Gólok

• Oktatási: a biológiáról, mint tudományról szóló ismeretek formálásának folytatása; fogalmakat adjon a biológia főbb részeiről és az általuk vizsgált tárgyakról;
• Fejlesztése: az irodalmi forrásokkal való munka készségeinek kialakítása, az elemző kapcsolódási képességek kialakítása;
• Oktatási: látókör szélesítése, holisztikus világfelfogás kialakítása.

Feladatok

1. Mutassa be a biológia szerepét más tudományok mellett!
2. A biológia más tudományokkal való kapcsolatának feltárása.
3. Határozza meg a biológia különböző ágait!
4. Határozza meg a biológia szerepét az életben! emberi .
5. Rajzolj Érdekes tények a témához kapcsolódóan a leckében bemutatott videókból.

Kifejezések és fogalmak

• A biológia tudományok komplexuma, amelynek vizsgálati tárgyai az élőlények és azok kölcsönhatása a környezettel.
• Az élet az anyag létezésének aktív formája, bizonyos értelemben magasabb rendű, mint a fizikai és kémiai formák létezés; a sejtben végbemenő fizikai és kémiai folyamatok összessége, amely lehetővé teszi az anyagcserét és annak osztódását.
• A tudomány az emberi tevékenység olyan szférája, amely a valósággal kapcsolatos objektív ismeretek fejlesztésére és elméleti rendszerezésére irányul.

Az órák alatt

Tudásfrissítés

Ne feledje, mit tanul a biológia.
Nevezze meg a biológia azon ágait, amelyeket ismer!
Keresse meg a helyes választ:
1. Növénytani tanulmányok:
A) növények
B) állatok
B) csak algák
2. A gombák tanulmányozása a következő keretek között zajlik:
A) botanika
B) virológia;
B) mikológia.
3. A biológiában több birodalmat különböztetnek meg, nevezetesen:
A) 4
B) 5
7-RE
4. Egy személy a biológiában a következőkre hivatkozik:
A) Állatvilág
B) Emlősök alosztály;
C) Homo sapiens nemzetség.

Az 1. ábra segítségével emlékezzen arra, hogy a biológiában hány birodalmat különböztetnek meg:

Rizs. 1 Az élő szervezetek birodalmai

Új anyagok tanulása

A „biológia” kifejezést 1797-ben először T. Ruzom német professzor javasolta. De csak 1802-ben kezdték aktívan használni, ennek használata után kifejezés J-B. Lamarck műveiben.

Ma a biológia olyan tudományok komplexuma, amelyek önálló tudományágakat alkotnak, amelyek bizonyos vizsgálati tárgyakkal foglalkoznak.

A biológia "ágai" között olyan tudományokat nevezhetünk meg, mint:
- botanika - a növényeket vizsgáló tudomány és alszekciói: mikológia, lichenológia, briológia, geobotanika, paleobotanika;
- állattan- az állatokat vizsgáló tudomány és alszekciói: ichtiológia, arachnológia, ornitológia, etológia;
- ökológia - az élő szervezetek környezettel való kapcsolatának tudománya;
- anatómia - a tudomány belső szerkezet minden élőlény;
- morfológia - az élő szervezetek külső szerkezetét vizsgáló tudomány;
- Citológia - a sejtet tanulmányozó tudomány;
- valamint szövettan, genetika, élettan, mikrobiológia és mások.

Általában a biológiai tudományok összességét láthatja a 2. ábrán:

Rizs. 2 Biológiai tudományok

Ugyanakkor kiosztják egész sor tudományok, amelyek a biológia más tudományokkal való szoros kölcsönhatása eredményeként jöttek létre, és ezeket integráltnak nevezzük. Ezek a tudományok biztonságosan betudhatók: biokémia, biofizika, biogeográfia, biotechnológia, sugárbiológia, űrbiológia és mások. A 3. ábra a biológiával összefüggő főbb tudományokat mutatja be

Rizs. 3. Integrált biológiai tudományok

A biológia ismerete fontos az ember számára.
1. feladat: Próbáld meg megfogalmazni magadban, hogy mi is pontosan az ember számára a biológiai ismeretek fontossága?
2. tevékenység: Nézze meg a következő videót az evolúcióról, és határozza meg, hogy milyen biológiatudományi ismeretekre volt szükség a létrehozásához

És most emlékezzünk arra, hogy milyen tudásra és miért van szüksége egy személynek:
- a szervezet különböző betegségeinek meghatározására. Kezelésük, megelőzésük az emberi szervezetre vonatkozó ismereteket igényel, ami a következők ismeretét jelenti: anatómia, élettan, genetika, citológia. A biológia vívmányainak köszönhetően az ipar megkezdte a gyógyszerek, vitaminok, biológiailag aktív anyagok gyártását;

Az élelmiszeriparban növénytan, biokémia, humán élettan ismerete szükséges;
- a mezőgazdaságban növénytani és biokémiai ismeretek szükségesek. A növényi és állati szervezetek kapcsolatának vizsgálatának köszönhetően lehetővé vált biológiai módszerek megalkotása a mezőgazdasági növények kártevői elleni védekezésre. Például a botanika és az állattan komplex tudása megnyilvánul a mezőgazdaságban, és ez egy rövid videóban is megmutatkozik

És ez csak egy rövid lista a "biológiai tudás hasznos szerepéről" az emberi életben.
A következő videó segít jobban megérteni a biológia szerepét az életben.

A biológia ismereteit nem lehet kivenni a kötelezők közül, mert a biológia az életünket vizsgálja, a biológia olyan tudást ad, amit az emberi élet legtöbb területén hasznosítanak.

3. feladat Magyarázza meg, miért nevezik a modern biológiát komplex tudománynak!

A tudás megszilárdítása

1. Mi a biológia?
2. Nevezze meg a botanika alszakaszait!
3. Mi a szerepe az anatómiai ismereteknek az emberi életben?
4. Milyen tudományok ismerete szükséges az orvostudományhoz?
5. Ki azonosította először a biológia fogalmát?
6. Tekintse meg a 4. ábrát, és határozza meg, hogy melyik tudomány vizsgálja az ábrázolt tárgyat:

4. ábra. Milyen tudomány vizsgálja ezt a tárgyat

7. Tanulmányozza az 5. ábrát, nevezze meg az összes élő szervezetet és az azt vizsgáló tudományt!

Rizs. 5. Élő szervezetek

Házi feladat

1. A tankönyvi anyag feldolgozása - 1. bekezdés
2. Írj egy füzetbe, és tanuld meg a kifejezéseket: biológia, élet, tudomány.
3. Jegyezze fel egy füzetbe a biológia, mint tudomány összes részét, alfejezetét, jellemezze röviden!

A közelmúltban földalatti barlangokban élő szemtelen halat fedeztek fel, a Phreaticthys andruzzii, amelynek belső órája nem 24-re (mint más állatoknál), hanem 47 órára van állítva. Egy mutáció okolható ezért, amely kikapcsolta ezeknek a halaknak a testén az összes fényérzékeny receptort.

A bolygónkon élő biológiai fajok teljes számát a tudósok 8,7 millióra becsülik, és jelenleg ennek a számnak legfeljebb 20%-a van nyíltan és besorolva.

