Исследовательская работа по биологии "ДНК-код жизни. Увидеть вживую"

Муниципальное казённое учреждение  “Отдел образования администрации городского округа город Стерлитамак  Республики Башкортастан”. Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение  городского округа город Стерлитамак Республики Башкортостан  “Лицей № 1” Площадка: Биология и медицина ДНК­код жизни. Увидеть вживую Выполнили: Орлова Валерия Станиславовна обучающиеся 11в  класса МАОУ”Лицей № 1” Научный руководитель: Степанова Э.Ф.­учитель биологии  МАОУ “Лицей № 1 СТЕРЛИТАМАК 2016 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………3 РАСШИФРОВКА СТРУКТУРЫ ДНК………………………………...4 ЭКСПЕРИМЕНТ………………………………………………………...5 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………….7 ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………….8 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….16 2 ВВЕДЕНИЕ ХХI  век   едва   начался,   как   сразу   же   был   провозглашен   веком   генетики.   Она   в одночасье превратилась в науку, без которой не обходиться ни одна важная сторона человеческой   жизни.   Изучение   ДНК   позволяет   понять   жизнь   от   молекулярных процессов до функционирования биосферы в целом. И исследование ДНК позволяет заглянуть в глубокое прошлое, туда, куда рука экспериментатора даже не решалась протянуться.  ДНК   ­  самая   главная   и   прославленная   в  информационном   мире   молекула   живой природы. Её красивую спираль узнают все сразу: на обложках тетрадей по биологии, в передачах на ТВ. Возникает вопрос: а можно ли увидеть ДНК в живую?             Получение ДНК в лабораторных условиях школы – это такой эксперимент, который помогает понять, какой сложной структурой обладает организм.              Цель работы:                 ­воссоздать   молекулы   ДНК   и     увидеть   их   невооруженным   глазом   через проведение эксперимента. Задачи: 1.Изучить и проанализировать литературу по данному вопросу;  2.Разработать   условия   для   исследования,   обеспечивающие   многовариантность генетического материала; 3.Составить   аналитический   анализ   и   экспериментально   подтвердить   или опровергнуть   оптимальность   получения   в   домашних   условиях   молекулы   жизни   ­ ДНК.  Объект исследования: генетический материал ­ выделенные из тканей животного и растения молекулы ДНК. Предмет исследования: структура ДНК. Виды генетического материала: лук Временной интервал: от 2. 00 часов  до 25 ­ 30 мин. Оборудование:  мерный стакан, блендер, чайная и столовая ложки, соль, химические стаканы, пипетки, пробирки, ситечко, моющего средства «Fairy», физ. раствор для контактных линз , холодный этиловый спирт. Для наблюдения: школьный микроскоп УМ­301 Основные процессы выделения ДНК включает:  1­  разрушение клеток; 3 (cid:216) 2­  удаление мембранных липидов;  3­ удаление вторичных метаболитов и запасных веществ;  4­  удаление белков, РНК;  5­ осаждение ДНК. РАСШИФРОВКА СТРУКТУРЫ ДНК Дезоксирибонуклеииновая кислотаа (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение   и   реализацию   генетической   программы   развития   и   функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков. В   ДНК   встречается   четыре   вида   азотистых   оснований   (аденин,   гуанин,   тимин   и цитозин). Расшифровка   структуры   ДНК   (1953   г.)   