Экстракция днк в школьных условиях

Обновлено: 05.07.2024

Автор: Кирсанова Наталья Егоровна

Организация: МКОУ Мироновская СОШ

Населенный пункт: Новосибирская область, Баганский район, с. Мироновка

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

Задачи занятия : создать условия для развития универсальных учебных действий:

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

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

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

-посредством развития умения самостоятельно организовывать рабочее место;

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

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

3. Информационно – коммуникативных:

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

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

Целевые ориентации урока:

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

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

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

Планируемый результат обучения, в том числе и формирование УУД:

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

Технологии, применяемые на уроке:

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

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

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

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

Организационный момент. Актуализация знаний

- Давайте посмотрим видеофрагмент о профессиях будущего (видеоролик 5 минут)

- Какие профессии будущего были представлены в ролике?

Мы сегодня попробуем себя в одной из представленных профессиях.

На предыдущих уроках мы с вами изучали органические вещества, входящие в состав клеток.

-Какие? (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты).

-В чём особенность их строения? (белки, углеводы и нуклеиновые кислоты - биополимеры, состоят из мономеров).

II. Изучение нового материала.

Сегодня на уроке мы с вами продолжим изучение одного из биополимеров, а именно какого, скажите вы, прослушав информацию.

Как передаётся информация внутри живых существ? Как от одного поколения в другое передается информация о зарождении именно зелёной лягушки, а не красного жасмина?

Как и где она хранится?

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

Длина молекулы ДНК одной клетки человека составляет около двух метров!

В организме человека находится от 75 до 100 триллионов клеток.

Длина всех молекул ДНК человека: 150 миллиардов километров.

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

Можно ли увидеть молекулу ДНК своими глазами?
Какое лабораторное оборудование можно для этого использовать? (посмотреть в микроскоп)
Что нужно сделать с клетками, чтобы получить из них молекулу ДНК?

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

- Люди какой профессии, занимаются изучением молекулы ДНК? (врачи генетики)

- Что изучает генетика?

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

- Для чего выделяют ДНК?

Для анализа улик (в криминалистике)

Для тестирования новорожденных на генетические заболевания

Для установления родства

Для изучения генов, участвующих в образовании раковой опухоли

Для анализа археологического материала

Для идентификации личности людей

- Научные методы, позволяющие выделять ДНК, слишком трудны как в техническом, так и в теоретическом плане. В условиях школьных лабораторий невозможно найти нужное оборудование для проведения работы. А как хочется увидеть ДНК!

Алгоритм эксперимента прост в исполнении. Эксперимент нагляден, информативен по содержанию и занимателен по форме.

Объект исследования:

Выделенные из тканей животного и растения молекулы ДНК

Предмет исследования:

Выделенные из банана молекулы ДНК

Химический состав нуклеопротеидов

Физические свойства ДНК

Для этого понадобится….

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

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

Пробирки, химические стаканы или другую посуду.

Для наблюдения использовался школьный цифровой микроскоп, компьютер, телевизор.

Просмотр видеофрагмента о строении молекулы ДНК и её значении в организме.

Фронтальная беседа о строении молекулы, ее местоположении в клетке, способе укладки молекулы ДНК.

Выбор объекта для выделения ДНК

В общем, если перед исследователем не стоит какой-то специальной задачи, он старается выбрать для работы ткань, в которой мало межклеточного вещества и много самих клеток.

Причём желательно, чтобы ткань легко распадалась на эти составляющие, а клетки не были перегружены белками (как мышечные), липидами

(как жировые) или полисахаридами (как клетки мозга).

Выделение ДНК

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

Обратить внимание на необходимость строгого соблюдения инструкции!

Под руководством учителя проводит эксперимент по выделению ДНК из банана.

Методика и этапы работы:

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

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

- На слайды тоже обращаем внимание.

Пошаговая инструкция по выделению молекул ДНК

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

Чтобы извлечь ДНК из ядра растительной клетки, нам потребуются:

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

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

Шаг 1. Готовим буферный раствор

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

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

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

После добавления перемешиваем содержимое колбы до полного растворения.

