Eesmärgid

Hariduslik: jätkata teadmiste kujundamist bioloogiast kui teadusest; anda mõisteid bioloogia peamiste osade ja uuritavate objektide kohta;
Arendab: kujundada kirjanduslike allikatega töötamise oskusi, kujundada oskusi luua analüütilisi seoseid;
Hariduslik: avardab silmaringi, kujundab terviklikku maailmataju.

Ülesanded

1. Avaldada bioloogia osa teiste teaduste hulgas.
2. Avaldada bioloogia seost teiste teadustega.
3. Tehke kindlaks, milliseid bioloogia eri harusid uuritakse.
4. Määratlege bioloogia roll elus inimene .
5. Joonista Huvitavaid fakte teemaga seotud tunnis esitatud videotest.

Terminid ja mõisted

Bioloogia on teaduste kompleks, mille uurimisobjektideks on elusolendid ja nende koosmõju keskkonnaga.
Elu on aine olemasolu aktiivne vorm, teatud mõttes kõrgem võrreldes selle füüsilise ja keemilised vormid olemasolu; rakus toimuvate füüsikaliste ja keemiliste protsesside kogum, mis võimaldab ainevahetust ja selle jagunemist.
Teadus on inimtegevuse valdkond, mis on suunatud reaalsuse objektiivsete teadmiste arendamisele ja teoreetilisele süstematiseerimisele.

Tundide ajal

Teadmiste värskendus

Pidage meeles, mida bioloogia õpib.
Nimeta bioloogia harud, mida tunned.
Leia õige vastus:
1. Botaanika uuringud:
A) taimed
B) loomad
B) ainult vetikad
2. Seenteõpe toimub raames:
A) botaanika
B) viroloogia;
B) mükoloogia.
3. Bioloogias eristatakse mitut kuningriiki, nimelt:
A) 4
B) 5
KELL 7
4. Isik viitab bioloogias:
A) Loomariik
B) alamklass imetajad;
C) perekond Homo sapiens.

Joonise 1 abil pidage meeles, kui palju kuningriike bioloogias eristatakse:

Riis. 1 Elusorganismide kuningriigid

Uue materjali õppimine

Esimest korda pakkus mõiste "bioloogia" 1797. aastal välja saksa professor T. Ruzom. Kuid seda hakati aktiivselt kasutama alles 1802. aastal, pärast selle kasutamist termin J-B. Lamarck oma teostes.

Tänapäeval on bioloogia teaduste kompleks, mis moodustavad iseseisvaid teadusharusid, mis tegelevad teatud uurimisobjektidega.

Bioloogia "harude" hulgas võib nimetada selliseid teadusi nagu:
- botaanika - teadus, mis uurib taimi ja selle alajaotisi: mükoloogia, lihhenoloogia, brioloogia, geobotaanika, paleobotaanika;
- zooloogia- loomi uuriv teadus ja selle alajaotused: ihtüoloogia, arahnoloogia, ornitoloogia, etoloogia;
– ökoloogia – teadus elusorganismide suhetest keskkonnaga;
- anatoomia - teadus sisemine struktuur kõik elusolendid;
- morfoloogia - teadus, mis uurib elusorganismide välisehitust;
- tsütoloogia – teadus, mis uurib rakku;
- samuti histoloogia, geneetika, füsioloogia, mikrobioloogia jt.

Üldiselt näete bioloogiateaduste tervikut joonisel 2:

Riis. 2 Bioloogiateadused

Samal ajal nad eraldavad terve rida teadused, mis tekkisid bioloogia tiheda koostoime tulemusena teiste teadustega ja neid nimetatakse integreeritud. Neid teadusi võib julgelt omistada: biokeemia, biofüüsika, biogeograafia, biotehnoloogia, radiobioloogia, kosmosebioloogia ja teised. Joonisel 3 on kujutatud peamised integreeritud teadused bioloogiaga

Riis. 3. Integraalsed bioloogiateadused

Bioloogiateadmised on inimese jaoks olulised.
Ülesanne 1: Püüa enda jaoks sõnastada, mis on täpselt bioloogiliste teadmiste tähtsus inimese jaoks?
2. tegevus: vaadake järgmist videot evolutsiooni kohta ja tehke kindlaks, milliseid bioloogiateaduslikke teadmisi oli selle loomiseks vaja

Ja nüüd meenutagem, milliseid teadmisi ja miks inimene vajab:
- erinevate kehahaiguste määramiseks. Nende ravi ja ennetamine eeldab teadmisi inimkehast, mis tähendab teadmisi: anatoomiast, füsioloogiast, geneetikast, tsütoloogiast. Tänu bioloogia saavutustele hakati tööstuses tootma ravimeid, vitamiine ja bioloogiliselt aktiivseid aineid;

Toiduainetööstuses on vaja tunda botaanikat, biokeemiat, inimese füsioloogiat;
- põllumajanduses on vajalikud teadmised botaanikast ja biokeemiast. Tänu taime- ja loomaorganismide vaheliste suhete uurimisele sai võimalikuks bioloogiliste meetodite loomine põllukultuuride kahjurite tõrjeks. Näiteks komplekssed teadmised botaanikast ja zooloogiast avalduvad põllumajanduses ja seda saab näha lühikesest videost

Ja see on vaid lühike loetelu "bioloogiliste teadmiste kasulikust rollist" inimelus.
Järgmine video aitab teil paremini mõista bioloogia rolli elus.

Bioloogiateadmisi ei ole võimalik kohustuslike hulgast eemaldada, sest bioloogia uurib meie elu, bioloogia annab teadmisi, mida kasutatakse enamikus inimelu valdkondades.

Ülesanne 3. Selgitage, miks tänapäeva bioloogiat nimetatakse kompleksteaduseks.

Teadmiste kinnistamine

1. Mis on bioloogia?
2. Nimeta botaanika alajaotised.
3. Milline on anatoomiateadmiste roll inimese elus?
4. Teadmised millistest teadustest on meditsiini jaoks vajalikud?
5. Kes määratles esimesena bioloogia mõiste?
6. Vaadake joonist 4 ja tehke kindlaks, milline teadus kujutatud objekti uurib:

Joonis 4. Mis teadus seda objekti uurib

7. Uurige joonist 5, nimetage kõik elusorganismid ja neid uuriv teadus

Riis. 5. Elusorganismid

Kodutöö

1. Töötle õpiku materjal – lõige 1
2. Kirjuta vihikusse ja õpi mõisteid: bioloogia, elu, loodusteadus.
3. Kirjuta vihikusse kõik bioloogia kui teaduse osad ja alajaotused, iseloomusta neid lühidalt.

Hiljuti avastati maa-alustest koobastest elutsev silmadeta kala Phreaticthys andruzzii, kelle sisemine kell on seatud mitte 24 (nagu teistel loomadel), vaid 47 tunnile. Selles on süüdi mutatsioon, mis lülitas nende kalade kehal välja kõik valgustundlikud retseptorid.

