Лабораторные и практические работы. 10 класс

Оглавление
П. р. № 1. Планирование биологических исследований. ......................................................... 2
П. р. № 2. Изучение биосистем разного уровня организации ........................................................ 4
П. р. № 3. Моделирование отдельных признаков биосистем (рост, движение, воспроизведение)
...................................................................................................................................................................... 6
П. р. № 4. Программы-визуализаторы молекул ................................................................................. 9
П. р. № 5. Представление данных о химическом составе живых организмов ......................... 12
Л. р. № 1. Определение катионов Са+2 и Мg+2 в костной ткани ................................................. 13
Л. р. № 2. Определение сероводорода в протухшей яйце ............................................................ 15
Л. р. № 3. Качественные реакции на нитраты и нитриты. Определение содержания нитратов в
продуктах питания ................................................................................................................................ 16
Л. р. № 4. Определение карбонат-иона СО32- в скорлупе яйца ................................................. 18
Л. р. № 5. Определение качества воды методами химического анализа ................................... 19
Л. р. № 6. Аналитическое определение и исследование липидов и углеводов ........................ 21
Л. р. № 7. Определение кислотности муки ............................................................................................ 23
Л. р. № 8. Аналитическое определение и исследование состава белков ............................................ 25
Л. р. № 9. Реакции осаждения белков .................................................................................................... 26
Л. р. № 10. Свойства ферментов (влияние температуры, рН на активность амилазы слюны28
П. р. № 6 . Моделирование пространственной структуры биомолекул: классификация белков
.................................................................................................................................................................... 30
Л. р. № 11. Изучение механизма ферментативной реакции (влияние концентрации фермента на
скорость реакции) .................................................................................................................................. 32
Л. р. № 12. Явление плазмолиза и деплазмолиза в растительной клетке ................................. 34
Л. р. № 13. Определение водного потенциала растительной ткани ............................................ 36
Л. р. № 14. Изготовление и описание микропрепаратов клеток растений и дрожжей ........... 40
П. р. № 7. Изучение клеток растений и животных под микроскопом ........................................ 42
Л. р. № 15. Изучение хромосом на фиксированных микропрепаратах ...................................... 43
П. р. № 8. Решение задач и упражнений по молекулярной биологии ........................................ 45
П. р. № 9. Моделирование процесса биосинтеза белка. Транспортная РНК ............................ 50
П. р. № 10. Моделирование процесса биосинтеза белка. Генетический код ............................ 52
П. р. № 11. Изучение фаз митоза в клетках корешков лука (фиксированные микропрепараты)
.................................................................................................................................................................... 55
П. р. № 12. Составление аппликационных схем митоза и мейоза ............................................... 56
П. р. № 13. Моделирование вирусов и фагов ................................................................................... 57
1
П. р. № 1.
Планирование биологических исследований
Цели работы:
1. Научиться отличать научные факты и гипотезы от ненаучных;
2. Провести планирование серии экспериментов для проверки методологической ошибки.
Материалы и оборудование: специальное оборудование не требуется.
Краткое описание
Философский словарь определяет науку как «особый вид познавательной деятельности,
направленной на выработку объективных, системно организованных и обоснованных знаний о
мире». У каждой из наук есть свои методологические особенности, но в целом для
естественных наук, таких, как физика, химия и биология характерна следующая форма
научного метода:
Первый этап – сбор информации и формулировка проблемы. На этом этапе отбираются
наблюдения, которые потом будут анализироваться и осмысляться, а так же формулируется
проблема. Наблюдения, удовлетворяющие условию воспроизводимости или повторяемости,
становятся научными фактами. Научный факт должен обязательно содержать две части:
описание того, что можно наблюдать при некоторых условиях и условия проведения
наблюдения. Второй этап – формулирование гипотезы, разумного предположения,
объясняющего, наблюдаемые факты. Третий этап – экспериментальная проверка гипотезы.
Как правило, в ходе этой проверки выявляются новые факты или закономерности, требующие
уточнения рабочей гипотезы и как следствие возникает необходимость в новых
экспериментах.
Протокол работы
1. Чем научный факт отличается от простого наблюдения?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
2. В трактате средневекового алхимика Парацельса встречается следующее описание того,
как можно вырастить искусственного человека «гомункулюса»:
«Возьми известную человеческую жидкость, оставь гнить ее сперва в запечатанной тыкве,
потом в лошадином желудке сорок дней, пока не начнет жить, двигаться и копошиться, что
легко заметить. То, что получилось, еще нисколько не похоже на человека, оно прозрачно
и без тела. Но если потом ежедневно, втайне и осторожно, с благоразумием питать его
человеческой кровью и сохранять в продолжение сорока седмиц в постоянной и
равномерной теплоте лошадиного желудка, то произойдет настоящий живой ребенок,
имеющий все члены, как дитя, родившееся от женщины, но только весьма маленького
роста».
Можно ли считать этот текст научным? Почему?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
3. Чем научная гипотеза отличается от приметы («рассыпать соль – к несчастью», «пауки
– к деньгам», «мышь – к переезду»)?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
2
4. В правильно поставленном эксперименте опытная и контрольная группы должны
различаться только по одному признаку – тому, влияние которого исследуется.
Описанный в эпиграфе эксперимент не является истинным: получить гомункулюса (как
сказали бы сейчас, клона) невозможно. Предложите эксперименты, которые могли бы
позволить проверить, где именно в рецепте была допущена ошибка (-и).
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
Можно линейки не делать, а написать, что ответы – на отдельном листе. Это будет такой
стандартный вариант экономии места. Или делать.
Здесь и далее количество линеек пропорционально месту, которое нужно оставить на
овтеты.
3
П. р. № 2.
Изучение биосистем разного уровня организации
Цели работы:
1. Научиться описывать биосистемы разных уровней и устанавливать связи между ними;
2. Продолжить формирование навыков установления связей и представления информации.
Материалы и оборудование: карточки для определений (можно распечатанные пустые
табличные формы), бумажные ленты 3-5 цветов, клей.
Краткое описание
В работе каждая группа описывает биосистемы по спискам, предложенным учителем, по
таким параметрам:
 «Что это? (Сущность)» — название и краткая характеристика биосистемы.
 «Разнообразие» — формы, в которых существуют биосистемы данного типа.
 «Подсистемы» — части, из которых состоят рассматриваемые объекты; системы
нижележащего уровня.
 «Надсистемы» — системы, в состав которых входят рассматриваемые объекты;
системы более высокого уровня.
 «Функции» — процессы, которые происходят в рассматриваемых объектах; функции
этих объектов в системах более высокого уровня.
 «Новые свойства» — свойства, которые отсутствуют у систем нижележащего уровня,
взятых по отдельности, и возникают у рассматриваемых систем (их эмерджентные
свойства).
 «Развитие» — особенности предыстории и возможное будущее данных объектов.
Протокол работы
1. Сделайте описание предложенных биосистем (на карточках для описания) по примеру:
Популяционно-видовой уровень
Популяция дуба черешчатого
Совокупность особей вида Дуб черешчатый Quercus robur (семейство Буковые),
Что это
произрастающих на одной территории, скрещивающихся между собой и отдалённых от
других таких совокупностей определёнными формами изоляции
Состоит из особей различного возраста, отличающихся по внешнему виду, генотипу и
Разнообразие
физиологическому состоянию
Отдельные растения, образующие устойчивые связи с особями других видов
Подсистемы (симбиотической микрофлорой почвы, паразитами, растительноядными организмами и
др.)
Надсистемы В экологическом отношении – дубрава, в систематическом – вид Quercus robur
Участвует в круговороте вещества и энергии, создает условия для жизни других
Функции
организмов (как продуцент и, следовательно, пищевой объект консументов и
редуцентов, и как образующий ряд местообитаний других организмов)
Новые
Популяция является основой для формирования экосистем и единицей эволюции вида,
свойства
обеспечивает его потенциальное бессмертие. Средообразующий элемент дубравы
Образуется при благоприятных для размножения и роста особей вида условиях; с
Развитие
изменением условий прекращает существование в данном местообитании
Клеточный уровень
Растительная клетка: клетка столбчатой (палисадной) паренхимы листа дуба
Фотосинтезирующая эукариотическая клетка основной ткани (паренхимы), имеющая
Что это
целлюлозную клеточную стенку, ядро, хлоропласты, вакуоль и другие органоиды.