Шаг 2. Смешиваем буферный раствор с детергентом

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

Шаг 3. Подготовка сырья для извлечения ДНК

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

Шаг 4. Разрушение клеточных стенок

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

Шаг 5. Получение молекул в растворе

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

Шаг 6. Визуализация

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

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

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

Все остальные компоненты остаются в водной фазе.

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

- Ребята, давайте сделаем выводы по нашему эксперименту.

1. Что мы получили?

2. Зачем мы измельчали банан в блендере?

3. Что такое детергент

4. Зачем нужен спирт?

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

6. Цель нашего занятия достигнута?

-Ребята, заполняем протоколы и сдаём.

Подведение итогов работы.

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

-Ребята, внимание на экран.

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

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

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

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

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

Спасибо за работу!

Список используемой литературы

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

Методические рекомендации:

ПОЛУЧЕНИЕ ДНК В УСЛОВИЯХ ШКОЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Из года в год изучение биологии в школе начинается с рассмотрения строения клетки. Большое внимание уделяется эукариотическим клеткам, содержащим в себе ядро. Функцией ядра является хранение наследственной информации. Эту информацию несут молекулы ДНК, которые содержаться в хромосомах [1]. Школьникам даже демонстрируют строение той самой ДНК. Но воображению не поддаётся представление о наличии ДНК в клетке. Действительно ли, что почти любая клетка живого организма содержит в себе молекулы ДНК?! Как много ДНК в клетках? Можно ли увидеть ДНК в реальности? Существует несколько методик получения ДНК, но для всех их выделяют определённые обязательные условия. Это использование буферного раствора, детергента и наличие спирта высокой концентрации [2].

Для большей наглядности, и для того, чтобы попробовать изучить молекулу ДНК под микроскопом, появляется ещё одна задача: окрасить полученные молекулы.

Таким образом, целью работы было получение ДНК из различных растительных и животных клеток в условиях школьной лаборатории.

1. Используя различные литературные источники, выяснить строение ДНК.

2. Выделить ДНК из различных биологических объектов.

3. Сравнить результаты выделения ДНК по различным методикам.

4. Определить лучший детергент для выделения ДНК.

5. Окрасить молекулы ДНК.

Объект исследования: ДНК растительного и животного происхождения.

Предмет исследования: методы получения ДНК.

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Строение и функции ДНК

Молекулы ДНК состоят из мономеров – нуклеотидов, каждый из которых содержит остаток фосфорной кислоты, сахар – дезоксирибозу и одно из четырёх азотистых оснований – аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц) (рис. 1).

Рис. 1. Строение нуклеотидов.

Рис. 2. Расположение азотистых оснований по правилу комплементарности.

ДНК может повреждаться разнообразными мутагенами, к которым относятся окисляющие вещества, а также высокоэнергетическая электромагнитная радиация - ультрафиолетовое и рентгеновское излучение. ДНК — полимер, мономерами которой являются дезоксирибонуклеотиды. Модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной спирали была предложена в 1953 ᴦ. Дж. Уотсоном и Ф. Криком (рис. 3) [3].

Рис. 3. Джеймс Уотсон (слева) и Фрэнсис Крик (справа).

Диаметр двойной спирали ДНК - 2 нм, расстояние между соседними нуклеотидами - 0,34 нм, на один оборот спирали приходится 10 пар нуклеотидов. Длина молекулы может достигать нескольких сантиметров. Молекулярный вес - десятки и сотни миллионов. Суммарная длина ДНК ядра клетки человека - около 2 м. В эукариотических клетках ДНК образует комплексы с белками, получившие названия хроматин, которые образуют хромосомы.

Функция ДНК состоит в том, что она хранит генетическую информацию, которая используется для кодирования структуры всех белков и всех видов РНК каждого вида организма, регулирует клеточный и тканевый биосинтез компонентов и обеспечивает индивидуальность каждого организма.

В итоге ДНК хранится в хромосоме, а хромосома в клеточном ядре. Хромосома - это комплекс ДНК и хроматина [4].