Teadlaste hinnangul on meie planeedil elavate bioloogiliste liikide koguarv 8,7 miljonit ning hetkel ei ole avalikult ja salastatud rohkem kui 20% sellest arvust.

Jääkala ehk siig elab Antarktika vetes. See on ainus selgroogsete liik, kelle veres pole punaseid vereliblesid ja hemoglobiini – seetõttu on jääkalade veri värvitu. Nende ainevahetus põhineb ainult otse veres lahustunud hapnikul.

Sõna "värdjas" pärineb tegusõnast "hoorus" ja tähendas algselt ainult tõupuhta looma ebaseaduslikku järglast. Aja jooksul asendati see sõna bioloogias terminiga "hübriid", kuid see muutus inimeste suhtes kuritarvitavaks.

Kasutatud allikate loetelu

1. Tund "Bioloogia – eluteadus" Konstantinova E. A., bioloogiaõpetaja, 3. keskkool, Tver
2. Tund „Sissejuhatus. Bioloogia on eluteadus” Titorov Yu.I., bioloogiaõpetaja, Kemerovo CL direktor.
3. Tund "Bioloogia - eluteadus" Nikitina O.V., bioloogiaõpetaja, MOU "Keskkool nr. 8, Tšerepovets.
4. Zahharov V.B., Kozlova T.A., Mamontov S.G. "Bioloogia" (4. trükk) -L .: Akadeemia, 2011.- 512s.
5. Matyash N.Yu., Shabatura N.N. Bioloogia 9. klass - K .: Geneza, 2009. - 253 lk.

Toimetas ja saatis Borisenko I.N.

Tunni kallal töötamine

Borisenko I.N.

Konstantinova E.A.

Titorova Yu.I.

Nikitina O.V.

Bioloogia- teadus elusloodusest.

Bioloogia uurib elusolendite mitmekesisust, nende keha ehitust ja elundite tööd, organismide paljunemist ja arengut, aga ka inimese mõju elusloodusele.

Selle teaduse nimi pärineb kahest kreeka sõnast " bios" - "elu ja" logod- "teadus, sõna".

Üks elusorganismide teaduse rajajaid oli suur Vana-Kreeka teadlane (384 - 322 eKr). Ta oli esimene, kes üldistas inimkonna poolt enne teda saadud bioloogilisi teadmisi. Teadlane pakkus välja loomade esimese klassifikatsiooni, ühendades struktuurilt sarnased elusorganismid rühmadesse, ja määras selles inimesele koha.

Seejärel paljud teadlased, kes õppisid erinevad tüübid elusorganismid, mis elavad meie planeedil.

Bioteaduste perekond

Bioloogia on loodusteadus. Bioloogide uurimisvaldkond on tohutu: need on erinevad mikroorganismid, taimed, seened, loomad (sh inimene), organismide ehitus ja talitlus jne.

Seega bioloogia pole lihtsalt teadus, vaid terve pere, mis koosneb paljudest üksikutest teadustest.

Uurige interaktiivset diagrammi bioloogiateaduste perekonna kohta ja uurige, milliseid bioloogia eri harusid uuritakse.

Anatoomia- teadus üksikute elundite, süsteemide ja keha kui terviku vormist ja ehitusest.

Füsioloogia– teadus organismide, nende süsteemide, elundite ja kudede elutegevusest, organismis toimuvatest protsessidest.

Tsütoloogia– teadus raku ehitusest ja aktiivsusest.

Zooloogia on teadus, mis uurib loomi.

Zooloogia osad:

Entomoloogia on putukate teadus.

Selles on mitu osa: koleopteroloogia (uurib mardikaid), lepidopteroloogia (uurib liblikaid), mürmekoloogia (uurib sipelgaid).

Ihtüoloogia on kalateadus.
Ornitoloogia on lindude teadus.
Terioloogia on imetajate teadus.

Botaanika teadus, mis uurib taimi.

Mükoloogia teadus, mis uurib seeni.

Protistoloogia Teadus, mis uurib algloomi.

Viroloogia teadus, mis uurib viirusi.

Bakterioloogia teadus, mis uurib baktereid.

Bioloogia tähtsus

Bioloogia on paljude osapooltega tihedalt seotud praktiline tegevus inimkond - põllumajandus, erinevatest tööstusharudest tööstus, meditsiin.

Edukas areng Põllumajandus sõltub praegu suuresti bioloogidest-kasvatajatest, kes tegelevad olemasolevate kultuurtaimede ja koduloomatõugude täiustamise ja uute sortide loomisega.

Tänu bioloogia saavutustele on mikrobioloogiatööstus loodud ja areneb edukalt. Näiteks keefir, kalgendatud piim, jogurtid, juustud, kalja ja paljud teised tooted, mida inimene saab teatud tüüpi seente ja bakterite tegevuse tõttu. Kaasaegse biotehnoloogia abil toodavad ettevõtted ravimeid, vitamiine, söödalisandeid, taimekaitsevahendeid kahjurite ja haiguste vastu, väetisi ja palju muud.

Bioloogiaseaduste tundmine aitab ravida ja ennetada inimese haigusi.

Igal aastal kasutab üha rohkem inimesi Loodusvarad. Võimas tehnoloogia muudab maailma nii kiiresti, et nüüd pole Maal peaaegu ühtegi puutumatu loodusega nurka.

Päästma normaalsetes tingimustes inimelu jaoks on vaja hävitatud taastada looduskeskkond. Ainult inimesed saavad seda teha, okei seadusi teades loodus. Teadmised nii bioloogiast kui ka bioloogiateadusest ökoloogia aitab meil lahendada planeedi elutingimuste säilitamise ja parandamise probleemi.

Täitke interaktiivne ülesanne -

Mis on bioloogia? Bioloogia on teadus elust, Maal elavatest elusorganismidest.

Pilt 3 esitlusest "Teadus" bioloogia tundidesse teemal "Bioloogia"

Mõõdud: 720 x 540 pikslit, formaat: jpg. Pildi tasuta allalaadimiseks bioloogia tund, paremklõpsake pildil ja klõpsake "Salvesta pilt kui...". Tunnis piltide näitamiseks saab tasuta alla laadida ka kogu esitluse "Science.ppt" koos kõigi piltidega zip-arhiivis. Arhiivi suurus - 471 KB.

Laadige esitlus alla

Bioloogia

"Uurimismeetodid bioloogias" - Bioloogia kui teaduse arengulugu. Katse planeerimine, metoodika valik. Tunniplaan: milliste inimkonna globaalsete probleemide lahendamiseks on bioloogiateadmised vajalikud? Teema: Piirdistsipliinid: Ülesanne: Morfoloogia anatoomia füsioloogia süstemaatika paleontoloogia. Bioloogia tähendus. Bioloogia on elu.

"Teadlane Lomonossov" – rõhutas Põhjameretee uurimise olulisust, Siberi arengut. 19. november 1711 – 15. aprill 1765 (53-aastane) 10. juunil 1741. aastal. Avastused. Ta arendas aatomi- ja molekulaarseid ideid aine struktuuri kohta. Ideed. Keemiliste mõjurite hulgast välja arvatud flogiston. Töö. Olles deismi pooldaja, käsitleti materialistlikult loodusnähtusi.