Размеры и насыщенность этих клеток хлоропластам изменяется в зависимости от
Разнообразие
положения листа в кроне
4
Подсистемы Отдельные органоиды клетки
Надсистемы Фотосинтезирующая основная ткань – столбчатая паренхима мякоти листа
Осуществляет реакции световой и темновой фаз фотосинтеза, выполняет структурную
Функции
функцию в листе
Новые
Жизнедеятельность: питание, рост, развитие, поддержание относительно постоянства
свойства
состава; размножение (клеточный цикл)
Образуется путём деления материнской клетки и дифференцируется под влиянием
Развитие
различных факторов
2. Установите связи между отдельными карточками, иными словами, преобразуйте
отдельные тексты в гипертекст, сделайте гиперссылки к этим текстам. Подумайте, как
можно использовать дополнительные возможности аналогового решения, например,
разный цвет ссылок и фона дополнительных текстов, разную длину ссылок и т.п.
Опишите, как вы их используете:
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
Если будет туго с местом, можно оставить один дуб, но не желательно.
5
П. р. № 3.
Моделирование отдельных признаков біосистем (рост, движение, размножение)
Цели работы:
1. Научиться использовать компьютерные программы, моделирующие клеточные
процессы;
2. Научиться оценивать воздействие изменения определенных параметров клеточных
«популяций» на происходящие процессы;
3. Продолжить формирование навыков описания результатов (компьютерного)
эксперимента.
Материалы и оборудование: компьютерный класс, программа Life32
(http://psoup.math.wisc.edu/Life32.html) или аналогичные программы по игре “Жизнь”
Д.Х. Конвея.
Краткое описание
“Эволюция”, или “Жизнь” Джона Хортона Конвея – игра, которая базируется на теории
клеточных автоматов. Модифицируя параметры выживания и размножения клеток на игровом
поле, можно наблюдать динамику клеточных популяций, а также упорядоченные структуры,
возникающие при клеточном развитии.
Динамика популяции в ней определяется только лишь процессами рождения и смерти клеток.
Условия рождения и умирания определяются исключительно взаимным расположением
клеток, а правила игры жестко определяют, где и когда происходят "рождение" и "смерть".
Процесс эволюции происходит на бесконечном поле, разделенном на квадратики. Каждая
ячейка игрового поля может находиться в двух состояниях - либо оставаться пустой, либо
быть занятой живым организмом, клеткой. Смена поколений имитируется в виде "циклов
жизни", или из последовательности шагов. Переход от предыдущего поколения к следующему
происходит по базовым правилам, которые применяются одновременно ко всем клеткам:
Выживание Клетка выживает и переходит в следующее поколение, если рядом с ней
заняты другими клетками 2 или 3 соседние ячейки.
Клетка погибает в случае, если рядом занято более трех или менее двух
Гибель
соседних ячеек (в первом случае - от перенаселения, во втором - от
одиночества).
Если пустой квадрат поля граничит ровно с тремя ячейками, занятыми
Рождение
клетками, то в нем происходит рождение нового "организма", т.е. в следующем
поколении на этой ячейке появится новая клетка.
Все изменения в популяции происходят как бы одновременно: определяется, на каких ячейках
будет происходить рождение и какие клетки в следующей генерации вымрут. Затем
происходит смерть и рождение клеток - старая популяция сменяется новой.
Любой объект, группа клеток, популяция, начав эволюционировать в начале игры, в какой-то
момент прекращает свою эволюцию. Проявляется это в следующем:
 популяция может полностью выродиться (игровое поле очищается);
 популяция может деградировать к некоторому сочетанию стабильных объектов;
 популяция (кроме стабильных объектов) содержит также и пульсирующие объекты периодически повторяет свое состояние, пульсирует.
Возможные варианты стабильных и пульсирующих популяций, а также структуры, способные
мигрировать, и другие интересные аспекты эволюции клеточных популяций можно найти в
Интернете.
6
Можно уменьшить.
Протокол работы
1. Запустите программу Life32, выясните назначение основных пунктов меню и кнопок на
панели инструментов программы.
2. Создайте, рисуя курсором мыши, некую исходную популяцию клеток, и проследите ее
эволюцию в течение ряда поколений. Очистите поле и создайте другие стартовые
популяции. Какие стабильные и пульсирующие структуры возникают в таких
популяциях? Зарисуйте их.
Здесь делается поле, похожее на миллиметровку, но со сторонами клеточек в 1,5-2 мм, 2025 клеток в высоту и во всю ширину.
3. В программе можно поменять стартовые условия: изменить условие выживания, гибели
и рождения клеток. Заполните таблицу:
№ Условие
Наблюдения
Выживание Смерть
Размножение
1 2, 3 соседа 0, 1 и ≥ 4 3 соседа
Образуются стабильные и пульсирующие
соседей
структуры, занято примерно 1-3% игрового поля
2
3
4
5
4. Какие свойства живых систем «Жизнь» моделирует «правильно», а какие – не
моделирует или моделирует неправильно?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
7
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
8
П. р. № 4.
Программы-визуализаторы молекул
Цели работы:
1. Научиться использовать программы-визуализаторы молекул для отображения молекул
и их изучения;
2. Научиться выделять отдельные участки молекул с помощью текстового интерфейса
командного окна и менять способ отображения выделенной части молекулы.
Материалы и оборудование: компьютерный класс, программа RasWin, папка с моделями
молекул для занятия (adrenaline.pdb, pdb1b9p.ent, pdb1nrt.ent, pdb155c.ent, tryptophan.pdb) с
сайтов http://www.nyu.edu/pages/mathmol/library/ и http://www.rcsb.org/.
Краткое описание
Семейство программ трехмерного моделирования молекул, так называемые 3D-визуализаторы
молекул (Molecular Visualization Programs) – это программы-просмотрщики молекулярных
моделей. Они позволяют рассмотреть модель любой биомолекулы с разных сторон, вращая
при помощи мыши, приближая или удаляя, изменить способ ее отображения (например,
рассмотреть в молекулах белков элементы вторичной и третичной структуры,
аминокислотный состав, наличие отдельных полипептидных цепей и др.), выделить и
исследовать отдельные элементы молекул - такие, как небелковые компоненты солжных
белков.
Можно уменьшить.
9
Одной из лучших программ этого класса является программа RasMol1 (версия для
операционной системы Windows называется RasWin), созданная Г.Дж. Бернштейном (Herbert
J. Bernstein). Среди достоинства этой программы простота использования, наглядность и
яркость моделей; нетребовательность к ресурсам; русифицированный интерфейс (впрочем,
только интерфейс – все команды в командном окне печатаются только по-английски, поэтому
не переведен и Help). Программа распространяется бесплатно через Интернет.
Протокол работы
1. Создайте на локальном диске своего компьютера папку с названием RasMol и
распакуйте в нее запускающий файл программы Raswin.exe и инструкцию для
пользователей Raswin.hlp (если вы скачивали незаархивированные версии, то просто
поместите эти файлы в созданную папку). Туда же поместите пять файлов примеров к
этому заданию (обратите внимание, что эти файлы имеют расширение *.pdb или *.ent).
2. Файлы с моделями молекул открываются после запуска программы (двойной клик на
Raswin.exe) через пункт меню File - Open. Можно открыть эти файлы и
непосредственно дважды кликнув на названии или иконке файла, но при первом
открытии этих файлов появится окно "Открыть с помощью", которое попросит
указать, с помощью какой программы открыть этот файл. В этом диалоговом окне
выбираете "Другая", после этого откроется окно, в котором будет Ваша папка RasMol
с файлом Raswin.exe, выбираете этот файл, "ОК". Обратите внимание: в окне
"Открыть с помощью" флажок (галочка) в окошке возле строки "Всегда использовать
эту программу" не надо снимать, он должен стоять! Описанную выше процедуру
придется проделать отдельно для файлов с расширением *.pdb и заново - для файлов с
расширением *.ent.
Открыв файл, Вы попадаете в рабочее окно программы Raswin. Вращение молекулы
осуществляется передвижением мыши при нажатой левой кнопке (как и в
MoleculeViewer) или при помощи полос прокрутки справа и внизу. Движение мыши
при нажатой левой кнопке и удерживаемой клавише Shift изменяет масштаб
изображения.
Переходим к описанию пунктов главного меню программы Raswin.
