Урок-эксперимент по биологии «Изучение метода выделения полимерной молекулы ДНК из биологического материала»

Автор: Иванова Инна Константиновна

Организация: МАОУ «Гимназия №33 г. Улан-Удэ»

Цель занятия: познакомить учащихся с простейшими методами биотехнологии на примере выделения молекулы ДНК, конкретизировать представления учащихся о молекуле ДНК.

Задачи занятия: создать условия для развития универсальных учебных действий:

1. познавательных:

-через актуализацию теоретических знаний о строении функциях молекулы ДНК в процессе выполнения практических заданий;

-владение логическими операциями (анализ, синтез, сравнение, обобщение), через развитие умения наблюдать за происходящими процессами и фиксировать результаты наблюдений

2. регулятивных:

-через создание условий для развития умений, связанных с целеполаганием, планированием предстоящей деятельности, поиском способов решения поставленной проблемы, содержательной и личностной рефлексии, контролем и самооценкой достигнутого;

-посредством развития умения самостоятельно организовывать рабочее место;

-личностного самосовершенствования через проведение личностной рефлексии в рамках работы в группе.

-ценностно-смысловых посредством развития внутренней мотивации к изучению реальных объектов действительности, ощущения собственной уникальности;

3. Информационно – коммуникативных:

-посредством развития умения использовать разные источники информации (руководство по проведению работы, речь учителя) для решения поставленной цели;

-посредством развития умений диалогической речи через организацию работы в группах на рабочих местах.

Целевые ориентации урока:

Предметные: способствовать формированию знаний об особой роли нуклеиновых кислот в живой природе – хранении и передаче наследственной информации, умение характеризовать особенности строения и функций молекулы ДНК; выполнять практическую экспериментальную работу.

Метапредметные: способствовать развитию логического мышления, умению анализировать, сравнивать, делать обобщения и выводы, работать с различными источниками информации, с демонстрационным материалом.

Личностные: создать условия для формирования понимания развития своего интеллекта как ценностной характеристики современной личности; создать условия для совершенствования навыков и умений, необходимых для индивидуальной и групповой работы, делась правильный выбор будущей профессии.

Планируемый результат обучения, в том числе и формирование УУД:

• образовательные (формирование познавательных УУД) обучающийся должен знать об особенностях строения ДНК: строении отдельного нуклеотида, соединении отдельных нуклеотидов в одну цепь, соединении цепей нуклеотидов в одну молекулу ДНК, основанную на принципе комплементарности, о функциях ДНК, о механизме удвоения ДНК, определении ключевых понятий, уметь пользоваться терминологией.
• воспитательные (формирование коммуникативных и личностных УУД): умение сотрудничать с учителем и одноклассниками, полно и точно выражать свои мысли, отвечать на вопросы, применять в своей речи логические приемы, соблюдать процедуру группового обсуждения, воспитывать усидчивость, дисциплинированность.
• развивающие (формирование регулятивных УУД): развитие логического мышления, внимания творческих и познавательных способностей, умения анализировать, самостоятельно прорабатывать учебный материал, владеть умениями сравнения, доказательства, вычленения основных идей в учебном материале, оценивать качество и уровень усвоения материала.

Форма: урок-эксперимент «Выделение ДНК»

Технологии, применяемые на уроке:

• технология проблемного обучения;
• информационная технология;
• технология групповой деятельности;
• технология исследовательского обучения.

Ведущая педагогическая идея: реализация метапредметного подхода в преподавании биологии через организацию активной познавательной деятельности учащихся на уроке.

Оборудование: мультимедийная презентация по теме занятия, лабораторное оборудование для работы в группах: перезрелый банан, физиологический раствор, медицинский спирт, дистиллированная вода, моющее средство, пробирки, воронка, ступка с пестиком, стеклянная палочка, фильтровальная бумага, блендер, стеклянный стакан, мерный стакан, соль, нож, разделочная доска.

инструктивные карты для работы в группах (приложение №1), протокол выполнения работы для каждого учащегося (приложение №2).

Организационный момент. Актуализация знаний

Ребята, мы с вами изучаем тему Наследственность и изменчивость

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?

Ответ известен: эта удивительная молекула является носителем наследственной информации называется ДНК.