"Botaanik Vavilov" - üleliiduline rakendusbotaanika instituut. Aastal 1906 Vavilov Nikolai Ivanovitš. 1924. aastal lõpetasid: Roxana Babicheva ja Ljudmila Ždanova, 10. B klassi õpilased. Vavilovi autoriteet teadlase ja teaduse organisaatorina kasvas. Mertonis (Inglismaa), Aiandusinstituudi geenilaboris. N. I. Vavilov sündis 26. novembril 1887 Moskvas.

"Projektitegevus" - Alekseeva E.V. Loengu kava. Õpetaja saab projekti autoriks. Ülevaade lisaressurssidest. Tehnoloogia teabemudel haridusprotsess. Bioloogiatunni kujundamine. Projekti tegevus. Teooria ja praktika. (Disaini meetod). Õpetaja töö etapid. Teooria ja praktika. Põhiplokid projektides.

"Eluslooduse teadus" - Töövihikute kujundamine. 3. Bioloogia – teadus elusloodusest. Bioloogia on teadus elusloodusest. bakterid. Seened. Need koosnevad ühest rakust ja neil ei ole tuuma. Mark Cicero. Bioloogia uurib elusorganisme. Neil on klorofüll ja need tekivad valguse käes orgaaniline aine vabastades hapnikku. Küsimus: Mida bioloogia uurib?

"Matemaatika bioloogias" - "Lamedate jalgade tuvastamine". Tabelite lugemine. Sümmeetria mõiste; Sümmeetria tüübid. Funktsiooni graafiku mõiste. Üldine bioloogia, 10. klass. "Variatsiooniseeria ja kõvera konstrueerimine". Puutepunktid on kõrvad. Ring, ovaalne. Üldtunnustatud seisukoht on, et matemaatika kuulub täppisteaduste hulka. Proportsionaalsus.

Kokku on teemas 14 ettekannet

Keskkooliõpilaste bioloogilise mustri eripära

Bioloogiline joonistamine on üks üldtunnustatud vahendeid bioloogiliste objektide ja struktuuride uurimiseks. Selle teema kohta on palju häid õpetusi.

Näiteks Greeni, Stouti, Taylori kolmeköitelises raamatus "Biology" on sõnastatud järgmised bioloogilise joonistamise reeglid.

1. Joonistamiseks on vaja kasutada sobiva paksuse ja kvaliteediga paberit. Pliiatsijooned tuleks sellest hästi kustutada.

2. Pliiatsid peaksid olema teravad, kõvadusega HB (meie süsteemis - TM), mitte värvilised.

3. Joonis peab olema:

- piisavalt suur - mida rohkem elemente moodustab uuritav objekt, seda suurem peaks olema joonis;
- lihtne - lisage konstruktsiooni piirjooned ja muud olulised üksikasjad, et näidata üksikute elementide asukohta ja seost;
- tõmmatakse õhukeste ja selgelt eristuvate joontega - iga joon tuleb välja mõelda ja seejärel tõmmata pliiatsit paberilt tõstmata; ära kooru ega värvi;
- pealdised peaksid olema võimalikult täielikud, nendest tulevad jooned ei tohiks ristuda; Jätke joonise ümber ruumi pealdistele.

4. Vajadusel tehke kaks joonist: skemaatiline joonis, mis näitab põhiomadusi, ja üksikasjalik joonis väikestest osadest. Näiteks väikese suurendusega joonistage taime ristlõikeplaan ja suure suurendusega lahtrite detailne struktuur (joonise suur osa joonistatakse plaanile kiilu või ruuduga).

5. Peaksite joonistama ainult seda, mida tõesti näete, mitte seda, mida arvate nägevat, ja loomulikult ärge kopeerige joonistust raamatust.

6. Igal joonisel peab olema pealkiri, näidise suurenduse ja projektsiooni märge.

Lehekülg raamatust "Sissejuhatus zooloogiasse" (saksa väljaanne XIX lõpus sajand)

Esmapilgul on see üsna lihtne ega tekita vastuväiteid. Mõned teesid pidime siiski revideerima. Fakt on see, et selliste käsiraamatute autorid arvestavad bioloogilise joonistamise eripäradega juba instituudi või erikoolide vanemate klasside tasemel, nende soovitused on suunatud küllaltki täiskasvanud analüütilise (juba) mõtteviisiga inimestele. Keskmises (6.-8.) klassis - nii tavalistes kui ka bioloogilistes - pole asjad nii lihtsad.

Väga sageli muutuvad labori visandid vastastikuseks "piinaks". Inetud ja vähe arusaadavad joonistused ei meeldi lastele endile - nad lihtsalt ei oska veel joonistada, ega ka õpetajale -, sest need konstruktsiooni detailid, mille tõttu kõik alguse sai, jäävad enamikul lastest väga sageli kahe silma vahele. . Ainult kunstiliselt andekad lapsed saavad selliste ülesannetega tavaliselt hakkama (ja ei hakka neid vihkama!) Ühesõnaga, probleem on selles, et esemeid on, aga adekvaatset tehnikat pole. Muide, joonistusõpetajad seisavad mõnikord silmitsi vastupidise probleemiga - tehnika on olemas ja objektide valikuga on keeruline. Võib-olla peaksime ühinema?

57. Moskva koolis, kus ma töötan, bioloogilise joonistamise integreeritud kursus sisse keskastmed, mille raames töötavad paarides bioloogia ja joonistamise õpetajad. Oleme palju arendanud huvitavaid projekte. Nende tulemusi on korduvalt eksponeeritud Moskva muuseumides - Moskva Riikliku Zooloogia Ülikoolis, Paleontoloogias, Darwinis, erinevatel laste loovuse festivalidel. Kuid peamine on see, et tavalised lapsed, keda ei valitud ei kunsti- ega bioloogiatundidesse, täidavad neid disainiülesandeid hea meelega, on uhked oma töö üle ja, nagu meile tundub, hakkavad elavate inimeste maailma piiluma. palju lähemalt ja läbimõeldumalt. Muidugi ei ole igas koolis võimalust bioloogia- ja kunstiõpetajatel koos töötada, kuid ilmselt on nii mõnigi meie leid huvitav ja kasulik, isegi kui töötate ainult bioloogiaprogrammi raames.

Motivatsioon: kõigepealt emotsioonid

Muidugi joonistame selleks, et paremini uurida ja mõista struktuursed omadused, tutvuda nende organismide mitmekesisusega, mida tundides uurime. Kuid hoolimata sellest, millise ülesande annate, pidage meeles, et selles vanuses lastele on väga oluline enne tööle asumist emotsionaalselt tabada objekti ilu ja otstarbekust. Üritame alustada tööd uue projektiga, millel on eredad muljed. Selleks sobib kõige paremini kas lühike videoklipp või väike (mitte rohkem kui 7-10!) slaidide valik. Meie kommentaarid on suunatud objektide ebatavalisusele, ilule, hämmastavusele, isegi kui see on midagi tavalist: näiteks puude talvised siluetid võrsete hargnemist uurides - need võivad olla härmas ja meenutada korallid või rõhutatud graafikat - must valgel lumel. Selline sissejuhatus ei tohiks olla pikk - vaid paar minutit, kuid see on motivatsiooni jaoks väga oluline.