В пункте меню File, кроме обычных команд есть пункт Information с краткой
информацией о молекуле. Полную информацию, в т.ч. о первичной структуре белка,
можно получить, если открыть файл как текстовый. Пункт меню Правка (Edit)
содержит стандартный набор команд - (наиболее востребованная - Выделить все Select all). Пункт меню Display - выбор варианта отображения структуры белка
(нуклеиновой кислоты):
тонкая "проволочная" модель (открывается по умолчанию)
Wireframe
каркасная модель, отображающая только расположение основных атомов
Backbone
углерода и азота цепи белка
каркасная "палочная" модель, показывающая и радикалы аминокислот
Sticks
атомы показываются в виде крупных шаров (т.е. реальных пропорций)
Spacefill
("шары и палки") - отображает атомы и связи между ними
Ball & Stick
показывает элементы вторичной структуры белка как ленты
Ribbons
то же, но в виде тонких линий
Strands
то же, но в виде объемных ("картонных") полос
Curtoons
Пункт меню Colours позволяет изменить цвет атомов и структур в молекуле:
Monochrome черно-белое изображение
атомы окрашиваются по международной номенклатуре (кислород - красным,
CPK
азот - синим и т.п.)
1
Сайт разработчиков http://www.bernstein-plus-sons.com/software/rasmol/doc/rasmol.html
10
выделение каждой аминокислоты своим цветом
порядок расположения групп в большой молекуле цветовым переходом
Group
(Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан)
выделение отдельных цепей в молекуле белка с четвертичной структурой
Chain
Temperature отображает относительную подвижность атомов при нагревании
выделяет цветом элементы вторичной структуры (a-спирали - красным, bскладчатые листы - желтым, неспирализованные участки - синим, небелковые
Structure
компоненты - красным)
Пункт меню Export позволяет сохранить полученное изображение в отдельном
графическом файле (обычно используют BMP и GIF).
Можно это всё не давать, а дать ссылку на http://www.kozlenkoa.narod.ru/nb1.htm но там только русскоязычная страница.
3. Работа с командным окном программы RasMol.
После запуска программы RasMol на панели задач внизу появляется свернутое
командное окно RasMol Command Line, которое активизируется кликом мыши. Если
уменьшить его размеры, можно иметь на экране одновременно и рабочее окно
программы с молекулой, и командное окно.
При помощи командного окна можно выделять отдельные атомы и группы в молекуле,
изменять фон изображения и др. Все команды, которые будут после этого даваться при
помощи пунктов главного меню, будут касаться только выделенного участка, а не всей
молекулы. Выделение осуществляется вводом с клавиатуры слова select, обозначения
объекта выделения и нажатием Enter. Можно выделять:
атомы определенного химического элемента (по порядковому номеру в select elemno=8
Периодической таблице Д.И.Менделеева, например, кислород:
определенное вещество, например, воду:
select HOH
определенные аминокислоты (используются стандартные
select lys
трехбуквенные латинские обозначения)
select lys, arg, val
конкретную аминокислоту
select asp54
группы аминокислот (полярные, кислые, основные, гидрофобные и др.) select hydrophobic
небелковые компоненты молекулы (гетероатомы)
select hetero
После выделения атомов или групп можно изменять их отображение при помощи
команд пунктов меню Display, Colours. После выделения все команды касаются только
выделенных элементов молекулы; чтобы снова изменять всю молекулу в целом,
необходимо ввести в командном окне select all, или использовать пункт меню рабочего
окна Edit - Select all.
Командное окно позволяет также изменять цвет фона (введением англ. слова "Фон" и
желаемого цвета):
background red
Другие возможности программы можно освоить с помощью User Manual пункта меню
Help или путем проб и ошибок.
4. Нажав курсором мыши на атом в рабочем окне, вы увидели, что в командном окне
появился такой текст:
Atom: CA 2092 Group: Asp 54 Chain: H
Поясните, что здесь записано.
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
5. Подготовьте (сохраните в указанной папке) мини-галерею из предложенных молекул,
выделив в них разные группы и атомы и добившись наиболее показательного
расположения молекул и эффектного сочетания ее размеров и фона.
Shapely
11
П. р. № 5.
Представление данных о химическом составе живых организмов
Цели работы:
1. Научиться представлять цифровые данные в виде диаграмм;
2. Продолжить формирование навыков анализа данных.
Материалы и оборудование: цветные карандаши, чертежный инструмент (линейки, циркули),
чертежная бумага.
Протокол работы
1. Рассмотрите предложенные в разных справочниках данные о химическом составе
организма человека.
Химический элемент %
Химический элемент %
Химический элемент
%
Оксиген О
65
Фосфор P
1
Магний Mg
0,05
Карбон С
18
Калий R
0,35 Феррум Fe
0,004
Гидроген Н
10
Сульфур S
0,25 Манган Mn
0,0003
Нитроген N
3
Хлор Cl
0,15 Купрум Cu
0,00014
Кальций Ca
1,75
Натрий Na
0,15 Йод I
0,00004
Сравните эти данные со взятым из справочником элементарным составом литосферы,
атмосферы, гидросферы. Предложите способы представления этих данных в сравнении
друг с другом, а также наиболее наглядные способы представления основных данных –
о химическом составе живых организмов. Задание выполняется на листе чертежной
бумаги.
2. Рассмотрите рисунок. Какую ошибку (-и) в диаграммах об элементарном составе
литосферы и атмосферы допустил художник? Как должна правильно выглядеть
ошибочная диаграмма? Задание также выполняется на листе чертежной бумаги.
12
Л. р. № 1.
Выявление катионов Са2+ і Мg2+ в костной ткани
Цели работы:
1. Научиться проводить качественное и количественное определение ионов Са2+ і Мg2+ в
костной ткани;
2. Актуализировать навыки титрования растворов.
Материалы и оборудование: навеска измельченной костной ткани, коническая колба на 100
мл, соляная кислота, дистиллированная вода, оксалат аммония, концентрированная уксусная
кислота, 0,05Н раствор трилона Б, 1Н раствор гидроксида натрия, гидроксильный нафтол
синий, микроскоп, предметное стекло, пробирки, пипетки, бюретка, др. химическая посуда.
Краткое описание
Этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА, с ионами
металлов образует соли этилендиаминтетраацетаты),
комплексон II: белый мелкокристаллический порошок,
малорастворим в воде, растворим в щелочах. ЭДТА —
четырехосновная кислота, важнейший представитель
комплексонов, образующих прочные внутрикомплексные
соединения (хелаты) с ионами металлов. Применяют ЭДТА в
виде дигидрата двунатриевой соли (комплексон III, трилон Б,
Na-ЭДТА) — в аналитической химии позволяет определять
более 60 элементов.
Ход работы
1. Перевести ионы, содержащиеся в костной ткани, в растворенное состояние.
Протокол работы
1. Образец костной ткани массой 200 мг поместите в колбу, смешайте с водой и соляной
кислотой (по 2 мл каждой), добавьте воды до общего объема 50 мл, тщательно
перемешивайте в течение 5 мин.
2. Поместите в пробирку 1 мл раствора из колбы и добавьте 1 мл раствора оксалата
аммония. Запишите наблюдения:
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
Запишите уравнение реакции:
__________ + (NH4)2C2O4  ____________________________________________
Добавьте 2 мл концентрированной уксусной кислоты CH3COOH. Тщательно
перемешайте. Запишите наблюдения:
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
3. Возьмите пипеткой каплю надосадочной жидкости и поместите каплю раствора на
предметное стекло, рядом поместите каплю раствора гидрофосфат натрия (смешайте
равные количества Na2HPO4, NH4OH и NH4Cl). Стеклянной палочкой соедините капли
и рассмотрите под микроскопом образовавшиеся кристаллы. Зарисуйте их форму.
Поле для рисунка, можно справа от задания.
4. Количественное определение кальция в костях. Перед титрованием добавьте в колбу 18
мл 0,05Н трилона Б к смеси, чтобы предотвратить осаждение кальция гидроксида, а
затем добавьте 25 мл 1 Н раствора гидроксида натрия и конечный объем доведите
дистиллированной водой до 100 мл. Титруйте раствор 0,05Н трилоном, используя
13
гидроксильный нафтол синий в качестве индикатора. Каждый мл 0,05Н раствора
трилона Б эквивалентен 20,04 мг Са. Рассчитайте содержание кальция в образце
костной ткани:
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
14
Л. р. № 2.
Выявление сероводорода в протухшем яйце
Цели работы:
1. Научиться проводить качественную реакцию на сероводород;
2. Развивать лабораторные навыки (работа с сильнопахнущими веществами).
Материалы и оборудование: протухшее сырое яйцо, стеклянный стакан, глубокий бюкс с
притертой пробкой, свинцовая индикаторная бумага (фильтровальная бумага, пропитанная
водным раствором ацетата свинца), длинный гвоздь.