Эта информация, «путешествующая» в молекуле ДНК от матери и отца к их потомству, является «инструкцией», «книга жизни», «свидетелем и уликой» и «секретным хранилищем», 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.

Длина 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!

На сегодняшний день исследование ДНК, выделенной из объектов биологического происхождения, является общепринятой и наиболее информативной и точной в медицинской практике.

- Для чего выделяют ДНК?

Для анализа улик (в криминалистике)

Для тестирования новорожденных на генетические заболевания

Для установления родства

Для изучения генов, участвующих в образовании раковой опухоли

Для анализа археологического материала

Для идентификации личности людей

- 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!

Цель нашего занятия - познакомиться с простейшими методами биотехнологии на примере выделения молекулы ДНК банана.

Объект исследования:

Выделенные из тканей животного и растения молекулы ДНК

Предмет исследования:

Структура ДНК

Выделенные из банана молекулы ДНК

Химический состав нуклеопротеидов

Физические свойства ДНК

Репарация ДНК

Оборудование и реактивы:

Дегергент (жидкое моющее средство «AOS») 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.

Пипетки.

Для наблюдения - школьный цифровой микроскоп, компьютер, интерактивная доска.

Выделение ДНК

- Ребята, каждая группа получила инструкцию по выделению ДНК из банана.

Обратить внимание на необходимость строгого соблюдения инструкции!

Под руководством учителя проводит эксперимент по выделению ДНК из банана.

Алгоритм проведение эксперимента « Как самому выделить ДНК» лежит на парте.

Методика и этапы работы:

Организация выполнения практической части в соответствии с инструктивными картами. По ходу практической части учащиеся заполняют протокол практической работы.

- Ребята, пользуясь инструкцией по выполнению работы, под моим руководством, мы с вами попробуем быть в роли генетиков.

- На слайды тоже обращаем внимание.

Пошаговая инструкция по выделению молекул ДНК

Для эксперимента подойдет любой растительный материал. Проще работать с тем, что легче измельчить, например мякоть банана.

Чтобы извлечь ДНК из ядра растительной клетки, нам потребуются:

• ступка с пестиком, дома можно использовать блендер;
• воронка;
• стеклянная посуда: колба, стакан, пробирка;
• фильтровальная бумага или марля;

• хлорид натрия (поваренная соль) — 1,5 г;
• гидрокарбонат натрия (сода) — 5 г;
• весы, позволяющие взвешивать от одного до нескольких грамм; в отсутствие весов для соли и соды можно использовать мерные ложки — здесь главное соблюсти пропорции ингредиентов;
• детергент (лат. detergio — стираю) — это разновидность поверхностно-активного вещества, которое уменьшает поверхностное натяжение воды и способствует ее проникновению в поры и между волокнами; детергенты помогают отмывать что угодно от грязи; в домашних условиях в качестве детергента можно использовать мыло, средство для посуды;
• дистиллированная вода — 120 мл;
• 95%-й этиловый спирт.

Шаг 1. Готовим буферный раствор

Буферными (англ. buff — смягчать удар) называют растворы с определенной устойчивой концентрацией водородных ионов. Проще говоря, pH такого раствора почти не меняется, даже если мы добавляем в него кислоту или щелочь.

Чтобы приготовить буферный раствор для нашего эксперимента, наливаем в колбу 120 мл дистиллированной воды и добавляем в нее 1,5 грамма хлорида натрия. В домашних условиях можно использовать поваренную соль, это, конечно, не химически чистый NaCl, но для нашей миссии подойдет.

Далее взвешиваем и добавляем в раствор 5 грамм гидрокарбоната натрия (мы используем соду).

После добавления перемешиваем содержимое колбы до полного растворения.

Шаг 2. Смешиваем буферный раствор с детергентом

В качестве детергента мы используем средство для мытья посуды. Нам будет вполне достаточно 50–60 мл. Добавляем его в буфер и перемешиваем полученную смесь в течение трех минут.

Шаг 3. Подготовка сырья для извлечения ДНК

Мякоть банана тщательно измельчаем до однородного состояния. Это удобнее сделать блендером.

Шаг 4. Разрушение клеточных стенок

К полученной массе добавляем холодную смесь буферного раствора с детергентом. Тщательно перемешиваем. Детергент разрушает клеточные мембраны и мембраны ядер клеток. Таким образом, нити ДНК окажутся свободно плавающими.