1.2 Вещества, необходимые для извлечения ДНК из ядра клетки

Поверхностно-активные вещества, то есть вещества, уменьшающие поверхностное натяжение воды и способствующие тем самым проникновению воды в поры и между волокнами.

Энзимы, то есть биологические ферменты, переваривающие белковые загрязнения.

Буферные растворы (англ. buffer, от buff — смягчать удар) — растворы с определённой устойчивой концентрацией водородных ионов. рН буферных растворов мало изменяется при прибавлении к ним небольших количеств сильного основания или сильной кислоты, а также при разбавлении и концентрировании. Буферные растворы сохраняют своё действие только до определённого количества добавляемой кислоты, основания или степени разбавления, что связано с изменением концентраций его компонентов.

Способность буферного раствора сохранять свой pH определяется её буферной ёмкостью — в г-экв. сильной кислоты или основания, которые следует прибавить к 1 л буферного раствора, чтобы его pH изменился на единицу. Буферная ёмкость тем выше, чем больше концентрация его компонентов [1].

Глава II. Объекты и методы исследования

2.1 Объекты исследования

Объектами исследования являлись биологические объекты растительного и животного происхождения, а именно: яблоки, бананы, зелёный горошек, лук, томаты, клетки слизистой оболочки полости рта.

Фрукты и овощи тщательно измельчали до однородного состояния с помощью блендера (рис. 4). К 5 мл полученной смеси добавляли 10 мл холодного буферного раствора и 5 мл вещества, разрушающего клеточные стенки (детергент) [5].

Рис. 4. Измельчение овощей и фруктов.

Рис. 5. Приготовление смеси буферного раствора с детергентом.

После разрушения клеточных стенок, полученный раствор, содержащий ДНК, отфильтровывали через марлю. Далее к фильтрату по стенке сосуда под острым углом приливали охлаждённый на морозе 95% этиловый спирт [5].

Фрукты и овощи тщательно измельчали до однородного состояния с помощью блендера. К 5 мл полученной кашицы добавляли 10 мл холодного буферного раствора и 5 мл вещества, разрушающего клеточные стенки (детергент).

2.4 Методика получения ДНК клеток слизистой поверхности щёк

Чтобы получить клетки слизистой полости рта, необходимо пожевать щёки в течение 30 секунд (до крови жевать не нужно). Затем набрать в рот примерно 3 мл воды, прополоскать рот и выплюнуть всё содержимое в пробирку.

К полученному раствору доливали такое же количество буферного раствора и мешали в течение двух минут. Буферный раствор разрушает клеточные мембраны и ДНК высвобождается в водный раствор. К полученному раствору доливали такое же количество буферного раствора в трёх вариантах: 1) с моющим средством AOS; 2) с пищеварительным средством Панкреатин; 3) с AOS и с Панкреатином (рис. 6). Далее перемешивал все это в течение нескольких минут. После того как ДНК высвободится, пробирки помещали в стакан с тёплой водой на 10 минут и перемешивали. К нагретому раствору прибавлял охлаждённый этиловый спирт. Пробирку необходимо обязательно держать под острым углом, чтобы не произошло смешивания водной и спиртовой фазы [2].

Рис. 6. Буферные растворы с различными детергентами.

2.5 Окрашивание полученных молекул ДНК

Для окрашивания молекул ДНК использовали пищевые красители и малахитовый зелёный для аквариумных рыбок. Были апробированы две методики окрашивания: добавление растворов красителей к уже выделенным молекулам ДНК и добавление красителей в спирт, который затем приливали к раствору ещё не выделенной ДНК. Красители разводили в спирте и отфильтровывали (рис. 7).

Рис. 12. Фильтрование окрашенного спирта.

Глава III. Результаты и их обсуждения

После добавления детергента и тщательного перемешивания был готов раствор, содержащий пока что невидимую ДНК. Его отфильтровали через марлю и прилили охлаждённый этиловый спирт. В результате, на поверхности раздела двух жидкостей моментально начинали образовываться нити ДНК, между которыми были видны пузырьки воздуха. Постепенно молекул ДНК становилось больше и они поднимались вверх (рис. 8).

Рис. 8. Образование молекул ДНК.