Ход работы
1. Поместить яйцо на дно бюкса.
2. Увлажнить индикаторную бумагу и приклеить на внутреннюю часть крышки
бюкса.
3. Проткнуть скорлупу яйца гвоздем и сразу же закройте бюкс крышкой. Наблюдать
за изменением окраски индикаторной бумаги.
4. Ответить на вопросы.
Протокол работы
1. Осторожно, стараясь не разбить, поместите яйцо на дно бюкса.
2. Смочите индикаторную бумагу раствором ацетата свинца и прикрепите на
внутреннюю часть крышки бюкса.
3. Проткните скорлупу гвоздем и быстро закройте крышкой. Опишите наблюдаемое
явление:
_______________________________________________________________________
4. А. Запишите уравнение наблюдаемой реакции.
CH3COOPb + ___________________________________________________________
Б. Почему у разных групп интенсивность проявления изменений на индикаторной
бумаге разная?
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
15
Л. р. № 3.
Качественные реакции на нитраты и нитриты. Определение содержания нитратов в продуктах
питания
Цели работы:
1. Научиться;
2. Актуализировать;
3. Продолжить формирование навыков обработки данных.
Материалы и оборудование: образцы овощей (картофель, свекла, морковь, редис и др.) или
соков; фарфоровая ступка, прокаленный песок; раствор Грисса, раствор для крахмал-йодной
пробы, 5%-ный раствор HCl, белая керамическая плитка; дифениламин, концентрированная
серная кислота.
Краткое описание
Нитраты – соли азотной кислоты, например NaNO3, KNO3, NH4 NO3, Mg(NO3)2. Они являются
нормальными продуктами обмена азотистых веществ любого живого организма –
растительного и животного, поэтому «безнитратных» продуктов в природе не бывает. Даже в
организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах 100 мг и более
нитратов. Из нитратов, ежедневно попадающих в организм взрослого человека, 70% поступает
с овощами, 20% – с водой и 6% – с мясом и консервированными продуктами.
При потреблении в повышенных количествах нитраты в пищеварительном тракте частично
восстанавливаются до нитритов (более токсичных соединений), которые при поступлении в
кровь могут вызвать метгемоглобинемию. Кроме того, из нитритов в присутствии аминов
могут образоваться N-нитрозамины, обладающие канцерогенной активностью. При приеме
высоких доз нитратов с питьевой водой или продуктами через 4–6 ч появляются тошнота,
одышка, посинение кожных покровов и слизистых, понос, сопровождающиеся общей
слабостью, головокружением, болями в затылочной области, сердцебиением. Первая помощь –
обильное промывание желудка, прием активированного угля, солевых слабительных, свежий
воздух.
Допустимая суточная доза нитратов для взрослого человека составляет 325 мг в сутки.
установлены следующие значения предельно допустимых концентраций нитратов (табл. 1).
Предельно допустимые концентрации нитратов в продуктах растениеводства
Продукт
Листовые овощи
(салат, петрушка, укроп)
Kапуста белокочанная
ранняя
Kапуста бело-кочанная
поздняя
Морковь ранняя
Морковь поздняя
Содержание,
мг/кг
2000
Продукт
Продукт
Томаты
Содержание,
мг/кг
150/300
Перец сладкий
Содержание,
мг/кг
200
900
Огурцы
150/400
Kабачки
400
500
Свекла
столовая
Лук репчатый
Kартофель
1400
Дыни
90
80
250
Арбузы, виноград
Яблоки, груши
60
60
400
250
Ход работы
1. Подготовить образцы растительных тканей или соков.
2. Провести крахмал-йодную реакцию на нитриты, сравнить образцы.
3. Провести реакцию с реактивом Грисса на нитриты, сравнить образцы.
4. Провести реакцию на нитраты, сравнить образцы.
5. Выполнить задание.
Протокол работы
1. Приготовьте растительные образцы для анализа. Образцы овощей готовят так: 10 г
измельченного материала взвешивают с точностью до первого десятичного знака,
16
2.
3.
4.
5.
помещают в ступку, наливают 50 мл 1%-ного раствора алюмокалиевых квасцов
растирают в ступке с прокаленным песком или битым стеклом. При использовании
для анализа сока отбирают пипеткой 10 мл сока, прибавляют 50 мл 1%-ного
раствора алюмокалиевых квасцов, перемешивают и в полученном растворе
определяют наличие и концентрацию нитрат-ионов.
Запишите, какие объекты используются в эксперименте:
______________________________________________________________________
Крахмал-йодная реакция на нитриты: на часть растертого образца ткани на
керамической плитке или в пробирку с 3 мл приготовленного раствора сока
добавляют по капле раствор, содержащий ZnCl2, KI, крахмал, и 5%-ный раствор
HCl. При наличии в среде нитритов появляется синее окрашивание. Сравните
интенсивность окрашивания разных образцов:
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
Реакция Грисса на нитриты: на часть растертого образца ткани на керамической
плитке или в пробирку с 3 мл приготовленного раствора сока добавляют по капле
раствор реактива Грисса. Появление красного окрашивания свидетельствует о
присутствии нитритов. Сравните интенсивность окрашивания разных образцов:
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
Качественная реакция на нитраты. На белой керамической пластинке несколько
кристаллов дифениламина растворяют в капле концентрированной серной кислоты
и к смеси добавляют исследуемый материал. При наличии нитратов возникает синее
окрашивание. Следует иметь ввиду, что пробу на нитраты можно проводить только
в отсутствие нитритов, т.к. последние тоже дают синее окрашивание с
дифениламином. Сравните интенсивность окрашивания разных образцов:
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
Допустимая суточная доза нитратов для взрослого человека составляет 325 мг в
сутки. В питьевой воде допускается присутствие нитратов до 45 мг/л.
Рекомендуемое потребление питьевой воды (включая продукты питания) –
примерно 1,0–1,5 л, максимум – 2,0 л в день. Составьте по этим данным и таблице в
описании работы расчетную задачу (и приведите ответ).
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
17
Л. р. № 4.
Определение карбонат-иона в скорлупе яйца
Цели работы:
1. Провести качественную реакцию на карбонат-ионы с биологическим объектом;
2. Актуализировать навыки проведения химических реакций с газообразными
продуктами;
3. Вспомнить зависимость скорости химических реакций от условий протекания и
оценить влияние разных факторов в данном опыте.
Материалы и оборудование: яичная скорлупа, разбавленная соляная кислота, раствор
гидроокиси кальция, прибор для улавливания СО2, фарфоровая ступка.
Ход работы
1. Скорлупу измельчить в ступке.
2. Поместить измельченную скорлупу в прибор для улавливания СО2 и добавить
соляную кислоту.
3. Осуществить взаимодействие собранного газа с известковой водой.
4. Ответить на вопросы.
Протокол работы
5. Измельчите скорлупу в фарфоровой ступке. Качество измельчения влияет на
скорость реакции.
6. Поместите измельченную скорлупу в прибор для улавливания газов и прилейте
раствор соляной кислоты. Опишите наблюдаемое явление и его параметры
(интенсивность, продолжительность):
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
7. Взболтайте собранный газ с раствором известковой воды; опишите увиденное:
_______________________________________________________________________
8. А. Запишите уравнение наблюдаемой реакции.
_______________________________________________________________________
Б. Почему степень измельчения скорлупы влияет на скорость реакции? какие еще
факторы могут повысить или понизить скорость этой реакции?
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
18
Л. р. № 5.
Определение качества воды методами химического анализа
Цели работы:
1. Научиться;
2. Актуализировать навыки титрования растворов;
3. Продолжить формирование навыков обработки данных.
Материалы и оборудование: проба водопроводной воды; пипетка объемом 10 см3; 2 бюретки;
дистиллированная вода в бутыли; конические колбы; мерный цилиндр, пипетка; белая
кафельная плитка; калий-хроматный индикатор; 5 мл аммиачного буферного раствора
(NH4OH+NH4Cl); 50 см3 раствора нитрата серебра (2,73 г на 100 см3 раствора); универсальный
индикатор; индикатор эриохром черный; 0,05Н раствор трилона Б (Na-ЭДТА) для титрования.