A jéghalak vagy fehérhalak az Antarktisz vizeiben élnek. Ez az egyetlen gerinces faj, amelynek vérében nincs vörösvértest és hemoglobin – ezért a jéghalak vére színtelen. Anyagcseréjük kizárólag a vérben közvetlenül oldott oxigénen alapul.

A "fattyú" szó a "parázna" igéből származik, és eredetileg csak egy fajtatiszta állat törvénytelen utódait jelentette. Idővel a biológiában ezt a szót a "hibrid" kifejezés váltotta fel, de az emberekkel kapcsolatban visszaélésszerűvé vált.

A felhasznált források listája

1. "Biológia - az élet tudománya" lecke Konstantinova E. A., biológia tanár, 3. számú középiskola, Tver
2. lecke „Bevezetés. A biológia az élet tudománya” Titorov Yu.I., biológia tanár, a Kemerovo CL igazgatója.
3. "Biológia - az élet tudománya" lecke Nikitina O.V., biológia tanár, MOU "Cserepovets 8. számú középiskola.
4. Zakharov V.B., Kozlova T.A., Mamontov S.G. "Biológia" (4. kiadás) -L .: Akadémia, 2011.- 512s.
5. Matyash N.Yu., Shabatura N.N. Biológia 9. évfolyam - K .: Geneza, 2009. - 253 p.

Szerkesztette és küldte: Borisenko I.N.

Dolgozunk a leckén

Borisenko I.N.

Konstantinova E.A.

Titorova Yu.I.

Nikitina O.V.

Biológia- az élő természet tudománya.

A biológia az élőlények sokféleségét, testük felépítését és szerveik működését, az élőlények szaporodását és fejlődését, valamint az ember élővilágra gyakorolt ​​hatását vizsgálja.

Ennek a tudománynak a neve két görög szóból ered: bios" - "élet és" logók- "tudomány, szó".

Az élő szervezetek tudományának egyik alapítója a nagy ókori görög tudós volt (Kr. e. 384-322). Ő volt az első, aki általánosította az emberiség előtte megszerzett biológiai ismereteket. A tudós javasolta az állatok első osztályozását, a szerkezetben hasonló élő szervezeteket csoportokba kombinálva, és helyet jelölt ki benne egy személy számára.

Ezt követően sok tudós, aki tanulmányozta különböző típusok bolygónkon élő élőlények.

Bioscience család

A biológia a természet tudománya. A biológusok kutatási területe óriási: ezek a különféle mikroorganizmusok, növények, gombák, állatok (beleértve az embert is), az élőlények felépítése, működése stb.

És így, a biológia nem csak tudomány, hanem egész család, amely számos egyéni tudományból áll.

Fedezzen fel egy interaktív táblázatot a biológiai tudományok családjáról, és megtudja, hogy a biológia mely ágai tanulnak.

Anatómia- az egyes szervek, rendszerek és a test egészének formájával és szerkezetével foglalkozó tudomány.

Fiziológia- az élőlények, rendszereik, szerveik és szöveteik élettevékenységének, a szervezetben lezajló folyamatoknak a tudománya.

Citológia- a sejt szerkezetének és tevékenységének tudománya.

Állattan az állatokat tanulmányozó tudomány.

Az állattan szekciói:

• A rovartan a rovarok tudománya.

Több rész is található benne: coleopterológia (bogarak tanulmányozása), lepidopterológia (lepkék tanulmányozása), mirmekológia (hangyák tanulmányozása).

• Az ichtiológia a halak tudománya.
• Az ornitológia a madarak tudománya.
• A teriológia az emlősök tudománya.

Növénytan a növényeket tanulmányozó tudomány.

Mikológia a gombákat tanulmányozó tudomány.

Protisztológia A protozoonokat tanulmányozó tudomány.

Virológia a vírusokat vizsgáló tudomány.

Bakteriológia a baktériumokat vizsgáló tudomány.

A biológia jelentősége

A biológia sok félhez kötődik gyakorlati tevékenységek ember - mezőgazdaság, különféle iparágak ipar, orvostudomány.

Sikeres fejlesztés Mezőgazdaság jelenleg nagymértékben függ a biológus-tenyésztőktől, akik részt vesznek a meglévő termesztett növények és háziállatfajták fejlesztésében és új fajták létrehozásában.

A biológia vívmányainak köszönhetően létrejött és sikeresen fejlődik a mikrobiológiai ipar. Például kefir, aludttej, joghurtok, sajtok, kvas és sok más termék, amelyet az ember bizonyos típusú gombák és baktériumok aktivitása miatt kap. A modern biotechnológiák segítségével a vállalkozások gyógyszereket, vitaminokat, takarmány-adalékanyagokat, kártevők és betegségek elleni növényvédő szereket, műtrágyákat és még sok mást állítanak elő.

A biológia törvényeinek ismerete segít az emberi betegségek kezelésében és megelőzésében.

Évről évre egyre többen használják Természetes erőforrások. A nagy teljesítményű technológia olyan gyorsan átalakítja a világot, hogy mára szinte egyetlen szeglet sem maradt a Földön érintetlen természettel.

Menteni normál körülmények között az emberi élethez szükséges helyreállítani az elpusztult természetes környezet. Csak az emberek tehetik meg, oké ismerve a törvényeket természet. Biológia, valamint biológia tudomány ismerete ökológia segít megoldani a bolygó életkörülményeinek megőrzésének és javításának problémáját.

Végezze el az interaktív feladatot -

Mi az a biológia? A biológia az élet tudománya, a Földön élő élőlények.

3. kép a "Tudomány" előadásról biológia órákra a "biológia" témában

Méretek: 720 x 540 pixel, formátum: jpg. Kép letöltéséhez ingyen biológia óra, kattintson a jobb gombbal a képre, majd kattintson a "Kép mentése másként..." gombra. A leckében való képek megjelenítéséhez ingyenesen letöltheti a teljes "Science.ppt" prezentációt az összes képpel egy zip archívumban. Archívum mérete - 471 KB.

Letöltés prezentáció

Biológia

"Kutatási módszerek a biológiában" - A biológia, mint tudomány fejlődésének története. Kísérleti tervezés, módszertan megválasztása. Óraterv: Az emberiség milyen globális problémáinak megoldásához szükséges a biológia ismerete? Téma: Határtudományok: Feladat: Morfológia anatómia élettan szisztematika paleontológia. A biológia jelentése. A biológia az életről szól.

"Lomonoszov tudós" - Hangsúlyozta az északi tengeri útvonal feltárásának fontosságát, Szibéria fejlődését. 1711. november 19. – 1765. április 15. (53 éves) 1741. június 10. Felfedezések. Az anyag szerkezetére vonatkozó atomi és molekuláris elképzeléseket dolgozott ki. Ötletek. A flogiszton kizárva a vegyi anyagok számából. Munka. A deizmus híve lévén, materialisztikusan a természet jelenségeinek tekintették.