Edenemine: analüütiline koostamine

Seejärel liigute edasi ülesande sõnastuse juurde. Siin on oluline esmalt esile tuua need struktuuri tunnused, mis määravad objekti välimuse, ja näidata nende bioloogilist tähendust. Loomulikult tuleb see kõik tahvlile kirjutada ja vihikusse kirjutada. Tegelikult seate praegu õpilastele tööülesande – näha ja kuvada.

Ja siis, tahvli teisel poolel, kirjeldate joonise ehitamise etappe, täiendades neid diagrammidega, st. kirjeldada metoodikat ja protseduuri. Sisuliselt täidad sa ise kiiresti ülesande laste ees, hoides tahvlil tervet rida abi- ja vahekonstruktsioone.

Selles etapis on väga hea näidata lastele valminud joonistusi kas samu objekte kujutanud kunstnike või eelmiste õpilaste edukate tööde järgi. Pidevalt tuleb rõhutada, et hea ja ilus bioloogiline joonistus on sisuliselt uurimus – s.t. vastus küsimusele, kuidas objekt töötab, ja aja jooksul õpetada lapsi neid küsimusi ise sõnastama.

Proportsioonid, abijooned, detailid, suunavad küsimused

Joonise ehitamine – ja objektiga tutvumine! - alustate selle proportsioonide väljaselgitamisest: pikkuse ja laiuse suhe, osad tervikusse, määrake pildile kindlasti üsna jäik formaat. See on formaat, mis määrab automaatselt detailsuse: suur number detailid, suur nõuab detailidega küllastumist ja seega rohkem aega töötamiseks. Mõelge eelnevalt läbi, mis on teile igal konkreetsel juhul olulisem.

1) joonestada sümmeetriatelg;

2) ehitada kaks paari sümmeetrilisi ristkülikuid - ülemise ja alumise tiiva jaoks (näiteks kiilid), määrates esmalt nende proportsioonid;

3) sobitage nendesse ristkülikutesse tiibade kumerad jooned

Riis. 1. 7. klass. Teema "Putukate salgad". Tint, pliiats pliiatsil, satiinist

(Mäletan naljakat, kurba ja tavalist lugu, mis juhtus siis, kui ma seda tööd esimest korda tegin. Seitsmenda klassi poiss mõistis sõna "sobib" esmalt lihtsalt sisse mahtuvana ja joonistas ristkülikute sisse kõverad ringid – kõik neli on erinevad! Siis , minu õhutuse peale, mida sisestada - tähendab abijoonte puudutamist, tõi ta ristkülikukujuliste tiibadega liblika, ainult nurkadest veidi silutud Ja alles siis arvasin talle selgitada, et sisse kirjutatud kõver puudutab ristküliku mõlemat külge kl. ainult üks punkt. Ja me pidime joonise uuesti tegema ...)

4) ... See punkt võib asuda külje keskel või nurgast kolmandiku kaugusel ja see tuleb ka kindlaks määrata!

Aga kui õnnelik ta oli, kui tema joonistus koolinäitusele jõudis - esimest korda - see toimis! Ja nüüd hääldan "Töö edenemise" kirjelduses temaga kõik meie piinamise etapid.

Joonise edasine täpsustamine viib meid vaid aruteluni objekti paljude tunnuste bioloogilise tähenduse üle. Jätkates näidet putukate tiibadega (joon. 2), arutleme, mis on veenid, kuidas need on paigutatud, miks need tingimata ühtseks võrgustikuks sulanduvad, kuidas erineb veenimise olemus erinevate süstemaatiliste rühmade putukatel (näiteks muinasajal). ja uustiivalised), miks esitiibade äärmuslik soon on paksenenud jne. Ja proovige anda suurem osa oma juhistest küsimuste vormis, millele lapsed peavad vastuseid leidma.

Riis. 2. "Diili ja sipelgas". 7. klass, teema "Putukate salgad." Tint, pliiats pliiatsil, satiinist

Muide, proovige korjata rohkem sama tüüpi objekte, andes poistele valikuvõimaluse. Töö lõpus näeb klass nii rühma bioloogilist mitmekesisust kui ka ülesehituse olulisi ühiseid jooni ning lõpuks pole nii oluline ka laste erinev joonistusvõime.

Kahjuks ei ole kooliõpetaja käsutuses alati piisaval hulgal erinevaid sama rühma esemeid. Võib-olla on meie kogemus teile kasulik: rühmas õppides teeme esmalt elust kergesti ligipääsetavast objektist frontaaljoonise ja seejärel individuaalselt - erinevate objektide joonistused fotodelt või isegi professionaalsete kunstnike joonistuste põhjal.

Riis. 3. Krevetid. 7. klass, teema "Vähid". Pliiats, loodusest

Näiteks laboritöö "Väikevähi välisstruktuur" teemasse "Kohkloomad" joonistame kõik esmalt toidupoest külmutatult ostetud krevette (vähkide asemel) (joonis 3) ja seejärel pärast lühifilmi vaatamist. videoklipp, üksikult - erinevad planktoni koorikloomade vastsed (joon. 4), kujutatud "Loomade elust": suurtel (A3) lehtedel, toonitud akvarelliga külmas hallides, sinistes, rohekates toonides; kriit või valge guašš, tindi ja pliiatsiga peente detailide läbitöötamine. (Selgitades, kuidas edasi anda planktoni koorikloomade läbipaistvust, saame pakkuda kõige lihtsamat mudelit - klaaspurki, millesse on põimitud objekt.)

Riis. 4. Plankton. 7. klass, teema "Vähid". Toonpaber (A3 formaadis), kriit või valge guašš, must tint, satiinist

8. klassis kalade õppimisel laboritöös “Luukala välisstruktuur” joonistame esmalt tavalise särje ja seejärel joonistavad poisid suurepärastelt värvitabelitelt “Kaubanduskala” akvarelliga erinevate kalaliikide esindajaid, meil koolis.

Riis. 5. Konna luustik. 8. klass, teema "Kahepaiksed". Pliiats, haridusliku ettevalmistusega

Kahepaiksete uurimisel kõigepealt - laboritööd"Konna luustiku ehitus", lihtsa pliiatsiga joonistamine (joon. 5). Siis peale lühikese videoklipi vaatamist akvarelljoonistus erinevatest eksootilistest leheronivatest konnadest vms (joonistame kvaliteetsete fotodega kalendritest, õnneks pole need praegu haruldased.)

Sellise skeemi puhul tajutakse ühe ja sama objekti üsna igavaid pliiatsijoonistusi tavalise ettevalmistava etapina eredate ja individuaalsete tööde jaoks.