Если ДНК в раствор выделилось большое количество, то она образует клубок и всплывает на поверхность (рис. 9).

Рис. 9. Образование большого количества ДНК.

При использовании гороха как объекта для получения ДНК, было выяснено, что при использовании обоих детергентов прослеживается великолепный результат: ДНК белым облаком из нитей образуется на поверхности раздела фаз (рис. 14). Если посмотреть сверху на полученные ДНК, то можно увидеть множество нитей (рис. 15).

3.2 Методика получения ДНК клеток слизистой поверхности щёк

При добавлении к полученному раствору ДНК буферного раствора с моющим средством AOS раздел фаз был еле заметен, и ДНК выделилось малое количество (рис. 16. А).

При использовании буферного раствора с AOS и Панкреатином также произошло большое выделение ДНК (рис. 16. В).

Полученные молекулы ДНК с помощью пипетки перенесли на предметное стекло и рассмотрели под объективом школьного микроскопа. Увиденное шокировало! В окуляр микроскопа была видна нитевидная молекула (рис. 17).

Рис. 17. ДНК эпителиальных клеток человека. Вид в микроскоп.

Для того, чтобы рассмотреть ДНК получше, её сфотографировали и фотографию увеличили в несколько раз (рис. 18). На фотографии видно, что ДНК закрученная и состоит из двух цепей. Если подобное получится осуществить ученикам на уроке биологии при изучении этой темы – это будет реальная наглядность в строении ДНК.

Рис. 18. ДНК эпителиальных клеток человека. Увеличение в несколько раз.

3.3 Результаты окрашивания полученных молекул ДНК

При добавлении пищевого красителя к уже выделенным молекулам ДНК фактически не произошло окрашивания. Поверхность раздела двух фаз исчезла, жидкости перемешались. Связывания красителя с ДНК не произошло.

Рис. 19. Окрашенные молекулы ДНК.

ВЫВОДЫ

1. Исходя из литературных источников, выяснили, что ДНК это двухцепочечный полимер, который состоит из нуклеотидов четырёх типов.

2. Выделили ДНК из клеток яблока, банана, томата, лука, зелёного горошка и клеток слизистой оболочки ротовой полости человека.

3. Лучшим растительным объектом для получения ДНК является зелёный горошек.

4. Лучшим детергентом для получения ДНК из растительных клеток является моющее средство.

6. Окрашивание ДНК происходит при добавлении спирта уже содержащего краситель.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

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

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Описание презентации по отдельным слайдам:

Цель: Извлечь в домашних условиях молекулы ДНК из банана Задачи: Изучить литературу по теме Рассмотреть особенности строения и функции ДНК Подготовить необходимое оборудование Провести эксперимент Сделать выводы

Актуальность Одной из основных задач генной инженерии является получение белков с заранее заданными свойствами. Для решения этой задачи необходимо уметь направленно изменять мельчайшие составные части генов – отдельные пары нуклеотидов молекулы ДНК. Это необходимо для лечения больных с наследственными заболеваниями, обусловленными геномом.

Методика Эксперимент Наблюдение Описание Анализ литературы по теме

Объект исследования Молекулы ДНК банана

Характеристика Банан — одно из самых древних культивируемых растений. Его родиной считаются острова Малайского архипелага. Банан - название многолетней травы из семейства Банановых.В наши дни среди выращиваемых культур банан уступает лишь пшенице, рису и кукурузе, занимая четверное почетное место. Его выращивают практически во всех странах, лежащих в теплом климатических поясах.