"Botanikus Vavilov" - All-Union Institute of Applied Botany. 1906-ban Vavilov Nyikolaj Ivanovics. 1924-ben fejezte be: Roxana Babicheva és Ljudmila Zsdanova, a 10. B osztály tanulói. Vavilov tekintélye tudósként és tudományszervezőként nőtt. Mertonban (Anglia), a Kertészeti Intézet genetikai laboratóriumában. N. I. Vavilov 1887. november 26-án született Moszkvában.

"Projekt tevékenység" - Alekseeva E.V. Előadásterv. A tanár lesz a projekt szerzője. A további források áttekintése. Technológia információs modell oktatási folyamat. Biológia óra tervezése. Projekt tevékenység. Elmélet és gyakorlat. (Tervezési módszer). A tanári munka szakaszai. Elmélet és gyakorlat. Alapvető blokkok a projektekben.

"A vadvilág tudománya" - Munkafüzetek tervezése. 3. Biológia – a vadon élő állatok tudománya. A biológia az élő természet tudománya. baktériumok. Gomba. Egy sejtből állnak, és nincs magjuk. Mark Cicero. A biológia az élő szervezeteket vizsgálja. Klorofillt tartalmaznak, és fényben keletkeznek szerves anyag oxigén felszabadítása. Kérdés: Mit tanul a biológia?

"Matematika a biológiában" - "A lapos lábak azonosítása". Grafikonok olvasása. A szimmetria fogalma; Szimmetriai típusok. Egy függvény gráfjának fogalma. Általános biológia, 10-es fokozat. "Változatsorozat és görbe felépítése". Az érintési pontok a fülek lesznek. Kör, ovális. Általánosan elfogadott álláspont, hogy a matematika az egzakt tudományok közé tartozik. Arányosság.

A témában összesen 14 előadás hangzik el

A biológiai mintázat sajátosságai középiskolások számára

A biológiai rajz a biológiai objektumok és szerkezetek tanulmányozásának egyik univerzálisan elismert eszköze. Sok jó oktatóanyag van ebben a kérdésben.

Például Green, Stout, Taylor "Biology" című háromkötetes könyvében a következő biológiai rajzolási szabályok fogalmazódnak meg.

1. A rajzoláshoz megfelelő vastagságú és minőségű papírt kell használni. A ceruza vonalakat jól le kell törölni róla.

2. A ceruzának élesnek kell lennie, keménysége HB (rendszerünkben - TM), nem színesnek.

3. A rajznak a következőnek kell lennie:

- elég nagy - minél több elem alkotja a vizsgált objektumot, annál nagyobbnak kell lennie a rajznak;
- egyszerű - tartalmazza a szerkezet körvonalait és egyéb fontos részleteket az egyes elemek elhelyezkedésének és kapcsolatának bemutatásához;
- vékony és jól látható vonalakkal rajzolva - minden vonalat ki kell gondolni, majd meg kell rajzolni anélkül, hogy a ceruzát felemelné a papírról; ne keljenek ki és ne színezzenek;
- a feliratok minél teljesebbek legyenek, a belőlük érkező vonalak ne metsszék egymást; Hagyjon helyet a rajz körül a feliratoknak.

4. Ha szükséges, készítsen két rajzot: egy vázlatos rajzot, amely bemutatja a főbb jellemzőket, és egy részletes rajzot a kis alkatrészekről. Például kis nagyításnál egy növény keresztmetszeti tervét, nagy nagyításnál pedig a cellák részletes szerkezetét rajzoljuk meg (a rajz egy nagy részét ékkel vagy négyzettel körvonalazzuk a terven).

5. Csak azt rajzolja meg, amit valóban lát, és ne azt, amit látni szeretne, és természetesen ne másolja ki a rajzot a könyvből.

6. Minden rajzon szerepelnie kell egy címnek, amely jelzi a minta nagyítását és vetületét.

Oldal a "Bevezetés a zoológiába" című könyvből (német kiadás késő XIX század)

Első pillantásra meglehetősen egyszerű, és nem emel kifogást. Néhány tézist azonban át kellett dolgoznunk. Az a tény, hogy az ilyen kézikönyvek szerzői a biológiai rajz sajátosságait már intézeti szinten vagy speciális iskolák felsőbb osztályaiban figyelembe veszik, ajánlásaik az analitikus (már) gondolkodású, meglehetősen felnőtt embereknek szólnak. A középső (6-8.) osztályban - hétköznapi és biológiai - a dolgok nem ilyen egyszerűek.

Nagyon gyakran a laboratóriumi vázlatok kölcsönös "kínzássá" válnak. A csúnya és kevéssé érthető rajzokat maguk a gyerekek sem szeretik - csak még nem tudnak rajzolni, sem a tanár -, mert a szerkezet azon részletei, amelyek miatt minden elkezdődött, a legtöbb gyereknek nagyon gyakran hiányzik. Csak a művészi tehetségű gyerekek szoktak megbirkózni az ilyen feladatokkal (és ne kezdjék el utálni őket!) Röviden, a probléma az, hogy vannak tárgyak, de nincs megfelelő technika. A rajztanárok egyébként néha az ellenkező problémával szembesülnek - van egy technika, és nehéz a tárgyak kiválasztása. Talán össze kellene fognunk?

Az 57. Moszkvai iskolában, ahol dolgozom, egy integrált biológiai rajz tanfolyamot középső évfolyamok, amelyen belül biológia és rajz tanárok dolgoznak párban. Sokat fejlesztettünk érdekes projektek. Eredményeiket többször kiállították a moszkvai múzeumokban - a Moszkvai Állami Állami Állami Állami Állattani Egyetemen, a Paleontológiai Egyetemen, Darwinban, a gyermekek kreativitásának különböző fesztiváljain. De a lényeg az, hogy a hétköznapi gyerekek, akiket sem művészeti, sem biológiaórákra nem választottak, szívesen teljesítik ezeket a tervezési feladatokat, büszkék saját munkájukra, és, ahogy nekünk úgy tűnik, sokkal alaposabban és átgondoltabban kezdenek belenézni az élők világába. Természetesen nem minden iskolában van lehetőség biológia- és rajztanárok együttműködésére, de néhány megállapításunk valószínűleg érdekes és hasznos lesz, még akkor is, ha csak biológia szakon belül dolgozol.

Motiváció: először az érzelmek

Természetesen rajzolunk a jobb tanulmányozás és megértés érdekében szerkezeti jellemzők, hogy megismerkedjünk azon organizmusok sokféleségével, amelyeket a leckéken tanulmányozunk. De nem számít, milyen feladatot ad, ne feledje, hogy az ilyen korú gyermekek számára nagyon fontos, hogy a munka megkezdése előtt érzelmileg megragadják a tárgy szépségét és célszerűségét. Élénk benyomásokkal próbálunk nekilátni egy új projektnek. Erre a legalkalmasabb egy rövid videoklip, vagy egy kis (7-10-nél nem több!) diaválogatás. Megjegyzéseink a tárgyak szokatlanságára, szépségére, csodálatosságára irányulnak, még ha valami hétköznapiról is van szó: például a fák téli sziluettjére, amikor a hajtások elágazását tanulmányozzuk - lehet fagyos és korallokra emlékeztető, vagy hangsúlyos grafika - fekete fehér hón. Egy ilyen bemutatkozás nem lehet hosszú - csak néhány perc, de nagyon fontos a motiváció szempontjából.