Tähtis: tehnika

Töö edukaks sooritamiseks on väga oluline tehnika valik. Klassikalises versioonis peaksite võtma lihtsa pliiatsi ja valge paberi, kuid .... Meie kogemus ütleb, et laste seisukohast näeb selline joonistus pooleli, nad jäävad tööga rahulolematuks.

Vahepeal piisab, kui teha tindiga pliiatsivisand ja võtta isegi toonitud paber (kasutame sageli värviline paber printerite jaoks) – ja tulemust tajutakse üsna erinevalt (joonis 6, 7). Lõpetamatuse tunde tekitab sageli just detailse tausta puudumine ning seda probleemi on kõige lihtsam lahendada toonitud paberi abil. Lisaks saate tavalise kriidi või valge pliiatsi abil peaaegu koheselt saavutada pimestamise või läbipaistvuse efekti, mis on sageli vajalik.

Riis. 6. Radiolaaria. 7. klass, teema "Kõige lihtsam". Toonitud paber (A3 formaadis) akvarellide jaoks (kareda tekstuuriga), tint, pastell või kriit, satiinist

Riis. 7. Mesilane. 7. klass, teema "Putukate salgad." Tint, pliiats pliiatsil, maht - pintsli ja lahjendatud tindiga, väikesed detailid pliiatsiga, satiinist

Kui teil on raske ripsmetuššiga tööd korraldada, kasutage pehmeid musti lainereid või rullpalle (halvimal juhul geelpliiatsid) – need annavad sama efekti (joon. 8, 9). Seda tehnikat kasutades näita kindlasti, kui palju infot annab erineva paksuse ja survega jooni kasutades – nii kõige olulisema esiletõstmiseks kui ka helitugevuse efekti tekitamiseks (esiplaan ja taust). Võite kasutada ka mõõdukat ja heledat varjundit.

Riis. 8. Kaer. 6. klass, teema "Õistaimede mitmekesisus, perekond Teraviljad." Tint, toonitud paber, herbaariumist

Riis. 9. Hobu- ja klubisammal. 6. klass, teema "Eostaimed". Tint, valge paber, herbaariumist

Lisaks teeme erinevalt klassikalistest teadusjoonistest töö sageli värviliselt või kasutame helitugevuse näitamiseks heledat toonimist (joon. 10).

Riis. 10. Küünarliiges. 9. klass, teema "Lihas-skeleti süsteem". Pliiats, kipsi abiga

Värvitehnikatest proovisime paljusid - akvarelli, guašši, pastelli ja lõpuks leppisime pehmete värviliste pliiatsitega, kuid alati kareda paberiga. Kui otsustate seda tehnikat proovida, peate meeles pidama mõnda olulist asja.

1. Korjake pehmed kvaliteetsed pliiatsid heast firmast, näiteks Kohinoor, kuid ärge andke lastele suurt värvivalikut (piisavalt elementaarsed): sellisel juhul püütakse tavaliselt valida valmis värv, mis muidugi ebaõnnestub. Näidake, kuidas 2-3 värvi segades saada õige toon. Selleks peate töötama paletiga - paberitükiga, millel nad valivad soovitud kombinatsioonid ja surve.

2. Kare paber hõlbustab oluliselt nõrkade ja tugevate värvide kasutamist.

3. Kerged lühikesed tõmbed peaksid justkui kujundama objekti kuju: s.t. korrake põhijooni (ja ärge värvige, vastupidiselt kuju ja kontuuridele).

4. Siis on vaja viimaseid mahlaseid ja tugevaid lööke, kui õiged värvid on juba välja valitud. Sageli tasub lisada esiletõstmisi, mis elavdavad joonistust oluliselt. Lihtsaim viis on kasutada selleks tavalist kriiti (toonitud paberil) või läbida pehme kustutuskumm (valgel). Muide, kui kasutate lahtiseid võtteid - kriit või pastell - saate seejärel töö kinnitada juukselakiga.

Seda tehnikat omandades saate seda ajapuudusega looduses kasutada sõna otseses mõttes "põlve peal" (ära unusta tablette - piisab vaid pakkepapi tükist!).

Ja loomulikult korraldame oma töö õnnestumiseks kindlasti näitusi – vahel klassiruumis, vahel kooli koridorides. Üsna sageli on näitusele ajastatud laste reportaažid samal teemal – nii suuliselt kui kirjalikult. Üldiselt jätab selline projekt teile ja lastele suurepärase ja ilusa töö tunde, milleks tasub valmistuda. Tõenäoliselt saate joonistusõpetajaga kontakti ja vastastikuse huviga bioloogiatundides tööle asuda: analüütiline ettevalmistav etapp objekti uurimine, pliiatsi visandi loomine ja selle viimistlemine teie ühiselt valitud tehnikas - tema tundides.

Siin on näide. Botaanika, teema "Põgenemine - pung, hargnemine, võrse struktuur." Pungadega oks – esiplaanil suured, tagaplaanil – puude või põõsaste siluetid valge lume ja musta taeva taustal. Tehnika - must tint, valge paber. Oksad - loodusest, puude siluetid - fotodelt või raamatujoonistustelt. Nimi on "Puud talvel" või "Talvemaastik".

Veel üks näide. Teema “Putukate salgad” õppides sooritame lühitöö “Põrnikate kuju ja maht”. Mis tahes tehnika, mis annab edasi chiaroscurot ja esiletõstmisi (akvarell, veega tint, pintsel), kuid monokroomne, et mitte lasta end segada vormi kaalutlemisest ja kujundist (joon. 11). Parem on detailid välja töötada pliiatsi või geelpliiatsiga (kui kasutada suurendusklaasi, tulevad käpad ja pea paremini välja).

Riis. 11. Mardikad. Tint, pliiats pliiatsil, maht - pintsli ja lahjendatud tindiga, väikesed detailid pliiatsiga, satiinist

Piisab 1-2 ilusast tööst kvartalis - ja elusolendi joonistamine rõõmustab kõiki selles keerulises protsessis osalejaid.

Bioteadused liiguvad suurtest väikesteks. Hiljuti kirjeldas bioloogia ainult loomade, taimede, bakterite väliseid tunnuseid. Molekulaarbioloogia uurib elusorganisme üksikute molekulide vastastikmõjude tasandil. Struktuuribioloogia – uurib rakkudes toimuvaid protsesse aatomite tasemel. Kui soovite õppida, kuidas "nägema" üksikuid aatomeid, kuidas struktuuribioloogia töötab ja "elab" ning milliseid instrumente see kasutab, siis olete siin!

Tsükli peapartner on ettevõte: suurim bioloogiliste uuringute ja tootmise seadmete, reaktiivide ja kulumaterjalide tarnija.

"Biomolekuli" üks peamisi missioone on jõuda päris juurteni. Me ei räägi ainult sellest, milliseid uusi fakte teadlased avastasid – räägime sellest, kuidas nad need avastasid, püüame selgitada bioloogiliste meetodite põhimõtteid. Kuidas võtta ühest organismist välja geen ja sisestada see teise? Kuidas jälgida mõne pisikese molekuli saatust tohutus rakus? Kuidas ergutada ühte pisikest neuronite rühma tohutus ajus?