Состав и строение ДНК ДНК –дезоксирибо- нуклеиновая кислота- биологический полимер, состоящий из двух спирально закрученных цепочек

Местонахождение ДНК в клетке Ядро Митохондрии Пластиды

Строение молекулы ДНК Цепи нуклеотидов образуют правозакрученные объемные спирали по 10 пар оснований в каждом витке Цепи закручиваются вокруг друг друга, а также вокруг общей оси и образуют двойную спираль Цепи антипараллельны или разнонаправленны. Последовательность соединения нуклеотидов одной цепи противоположно таковой в другой

Строение ДНК ДНК - полимер. Мономеры - нуклеотиды. Нуклеотид- химическое соединение остатков трех веществ:

Схема строения азотистых оснований В состав ДНК входят следующие азотистые основания: Пуриновые: 1. Аденин, 2. Гуанин Пиримидиновые: 3. Тимин 4. Цитозин

Схематическое строение ДНК Нуклеотиды: Расположены друг от друга на расстоянии 0,34нм Масса одного нуклеотида равна 345 Da. Ширина спирали 2нм Эти величины постоянные

Комплементарность- - это принцип взаимного соответствия нуклеотидов или способность нуклеотидов объединяться попарно.

Связи между цепями в молекуле ДНК Осуществляется при помощи водородных связей между азотистыми основаниями, входящими в состав разных цепей.

Функции ДНК 3.Роль матрицы в процессе передачи генетической информации к месту синтеза белка 2. Передача наследственной информации из поколения в поколение 1. Хранение наследственной информации

Основа метода выделения ДНК Цепь молекулы ДНК может содержать несколько миллионов атомов. В водном растворе цепи ДНК несут слабый отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга. Если в растворе в достаточном количестве присутствуют положительно заряженные ионы, они притягиваются к цепям ДНК и нейтрализуют их заряд, в результате чего цепи ДНК могут слипаться. Таким образом, изменяя концентрацию соли, можно заставить отдельные фрагменты ДНК диссоциировать или, наоборот, объединяться. Это явление и лежит в основе методов выделения ДНК из клеток.

Оборудование : Колба, пробирка, мерный стакан, ступка, фильтр, пипетка, карандаш, жидкое мыло, поваренная соль, питьевая сода, банан, спирт, дистиллированная вода.

Ход эксперимента: Измельчение банана в ступке. При такой обработке клетки отделяются друг от друга, что способствует более эффективному действию детергента.

Детергент (лат. dētergerē стирать, чистить). хим. Моющее, очищающее или дезинфицирующее средство. Детергент выполняет две функции: разрушает клеточные стенки и способствует расщеплению крупных белков, которые иначе могут выделиться вместе с ДНК.

Подготовка буферного раствора. Добавление в стакан 120 мг дистиллированной воды и 5г –1 чайную ложку питьевой соды.

Подготовка буферного раствора. Добавление в раствор ¼ чайной ложки поваренной соли и детергента - жидкого мыла

Поместили 5 мл полученного пюре в чистую емкость, добавили 10 мл охлажденного буфера.

Полученную смесь энергично перемешивали в течение 2 мин – в это время происходит разрушение клеточных стенок детергентом и выход содержимого клеток в раствор. Затем пропустили через фильтр

Фильтрование полученного раствора. Полученный раствор содержит фрагменты ДНК и множество других молекул – РНК, белков, углеводов и т.п.

Для экстракции ДНК необходимо небольшое количество изопропилового спирта. При помощи пипетки аккуратно по стенке пробирки нанесли 10 мл охлажденного спирта на поверхность раствора ДНК.

Выделение молекул ДНК

Нанизывание ДНК на карандаш Поместив карандаш в раствор таким образом, чтобы ее кончик оказался непосредственно под границей между буфером и спиртом, и очень осторожно в течение 1 мин поворачиваем попеременно в разные стороны. При этом наиболее длинные фрагменты ДНК накрутились на карандаш. Затем когда вытащили карандаш – спирт заставил ДНК прилипнуть к концу карандаша, и мы увидели на нем прозрачный вязкий осадок, это и есть ДНК.

Увеличение препарата в 10раз

Вывод Таким образом, мы подтвердили нашу гипотезу, что действительно в домашних условиях можно выделить и потрогать довольно чистый препарат “святая святых” жизни – ДНК.