Haladás: Analitikai felépítés

Ezután áttér a feladat megfogalmazására. Itt fontos először kiemelni a szerkezet azon sajátosságait, amelyek meghatározzák a tárgy megjelenését, és megmutatják biológiai jelentésüket. Természetesen mindezt fel kell írni a táblára és le kell írni egy füzetbe. Tulajdonképpen most egy munkafeladatot állít a diákok elé – látni és megjeleníteni.

Majd a tábla második felén leírod a rajz elkészítésének szakaszait, diagramokkal kiegészítve, pl. írja le a módszertant és az eljárást. Lényegében te magad is gyorsan teljesíted a feladatot a gyerekek előtt, a táblán tartva a segéd- és köztes konstrukciók egész sorát.

Ebben a szakaszban nagyon jó, ha a gyerekek kész rajzokat mutatnak be, akár olyan művészek által, akik ugyanazokat a tárgyakat ábrázolták, vagy a korábbi tanulók sikeres munkáit. Folyamatosan hangsúlyozni kell, hogy a jó és szép biológiai rajz lényegében egy tanulmány - i.e. a válasz arra a kérdésre, hogy hogyan működik a tárgy, és idővel megtanítják a gyerekeket maguknak megfogalmazni ezeket a kérdéseket.

Arányok, segédvonalak, részletező, rávezető kérdések

Rajz készítése – és a tárgy felfedezése! - kezdi az arányok kiderítésével: a hossz és a szélesség aránya, a részek az egészhez, ügyeljen arra, hogy elég merev formátumot állítson be a képhez. Ez az a formátum, amely automatikusan meghatározza a részletesség mértékét: nagy szám részletek, egy nagy mérethez részletekkel telítettségre van szükség, és így több időre lesz szüksége a munkára. Előre gondold meg, hogy minden esetben mi a fontosabb számodra.

1) rajzoljon egy szimmetriatengelyt;

2) építsen két pár szimmetrikus téglalapot - a felső és az alsó szárnyhoz (például szitakötőkhöz), először meghatározva arányaikat;

3) illessze be ezekbe a téglalapokba a szárnyak ívelt vonalait

Rizs. 1. 7. évfolyam. Téma: "Rovarosztagok". Tinta, ceruza toll, szaténból

(Emlékszem egy vicces, szomorú és hétköznapi történetre, ami akkor történt, amikor először csináltam ezt a munkát. Egy hetedikes fiú először a „beilleszkedni” szót úgy értette, hogy könnyen beilleszthető a belsejébe, és görbe köröket rajzolt a téglalapok belsejébe – mind a négy különbözik! Aztán a felszólításomra, hogy mit kell beírni, a segédvonalak érintését jelenti, hozott egy pillangót, aminek enyhén kitaláltam a szögletes szárnyát, majd csak szögletesre magyaráztam. leírva A görbe csak egy ponton érinti a téglalap mindkét oldalát, ezért újra kellett készítenünk a rajzot...)

4) ... Ez a pont az oldal közepén vagy a saroktól egyharmadnyi távolságra helyezkedhet el, és ezt is meg kell határozni!

De milyen boldog volt, amikor rajza az iskolai kiállításra került - először - sikerült! És most a „Munka előrehaladása” leírásában kimondom vele kínzásunk összes szakaszát.

A rajz további részletezése elvezet bennünket a tárgy számos jellemzőjének biológiai jelentésének megvitatásához. Folytatva a példát a rovarszárnyakkal (2. ábra), megvitatjuk, hogy mik azok az erek, hogyan helyezkednek el, miért egyesülnek szükségszerűen egyetlen hálózatba, miben tér el a venáció jellege a különböző rendszertani csoportokba tartozó rovaroknál (például ős- és újszárnyú madaraknál), miért vastagodott meg az elülső szárny szélső ereze stb. És próbálja meg a legtöbb utasítást olyan kérdések formájában megadni, amelyekre a gyerekeknek választ kell találniuk.

Rizs. 2. "Sárkány és hangya". 7. osztály, téma "Rovarosztagok". Tinta, ceruza toll, szaténból

Mellesleg, próbáljon meg több azonos típusú tárgyat felvenni, így a srácok választhatnak. A munka végén az osztály látni fogja a csoport biológiai sokféleségét és a szerkezet fontos közös jellemzőit, és végül a gyerekek eltérő rajzkészsége nem lesz annyira fontos.

Sajnos az iskolai tanárnak nem mindig áll rendelkezésére kellő számú, ugyanannak a csoportnak különböző tárgyai. Talán a tapasztalataink hasznosak lesznek az Ön számára: csoportos tanulmányozáskor először egy könnyen elérhető tárgyról készítünk frontális rajzot az életből, majd egyénileg - különféle tárgyak rajzait fényképekből vagy akár professzionális művészek rajzaiból.

Rizs. 3. Garnélarák. 7. osztály, téma "Rákfélék". Ceruza, a természetből

Például a „Rákfélék” témában a „Rákfélék külső felépítése” című laboratóriumi munka során mindannyian először élelmiszerboltban fagyasztva vásárolt garnélarákot (rák helyett) rajzolunk (3. ábra), majd egy rövid videoklip megtekintése után egyedileg különböző plankton rákfélék lárvákat ábrázolunk (A pic:nimaled in water (Apic:mal)ssed on water. szín hideg szürke, kék, zöldes tónusokban; kréta vagy fehér gouache, finom részletek átdolgozása tintával és tollal. (A plankton rákfélék átlátszóságának közvetítésére a legegyszerűbb modellt kínáljuk - egy üvegedényt, benne egy tárgyat.)

Rizs. 4. Plankton. 7. osztály, téma "Rákfélék". Tónusos papír (A3 formátum), kréta vagy fehér gouache, fekete tinta, szaténból

A nyolcadik osztályban a halak tanulmányozása során a „Csonthal külső szerkezete” című laboratóriumi munkában először egy közönséges csótányt rajzolunk, majd a srácok különböző halrendek akvarelljeit rajzolják meg az iskolában található „Kereskedelmi halak” csodálatos színtáblázataiból.

Rizs. 5. Béka csontváza. 8. osztály, téma "Kétéltűek". Ceruza, oktatási előkészítéssel

Amikor először a kétéltűeket tanulmányoztam - laboratóriumi munka"Béka csontvázának szerkezete", egyszerű ceruzával rajz (5. kép). Majd egy rövid videoklip megtekintése után akvarell rajz különböző egzotikus lombmászó békákról stb. (Natára jó minőségű fényképekkel rajzolunk, szerencsére ma már nem ritkák.)

Egy ilyen sémával ugyanazon tárgy meglehetősen unalmas ceruzarajzait a fényes és egyedi munkák szokásos előkészítő szakaszának tekintik.

Fontos: technika

A munka sikeres elvégzéséhez nagyon fontos a technika megválasztása. A klasszikus változatban vegyen egy egyszerű ceruzát és fehér papírt, de .... Tapasztalataink szerint a gyerekek szemszögéből egy ilyen rajz befejezetlennek tűnik, elégedetlenek maradnak a munkával.