Ja nii otsustasimegi rääkida laborimeetoditest süsteemsemalt, koondada ühte rubriiki kõige olulisemad, moodsaimad bioloogilised meetodid. Et asi oleks huvitavam ja selgem, oleme artikleid paksult illustreerinud ja siia-sinna isegi animatsioone lisanud. Soovime, et uue rubriigi artiklid oleksid huvitavad ja arusaadavad ka juhuslikule möödujale. Ja teisest küljest peaksid need olema nii üksikasjalikud, et isegi professionaal võiks neist midagi uut leida. Oleme meetodid kogunud 12 suurde rühma ja koostame nende põhjal biometoodilise kalendri. Oodake uuendusi!

Miks struktuuribioloogia?

Nagu teate, on bioloogia eluteadus. Ta ilmus sisse XIX algus sajandil ja selle olemasolu esimene sada aastat oli puhtalt kirjeldav. Bioloogia peamiseks ülesandeks peeti tollal leida ja iseloomustada võimalikult suur kogus erinevate elusorganismide liigid, veidi hiljem - tuvastada perekondlikud sidemed nende vahel. Aja jooksul ja teiste teadusvaldkondade arenguga tekkis bioloogiast mitu haru eesliitega "molekulaarne": molekulaargeneetika, molekulaarbioloogia ja biokeemia - teadused, mis uurivad elusolendeid üksikute molekulide tasemel, mitte selle järgi välimus organism või selle siseorganite suhteline asend. Lõpuks, üsna hiljuti (eelmise sajandi 50ndatel), ilmus selline teadmiste valdkond nagu struktuuribioloogia– teadus, mis uurib elusorganismides toimuvaid protsesse muutuste tasandil ruumiline struktuurüksikud makromolekulid. Tegelikult on struktuuribioloogia kolme erineva teaduse ristumiskohas. Esiteks on see bioloogia, sest teadus uurib elusobjekte, ja teiseks füüsika, kuna füüsika kõige laiem arsenal eksperimentaalsed meetodid ja kolmandaks keemia, kuna molekulide struktuuri muutmine on selle konkreetse distsipliini objekt.

Struktuuribioloogia uurib kahte peamist ühendite klassi – valke (kõikide teadaolevate organismide peamine "töökeha") ja nukleiinhapped(peamised "teabe" molekulid). Tänu struktuuribioloogiale teame, et DNA-l on kaksikheeliksi struktuur, et tRNA-d tuleks kujutada vanatähega "G" ning et ribosoomil on suur ja väike alaühik, mis koosneb teatud konformatsioonis valkudest ja RNA-st. .

globaalne eesmärk struktuurbioloogia, nagu iga teinegi teadus, on "mõista, kuidas asjad toimivad". Millises vormis on volditud valguahel, mis põhjustab rakkude jagunemist, kuidas muutub ensüümi pakend ajal keemiline protsess, mida see läbi viib, millistes kohtades kasvuhormoon ja selle retseptor interakteeruvad – need on küsimused, millele see teadus vastab. Veelgi enam, eraldi eesmärk on koguda nii palju andmeid, et nendele küsimustele (objekti kohta, mida pole veel uuritud) saaks vastata arvutis ilma kallist katset kasutamata.

Näiteks peate mõistma, kuidas bioluminestsentssüsteem töötab ussides või seentes - nad dešifreerisid genoomi, leidsid nende andmete põhjal soovitud valgu ja ennustasid selle ruumilist struktuuri koos töömehhanismiga. Tõsi, tasub tunnistada, et seni on sellised meetodid alles lapsekingades ja valgu struktuuri on endiselt võimatu täpselt ennustada, kuna sellel on ainult geen. Teisest küljest on struktuuribioloogia tulemustel rakendusi meditsiinis. Nagu paljud teadlased loodavad, võimaldavad teadmised biomolekulide struktuuri ja nende töö mehhanismide kohta uusi ravimeid välja töötada ratsionaalsel alusel, mitte katse-eksituse meetodil (rangelt võttes suure läbilaskevõimega sõelumine), nagu enamasti tehakse. nüüd tehtud. Ja ei ole Ulme: Struktuuribioloogia abil on juba loodud või optimeeritud palju ravimeid.

Struktuuribioloogia ajalugu

Struktuuribioloogia ajalugu (joonis 1) on üsna lühike ja sai alguse 1950. aastate algusest, kui James Watson ja Francis Crick panid Rosalind Franklini DNA kristallide röntgendifraktsiooni andmete põhjal kokku mudeli praeguseks tuntud kahekordsest. helix vintage disainerilt. Veidi varem ehitas Linus Pauling esimese usutava heeliksi mudeli, mis on valkude sekundaarstruktuuri üks põhielemente (joonis 2).

Viis aastat hiljem, 1958. aastal, määrati kindlaks maailma esimene valgu struktuur – kašelotti müoglobiin (lihaskiudude valk) (joonis 3). Muidugi ei näinud see välja nii ilus kui tänapäevased struktuurid, kuid see oli oluline verstapost kaasaegse teaduse arengus.

Joonis 3b. Valgu molekuli esimene ruumiline struktuur. John Kendrew ja Max Perutz demonstreerivad spetsiaalsest konstruktorist kokku pandud müoglobiini ruumilist struktuuri.

Kümme aastat hiljem, aastatel 1984–1985, tuvastati tuabil esimesed struktuurid. Sellest hetkest alates on toimunud mitmeid olulisi avastusi: 1985. aastal saadi ensüümi esimese kompleksi struktuur selle inhibiitoriga, 1994. aastal määrasid nad meie rakkude elektrijaamade peamise "masina" ATP süntaasi struktuuri. (mitokondrid) ja juba 2000. aastal said nad esimesed ruumilise struktuuriga valkude "tehased" - ribosoomid, mis koosnesid valkudest ja RNA-st (joon. 6). 21. sajandil on struktuuribioloogia areng läinud hüppeliselt, millega on kaasnenud plahvatuslik arvukuse kasv. ruumilised struktuurid. Saadud on paljude valkude klasside struktuurid: hormoonide ja tsütokiinide retseptorid, G-valguga seotud retseptorid, teemaksulaadsed retseptorid, valgud immuunsussüsteem ja paljud teised.

Uute tehnoloogiate tulekuga krüoelektronmikroskoopia kujutiste salvestamiseks ja töötlemiseks 2010. aastatel ilmusid paljud membraanivalkude keerukad struktuurid ülikõrge eraldusvõimega. Struktuuribioloogia areng ei jäänud märkamatuks: 14 Nobeli preemiad, millest viis on juba 21. sajandil.

Struktuuribioloogia meetodid

Struktuuribioloogia valdkonna uurimistööd tehakse mitmete abil füüsilised meetodid, millest ainult kolm võimaldavad saada biomolekulide ruumilisi struktuure aatomresolutsioonis. Struktuuribioloogia meetodid põhinevad uuritava aine koostoime mõõtmisel erinevat tüüpi elektromagnetlained või elementaarosakesed. Kõik tehnikad nõuavad märkimisväärseid rahalisi ressursse - seadmete maksumus on sageli hämmastav.