Краткое описание
Качество воды определяется целым рядом показателей (содержание тех или иных примесей),
предельно допустимые значения которых задаются соответствующими ГОСТ 2874-82 “Вода
питьевая. Гигиенические требования, контроль за качеством”, а также утвержденными
Министерством здравоохранения Украины ДСАНПIН “Вода питна. Гігієнічні вимоги до
якості води централізованого господарсько-питного водопостачання”, регистрационный №
136/1940 от 15.04.97 г. Основными показателями качества питьевой воды являются вкус и
запах, цветность, растворенный сухой остаток, жесткость, кислотность или активная реакция
(рН), концентрация солей Феррума, сульфатов и хлоридов, растворенный кислород и общее
число бактерий. В работе изучаются три показателя качества водопроводной воды:
кислотность, жесткость и содержание хлоридов (приблизительная оценка солености).
Жесткость воды обуславливается присутствием в ней солей Кальция и Магния, это общая
жесткость. Она складывается из карбонатной (временной, обусловленной присутствием
гидрокарбонатов Кальция и Магния) и некарбонатной (постоянной, обусловленной
присутствием хлоридов Са2+, Mg2+ и Fe2+).
Ход работы
1. Определение кислотности пробы воды.
2. Оценка жесткости воды титрованием с трилоном Б.
3. Расчет жесткости воды.
4. Определение содержания хлоридов в пробе воды.
5. Ответить на вопросы.
Протокол работы
1. Определите с помощью универсального индикатора водородный показатель
(кислотность) пробы. Запишите полученное значение.
рН = ____________
2. Внесите в коническую колбу на 250 мл 100 мл исследуемой воды, прибавьте 5 мл
аммиачного буферного раствора(NH4OH+NH4Cl) для установления щелочной
реакции, а затем 7-8 капель индикатора (эриохрома черного). Проба окрашивается в
интенсивный вишнево-красный цвет. Перемешайте раствор и медленно титруйте из
бюретки 0,05Н раствором трилона Б до изменения окраски пробы от вишневой до
синей. Изменение окраски происходит потому, что трилон Б в щелочной среде
взаимодействует с ионами кальция и магния, образуя комплексное неокрашенное
соединение и вытесняя индикатор в свободном виде. Повторите опыт и запишите
результаты:
V1 = ______________ V2 = _________________ Vcp = ______________.
3. Расчет общей жесткости производят по формуле:
19
X= (V×N) / V1
где: V - объем раствора трилона Б, израсходованного на титрование, мл;
N - нормальность раствора трилона Б, мг экв/л (0,05);
V1- объем исследуемого раствора, взятого для титрования, мл.
X= ____________________.
4. Для определения содержания хлоридов в пробе воды налейте пипеткой 10 см3
исследуемой воды в коническую колбу и добавьте 2 капли калий-хроматного
индикатора. Оттитруйте раствором нитрата серебра, постоянно встряхивая колбу. В
конечной точке титрования осадок хлорида серебра окрасится в красный цвет.
Запишите количество израсходованного нитрата серебра. Дважды повторите
титрование с 10 см3 исследуемой воды, запишите результаты:
V1 = ___________ V2 = _____________ V3 = ____________ Vcp = ___________.
Объем израсходованного нитрата серебра приблизительно равен содержания
хлоридов в пробе воды (в г на 1 л).
5. Ответьте на вопросы:
А. Как вы думаете, какие из измеренных показателей будут отличаться у «сырой» и
кипяченой воды и почему?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
В. Почему в первом опыте не предлагается выполнить несколько повторений, а во
втором и третьем – предлагается?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
20
Л. р. № 6.
Аналитическое определение и исследование липидов и углеводов
Цели работы:
1. Научиться проводить качественные реакции на углеводы (полисахариды,
редуцирующие сахара) и липиды;
2. Актуализировать навыки расчетов при приготовлении растворов;
3. Продолжить формирование навыков фиксирования экспериментальных данных.
Материалы и оборудование: индикаторная бумага; пробирки; штатив для пробирок; горелка;
пипетки; шпатель; раствор йода в йодистом калии; реактив Бенедикта; реактив Фелинга;
разбавленная серная кислота; гидрокарбонат натрия (питьевая сода); судан ІІІ; 5% раствор
гидроксида калия; 1% раствор сульфата меди; 1% раствор крахмала (желательно из
кукурузной муки); 1% раствор глюкозы; 2% раствор сахарозы (следует использовать
химически чистую сахарозу, не содержащую примеси какого-либо редуцирующего сахара);
1% раствор лактозы; 1% раствор фруктозы; подсолнечное масло; спирт.
Краткое описание
В работе используются два именных реактива.
Реактив Бенедикта. Готовится он так: отдельно готовят два раствора: 1 – в 600 мл теплой воды
растворяют 100 г безводного цитрата натрия и 90 г безводного карбоната натрия, нагревают до
полного растворения солей; 2 – в 100 мл воды растворяют 17,3 г сульфата меди (CuSO4·5H2O).
Оба раствора сливают и доводят водой до 1 л. Реактив устойчив.
Реактив Фелинга. Отдельно готовят два раствора: 1 – в мерной колбе емкостью 500 мл
растворяют 34,64 г сульфата меди (CuSO4·5H2O) и доводят водой до метки; 2 – в 250 мл воды
растворяют 173 г сегнетовой соли COOK–CHOH–CHOH–COONa·4H2O; раствор переносят в
мерную колбу на 500 мл и приливают 50 г раствора гидроксида натрия и доводят водой до
метки. Растворы хранят отдельно; равные количества 1 и 2 растворов смешивают
непосредственно перед употреблением или добавляют по отдельности, смешивая
непосредственно с реагентом.
Ход работы
1. Провести реакцию с 4 растворами сахаров с помощью реактива Бенедикта.
2. Провести реакцию с 4 растворами сахаров с помощью реактива Фелинга.
3. Провести нагревание раствора сахарозы в кислой среде с последующей
нейтрализацией и повторно – реакцию с раствором Бенедикта.
4. Провести реакцию крахмала с раствором йода в йодистом калии.
5. Провести эмульсионную пробу с подсолнечным маслом.
6. Провести окрашивание смеси подсолнечного масла с водой суданом ІІІ.
Протокол работы
Внимание! При всех описанных здесь анализах нагревание следует проводить на водяной бане
при температуре кипения воды. Прямое нагревание пробирок на огне недопустимо.
1. Реакция с реактивом Бенедикта. Возьмите 4 пробирки, подпишите их и поместите в
каждую по 2 мл 1% раствор глюкозы; 2% раствор сахарозы; 1% раствор лактозы;
1% раствор фруктозы. Добавьте в каждую пробирку равное количество раствора
Бенедикта. Встряхните и осторожно доведите до кипения на водяной бане, и
продержите на ней 5 мин. После этого охладите под струей воды. Запишите
наблюдения в таблицу:
При нагревании
После охлаждения
1% раствор глюкозы
21
2% раствор сахарозы
1% раствор лактозы
1% раствор фруктозы
2. Реакция с реактивом Фелинга. Возьмите 4 пробирки, подпишите их и поместите в
каждую по 2 мл 1% раствор глюкозы; 2% раствор сахарозы; 1% раствор лактозы;
1% раствор фруктозы. Добавьте в каждую пробирку по 1 мл раствора 1 и 1 мл
раствора 2 реактива Фелинга. Встряхните и осторожно доведите до кипения на
водяной бане, и продержите на ней 3 мин. После этого охладите под струей воды.
Запишите наблюдения в таблицу:
При нагревании
После охлаждения
1% раствор глюкозы
2% раствор сахарозы
1% раствор лактозы
1% раствор фруктозы
3. Поместите в пробирку 2 мл раствора сахарозы. Добавьте 1 мл разбавленной соляной
кислоты и кипятите в течение 1 мин. Осторожно нейтрализуйте кислоту
гидрокарбонатом натрия, проверяя универсальным индикатором (осторожность
требуется потому, что жидкость вскипает). Провести реакцию Бенедикта (добавить
2 мл реактива Бенедикта и нагревать 5 мин на водяной бане, после чего охладить).
Запишите наблюдения и поясните их.
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Отличается ли осадок, получившийся в этой реакции, от реакции с растворами
глюкозы или фруктозы? Чем? Как можно объяснить это отличие?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
4. Внесите в пробирку 2 мл 1% раствора крахмала. Добавьте несколько капель
раствора I2/KI. Запишите наблюдения.
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
5. Добавьте 2 мл растительного масла в пробирку, содержащую 2 мл неразбавленного
спирта. Сильно встряхните для растворения липида. Добавьте равное количество
холодной воды.
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
6. Добавьте 2 мл растительного масла в пробирку, содержащую 2 мл воды. Добавьте
несколько капель судана III и встряхните. Запишите наблюдения.