Eközben elég tintával ceruzavázlatot készíteni, és még színezett papírt is venni (gyakran használjuk színes papír nyomtatók esetében) – és az eredményt egészen másként fogjuk érzékelni (6., 7. ábra). A befejezetlenség érzését sokszor éppen a részletes háttér hiánya hozza létre, ezt a problémát a színezett papír segítségével lehet a legkönnyebben megoldani. Ezenkívül a szokásos krétával vagy fehér ceruzával szinte azonnal elérheti a vakító vagy átlátszó hatást, amely gyakran szükséges.

Rizs. 6. Radiolaria. 7. osztály, a téma "A legegyszerűbb". Színezett papír (A3 formátum) akvarellhez (durva textúrájú), tintához, pasztellhez vagy krétához, szaténból

Rizs. 7. Méhecske. 7. osztály, téma "Rovarosztagok". Tinta, toll ceruzán, kötet - ecsettel és hígított tintával, apró részletek tollal, szaténból

Ha nehezen tudja megszervezni a munkát a szempillaspirállal, használjon puha fekete bélést vagy görgőt (rosszabb esetben zselés tollat) - ezek ugyanazt a hatást adják (8., 9. ábra). Ezzel a technikával feltétlenül mutassa be, hogy mennyi információt ad a különböző vastagságú és nyomású vonalak használata – mind a legfontosabb kiemelése, mind a hangerő (előtér és háttér) hatásának megteremtése érdekében. Mérsékelt és világos árnyékolást is használhat.

Rizs. 8. Zab. 6. osztály, téma "Virágos növények változatossága, Gabonafélék családja". Tinta, színezett papír, a herbáriumból

Rizs. 9. Zsurló és klubmoha. 6. évfolyam "Spóranövények" témakör. Tinta, fehér papír, a herbáriumból

Ezenkívül a klasszikus tudományos rajzokkal ellentétben gyakran színesben végezzük a munkát, vagy világos tonizálást alkalmazunk a hangerő megjelenítéséhez (10. ábra).

Rizs. 10. Könyökízület. 9. évfolyam „Izom-csontrendszer” témakör. Ceruza, gipsz segédanyaggal

A színtechnikák közül sokat kipróbáltunk - akvarell, gouache, pasztell, végül lágy színes ceruzára, de mindig durva papírra telepedtünk. Ha úgy dönt, hogy kipróbálja ezt a technikát, néhány fontos dolgot szem előtt kell tartania.

1. Vegyünk fel puha minőségű ceruzákat egy jó cégtől, például a Kohinoortól, de ne adjunk a gyerekeknek nagy színválasztékot (elég alap): ilyenkor általában egy kész színt próbálnak felvenni, ami persze nem sikerül. Mutassa meg, hogyan szerezheti meg a megfelelő árnyalatot 2-3 szín keverésével. Ehhez egy palettával kell dolgoznia - egy papírdarabbal, amelyen kiválasztják a kívánt kombinációkat és nyomást.

2. A durva papír nagyban megkönnyíti a gyenge és erős színek használatát.

3. Könnyű, rövid vonásokkal mintegy faragniuk kell a tárgy alakját: azaz. ismételje meg a fő vonalakat (és ne festse, ellentétben a formával és a kontúrokkal).

4. Ezután kell az utolsó lédús és erős vonások, amikor már kiválasztottuk a megfelelő színeket. Gyakran érdemes kiemeléseket hozzáadni, amelyek nagymértékben élénkítik a rajzot. A legegyszerűbb, ha közönséges krétát használ (színezett papíron), vagy puha radírral (fehéren). Egyébként, ha laza technikát használsz - krétát vagy pasztellt -, akkor hajlakkkal rögzítheted a munkát.

Amikor elsajátítja ezt a technikát, idő hiányában a természetben is használhatja, szó szerint „térden állva” (csak ne feledkezzen meg a tablettákról - elég egy darab csomagolókarton!).

És természetesen munkánk sikere érdekében mindenképpen kiállításokat rendezünk - hol az osztályteremben, hol az iskola folyosóin. Elég gyakran a kiállításhoz időzítik az azonos témájú gyerekek beszámolóit – szóban és írásban egyaránt. Általánosságban elmondható, hogy egy ilyen projekt nagyszerű és gyönyörű munka érzését hagyja maga után, amire érdemes felkészülni. Valószínűleg egy rajztanárral való kapcsolattartással és kölcsönös érdeklődéssel elkezdhet dolgozni a biológia órákon: elemző előkészítő szakasz a tárgy tanulmányozása, ceruzavázlat készítése és befejezése a közösen választott technikával - óráin.

Íme egy példa. Botanika, téma "Menekülés - bimbó, elágazás, a hajtás szerkezete." Egy ág rügyekkel - nagy az előtérben, a háttérben - a fák vagy cserjék sziluettjei a fehér hó és a fekete ég hátterében. Technika - fekete tinta, fehér papír. Ágak - a természetből, fák sziluettjei - fényképekről vagy könyvrajzokról. A név "Téli fák" vagy "Téli táj".

Egy másik példa. A „Rovarosztagok” téma tanulmányozásakor egy rövid munkát végzünk „A bogarak alakja és térfogata”. Bármilyen technika, amely a chiaroscuro-t és a kiemeléseket közvetíti (akvarell, tus vízzel, ecset), de monokróm, nehogy elvonjuk a figyelmet a forma megfontolásától és képétől (11. ábra). Jobb, ha a részleteket tollal vagy zselés tollal dolgozza ki (ha nagyítót használ, a mancsok és a fej jobban kijönnek).

Rizs. 11. Bogarak. Tinta, toll ceruzán, kötet - ecsettel és hígított tintával, apró részletek tollal, szaténból

Elég egy negyedben 1-2 gyönyörű munka - és egy élőlény rajzolása örömet okoz ebben a nehéz folyamatban.

Az élettudományok a nagytól a kicsi felé haladnak. Újabban a biológia csak az állatok, növények, baktériumok külső tulajdonságait írta le. A molekuláris biológia az élő szervezeteket az egyes molekulák közötti kölcsönhatások szintjén vizsgálja. Szerkezetbiológia - a sejtekben zajló folyamatokat tanulmányozza az atomok szintjén. Ha szeretnéd megtanulni, hogyan „láss” egyes atomokat, hogyan működik és „él” a szerkezetbiológia, és milyen eszközöket használ, itt vagy!

A ciklus általános partnere a vállalat: a biológiai kutatáshoz és gyártáshoz szükséges berendezések, reagensek és fogyóeszközök legnagyobb szállítója.

A "Biomolecule" egyik fő küldetése, hogy eljusson a gyökerekhez. Nem csak azt mondjuk el, milyen új tényeket fedeztek fel a kutatók – beszélünk arról, hogyan fedezték fel azokat, megpróbáljuk elmagyarázni a biológiai módszerek alapelveit. Hogyan lehet kivenni egy gént az egyik szervezetből, és beilleszteni egy másikba? Hogyan lehet követni néhány apró molekula sorsát egy hatalmas sejtben? Hogyan lehet gerjeszteni a neuronok egy parányi csoportját egy hatalmas agyban?