Ajalooliselt on esimene struktuuribioloogia meetod röntgendifraktsioonianalüüs (XRD) (joonis 7). Juba 20. sajandi alguses saadi teada, et kristallide röntgendifraktsioonimustri järgi saab uurida nende omadusi - rakusümmeetria tüüpi, aatomitevaheliste sidemete pikkust jne. Kui aga , seal on orgaanilised ühendid, siis on võimalik välja arvutada aatomite koordinaadid ja sellest tulenevalt ka nende molekulide keemiline ja ruumiline struktuur. Nii saadi 1949. aastal penitsilliini ja 1953. aastal DNA kaksikheeliksi struktuur.

Näib, et kõik on lihtne, kuid on nüansse.

Esiteks on vaja kuidagi saada kristalle ja nende suurus peab olema piisavalt suur (joonis 8). Kui mitte väga keeruliste molekulide puhul on see teostatav (pidage meeles, kuidas kristalliseeruda soola või sinine vitriool!), siis valkude kristalliseerumine on kõige raskem ülesanne, mis nõuab optimaalsete tingimuste leidmiseks mitteilmnevat protseduuri. Nüüd tehakse seda spetsiaalsete robotite abil, mis valmistavad ette ja jälgivad sadu erinevaid lahendusi “idandatud” valgukristallide otsimisel. Kuid kristallograafia algusaegadel võis valgukristalli saamine võtta aastaid väärtuslikku aega.

Teiseks, saadud andmete (“toored” difraktsioonimustrid; joon. 8) põhjal on vaja struktuur “arvutada”. Nüüd on see ka rutiinne ülesanne, kuid 60 aastat tagasi, lambitehnika ja perfokaartide ajastul, polnud see kaugeltki nii lihtne.

Kolmandaks, isegi kui kristalli oli võimalik kasvatada, ei ole valgu ruumilise struktuuri määramine üldse vajalik: selleks peab valk olema kõigis võrekohtades ühesuguse struktuuriga, mis ei ole kaugeltki alati juhtum.

Ja neljandaks on kristall valgu loomulikust olekust kaugel. Valkude uurimine kristallides on nagu inimeste uurimine, toppides neist kümme tükki väikesesse suitsusesse kööki: saad teada, et inimestel on käed, jalad ja pea, kuid käitumine ei pruugi olla päris sama, mis mugavas keskkonnas. Röntgendifraktsioonanalüüs on aga kõige levinum meetod ruumiliste struktuuride määramiseks ja 90% esialgse eelarveprojekti sisust saadakse selle meetodi abil.

SAR nõuab võimsaid röntgenikiirguse allikaid – elektronkiirendeid või vabaelektronlasereid (joonis 9). Sellised allikad on kallid – mitu miljardit USA dollarit –, kuid tavaliselt kasutavad ühte allikat sajad või isegi tuhanded kontsernid üle maailma üsna sümboolse tasu eest. Meie riigis puuduvad võimsad allikad, mistõttu sõidab enamik teadlasi saadud kristalle analüüsima Venemaalt USA-sse või Euroopasse. Lisateavet nende romantiliste õpingute kohta saate lugeda artiklist " Membraanivalkude täiustatud uuringute labor: geenist angstromini» .

Nagu juba mainitud, nõuab röntgendifraktsioonianalüüs võimsat röntgenikiirguse allikat. Mida võimsam on allikas, seda väiksemate kristallidega saate hakkama ning seda vähem peavad bioloogid ja geeniinsenerid kannatama, et õnnetuid kristalle kätte saada. Röntgenkiirgust on kõige lihtsam saada elektronkiire kiirendamisega sünkrotronides või tsüklotronides – hiiglaslikes ringkiirendites. Kui elektron kogeb kiirendust, kiirgab see soovitud sagedusvahemikus elektromagnetlaineid. Viimasel ajal on ilmunud uued ülivõimsad kiirgusallikad – vabade elektronide laserid (XFEL).

Laseri tööpõhimõte on üsna lihtne (joon. 9). Esiteks kiirendatakse elektrone kõrge energiaülijuhtivate magnetite abil (kiirendi pikkus on 1–2 km) ja seejärel läbivad need nn undulaatorid - erineva polaarsusega magnetikomplektid.

Joonis 9. Vaba elektronlaseri tööpõhimõte. Elektronkiir kiirendatakse, läbib undulaatorit ja kiirgab gammakiirgust, mis langeb bioloogilistele proovidele.

Lainetajat läbides hakkavad elektronid perioodiliselt kiire suunast kõrvale kalduma, kogedes kiirendust ja kiirgades. röntgenikiirgus. Kuna kõik elektronid liiguvad ühtemoodi, siis kiirgus võimendub tänu sellele, et teised elektronkiire elektronid hakkavad neelama ja uuesti kiirgama sama sagedusega röntgenlaineid. Kõik elektronid kiirgavad kiirgust sünkroonselt ülivõimsa ja väga lühikese välguna (kestusega alla 100 femtosekundi). Röntgenikiire võimsus on nii suur, et üks lühike välgatus muudab väikese kristalli plasmaks (joonis 10), kuid selle paari femtosekundi jooksul, kui kristall on terve, saab pildi saada kõrgeim kvaliteet kiire suure intensiivsuse ja koherentsuse tõttu. Sellise laseri maksumus on 1,5 miljardit dollarit ja maailmas on selliseid seadmeid ainult neli (asuvad USA-s (joon. 11), Jaapanis, Koreas ja Šveitsis). 2017. aastal on plaanis kasutusele võtta viies - Euroopa - laser, mille ehitamisel osales ka Venemaa.

Joonis 10. Valkude muundumine plasmaks 50 fs jooksul vaba elektronlaseri impulsi toimel. Femtosekund = 1/1000000000000000 sekundit.

Umbes 10% esialgse eelarveprojekti andmebaasi ruumilistest struktuuridest määrati NMR-spektroskoopia abil. Venemaal on mitu raskeveokite tundlikku NMR spektromeetrit, mida kasutatakse maailmatasemel tööks. Suurim NMR-labor mitte ainult Venemaal, vaid kogu Prahast ida pool ja Soulist läänes asuvas piirkonnas asub Venemaa Teaduste Akadeemia Bioorgaanilise Keemia Instituudis (Moskva).