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
22
Л. р. № 7.
Определение кислотности муки
Цели работы:
1. Научиться определять кислотность взвеси органического материала;
2. Актуализировать навыки титрования растворов.
Материалы и оборудование: Колбы конические, 200 мл; бюретка, 25 мл; дистиллированная
вода; 0,1Н раствор NaOH; образцы пшеничной муки разных сортов; весы лабораторные
общего назначения; индикатор (тимолфталеин, фенолфталеин или тимоловый синий).
Краткое описание
Химический состав муки определяет ее пищевую ценность и хлебопекарные свойства.
Крахмал – важнейший углевод муки. В процессе приготовления хлеба крахмал является
источником сбраживаемых углеводов в тесте; поглощает воду при замесе, участвуя в
формировании теста; клейстеризуется при выпечке, участвуя в формировании мякиша хлеба.
Целлюлозу относят в группе пищевых волокон. Пищевые волокна не усваиваются организмом
человека, поэтому они снижают энергетическую ценность муки, повышая при этом пищевую
ценность хлеба: они ускоряют перистальтику кишечника.
Чем больше белков содержится в муке и чем сильнее их способность к набуханию, тем больше
получится сырой клейковины. Количество клейковины и ее свойства определяют
хлебопекарное достоинство муки и качество хлеба.
Чем ниже сорт муки, тем выше содержание в ней жира. При хранении муки жир под
действием ферментов расщепляется на глицерин и жирные кислоты. Кислотность муки –
важный показатель условий хранения муки и ее свежести.
Ход работы
1. Подготовить пробирки для образцов и поместить в них растворы, закрыть пробирки
пробками.
Протокол работы
1. Взвесьте на лабораторных весах навеску муки массой 5,0 г.
2. Взвешенную навеску продукта высыпьте в сухую колбу коническую и прилейте 50
мл дистиллированной воды для приготовления болтушки. Содержимое колбы
немедленно перемешайте взбалтыванием до исчезновения комочков. Добавьте в
болтушку индиктор.
3. Заполните бюретку раствором щелочи. Проследите, чтобы край нижнего мениска
приходился точно на “0”.
4. Оттитруйте раствор. Приливай те щелочь равномерно по каплям при постоянном
взбалтывании содержимого колбы. При появлении окраски отметьте объем щелочи,
израсходованный для титрования. Запишите объем.
______________________________________________________________________________
5. Кислотность муки (в Н) вычисляют по формуле:
где V – число миллилитров 0,1 Н раствора едкой щелочи, затраченное на
титрование; m –- масса навески продукта, г.
6. На основании расчета по таблице установите сорт муки.
Нормы кислотности:
Сорт муки
Кислотность, град.
Пшеничная высшего сорта
2,5
Пшеничная 1-го сорта
3,5
23
Пшеничная 2-го сорта
Обойная
4,5
6,5
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
24
Л. р. № 8.
Аналитическое определение и исследование состава белков
Цели работы:
1. Научиться определять белки в растворе (качественная реакция) и отдельные
элементы, входящие в их состав;
2. Актуализировать навыки проведения химических реакций с нагреванием и
потенциально опасными веществами (щелочи);
3. Продолжить формирование навыков фиксации данных.
Материалы и оборудование: яичный белок; цветные карандаши; пробирки; штатив для
пробирок; горелка; пипетки; шпатель; 10% раствор NaOH, 30% раствора NaOH, 1% раствор
Cu(OH)2; 5% раствор ацетата свинца, натронная известь сухая (смесь NaOH и Ca(OH)2),
универсальный индикатор.
Ход работы
1. Подготовить пробирки для образцов и поместить в них растворы, закрыть пробирки
пробками.
Протокол работы
1. Приготовьте раствор яичного белка. Для этого белок куриного яйца фильтруют
через марлю и разводят дистиллированной водой в соотношении 1:10.
2. Внесите пробирку 5 капель раствор яичного белка, 3 капли 10% раствора NaOH, 1
каплю Cu(OH)2, перемешивайте. Опишите цвет полученного раствора.
_____________________________________________________________________
3. К 5% раствору ацетата свинца прибавьте равный объем 30% раствора NaOH. К 5
каплям раствора белка прибавьте 5 капель полученного реактива и кипятите 2-3
мин. Дайте раствору остыть в течение 1-2 мин. Опишите изменение окраски.
Присутствие какого элемента оценивается данной реакцией?
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
4. Внесите пробирку 5 капель раствор яичного белка, прибавьте двойное количество
измельченной натронной извести и осторожно нагревайте. Поднесите к горлышку
пипетки смоченную полоску универсального индикатора. В какую сторону
изменяется кислотность? Какой запах слышен? Присутствие какого элемента
оценивается данной реакцией?
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
25
Л. р. № 9.
Реакции осаждения белков
Цели работы:
1. Научиться проводить реакции обратимого и необратимого осаждения белков;
2. Актуализировать навыки фильтрования растворов;
3. Продолжить формирование навыков фиксации наблюдений.
Материалы и оборудование: пробирки, фильтры и фильтровальная бумага, пипетки и др.
оборудование; реактивы для опытов:
1) неразведенный яичный белок; насыщенный раствор сульфата аммония; NaOH, 10% раствор,
CuSO4, 1% раствор; дистиллированная вода; сульфат аммония в порошке.
2) яичный белок,10% раствор, 1% раствор; уксусная кислота, 1% и 10% растворы; NaOH, 10%
раствор.
3) яичный белок,1% раствор; концентрированная серная кислота; концентрированная
хлористоводородная кислота; концентрированная азотная кислота.
4) яичный белок, 1% раствор; сульфат меди, 10% раствор; ацетат свинца, 5% раствор; нитрат
серебра, 5% раствор.
Краткое описание
Белки в растворе и соответственно в организме сохраняются в нативном состоянии за счет
факторов устойчивости, к которым относятся заряд белковой молекулы и гидратная оболочка
вокруг нее. Удаление этих факторов приводит к склеиванию молекул белков и выпадению их в
осадок. Осаждение белков может быть обратимым и необратимым в зависимости от реактивов
и условий реакции.
Ход работы
1. Проведите реакцию высаливания белков с сульфатом аммония.
2. Проведите осаждение белков при нагревании.
3. Проведите осаждение белков концентрированными минеральными кислотами.
4. Проведите осаждение белков солями тяжелых металлов.
Протокол работы
1. Высаливание. Внесите в пробирку 30 капель неразведенного яичного белка и добавьте
равное количество насыщенного раствора сульфата аммония, содержимое пробирки
перемешайте. Запишите наблюдения.
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Профильтруйте раствор, затем внесите порошок сульфата аммония до тех пор пока не
прекратится растворение соли. Запишите наблюдения.
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Как вы думаете, это обратимое осаждение или необратимое? Как это можно проверить?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2. Осаждение при нагревании. Приготовьте раствор яичного белка. Для этого белок
куриного яйца фильтруют через марлю и разводят дистиллированной водой в
соотношении 1:10. В 4 пронумерованные пробирки внесите по 10 капель раствора
яичного белка. Затем 1-ю пробирку нагрейте до кипячения; во вторую пробирку
добавьте 1 каплю 1% раствора уксусной кислоты и нагрейте до кипячения; в 3-ю
пробирку добавьте 1 каплю 10% раствора уксусной кислоты и нагрейте до кипения; в 4-
26
ю пробирку добавьте 1 каплю раствора NaOH, нагрейте до кипения. Запишите
наблюдения.
1-я пробирка
2-я пробирка
3-я пробирка
4-я пробирка
3. Осаждение концентрированными минеральными кислотами. Приготовьте 1%-й раствор
яичного белка. В три пробирки наливают по 5 капель концентрированной серной,
хлористоводородной и азотной кислот; затем, наклонив пробирку под углом 45
градусов, осторожно по стенке наслаивают такой же объем яичного белка. На границе
двух слоев появляется осадок белка в виде белого кольца. Осторожно встряхивают
пробирки, и запишите наблюдения:
1-я пробирка
(H2SO4)
2-я пробирка
(HCl)
3-я пробирка
(HNO3)
4. Осаждение солями тяжелых металлов. Приготовьте 1%-й раствор яичного белка. В три
пробирки внесите по 5 капель белка; в первую пробирку добавляют 1 каплю раствора
сульфата меди, во вторую - 1 каплю ацетата свинца, в третью - 1 каплю нитрата
серебра. Запишите наблюдения:
1-я пробирка
(CuSO4)
2-я пробирка
(PbCH3COOl)
3-я пробирка
(AgNO3)
Добавьте в каждую Пробирку по 10 капель раствора нитрата серебра. Запишите
наблюдения:
1-я пробирка
(CuSO4)
2-я пробирка
(PbCH3COOl)
3-я пробирка
(AgNO3)
27
Л. р. № 10.