Ezért úgy döntöttünk, hogy szisztematikusabban beszélünk a laboratóriumi módszerekről, hogy egy rovatba gyűjtsük össze a legfontosabb, legmodernebb biológiai módszereket. Hogy érdekesebb és áttekinthetőbb legyen, vastagon illusztráltuk a cikkeket, sőt itt-ott animációkat is mellékeltünk. Szeretnénk, ha az új rubrika cikkei a hétköznapi járókelő számára is érdekesek és érthetőek lennének. Másrészt pedig olyan részletesnek kell lenniük, hogy még egy szakember is találjon bennük valami újat. A módszereket 12 nagy csoportba gyűjtöttük, és ezek alapján biometodológiai naptárt készítünk. Várd a frissítéseket!

Miért a strukturális biológia?

Mint tudják, a biológia az élet tudománya. Megjelent benne eleje XIX században, és fennállásának első száz éve pusztán leíró jellegű volt. A biológia akkori fő feladatának a megtalálást és a lehető legjellemzőbbet tekintették nagy mennyiség különböző élő szervezetek fajai, egy kicsit később - azonosítani családi kötelékek közöttük. Idővel és más tudományterületek fejlődésével a biológiából több „molekuláris” előtaggal rendelkező ág alakult ki: a molekuláris genetika, molekuláris biológiaés biokémia - olyan tudományok, amelyek az élőlényeket az egyes molekulák szintjén tanulmányozzák, és nem aszerint kinézet szervezet vagy belső szerveinek egymáshoz viszonyított helyzete. Végül egészen nemrég (a múlt század 50-es éveiben) megjelent egy olyan tudásterület, mint szerkezetbiológia- az élő szervezetekben zajló folyamatokat a változás szintjén vizsgáló tudomány térszerkezet egyedi makromolekulák. Valójában a szerkezetbiológia három különböző tudomány metszéspontjában áll. Először is ez a biológia, mert a tudomány az élő tárgyakat tanulmányozza, másodszor pedig a fizika, mivel a legszélesebb fizikai arzenál. kísérleti módszerek harmadrészt a kémia, mivel a molekulák szerkezetének megváltoztatása ennek a tudományágnak a tárgya.

A szerkezetbiológia a vegyületek két fő osztályát vizsgálja: a fehérjéket (az összes ismert szervezet fő "munkateste") és nukleinsavak(a fő "információs" molekulák). A szerkezetbiológiának köszönhető, hogy tudjuk, hogy a DNS kettős hélix szerkezetű, a tRNS-t egy évjáratú "G" betűként kell ábrázolni, és hogy a riboszómának van egy nagy és egy kis alegysége, amely bizonyos konformációban fehérjékből és RNS-ből áll.

globális cél A szerkezetbiológia, mint minden más tudomány, „megérteni a dolgok működését”. Milyen formában hajtódik fel a fehérjelánc, ami a sejtek osztódását okozza, hogyan változik közben az enzim csomagolása kémiai folyamat, amit végez, milyen helyeken lép kölcsönhatásba a növekedési hormon és receptora – ezekre a kérdésekre ad választ ez a tudomány. Sőt, külön cél olyan adatmennyiség felhalmozása, hogy ezekre a kérdésekre (egy még nem vizsgált objektumra vonatkozóan) számítógépen meg lehessen válaszolni anélkül, hogy költséges kísérlethez folyamodnánk.

Például meg kell értenie, hogyan működik a biolumineszcencia rendszer férgekben vagy gombákban - megfejtették a genomot, ezen adatok alapján megtalálták a kívánt fehérjét, és megjósolták annak térbeli szerkezetét, valamint a munkamechanizmust. Igaz, érdemes tudomásul venni, hogy eddig még csak gyerekcipőben léteznek ilyen módszerek, és még mindig lehetetlen pontosan megjósolni egy fehérje szerkezetét, mivel csak a génje van. Másrészt a szerkezetbiológia eredményeit az orvostudományban is alkalmazzák. Amint azt sok kutató reméli, a biomolekulák szerkezetére és munkájuk mechanizmusaira vonatkozó ismeretek lehetővé teszik új gyógyszerek kifejlesztését racionális alapon, és nem próba- és tévedésből (szigorúan véve nagy áteresztőképességű szűrés), ahogyan azt manapság a legtöbbször teszik. És nem az Tudományos-fantasztikus: Már sok gyógyszer készült vagy optimalizált szerkezeti biológia felhasználásával.

A szerkezetbiológia története

A szerkezetbiológia története (1. ábra) meglehetősen rövid, és az 1950-es évek elején kezdődik, amikor James Watson és Francis Crick Rosalind Franklin DNS-kristályokon végzett röntgendiffrakciós adatai alapján összeállították a ma ismert kettős hélix modelljét egy vintage tervezőtől. Valamivel korábban Linus Pauling megépítette a hélix első valószínű modelljét, amely a fehérjék másodlagos szerkezetének egyik alapeleme (2. ábra).

Öt évvel később, 1958-ban meghatározták a világ első fehérjeszerkezetét - a mioglobint (az izomrostok fehérje) a sperma bálna (3. ábra). Természetesen nem nézett ki olyan szépnek, mint a modern építmények, de jelentős mérföldkő volt a modern tudomány fejlődésében.

3b. ábra. A fehérjemolekula első térszerkezete. John Kendrew és Max Perutz egy speciális konstruktorból összeállított mioglobin térszerkezetét mutatják be.

Tíz évvel később, 1984–1985-ben, mágneses magrezonancia spektroszkópiával azonosították az első struktúrákat. Ettől a pillanattól kezdve számos kulcsfontosságú felfedezés történt: 1985-ben megkapták az enzim első komplexének szerkezetét annak inhibitorával, 1994-ben meghatározták az ATP-szintáz szerkezetét, a sejtjeink (mitokondriumok) erőműveinek fő „gépe” szerkezetét, és már 2000-ben megkapták az első térszerkezetet (a ribom fehérjék és RNS-ek gyára, a fehérjék gyára. A 21. században a strukturális biológia fejlődése ugrásszerűen haladt, amihez a sejtek számának robbanásszerű növekedése társult. térszerkezetek. Számos fehérjeosztály szerkezetét sikerült meghatározni: hormon- és citokinreceptorok, G-proteinhez kapcsolt receptorok, toll-szerű receptorok, fehérjék immunrendszerés sokan mások.

A krioelektronmikroszkópos képek rögzítésére és feldolgozására szolgáló új technológiák megjelenésével a 2010-es években a membránfehérjék számos összetett szerkezete jelent meg ultranagy felbontásban. A szerkezetbiológia fejlődése nem maradt észrevétlen: 14 Nobel-díjak, ebből öt már a 21. században.

Struktúrbiológiai módszerek

A szerkezetbiológia területén végzett kutatások több segítségével zajlanak fizikai módszerek, amelyek közül csak három teszi lehetővé a biomolekulák térszerkezetének atomi felbontású megszerzését. A szerkezetbiológiai módszerek a vizsgált anyag kölcsönhatásának mérésén alapulnak különféle típusok elektromágneses hullámok vagy elemi részecskék. Minden technika jelentős pénzügyi forrásokat igényel - a berendezések költsége gyakran elképesztő.