Шаг 5. Получение молекул в растворе

Разрушив клеточные стенки, удаляем их: для этого фильтруем раствор в течение 10 минут при помощи воронки с фильтром. В нашем случае мы используем фильтровальную бумагу, но дома можно взять ткань или даже марлю.

- Просмотр видеоролика из передачи «ДНК» по НТВ.

Шаг 6. Визуализация

К полученному фильтрату по стенке сосуда под острым углом осторожно приливаем охлажденный в морозилке 95% этиловый спирт, чтобы он не перемешивался с содержимым. Добавляем сколько не жалко. Но в целом количества, равного половине имеющегося в колбе фильтрата, будет достаточно.

И вот на границе раздела двух жидкостей мы наблюдаем, как постепенно появляются белые нити ДНК.

Из всех клеточных компонентов только ДНК быстро выпадает в осадок в спирте, образуя видимые глазу белые нити.

Все остальные компоненты остаются в водной фазе.

Шаг 7. Нанизать деревянной палочкой молекулу ДНК и посмотреть под микроскопом.

Обсуждение эксперимента, оформление в тетради

- Ребята, давайте сделаем выводы по нашему эксперименту.

1. Что мы получили?

2. Зачем мы измельчали банан в блендере?

3. Что такое детергент

4. Зачем нужен спирт?

5 Думали ли вы, что можно в домашних условиях выделить молекулу ДНК и увидеть её своми глазами?

6. Цель нашего занятия достигнута?

-Ребята, заполняем протоколы и сдаём.

Заполнение протокола позволяет сделать работу учащихся более осознанной, развивать способности к рефлексии собственной деятельности, умению формулировать результаты наблюдений на письме. Следует обратить внимание, что колонка «Что делали?», не должна быть заполнена списанными из руководства по выполнению фразами, а должна быть заполнена самостоятельно, т.е. кратко описывать проделанную работу.

Подведение итогов работы.

Обсуждения практической значимости исследований молекулы ДНК. Например, значение ПЦР в медицине.

-Ребята, внимание на экран.

Ученые из Института Бабрахама в Кембридже совместно с известным музыкантом и звукорежиссером Максом Купером, а также мастером визуального искусства Энди Ломасом презентовали уникальную работу, демонстрирующую элегантный и сложный процесс организации генов в единую систему.

Хаотично движущиеся на видео линии — на самом деле компьютерная модель агрегации генетической информации, записанной на молекулах в ДНК, в живых клетках. «Это исследование меняет наше понимание биологии, показывая, как гены, которые находятся близко друг к другу в геноме, взаимодействуют и влияют друг на друга», — поясняет EurekAllert!.

При упоминании ДНК люди чаще всего представляют маленькие Х-образные хромосомы, расположенные в аккуратных маленьких линиях на большом расстоянии друг от друга. Но каждое ядро клетки, размером меньше песчинки, содержит длинные цепи ДНК. Большую часть времени 46 хромосом в человеческой клетке выглядят как часть запутанной массы ДНК — больше всего это похоже на маленький комок шерсти.

Ученые поясняют: движение генов может казаться хаотичным, но на самом деле они высокоорганизованны. Красным цветом на видео выделены области с наиболее высокой активностью генов. (Видео 3 минуты)

На этом заканчиваем наше занятие. Подведём итог, как мы работали. Перед вами смайлики, они отражают вашу работу. Возьмите тот смайлик который выражает вашу работу и прикрепите его на доску.

Ну а вообще, в нашей жизни бывает всякое, и мы должны быть готовы ко всему, чтобы прокормить себя.

Внимание на экран. (Видеоролик 2мин. « На вас персональный наряд на все 15 суток»)

Спасибо за работу!

Список используемой литературы

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

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

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

4. 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

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

6. http://wsyachina.narod.ru/technology/reduction_dna.html, http://www.venda.ru/mater/metod/bio/dnkvdomashnihuslovijah.htm, http://www.begin-edu.com/node/5824 .

Методические рекомендации:

Настоящая разработка представляет собой адаптированный вариант к конкретному классу. Занятие рассчитано на 1 учебный час и проводится после изучения учащимися темы «Нуклеиновые кислоты». В нашем случае оно проводилось как дополнительное профориентационное занятие по биологии.

Использование презентации и видеофрагментов.