Краткое описание документа:

Одной из основных задач генной инженерии является получение белков с заранее заданными свойствами. Для решения этой задачи необходимо уметь направленно изменять мельчайшие составные части генов – отдельные пары нуклеотидов молекулы ДНК. Такие операции c самой большой молекулой стали возможными сравнительно недавно и связываются в сознании обычного человека с ультрасовременными лабораториями, оборудованными сложными и дорогими приборами. Читая о современных достижениях генной инженерии, наверное, мало кто предполагает, что выделить и потрогать довольно чистый препарат “святая святых” жизни – ДНК – можно не только в специальных лабораториях, но и в домашних условиях. Экспериментируя, учащиеся узнали много нового об одном из важнейших компонентов клетки.

Нативная цепь молекулы ДНК может содержать несколько миллионов атомов. В водном растворе цепи ДНК несут слабый отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга. Если в растворе в достаточном количестве присутствуют положительно заряженные ионы, они притягиваются к цепям ДНК и нейтрализуют их заряд, в результате чего цепи ДНК могут слипаться. Таким образом, изменяя концентрацию соли, можно заставить отдельные фрагменты ДНК диссоциировать или, наоборот, объединяться. Это явление и лежит в основе методов выделения ДНК из клеток.

Почти все необходимое для выделения ДНК вы сможете найти на кухне. Сначала надо приготовить буферный раствор (буфер). Налейте 120 мл воды в чистую стеклянную емкость, добавьте 1,5 г (1/4 чайной ложки) поваренной соли, 5 г (1 чайную ложку) питьевой соды. В буфер надо добавить немного детергента – 5 мл (1 чайную ложку) шампуня или жидкого средства для стирки. Можно попробовать какие-нибудь другие детергенты, например средства для мытья посуды, но туалетное мыло лучше не использовать, т.к. в нем содержится большое количество добавок. Детергент выполняет две функции: разрушает клеточные стенки и способствует расщеплению крупных белков, которые иначе могут выделиться вместе с ДНК. Для того чтобы замедлить деградацию выделенной ДНК, буфер перед началом опыта охлаждают в кастрюле или любом другом сосуде, наполненном смесью колотого льда с солью.

Для приготовления буфера лучше использовать очищенную поваренную соль и дистиллированную воду, но подойдут также йодированная соль и покупная вода в бутылках или фильтрованная вода. Водопроводную воду из-под крана лучше не использовать.

В качестве источника ДНК подойдут овощи или фрукты. Хорошие результаты получаются с луком, чесноком, бананами и томатами. Но вы можете попробовать какой-нибудь другой фрукт или овощ. Возьмите его, разрежьте на мелкие кусочки, поместите в подходящий по размерам чистый сосуд, добавьте немного воды и тщательно измельчите до однородного состояния миксером с ножами (блендером), включая его несколько раз на 10 с с небольшими перерывами. Если нет миксера, можно использовать давилку для чеснока. При такой обработке клетки отделяются друг от друга, что способствует более эффективному действию детергента.

Поместите 5 мл полученного пюре в чистую емкость, добавьте 10 мл охлажденного буфера. Полученную смесь энергично перемешивайте в течение не менее 2 мин – в это время происходит разрушение клеточных стенок детергентом и выход содержимого клеток в раствор. Далее нужно отделить раствор, содержащий ДНК и другие молекулы, от нерастворимых остатков растительного материала. Для этого лучше всего использовать центрифугу (сепаратор): смесь прокрутите на центрифуге на низкой скорости в течение 5 мин, а затем, стараясь не взбалтывать осадок, слейте в длинный узкий сосуд (например, в пробирку, прозрачный пузырек из-под лекарств и т.п.) не менее 5 мл надосадочной жидкости.

Если у вас нет центрифуги, можно отфильтровать раствор через обычный кофейный фильтр или полотно. Если вам повезет, крупные частицы, все-таки прошедшие через фильтр, либо осядут на дно, либо будут плавать на поверхности. Для получения чистого раствора слейте его верхний слой, подождите, пока осядут остальные частицы, и затем аккуратно слейте (или перенесите пипеткой) жидкость в узкий сосуд.

Полученный раствор содержит фрагменты ДНК и множество других молекул – РНК, белков, углеводов и т.п.