Történelmileg a szerkezetbiológia első módszere a röntgendiffrakciós elemzés (XRD) (7. ábra). Már a 20. század elején kiderült, hogy a kristályokon a röntgendiffrakciós mintázat alapján tanulmányozható tulajdonságaik - a sejtszimmetria típusa, az atomok közötti kötések hossza stb. Ha azonban vannak szerves vegyületek, akkor ki lehet számítani az atomok koordinátáit, és ebből következően ezeknek a molekuláknak a kémiai és térbeli szerkezetét. Így kapták meg 1949-ben a penicillin szerkezetét, 1953-ban pedig a DNS kettős hélix szerkezetét.

Úgy tűnik, hogy minden egyszerű, de vannak árnyalatok.

Először is valamilyen módon kristályokat kell előállítani, és méretüknek kellően nagynak kell lennie (8. ábra). Ha nem túl bonyolult molekulák esetében ez megvalósítható (ne feledje, hogyan kristályosodik só vagy kék vitriol!), akkor a fehérjék kristályosodása az a legnehezebb feladat, amely nem nyilvánvaló eljárást igényel az optimális feltételek megtalálásához. Most ez speciális robotok segítségével történik, amelyek több száz különféle megoldást készítenek és figyelnek a „csírázott” fehérjekristályok felkutatására. A krisztallográfia korai napjaiban azonban egy fehérjekristály előállítása értékes éveket vehet igénybe.

Másodszor, a kapott adatok („nyers” diffrakciós minták; 8. ábra) alapján szükséges a szerkezet „számítása”. Ma már ez is rutinfeladat, de 60 évvel ezelőtt, a lámpatechnika és a lyukkártyák korszakában ez korántsem volt ilyen egyszerű.

Harmadszor, még ha lehetne is kristályt növeszteni, egyáltalán nem szükséges a fehérje térbeli szerkezetének meghatározása: ehhez a fehérjének minden rácshelyen azonos szerkezettel kell rendelkeznie, ami közel sem mindig így van.

És negyedszer, a kristály messze van a fehérje természetes állapotától. A kristályokban lévő fehérjék tanulmányozása olyan, mint az emberek tanulmányozása úgy, hogy tíz darabot betömnek egy kis, füstös konyhába: megtudhatja, hogy az embereknek van karja, lába és feje, de előfordulhat, hogy a viselkedés nem egészen olyan, mint egy kényelmes környezetben. A térszerkezetek meghatározására azonban a röntgendiffrakciós analízis a legelterjedtebb módszer, és az EKT tartalmának 90%-a ezzel a módszerrel nyerhető.

A SAR-hoz erős röntgensugárforrásokra van szükség – elektrongyorsítókra vagy szabadelektron-lézerekre (9. ábra). Az ilyen források drágák – több milliárd dollár –, de jellemzően egy forrást több száz vagy akár több ezer csoport használja szerte a világon, meglehetősen névleges díjért. Hazánkban nincsenek erős források, ezért a legtöbb tudós Oroszországból az USA-ba vagy Európába utazik, hogy elemezze a kapott kristályokat. Ezekről a romantikus tanulmányokról bővebben a cikkben olvashat " Laboratory for Advanced Research on Membrane Proteins: From Gene to Angstrom» .

Mint már említettük, a röntgendiffrakciós elemzéshez erős röntgensugárforrásra van szükség. Minél erősebb a forrás, annál kisebb a kristályok mérete, és annál kevesebb fájdalmat kell elviselniük a biológusoknak és a génmérnököknek, ha megpróbálják megszerezni a szerencsétlen kristályokat. A röntgensugárzást legkönnyebben úgy lehet elérni, ha szinkrotronokban vagy ciklotronokban – óriási gyűrűgyorsítókban – felgyorsítjuk az elektronnyalábot. Amikor egy elektron gyorsulást tapasztal, elektromágneses hullámokat bocsát ki a kívánt frekvenciatartományban. A közelmúltban új szupererős sugárforrások jelentek meg - a szabad elektronlézerek (XFEL).

A lézer működési elve meglehetősen egyszerű (9. ábra). Először is, az elektronok felgyorsulnak nagy energia szupravezető mágnesek segítségével (a gyorsító hossza 1-2 km), majd áthaladnak az úgynevezett hullámzókon - különböző polaritású mágneskészleteken.

9. ábra Egy szabad elektron lézer működési elve. Az elektronsugár felgyorsul, áthalad a hullámzón, és gamma-sugarakat bocsát ki, amelyek a biológiai mintákra esnek.

A hullámzón áthaladva az elektronok elkezdenek időszakosan eltérni a sugár irányától, gyorsulást tapasztalva és kibocsátva. röntgensugarak. Mivel minden elektron egyformán mozog, a sugárzás felerősödik annak következtében, hogy más nyalábelektronok elkezdenek elnyelni és újra kibocsátani azonos frekvenciájú röntgenhullámokat. Minden elektron szinkronban bocsát ki sugárzást szupererős és nagyon rövid (100 femtoszekundumnál rövidebb) villanás formájában. A röntgensugár ereje olyan nagy, hogy egy rövid villanás egy kis kristályt plazmává változtat (10. ábra), azonban abban a néhány femtoszekundumban, amíg a kristály sértetlen, kép készíthető. legmagasabb minőség a sugár nagy intenzitása és koherenciája miatt. Egy ilyen lézer ára 1,5 milliárd dollár, és csak négy ilyen létesítmény van a világon (az USA-ban (11. ábra), Japánban, Koreában és Svájcban). 2017-ben a tervek szerint üzembe helyezik az ötödik - európai - lézert, amelynek megépítésében Oroszország is részt vett.

10. ábra Fehérjék átalakulása plazmává 50 fs alatt szabad elektron lézerimpulzus hatására. Femtoszekundum = 1/1000000000000000 másodperc.

A PDB adatbázisban található térszerkezetek körülbelül 10%-át NMR spektroszkópiával határoztuk meg. Oroszországban számos nagy teljesítményű érzékeny NMR spektrométer létezik, amelyeket világszínvonalú munkára használnak. A legnagyobb NMR-laboratórium nemcsak Oroszországban, hanem az egész Prágától keletre és Szöultól nyugatra található területen az Orosz Tudományos Akadémia (Moszkva) Bioszerves Kémiai Intézetében található.

Az NMR spektrométer csodálatos példája a technológia diadalának az értelem felett. Mint már említettük, az NMR spektroszkópiai módszer használatához erős mágneses térre van szükség, így a készülék szíve egy szupravezető mágnes - egy speciális ötvözet tekercs, amelyet folyékony héliumba (−269 ° C) merítenek. A szupravezetés eléréséhez folyékony héliumra van szükség. A hélium elpárolgásának megakadályozására egy hatalmas tartályt építettek körül folyékony nitrogénnel (−196 °C). Bár elektromágnes, nem fogyaszt áramot: a szupravezető tekercsnek nincs ellenállása. A mágnest azonban folyamatosan "táplálni" kell folyékony héliummal és folyékony nitrogénnel (15. ábra). Ha nem követi, akkor „kioltás” következik be: a tekercs felmelegszik, a hélium robbanásszerűen elpárolog, és az eszköz eltörik ( cm. videó). Az is fontos, hogy egy 5 cm hosszú mintán a mező rendkívül egyenletes legyen, így a készülékben van pár tucat kis mágnes, ami a mágneses tér finomhangolásához szükséges.