Свойства ферментов (влияние температуры, рН на активность амилазы слюны)
Цели работы:
1. Научиться оценивать активность фермента;
2. Научиться ставить серию опытов по изучению воздействия количественных факторов;
3. Продолжить формирование навыков обработки данных и представления результатов
эксперимента.
Материалы и оборудование: реактив Бенедикта; буферные растворы с рН 3, 5, 7, 9 и 11; 1%
раствор крахмала; водяная баня с температурой 38°С; кипящая водяная баня; горелка;
рассекатель для пламени; держатель для пробирок, восковой карандаш для пробирок, штатив с
пробирками; градуированные пипетки на 5 мл; термометр; таймер; дистиллированная вода;
исходный раствор слюны; амилаза (такая же, как та, что содержится в слюне).
Ход работы
1. Собрать слюну для опыта по стандартной методике.
2. Исследовать влияние температуры на скорость ферментативной реакции с помощью
реактива Бенедикта.
3. Исследовать влияние рН на скорость ферментативной реакции с помощью реактива
Бенедикта.
4. Выполнить задание.
Протокол работы
1. Сполосните рот водой 2-3 раза и выплюньте эту воду. Наберите в рот 10 мл
дистиллированной воды, пополощите в течение 1 минуты и соберите эту жидкость.
Доведите объем этого раствора амилазы слюны до 40 мл дистиллированной водой.
2. Пронумеруйте 4 пробирки, внесите в них по 2 мл раствора крахмала и по 1 мл раствора
амилазы. Поместите все пробирки на 10-15 минут в такие условия: пробирку 1
поместите на лед, пробирку 2 оставьте при комнатной температуре; пробирку 3
поместите на водяную баню с температурой 38°С; пробирку 4 нагревайте на кипящей
водяной бане. Выдержите пробирки 2-3 минуты при комнатной температуре и добавьте
в каждую по 2,5 мл раствора Бенедикта. Запишите наблюдения.
1-я пробирка
2-я пробирка
3-я пробирка
4-я пробирка
Поясните, с чем связаны различия.
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
3. Проведите эксперимент по определению влияния рН на активность фермента амилазы
(с раствором фермента промышленного производства, а не собранного из собственной
слюны).
A. Пометьте меткой «рН 3» одну из пробирок и внесите в нее 2 мл раствора крахмала.
Добавьте в нее пробирку 2 мл буферного раствора с рН 3 и тщательно
перемешайте оба раствора. В другую пробирку, также снабженную меткой, влейте
4 мл раствора фермента.
28
B. Влейте небольшое количество реактива Бенедикта (0,5 мл) в 11 пробирок и
пометьте их номерами 1-11.
C. Поставьте все пробирки на водяную баню и выждите некоторое время (около 1
минуты) для того, чтобы они успели нагреться до 38°С. Когда растворы на водяной
бане примут ее температуру, влейте забуференный раствор крахмала в раствор
фермента и перемешайте, переворачивая пробирку, а затем снова поставьте
пробирку на водяную баню.
D. Включите отсчет времени и сразу же перенесите 0,5 мл реакционной смеси в
пробирку 1.
E. По истечении 1 минуты перенесите в пробирку 2 вторую порцию реакционной
смеси того же объема.
F. Повторяйте ту же процедуру с интервалами 1 минута в течение еще 9 минут для
остальных пробирок.
G. Отметьте для пробирок всех пробирок1-11 продолжительность инкубации,
требуемой для появления первых признаков положительной реакции Бенедикта
(выпадения кирпично-красного осадка) и запишите в таблицу ниже.
H. Проведите аналогичные операции с пробирками с метками «рН 5» «рН 7» «рН 9»
«рН 11».
Время инкубации в пробирках №№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
рН 3
рН 5
рН 7
рН 9
рН 11
I. Постройте график зависимости времени гидролиза от рН и объясните полученные
результаты.
Здесь рисуется координатный угол без меток по осям: обучаемые должны всё сами
подписать.
J. При каком значении рН амилаза наиболее активна?
________________________________________________________________________
4. К раствору пероксида водорода добавляли при разных значениях рН по 1 мл раствора
каталазы и отмечали время, за которое удавалось собрать 10 мл кислорода. При этом
были получены следующие результаты:
рН раствора
Время, мин
4
18,0
5
11,5
6
9,5
7
12,4
8
16,7
Представьте эти результаты в виде графика (максимально наглядно) и объясните их, в т.ч. в
сравнении с данными по амилазе.
Здесь также рисуется координатный угол без меток по осям.
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
29
П. р. № 6 .
Моделирование пространственной структуры биомолекул: классификация белков
Цели работы:
1. Научиться использовать программы-визуализаторы молекул для изучения свойств
разных белков;
2. Актуализировать навыки работы с компьютерной программой RasWin;
3. Продолжить формирование навыков извлечения информации из компьютерных
моделей.
Материалы и оборудование: компьютерный класс, программа RasWin, папка с моделями
молекул для занятия (pdb1cyo.ent, pdb1a11.ent, 1a7w.ent, pdb1aq7.ent, 2fha.pdb, pdb1gf2.ent)2 с
сайта http://www.rcsb.org/.
Краткое описание
Водный потенциал – это мера
Протокол работы
1. Рассмотрите предложенный белок pdb1cyo.ent. Как Вы думаете, это простой белок или
сложный? Почему?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
2. Как можно по расположению аминокислот, входящих состав белка, отличить
мембранный белок от глобулярного? Сделаем это на конкретном примере: рассмотрите
белки 1a7w.ent и pdb1a11.ent. Какой из этих белков мембранный, а какой глобулярный? Проиллюстрируйте ответ рисунками.
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
3. Рассмотрите рис., изображающий фермент трипсин. На
нем выделены аминокислоты, входящие в активный
центр белка. Как видите, их немного. Зачем нужны
остальные аминокислоты этой молекулы?
_________________________________________________
_________________________________________________
4. Каталитический центр фермента трипсина — Ser195,
His57 и Asp102. Откройте файл pdb1aq7.ent. Создайте
рисунок, подобный приведенному справа, и сохраните
его в собственную папку.
5. Рассмотрите белок 2fha.pdb. Что запасается в
организме этим белком?
________________________________________________
6. Шаг α-спирали белка составляет 5,4 Å, на один виток спирали приходиться 3,6
аминокислотных остатка. Линейная длина аминокислотного остатка в первичной
структуре белка (расстояние между Сαn и Сαn+1) равняется 3,5 Å. Найдите диаметр
углерод-азотного остова α-спирали.
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
Все модели в одном архиве можно скачать отсюда: http://www.kozlenkoa.narod.ru/docs/pdb0.rar , расширенная
версия работы: http://www.kozlenkoa.narod.ru/protein.htm
2
30
Можно проиллюстрировать соответствующим рисунком, на котором проставить, как на
чертеже, размеры. Воспользуйтесь для этого файлом pdb1gf2.ent (инсулиноподобный
гормон). Для выполнения задания достаточно возможностей графического редактора Paint.
Рисунок нужен, можно некрупный: http://phys.protres.ru/lectures/protein_physics/20-08.jpg
31
Л. р. № 11.
Изучение механизма ферментативной реакции (влияние концентрации фермента на скорость
реакции)
Цели работы:
1. Научиться оценивать скорость ферментативной реакции в зависимости от
концентрации субстрата;
2. Продолжить формирование навыков обработки данных, умения делать выводы о
наблюдаемых явлениях.
Материалы и оборудование: 2% раствор сахарозы, 1, 0,75 и 0,5% растворы сахаразы, реактив
Бенедикта, 12 пробирок со штативом, водяные бани с температурой 38°С и кипящая (100°С),
стеклянные палочки, таймер, дистиллированная вода, восковой карандаш для пробирок,
горелка.
Ход работы
1-9. Проведите опыт по оценке скорости ферментативной реакции в зависимости от
концентрации фермента.
10. Ответьте на вопросы.
