК заложило основы проекта «Человеческий геном», который исследует генные наборы разных людей. Так мы узнаем, какие части молекулы ДНК отвечают за те или иные свойства организма. ДНК является самовоспроизводящимся материалом, который есть в каждом живом организме. Проще говоря, это носитель всей генетической информации. Он содержит своеобразные инструкции, необходимые организму для развития, роста, размножения. Это одна длинная молекула, которая содержит наш генетический «код». Этот «код» является отправной точкой для нашего развития, но влияние внешних факторов, таких как наш образ жизни, окружающая среда и питание, в конечном итоге формируют человека.  Из чего состоит ДНК? ДНК состоит из молекул, известных как нуклеотиды. Каждый нуклеотид содержит сахарную и фосфатную группу, а также азотистые основания. Эти азотистые основания далее подразделяются на четыре типа, в том числе: аденин (А) цитозин (С) гуанин (G) тимин (T) Структура ДНК представляет собой двухцепочечную спираль, и она напоминает вид витой лестницы. Сахар и фосфаты — это нуклеотидные нити, которые образуют длинные стороны. Основания азота — это ступеньки. Каждая ступенька на самом деле представляет собой два типа азотистых оснований, которые соединяются вместе, образуя целостную ступеньку и удерживая длинные нити нуклеотидов вместе. Скачайте наглядный материал в большом разрешении
   Глава 2. Практическая часть

Биологический материал:

 Для проведения опыта мы взяли куриный печень, так как в  ней мало  межклеточного вещества, ткань легко распадается  на составляющие, а клетки не  перегружены белками и  липидами.

   Реактивы и оборудование:

• Поваренная соль (NaCl)  0,9 г.
•  Детергент (жидкое моющее средство « АОS») 2 столовые ложки.
• Сок ананаса свежевыжатый  60-100 мл.
• Этанол  95%  15 – 30 мл.
• Пробирки, химические стаканы.
• Пипетки.
• Водяная баня.
• Электронные весы.
• Миксер
• Для наблюдения использовался школьный микроскоп МИКМЕД 5.0  совместимый с компьютером.

Методика и этапы работы:

1. Поместили в миксер 100 г свежей куриной печени.
2. Добавили 0,9 г поваренной соли, растворенной в 100 мл холодной кипяченой воды. Соль необходима для того, чтобы клетки не полопались раньше времени. Присутствие соляного раствора снаружи клетки уравновешивает давление внутреннего содержимого на клеточную мембрану изнутри.
3. Ткань измельчали в миксере в течение 15 – 20 секунд.
4. Затем процедили через сито, покрытое двойным слоем марли, удалили крупные фрагменты ткани.
5. В процеженную массу добавили 17 – 20 мл детергента «АОS», хорошо размешали и оставили на 10 минут.

      Детергент разрушает липидную мембрану самой клетки и ее ядра. В результате такой обработки все клеточное содержимое выльется наружу и останется в растворе. Раствор становится очень вязким и более светлым, чем была клеточная суспензия. Изменение консистенции раствора является признаком того, что лизис прошел успешно.

6. Полученную смесь разлили в 3 пробирки по 5, 2 и 1 мл.
7. В 1-ю пробирку добавили 10 мл сока ананаса; во 2-ю пробирку – 2 мл сока ананаса; в 3-ю пробирку 1 мл сока.

Пробирки осторожно встряхивали, наклоняя. Если трясти слишком активно, можно «разрушить» ДНК и ничего не увидеть.

Вследствие этого, мы выявили оптимальное соотношение количества клеток ткани и ферментов, необходимое для освобождения молекул ДНК от связанных с ней белков.  Это соотношение: 2 мл суспензии клеток +  2 мл сока ананаса.

О том, что белки разрушены, можно судить по уменьшению вязкости раствора.

8.   После оседания суспензии клеток, в каждую пробирку осторожно пипеткой прилили      

       по 1 мл этанола. Через 5 минут этанол собрали пипеткой и перенесли в    

      чистую сухую пробирку.

       Для ускорения ферментативных процессов пробирки помещали в водяную баню при  

       37 С на 5 – 10 минут.

Лабораторная работа:

      При проведении практической части работы необходимо учитывать следующее:

1.  Для опыта берется охлажденная, но не замороженная куриная печень.

            Ее помещают в стакан миксера и приливают 100 мл холодной кипяченой воды,  

растворив предварительно в воде 0,9 г хлорида натрия.  Для выделения ДНК требуются целые, неповрежденные клетки, поэтому мороженные или консервированные продукты, не годятся.