Videó. A 21,14 tesla NMR spektrométer tervezett "kioltása".

A mérések elvégzéséhez szükség van egy érzékelőre - egy speciális tekercsre, amely egyszerre generál elektromágneses sugárzást és regisztrálja a "fordított" jelet - a minta mágneses momentumának oszcillációját. Az érzékenység 2-4-szeres növelése érdekében az érzékelőt -200 °C-ra hűtik, ezáltal megszabadulnak a hőzajtól. Ehhez egy speciális gépet építenek - egy krioplatformot, amely lehűti a héliumot a kívánt hőmérsékletre, és szivattyúzza a detektor közelében.

A fényszórás jelenségén, a röntgen- vagy neutronnyalábokon alapuló módszerek egész csoportja létezik. A különböző szögekben történő sugárzás/részecskeszórás intenzitása alapján ezek a módszerek lehetővé teszik az oldatban lévő molekulák méretének és alakjának meghatározását (16. ábra). A szórás nem tudja meghatározni a molekula szerkezetét, de más módszer, például NMR spektroszkópia alkalmazásakor segédeszközként használható. A fényszórás mérésére szolgáló műszerek viszonylag olcsók, „csak” körülbelül 100 000 dollárba kerülnek, míg más módszerekhez olyan részecskegyorsítóra van szükség, amely neutronsugarat vagy erős röntgensugarat képes létrehozni.

Egy másik módszer, amellyel a szerkezet nem határozható meg, de néhány fontos adat megszerezhető, az rezonáns fluoreszcens energiaátvitel(FRET) . A módszer a fluoreszcencia jelenségét alkalmazza - egyes anyagok azon képességét, hogy egy hullámhosszú fényt nyeljenek el, és eltérő hullámhosszú fényt bocsátanak ki. Lehetőség van olyan vegyületpár kiválasztására, amelyek közül az egyikben (donor) a fluoreszcencia során kibocsátott fény a második (akceptor) jellemző abszorpciós hullámhosszának felel meg. Besugározza be a donort a kívánt hullámhosszú lézerrel, és mérje meg az akceptor fluoreszcenciáját. A FRET hatás a molekulák távolságától függ, így ha két fehérje molekulájába vagy egy fehérje különböző doménjébe (szerkezeti egységei) viszünk be fluoreszcencia donort és akceptort, akkor a fehérjék közötti kölcsönhatásokat vagy a domének kölcsönös elrendeződését vizsgálhatjuk egy fehérjében. A regisztrálás optikai mikroszkóppal történik, ezért a FRET egy olcsó, bár informatív módszer, amelynek használata adatértelmezési nehézségekkel jár.

Végezetül pedig lehetetlen nem beszélni a szerkezetbiológusok „álommódszeréről” – a számítógépes modellezésről (17. ábra). A módszer ötlete az, hogy a molekulák szerkezetére és viselkedésére vonatkozó modern ismereteket felhasználva modellezzük egy fehérje viselkedését számítógépes modellben. Például a módszer használatával molekuláris dinamika, valós időben követhető nyomon egy molekula mozgása vagy a fehérje „összerakódása” (folding) folyamata egyetlen „de”-re: a maximálisan kiszámítható idő nem haladja meg az 1 ms-t, ami rendkívül rövid, de ráadásul óriási számítási erőforrásokat igényel (18. ábra). A rendszer viselkedését hosszabb ideig is lehet tanulmányozni, csak ez elfogadhatatlan pontosságveszteség árán érhető el.

A számítógépes modellezést aktívan használják a fehérjék térszerkezetének elemzésére. A dokkoló segítségével olyan potenciális gyógyszereket keresnek, amelyek nagy hajlamúak a célfehérjével való kölcsönhatásra. Jelenleg még alacsony az előrejelzések pontossága, de a dokkolás jelentősen szűkítheti a potenciál tartományát hatóanyagok amelyeket tesztelni kell egy új gyógyszer kifejlesztéséhez.

Fő mező praktikus alkalmazás a szerkezetbiológia eredménye a gyógyszerek fejlesztése, vagy ahogy manapság divatos mondani, a gyógyszertervezés. A szerkezeti adatok alapján kétféleképpen lehet gyógyszert kifejleszteni: ligandumból vagy célfehérjéből indulhatunk ki. Ha már több, a célfehérjére ható gyógyszer ismert, és a fehérje-gyógyszer komplexek szerkezetét is megkaptuk, lehetőség van a fehérjemolekula felületén lévő kötő „zseb” tulajdonságainak megfelelő „ideális gyógyszer” modelljének megalkotására, a potenciális gyógyszer szükséges tulajdonságainak kiemelésére és az összes ismert természetes és nem olyan vegyület közötti keresésre. Még kapcsolatokat is építhet a gyógyszer szerkezetének tulajdonságai és aktivitása között. Például, ha egy molekula tetején íj van, akkor aktivitása nagyobb, mint egy íj nélküli molekuláé. És minél jobban fel van töltve az íj, annál jobban hat a gyógyszer. Tehát az összes ismert molekula közül meg kell találni a legnagyobb töltött íjjal rendelkező vegyületet.

Egy másik lehetőség, hogy a számítógépen a célstruktúra segítségével keresünk olyan vegyületeket, amelyek potenciálisan képesek kölcsönhatásba lépni vele a megfelelő helyen. Ebben az esetben általában töredékek könyvtárát használják - apró anyagokat. Ha több jó töredéket találsz, amelyek különböző helyeken, de egymáshoz közel kölcsönhatásba lépnek a célponttal, akkor a töredékekből összevarrva drogot építhetsz. Számos példa van a strukturális biológia segítségével sikeres gyógyszerfejlesztésre. Az első sikeres eset 1995-re nyúlik vissza, amikor a dorzolamidot, a glaukóma gyógyszerét engedélyezték.

A biológiai kutatások általános irányzata egyre inkább a természet nemcsak minőségi, hanem mennyiségi leírása felé is hajlik. A strukturális biológia kiváló példa erre. És minden okunk megvan azt hinni, hogy továbbra is nemcsak az alaptudomány, hanem az orvostudomány és a biotechnológia számára is előnyös lesz.

Naptár

A speciális projekt cikkei alapján úgy döntöttünk, hogy 2019-re elkészítjük a "12 biológia módszere" naptárat. Ez a cikk márciust ábrázolja.

Irodalom

1. Biolumineszcencia: Újjáéledés;
2. A számítógépes módszerek diadala: a fehérjék szerkezetének előrejelzése;
3. Heping Zheng, Katarzyna B Handing, Matthew D Zimmerman, Ivan G Shabalin, Steven C Almo, Wladek Minor. (2015).