стала   одним   из   поворотных   моментов   в истории биологии. За выдающийся вклад в это открытие Фрэнсису Крику, Джеймсу Уотсону и Морису Уилкинсу была присуждена Нобелевская премия по физиологии или медицине 1962 г. Розалинд Франклин, которая получила рентгенограммы, без которых Уотсон и Крик не имели бы возможность сделать выводы о структуре ДНК, умерла в 1958 г. от рака, а Нобелевскую премию не дают посмертно. ЭКСПЕРИМЕНТ Всего за несколько лет диагностика по ДНК превратилась в привычную процедуру. Необходимо только забрать у пациента слюну. Прежде, чем провести диагностику необходимо   выделить   сам   предмет   исследования,   и   сделать   это   можно   даже   в домашних условиях. Нужно только найти что­то, что содержит много ДНК. Самый 4 (cid:216) (cid:216) (cid:216) (cid:216) подходящий продукт­лук. В его тканях мало межклеточного вещества, и очень много клеток, в каждой  из  которых ДНК. В порезанную  луковицу мы добавили  соль и холодную воду, и измельчили все при помощи блендера. Полученную луковую взвесь процедили  и  добавили   немного  средства   для  мытья  посуды.  Через  10  мин   снова процедили   кашицу   и   разлили   по   пробиркам.   В   получившийся   клеточный   суп добавили пару капель ананасового сока. Затем медленно влили этиловый спирт, пока его   не   оказалось   поровну   с   содержимым   пробирки.   Всплывшие   наверх   хлопья­и оказалось ДНК. После мы так же проделали опыт с раствором для контактных линз.    А   вот   что   происходило   на   клеточном   уровне:   ДНК   содержатся   внутри   клеток, поэтому   сначала   нужно   раздробить   ткань   на   отдельные   клетки,   их   содержимое слишком   сильно   давит   на   клетки.   Раствор   соли   уравновешивает   давление,   не позволяет клеткам разрушиться раньше времени. Проникнуть внутрь клетки нужно с максимальной осторожностью, чтобы не повредить ДНК. Мембрана клетки и ее ядра защищены липидным слоем. Средство для мытья посуды позволило провести лизис ­ разрушить   жировую   оболочку   и   выпустить   наружу   все   содержимое.   В   смеси оказалось  много белков, прочно связанных с ДНК. Чтобы высвободить  молекулу кислоты,   нужно   избавиться   от   белков   с   помощью   особых   ферментов,   они присутствуют, например, в ананасовом соке. Благодаря спирту смесь расслаивается, а   содержащиеся   в   ней   нуклеиновые   кислоты   кристаллизуются   и   всплывают   на поверхность.   То,   что   можно   разглядеть   невооруженным   глазом   –   не   отдельные молекулы, а кристаллы нуклеиновых кислот. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Только в последнее десятилетние работы   с использованием ДНК получили стремительное   развитие.   Уже   есть   генетически   модифицированные   продукты   и микроорганизмы,   генетические   тесты   на   предмет   врожденных   заболеваний, 5 исследование   последовательности генома человека. Появляются новые   проекты, одно из которых в последнее время будоражит современный цивилизованный мир – чип ДНК для каждого жителя Земли.  Читая о современных достижениях генной инженерии, мало кто предполагает, что выделить и потрогать довольно чистый препарат “святая святых” жизни ­ ДНК ­ можно   не   только   в   специальных   лабораториях,   но   и   в   домашних   условиях. Большинство из нас никогда не видело, хотя увидеть её ­ дело вполне реальное даже в домашних условиях.  Экспериментируя, можно усовершенствовать и изменить предлагаемые опыты и узнать много нового об одном из важнейших компонентов клетки. Так зачем видимая ДНК на уроках биологии? Можно   предположить,   что   это   интересная   версия   познакомить   ребят   с наследственным   материалом   воочию.   Это   взгляд   на   мир   не   лишен   инициативы   и свежести. Ведь перед глазами ­ модель  жизни в микроскопе. 6 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 1. Библиотека «Первого сентября» «Я иду на урок химии», М.,1999. 2. С. Г. Мамонтов, В. Б. Захаров, Н. И.  Сонин «Биология. Общие закономерности». 9 класс, М.: Дрофа, 2011. 3. http://dx.doi.org/10.11134/btp.2.2012 4. http://begin­edu.com/hode/5824 Scientific American 5. Medem.kiev.ua. В. Артамонова. Как увидеть ДНК. Химия и жизнь ХХI века. 6. chaotic_sys: Howto: получить ДНК в домашних условиях. 