Для экстракции ДНК необходимо небольшое количество изопропилового спирта (изопропанола, ИПС), предварительно сильно охлажденного в морозильнике. Используйте чистый изопропанол (без красителей и отдушек) в самой высокой концентрации, какую только удастся достать (обычно его продают в концентрации не ниже 70%). При помощи соломинки для коктейлей аккуратно нанесите 10 мл охлажденного спирта на поверхность раствора ДНК. Для этого погрузите соломинку в сосуд со спиртом и зажмите верхнее отверстие, затем опустите нижний конец соломинки в пробирку с раствором, прикоснитесь соломинкой к стенке и, слегка наклонив пробирку, позвольте спирту медленно стечь по стенке. Не набирайте спирт в трубочку (или пипетку) ртом! Если вы все сделали правильно, спирт, плотность которого меньше плотности буфера, останется на поверхности раствора.

Поместите тонкую стеклянную или деревянную палочку, например карандаш, в раствор таким образом, чтобы ее кончик оказался непосредственно под границей между буфером и спиртом, и очень осторожно в течение 1 мин поворачивайте попеременно в разные стороны. При этом наиболее длинные фрагменты ДНК накрутятся на палочку. Затем вытащите палочку – спирт заставит ДНК прилипнуть к концу палочки, и вы увидите на нем прозрачный вязкий осадок.

Конечно, в результате этой простой процедуры нельзя получить чистый препарат ДНК. В лаборатории в буфер добавляют ферменты, разрушающие млекулы РНК, которые иначе могут выделиться вместе с ДНК.

Даже после самой тщательной экстракции часть ДНК останется в растворе, образуя в нем невидимую паутину. При небольших дополнительных усилиях этот материал тоже можно увидеть. Некоторые красители, например метиленовый синий, связываются с заряженными фрагментами ДНК. Для окраски нитей, образованных оставшейся в растворе ДНК, достаточно добавить в него микроскопическое количество красителя – его молекулы свяжутся с ДНК, оставляя раствор неокрашенным. Возможно, для этой цели подойдут какие-либо пищевые красители или краски для тканей или волос – экспериментируйте!

Цель

Реализовать простой и доступный метод выделения ДНК из биологического материала в условиях школьной лаборатории.

Задачи

1. Изучить литературу по теме исследования.

2. Выделить ДНК из различных биологических объектов.

3. Сравнить результаты выделения ДНК по различным методикам.

4. Определить лучший детергент для выделения ДНК.

5. Окрасить молекулы ДНК.

6. Отработать метод выделения ДНК из клеток.

7. Показать, что выделение ДНК возможно в условиях школьной лаборатории без использования дорогостоящих реактивов и оборудования.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

Описание

На первом этапе автором работы были изучены литературные источники по теме исследования.

Выделение ДНК проводилось из клеток банана, яблока и слизистой оболочки полости рта.

Фрукты тщательно измельчили до однородного состояния с помощью блендера. Затем добавили холодный буферный раствор, детергент и тщательного перемешали в течение 3 минут. Полученный раствор, содержащий ДНК, отфильтровали через марлю и добавили окрашенный пищевыми красителями и охлаждённый 95%-й этиловый спирт. В результате на поверхности раздела двух жидкостей начинали образовываться нити ДНК, между которыми были видны пузырьки воздуха.

Результаты с продуктами растительного происхождения

Постепенно молекул ДНК становилось больше, и они стали подниматься вверх.

Аналогичные действия провели с объектами исследования и другими детергентами.

Далее сравнили полученные объёмы и состояние молекул ДНК.

Результаты

1. В результате работы была выделена ДНК из клеток яблока, банана и клеток слизистой оболочки ротовой полости человека.

2.Лучшим растительным объектом для получения ДНК является банан.

Выводы

1. Выделение ДНК эукариотических клеток возможно в условиях школьной лаборатории без использования дорогостоящих реактивов и оборудования.

2. Метод выделения ДНК может быть относительно простым, хорошо воспроизводимым и при этом давать возможность быстрого получения достаточного количества удовлетворительно очищенных препаратов ДНК.

Перспективы использования результатов работы

Апробированный метод экстракции ДНК можно использовать на уроках химии и биологии при изучении данной темы.

Сотрудничество с вузом при создании работы

ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет)

Мнение автора

Читайте также: