Урок-эксперимент " Удивительная молекула ДНК"
методическая разработка по биологии (10 класс) по теме

Урок-эксперимент « Удивительная молекула ДНК»

 Данный  эксперимент можно рекомендовать к проведению на уроке биологии по теме: «Клетка», а также на уроке при изучении структуры нуклеиновых кислот. Эта работа может быть проведена на занятиях школьного кружка по биологии, при проведении факультативов или элективных курсов.

Цель:   углубление знаний учащихся о ДНК и её роли в организме, развитие исследовательских способностей обучающихся.

Задачи урока: 

-раскрыть особенности строения молекулы  ДНК.

-изучить физические и химические свойства ДНК

- увидеть ДНК своими глазами!

Актуальность темы

Как передаётся информация внутри живых существ? Как от одного поколения в другое передается информация о зарождении именно зелёной лягушки, а не красного жасмина? Как и где она хранится? На чём она «путешествует»? Ответ известен: эта удивительная «информационная молекула» называется ДНК. Эта информация, «путешествующая» в молекуле ДНК от матери и отца к их потомству, является «инструкцией», которая позволяет механизму в оплодотворенной клетке строить новый живой организм.

Интересные факты

Длина молекулы ДНК одной клетки человека  составляет около   двух метров!

В организме человека находится от 75 до 100 триллионов клеток.

Длинна всех молекул ДНК человека:

   150 миллиардов километров. Этого достаточно, чтобы 3,5 миллиона раз  обернуть Землю по экватору и 400 раз     долететь до Солнца и вернуться обратно!  

Наследственность, гены, ДНК… Кажется, эти слова уже давно перестали быть научными терминами, вошли в повседневную жизнь и знакомы теперь каждому старшекласснику, не говоря уж о студентах. Но никакой ДНК большинство из нас никогда не видело, хотя увидеть её — дело вполне реальное даже в домашних условиях. В одной из генетических лабораторий на стене висит, к примеру, вот такая инструкция:

Конечно, для научных работников эта инструкция — в какой-то степени шутка и никто из них ДНК таким способом не выделяет, а между тем если и вправду воспользоваться ею, то всё получится! Выход ДНК будет, правда, невелик, а вещество — не особенно чистым, но увидеть в микроскоп длинные тонкие нити — кристаллы ДНК — вполне возможно.

 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 работы. А как хочется увидеть ДНК!   За основу  взят метод, предложенный  В. Артамоновой в популярной статье «Как увидеть ДНК» (Химия и жизнь, Школьный клуб, 2002, №2, стр. 48-49. Алгоритм эксперимента прост в исполнении. Эксперимент нагляден, информативен по содержанию и занимателен по форме.

Объект исследования: 

Выделенные из тканей животного и растения молекулы ДНК

Предмет исследования:

Структура ДНК

Выделенные из куриной печени  и гороха молекулы ДНК

Химический состав нуклеопротеидов

Физические свойства ДНК

Репарация ДНК

Для этого понадобится…..

Сок свежевыжатого ананаса 55-100 мл. Освобождает ДНК от гистоновых белков, покрывающих ее своеобразной «шубой».

Дегергент (жидкое моющее средство «Fairy») 2 столовые ложки. Разрушает липидные мембраны клеток и ядерную мембран, высвобождая ДНК.

Этанол 95% 15-30 мл. Экстрагирует молекулы ДНК из водного раствора.

Поваренная соль (NaCl) 0,9г. Создает физиологическую среду, препятствуя разрушению молекул ДНК.

Пробирки, химические стаканы или другую посуду.

Пипетки.

Для наблюдения использовался школьный микроскоп УМ-301.

Выделение ДНК из ткани гороха…..

Деление учащихся на группы. Каждая группа по алгоритму под руководством учителя проводит эксперимент по выделению ДНК из зелёного горошка.

Алгоритм проведение эксперимента « Как самому выделить ДНК»

Методика и этапы работы:

Найдите что-то, что содержит много ДНК. Например, зелёный горошек (но можно куриную печенку, селёдочные молоки или лук).

Положите в миксер около 100 мл (полстакана) этого продукта, добавьте 1/8 чайной ложки соли и 200 мл (стакан) мл  холодной кипяченой  воды. Взбивайте в течение 15 секунд. Миксер «сварит» вам горохово-клеточный суп.

Процедите смесь через ситечко или кусок капрона (чулок вполне подойдет). В полученную мякоть добавьте 1/6 от её количества (это будет примерно 2 столовые ложки) жидкого моющего средства (для посуды, например) и хорошо размешайте. Оставьте на 5-10 минут.

Разлейте жидкость по пробиркам или другим стеклянным посудинам, чтобы в каждой было заполнено не больше трети объёма.

Добавьте в каждую пробирку по чуть-чуть либо сока, выжатого из ананаса( к 2 мл суспензии клеток прибавляем 2 мл ананасового сока),  либо раствора для контактных линз и осторожно встряхните, переворачивая и наклоняя пробирку (если будете трясти слишком рьяно, разломаете ДНК и ничего не увидите).  Клеточная масса сжимается и опускается на дно пробирки. По времени процесс идет 10-15 минут. О том, что белки разрушены можно судить по уменьшению вязкости раствора.

 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 пробир-ки, наслаивая его сверху. Когда нижние слои спирта смешаются с раствором ДНК, начнется процесс кристаллизации нуклеиновых кислот,  и они всплывут в виде белого облачка.

     Осторожно, пипеткой следует взять каплю этого облачка и поместить на предметное стекло. Покровным стеклом пользоваться не надо, так как кон-центрация 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.

     Конечно, увеличение школьного микроскопа не позволит увидеть струк-туру молекулы,  и определить какие гены она содержит. Но чистые кристал-лы  ДНК  в виде клубков, нитей,  «червячков»  и  «запятых» видно при уве-личении  школьного микроскопа совершенно отчетливо. Особенно хорошо видны крупные молекулы ДНК под микроскопом, соединенным с компью-тером, 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.

  4. Обсуждение эксперимента, оформление в тетради.

Результат

         Чистые кристаллы ДНК похожи на клубки спутанных нитей, но не надо забывать, что вы видите именно кристаллы вещества, а не его макромолекулы, и сказать по их внешнему виду, какие гены содержит выделенная вами нуклеиновая кислота, конечно невозможно. Чтобы узнать это, придется снова растворять ДНК. Прочем, «прочесть» последовательность нуклеотидов домашних условиях, увы , невозможно: для этого нужны не только специальные приборы , но и дорогие реактивы. Однако если вы уже хорошо рассмотрели кристаллы и они успели подсохнуть, можете понаблюдать за тем, как ДНК растворяется. Она в начале набухает, становясь похожей на студенистую медузу, и лишь спустя несколько дней раствор делается однородным. Процесс можно ускорит, если пробирку почаще встряхивать.

Объяснения

-Размельчение в блендере разрушает стенки и органы клетки, в результате чего ДНК может плавать в супе из молекул и жиров.

-Соль мы добавляем для того, чтобы стенки клетки не полопались раньше времени: давление внутреннего содержимого на клеточную мембрану изнутри уравновешивают давлением соляного раствора снаружи.

-Фильтрация нужна, чтобы механически удалить всевозможные примеси и крупные куски ткани.

- Моющее средство из-за своего эмульгирующего  воздействия притягивает жиры и отделяет их от белков.

-Но цепочки ДНК защищены белковой оболочкой. Чтобы разрушить эту оболочку и выделить чистое ДНК, вы добавляете сок ананаса. Он имеет ферменты, разрушающие внешнюю оболочку.

- Для окончательного высвобождения ДНК нужен спирт. Заменить спирт водкой или духами нельзя: если концентрация спита будет низкой и упадет при смешивании с водной фазой до 60 – 65%, ДНК в кристаллическое состояние не перейдет. По этой причине наливать спирт в пробирку с ДНК-содержащей смесью следует осторожно, наслаивая его сверху.   И легкие цепочки ДНК всплывают к поверхности этого слоя, а тяжелые остатки белков и жиров остаются в растворе.

 Домашнее задание.

     -  Графически изобразить проведенный эксперимент.

    -  Оформление результатов исследований;

    -  Представление результатов