7. http://images.yandex.ru 8. http://j­times.ru 9. http://www.kslorod­books.ru 10. http://www.progene.ru 11. http://thatif.ru 12. http://basetop.ru 13. http://www.idhktet.ru 7 ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ № 1 Выбор реагентов и их физико­химическая роль при выделении ДНК Реагент 1­генети­ ческий материал 2­ вода 3­ поваренна я соль  Коли­ честв о 100 мл 200 мл 1/8   ч. ложки = 0,9г. 4­моющее средство  2 ст.  ложки 5.­физ.рас­ твор для  линз 6­спирт этиловый 95% 2мл эта­ нол  15 мл.          Физико­химическая роль Вспомогаю­ щее действие Исследуемый материал   только   холодная Основа   буфера, кипяченая или дистиллированная Чтобы   стенки   клетки   не   полопались: давление   внутреннего   содержимого   на клеточную изнутри уравновешивают   давлением   соляного раствора снаружи. Разрушает и притягивает жиры, отделяя их от крупных белков, высвобождая ДНК.     мембрану охлаждение  Смесью   колотого   льда   с   солью   замедлит блендер деградацию выделенной ДНК. Размельчение   разрушает   стенки   и   орга­ ноиды клетки. фильтрация Процедить   смесь.   Механически   удалить раствор   для контактных линз примеси и крупные части ткани.  Цепочки ДНК защищены гистоновой бел­ ковой оболочкой, а ферменты сока разру­ шают ее и выделяется чистое ДНК. Экстрагирует   (высвобождения)   молекулы ДНК из водного раствора.  8 ПРИЛОЖЕНИЕ № 2 Алгоритм № 1: «Как самому выделить ДНК» 1.       Возьмите генетический   материал, содержащий много ДНК. Например, зелёный горошек (куриную печенку, селёдочные молоки или лук). 2.    Положите в миксер около 100 мл (полстакана) этого продукта, добавьте 1/8 чайной ложки соли и 200 мл (стакан) холодной воды. Взбивайте миксером или блендером в течение 15 секунд.  3.    Процедите смесь через ситечко или кусок капрона. В полученную мякоть добавьте 1/6 (это будет примерно 2 столовые ложки) жидкого моющего средства «Fairy»  и хорошо размешайте. Оставьте на 5­10 минут. 4.        Разлейте  жидкость  по  пробиркам или другим  стеклянным  посудинам, чтобы в каждой было заполнено не больше трети объёма. 5.       Добавьте в каждую пробирку по 2 мл либо сока, выжатого из ананаса, осторожно   встряхните,   переворачивая   и   наклоняя   пробирку   (если   будете   трясти слишком рьяно, разломаете ДНК и ничего не увидите). 6.    Наклоните пробирку и медленно влейте в неё немного этилового спирта, чтобы он образовал слой поверх смеси. ДНК всплывёт наверх в виде хлопьев. 7.         Деревянной   палочкой   (карандашом)   выловите   их   и   рассмотрите   под микроскопом. 9 ПРИЛОЖЕНИЕ № 3 «Исследование молекулы ДНК» Объект   исследования:   генетический   материал   ­   выделенные   из   тканей животного и растения молекулы ДНК. Предмет исследования: структура ДНК. Виды генетического материала: лук, чеснок, банан, куриная печень, киви. Временной интервал: от 2. 00 часов  до 25 ­ 30 мин. Оборудование:  мерный   стакан,   блендер,   чайная   и   столовая   ложки,   соль, химические   стаканы,   пипетки,   пробирки,   ситечко,   моющего   средства   «Fairy», свежевыжатый ананасовый сок, холодный этиловый спирт. Для   наблюдения:   школьный   микроскоп   УМ­301,   электронный   микроскоп DCM300 с цифровой камерой Основные процессы выделения ДНК включает:            1­  разрушение клеток;  2­  удаление мембранных липидов;  3­ удаление вторичных метаболитов и запасных веществ;  4­  удаление белков, РНК;  5­ осаждение ДНК. 10 ПРИЛОЖЕНИЕ №4 ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ДНК Выбор реагентов при выделении ДНК Основные процессы выделения ДНК ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ДНК ПРИЛОЖЕНИЕ №5 11 Основные процессы выделения ДНК Удаление вторичных метаболитов и запасных веществ ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ДНК ПРИЛОЖЕНИЕ №6  Удаление белков и РНК 12 ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ДНК ПРИЛОЖЕНИЕ №7  Осаждение ДНК 13 ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ДНК ПРИЛОЖЕНИЕ №8 14 Молекулы ДНК под микроскопом 15