2. Взбивать ткань в миксере достаточно несколько минут. Затем тканевую массу необходимо процедить через двойной слой марли, чтобы освободиться от крупных фрагментов ткани и получить для работы однородную клеточную суспензию.
3. Теперь следует обработать полученные клетки детергентом. Для этой цели подходит жидкое моющее средство для посуды.
4.  К 100 г суспензии клеток мы добавляем «АОS» в объеме 10 мл, хорошо размешиваем и подготовительный этап работы закончен, он занимает не более 10 минут.
5. Затем режется на ломтики ананас. Сок ананаса, вытекающий при этом, потребуется на следующем этапе работы.

      Нам необходимо освободиться от белков, которые образуют прочные комплексы с ДНК. От них мы избавимся с помощью ферментов, способных разрушать эти молекулы. Именно такие вещества содержит сок ананаса. Сами эти ферменты – тоже белки, поэтому ананас должен быть свежим плодом, а не соком в упаковке.

6. Выделение ДНК

       В каждую пробирку, к 2 мл суспензии клеток прибавляем 2 мл ананасового сока и помещаем пробирку в водяную баню (стакан с теплой водой, не выше 36 С).  Клеточная масса сжимается и опускается на дно пробирки. По времени процесс идет 10-15 минут.

7. Третий этап работы – выделение ДНК из раствора, находящегося над массой клеток.  Этот этап – самый ответственный.  Приливать спирт в пробирку с ДНК-содержащей смесью следует осторожно пипеткой по стенкам пробирки, наслаивая его сверху. Когда нижние слои спирта смешаются с раствором ДНК, начнется процесс кристаллизации нуклеиновых кислот, и они всплывут в виде белого облачка.
8. Осторожно, пипеткой следует взять каплю этого облачка и поместить на предметное стекло. Покровным стеклом пользоваться не надо, так как концентрация ДНК в растворе невелика, в тонком слое жидкости увидеть ее сложнее. Спирт испаряется быстро, и фрагменты ДНК быстро разрушаются, поэтому каплю следует сразу поместить под микроскоп.

     Увеличение школьного микроскопа не позволит достоверно установить структуру молекулы. Но молекулы ДНК в виде клубков, нитей, «червячков»  и  «запятых» видно при увеличении  школьного микроскопа совершенно отчетливо. Особенно хорошо видны крупные молекулы ДНК под микроскопом, соединенным с компьютером, в этом случае их можно сфотографировать.

       Примечание: если сравнить фотографию ДНК, полученной в результате нашего опыта, с фотографиями, представленными серьезными научно-исследовательскими лабораториями, то очевидно – они очень похожи. Сравнительный анализ фото позволяет нам предполагать, что выделенный нами материал является фрагментом хромосомы. (см. приложение .)

Выводы и заключение

      В результате проделанной работы доказана возможность выделения ДНК в условиях школьной лаборатории по следующим причинам:

• Простота манипуляций, доступна школьникам.
• Минимальное затраченное время на проведение эксперимента.
• Доступны используемые материалы и реактивы.

        Данный опыт можно рекомендовать к проведению на уроке биологии по теме: «Клетка», а также на уроке органической химии. Эта работа может быть проведена на занятиях школьных кружков по биологии.

    Литература

1.Молекулярная биология А.А.Кириленко. Легион 2011г

2. https://rosuchebnik.ru/material/dnk-istoriya-odnoy-makromolekuly/

3. Артамонова В./ Как увидеть ДНК. (Школьный клуб) / Химия и жизнь, 2002.

4. Источник: https://rosuchebnik.ru/material/dnk-istoriya-odnoy-makromolekuly/ожили модель молекулярной структуры ДНК и механизм ее репликации.

5. Буферные растворы: приготовление и использование [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://fb.ru/article/44036/bufernyie-rastvoryi-prigotovlenie-i-ispolzovanie

6. Введенский Э. Л., Плешаков А. А. Биология. Введение в биологию. 5 класс. Линия «Вектор». – М.: ООО «Русское слово - учебник», 2012

7. Великов В. А. Молекулярная биология. Практическое руководство. – Саратов: Издательство «Саратовский источник», 2013. – 84 с.2.

8 Лаборатория на кухне (выделение в домашних условиях ДНК) [Электронный ресурс]. – Examen.ru – портал для абитуриентов и их родителей. – Режим доступа:http://www.examen.ru/add/manual/school-subjects/natural-sciences/genetics/stati-2201/laboratoriya-na-kuxne-vyidelenie-v-domashnix-usloviyax-dnk

9. Сивоглазов В. И. Биология: общая биология. 10 кл. Базовый уровень. – М.: Дрофа, 2016. – 254 с.