NMR-spektromeeter on suurepärane näide tehnoloogia võidukäigust mõistuse üle. Nagu juba mainisime, on NMR-spektroskoopia meetodi kasutamiseks vaja võimsat magnetvälja, seega on seadme südameks ülijuhtiv magnet – spetsiaalne sulamist mähis, mis on sukeldatud vedelasse heeliumisse (−269 °C). Ülijuhtivuse saavutamiseks on vaja vedelat heeliumi. Heeliumi aurustumise vältimiseks ehitatakse selle ümber tohutu mahuti vedela lämmastikuga (−196 °C). Kuigi tegemist on elektromagnetiga, ei tarbi see elektrit: ülijuhtival mähisel pole takistust. Magnetit tuleb aga pidevalt "toita" vedela heeliumi ja vedela lämmastikuga (joon. 15). Kui te seda ei järgi, toimub "kustutamine": mähis kuumeneb, heelium aurustub plahvatuslikult ja seade puruneb ( cm. video). Samuti on oluline, et 5 cm pikkuse proovi väli oleks äärmiselt ühtlane, nii et seade sisaldab paarkümmend väikest magnetit, mida on vaja magnetvälja peenhäälestamiseks.

Video. 21,14 tesla NMR spektromeetri planeeritud "kustutamine".

Mõõtmiste läbiviimiseks on vaja andurit – spetsiaalset mähist, mis nii genereerib elektromagnetkiirgust kui registreerib "tagurpidi" signaali - proovi magnetmomendi võnkumist. Tundlikkuse parandamiseks 2-4 korda jahutatakse andur temperatuurini -200 °C, vabanedes seeläbi termilisest mürast. Selleks ehitavad nad spetsiaalse masina - krüoplatvormi, mis jahutab heeliumi soovitud temperatuurini ja pumpab selle detektori lähedale.

On olemas terve rühm meetodeid, mis põhinevad valguse hajumise, röntgeni- või neutronkiirte nähtusel. Lähtudes kiirguse/osakeste hajumise intensiivsusest erinevate nurkade all, võimaldavad need meetodid määrata lahuses olevate molekulide suuruse ja kuju (joonis 16). Hajumine ei saa määrata molekuli struktuuri, kuid seda saab kasutada abivahendina mõne muu meetodi, näiteks NMR-spektroskoopia kasutamisel. Valguse hajumise mõõtmise instrumendid on suhteliselt odavad, makstes "ainult" umbes 100 000 dollarit, samas kui teised meetodid nõuavad käepärast osakestekiirendit, mis suudab tekitada neutronite või võimsa röntgenikiire.

Teine meetod, mille abil ei saa struktuuri määrata, kuid saab mõningaid olulisi andmeid, on resonantsfluorestsentsenergia ülekanne(FRET) . Meetod kasutab fluorestsentsi fenomeni – mõne ainete võimet neelata ühe lainepikkusega valgust, kiirgades erineva lainepikkusega valgust. Võimalik on valida paar ühendit, millest ühes (doonoris) fluorestsentsi ajal kiiratav valgus vastab teise (aktseptori) iseloomulikule neeldumislainepikkusele. Kiiritage doonorit soovitud lainepikkusega laseriga ja mõõtke aktseptori fluorestsentsi. FRET-efekt sõltub molekulide vahelisest kaugusest, nii et kui sisestate kahe valgu või ühe valgu erinevate domeenide (struktuuriüksuste) molekulidesse fluorestsentsi doonori ja aktseptori, saate uurida valkude vahelisi interaktsioone või domeenide vastastikust paigutust. valgu sees. Registreerimine toimub optilise mikroskoobi abil, seetõttu on FRET odav, kuigi väheinformatiivne meetod, mille kasutamine on seotud andmete tõlgendamise raskustega.

Lõpuks on võimatu rääkimata struktuuribioloogide "unistuste meetodist" - arvutimudelist (joon. 17). Meetodi idee on kasutada tänapäevaseid teadmisi molekulide struktuuri ja käitumise kohta, et modelleerida valgu käitumist arvutimudelis. Näiteks kasutades meetodit molekulaarne dünaamika, on võimalik jälgida molekuli liikumist või valgu “kokkupanemise” (voltimise) protsessi reaalajas ühe “aga” puhul: maksimaalne arvutatav aeg ei ületa 1 ms, mis on äärmiselt lühike, kuid , pealegi nõuab see tohutult arvutusressursse (joonis 18). Süsteemi käitumist on võimalik uurida pikemat aega, ainult see saavutatakse lubamatu täpsuse languse hinnaga.

Valkude ruumiliste struktuuride analüüsimiseks kasutatakse aktiivselt arvutimodelleerimist. Dokkimist kasutatakse potentsiaalsete ravimite otsimiseks, millel on suur kalduvus sihtvalguga suhelda. Hetkel on ennustuste täpsus veel madal, kuid dokkimine võib potentsiaali ulatust oluliselt kitsendada toimeaineid mida tuleb uue ravimi väljatöötamiseks testida.

Põhivaldkond praktilise rakendamise struktuuribioloogia tulemused on ravimite väljatöötamine või, nagu praegu on moes öelda, ravimite disain. Struktuuriandmetel põhineva ravimi väljatöötamiseks on kaks võimalust: alustada võib ligandist või sihtvalgust. Kui on juba teada mitu sihtvalgule mõjuvat ravimit ja valgu-ravimi komplekside struktuurid on saadud, on võimalik luua "ideaalse ravimi" mudel vastavalt sidumis "tasku" omadustele. valgusmolekuli pinnal tõstke esile potentsiaalse ravimi vajalikud omadused ja otsige kõigi teadaolevate looduslike ja mitte niisuguste ühendite hulgast. Saate isegi luua seoseid ravimi struktuuri omaduste ja selle aktiivsuse vahel. Näiteks kui molekuli peal on vibu, siis on selle aktiivsus kõrgem kui ilma vibuta molekulil. Ja mida rohkem vibu laetakse, seda paremini ravim toimib. Seega peate kõigist teadaolevatest molekulidest leidma suurima laetud kaarega ühendi.

Teine võimalus on kasutada arvuti sihtstruktuuri, et otsida ühendeid, mis on potentsiaalselt võimelised sellega õiges kohas suhtlema. Sel juhul kasutatakse tavaliselt fragmentide raamatukogu - väikesed ainetükid. Kui leiate mitu head killust, mis eri kohtades, kuid üksteise lähedal, sihtmärgiga suhtlevad, saate killudest kokku “õmmeldes” narkootikumi ehitada. Struktuuribioloogiat kasutades on palju näiteid edukast ravimite väljatöötamisest. Esimene edukas juhtum pärineb aastast 1995, mil glaukoomiravim dorsolamiid kiideti kasutamiseks heaks.

Üldine suund bioloogiauuringutes kaldub üha enam mitte ainult kvalitatiivse, vaid ka kvantitatiivse looduse kirjeldamise poole. Struktuuribioloogia on selle suurepärane näide. Ja on põhjust arvata, et see toob kasu mitte ainult fundamentaalteadusele, vaid ka meditsiinile ja biotehnoloogiale.

Kalender

Eriprojekti artiklite põhjal otsustasime 2019. aastaks teha kalendri "12 bioloogia meetodit". See artikkel esindab märtsikuud.

Kirjandus

Bioluminestsents: A Resurgence;
Arvutimeetodite võidukäik: valkude struktuuri ennustamine;
Heping Zheng, Katarzyna B Handing, Matthew D Zimmerman, Ivan G Shabalin, Steven C Almo, Wladek Minor. (2015).