Протокол работы
1. Добавьте в три пробирки 2 мл реактива Бенедикта: в 1-ю пробирку внесите 2 мл 1%
раствора сахаразы, во вторую - 2 мл раствора сахарозы, в 3-ю – 2 мл
дистиллированной воды. Нагрейте смесь на водяной бане при 100 °С в течение 5
минут (реакция Бенедикта). Запишите наблюдения.
1-я пробирка
2-я пробирка
3-я пробирка
2. Поместите в пробирку 5 мл 1% раствора сахаразы и доведите до кипения.
3. Подпишите восковым карандашом 8 сухих пробирок и влейте по 1 мл раствора
Бенедикта в каждую.
4. Подпишите восковым карандашом пробирку буквой «S» (субстрат), внесите в нее 5
мл 2% раствора сахарозы и поместите на водяную баню, в которой на протяжении
всего эксперимента поддерживается температура 38°С.
5. Подпишите восковым карандашом пробирку буквой «Е» (энзим, фермент), внесите
в нее 5 мл 1% раствора сахаразы и поместите на водяную баню с температурой
38°С. Выдержите обе пробирки на водяной бане в течение 5 минут.
6. Добавьте раствор фермента к раствору сахарозы и переверните пробирку, чтобы
хорошо перемешать эти два раствора. Сразу же включите отсчет времени и вновь
поставьте пробирку, содержащую реакционную смесь, на водяную баню. В течение
всего опыта непрерывно перемешивайте реакционную смесь.
7. После 30 с инкубации перенесите 1 мл смеси в пробирку 1. С интервалами 30 с
отберите такие же пробы и перенесите их по очереди в пробирки 2-8.
8. Нагрейте пробирки 1-8 на водяной бане с температурой 100°С в течение 5 минут.
Отметьте время первого появления кирпично-красного осадка, свидетельствующего
о положительной реакции на восстанавливающий сахар.
1
Время появления осадка в пробирке №
2
3
4
5
6
7
8
32
1% растворами сахаразы
0,75% растворами сахаразы
0,5% растворами сахаразы
9. Повторите всю последовательность процедур 2-8 с 0,75% и 0,5% растворами
сахаразы, запишите результаты в таблицу выше.
10. Ответьте на вопросы:
А. Какую цель преследовал 1-й этап опыта?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
В. Постройте зависимость между концентрацией субстрата и скоростью реакции.
Здесь рисуется координатный угол без меток по осям
С. Скорость ферментативной реакции складывается из скоростей двух реакций (на
самом деле – большего количества, т.к. обе реакции обратимы) – образования
фермент-субстратного комплекса и собственно превращения субстрата в продукт:
.
На скорость какой реакции влияет увеличение концентрации фермента? Почему
после достижения определенной концентрации фермента ее дальнейшее повышение
не вызывает увеличения скорости реакции?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
33
Л. р. № 12.
Явление плазмолиза и деплазмолиза в растительной клетке
Цели работы:
1. Научиться ставить опыт по изучению воздействия гипо- и гипертонических
растворов на растительные ткани;
2. Актуализировать навыки приготовления временных микропрепаратов и работы с
микроскопом;
3. Продолжить формирование навыков создания учебных рисунков.
Материалы и оборудование: микроскопы, луковица лука, дистиллированная вода, 9% раствор
NaCl, фильтровальная бумага, пипетки. Вместо лука можно использовать лепесток сенполии клетки, заполненные антоцианом (пигменты растений красного, синего и фиолетового цвета,
растворены в клеточном соке) будут более наглядны.
Ход работы
1. Приготовить временный препарат кожицы лука в воде. Зарисовать вид клеток
2. Заменить воду на 9% раствор хлорида натрия. Сделать учебный рисунок.
3. Заменить солевой раствор на воду. Сравнить скорость процессов.
4. Ответить на вопросы.
Протокол работы
1. Снимите нижнюю кожицу чешуи лука (4мм2); приготовьте микропрепарат,
рассмотрите и зарисуйте 4-5 клеток увиденного в левом поле.
2. С одной стороны покровного стекла нанесите несколько капель раствора
поваренной соли, а с другой стороны полоской фильтровальной бумаги оттяните
воду. Рассмотрите микропрепарат в течение нескольких секунд. Обратите внимание
на изменения, произошедшие с мембранами клеток и время за которое эти
изменения произошли. Зарисуйте изменившийся объект в правом поле.
3. Нанесите несколько капель дистиллированной воды у края покровного стекла и
оттяните ее с другой стороны фильтровальной бумагой, смывая плазмолизирующий
раствор. В течение нескольких минут рассматривайте микропрепарат под
микроскопом. Отметьте изменения положения мембран клеток и время, за которое
эти изменения произошли. Сравните скорость плазмолиза и деплазмолиза.
Объясните разницу в скорости этих двух процессов.
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
34
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
4. Ответьте на вопросы:
А. куда двигалась вода (в клетки или из них) при помещении ткани в раствор соли?
А при помещении ткани в воду?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
Б. Почему в варенье яблоки становятся менее сочными?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
35
Л. р. № 13.
Определение водного потенциала растительной ткани
Цели работы:
1. Научиться оценивать водный потенциал и тургорное натяжение клеточных стенок
растительной ткани;
2. Актуализировать навыки приготовления растворов разных концентраций, снятия
данных с лабораторных объектов;
3. Продолжить формирование навыков обработки данных; использовать разные
способы представления экспериментальных данных для обобщения результатов
эксперимента.
Материалы и оборудование: свежий клубень картофеля или корень свеклы; чашка Петри; 6
пробирок; штатив для пробирок; этикетки или восковой карандаш; 2 градуированные пипетки
на 10 или 25 мл; 1м раствор сахарозы; скальпель или нож; 2 стакана на 100 мл; металлическая
линейка или миллиметровая бумага.
Краткое описание
Водный потенциал – это мера стремления молекул воды перемещаться из одного места в
другое. Принцип опыта состоит в подборе раствора с известным водным потенциалом, в
котором исследуемая ткань не будет ни поглощать, ни терять воду. Препараты ткани
помещают для уравновешивания в растворы различной концентрации. Ткань будет иметь тот
же водный потенциал, что и раствор, в котором не произойдет изменения массы или объема
исследуемой ткани (в этой работе измеряется именно изменение объема, а точнее – длины
образца).
Водный потенциал клетки определяется из выражений:
;
, когда эти две системы находятся в равновесии.
Ход работы
1. Подготовить пробирки для образцов и поместить в них растворы, закрыть пробирки
пробками.
2. Приготовить растворы сахарозы различной концентрации (чистая вода, 0,1; 0,25;
0,5; 0,75; и 1,0М растворы сахарозы).
3. Подготовить препарат растительной ткани (по 3 полоски 50×5×3 мм в каждую
пробирку) и быстро поместить в пробирки с растворами разной концентрации.
4. Через сутки извлечь образцы тканей и быстро измерить длину полосок.
5. Рассчитать водный потенциал ткани.
6. Ответить на вопросы.
Протокол работы
1. Подпишите 6 пробирок для дистиллированной воды и для 0,1; 0,25; 0,5; 0,75; и
1,0М растворов сахарозы, приготовьте пробки для них.
Рассчитайте, какое количество воды и раствора сахарозы нужно взять, чтобы
получить 100 мл растворы с такими концентрациями:
Требуемая концентрация
Воды
Сахарозы (1М)
0,1
0,25
0,5
0,75
2.
36
Возьмите градуированные пипетки, стакан с дистиллированной водой и стакан с 1М
раствором сахарозы и приготовьте в отдельных емкостях (пробирках, стаканах)
растворы различной концентрации. Используйте 2 пипетки – одну только для раствора
сахарозы, другую – только для дистиллированной воды. Встряхивая пробирки или
стаканы, хорошо перемешайте каждый раствор.
Поместите приготовленные растворы в пробирки и закройте их пробками.
3.
Возьмите нож или скальпель, сделайте срез толщиной 5 мм из середины большого
корня свеклы или крупной картофелины и вырежьте из него 20 прямоугольных
полосок шириной 2 мм и максимальной длины (удобнее, если это будет 50 мм).
Работать надо быстро, чтобы избежать потери воды, т.к. это понизит водный
потенциал ткани. Быстро поместите по 3 полоски в каждую из подготовленных
пробирок. Закройте пробирки пробками и оставьте хотя бы на час, а лучше на
сутки.
4.
Быстро извлеките полоски ткани из пробирок в чашку Петри (выполнять работу
надо быстро) и измерьте длину полосок. Для этого воспользуйтесь металлической
линейкой или поставьте чашку Петри на миллиметровую бумагу (предварительно
убедившись, что дно чашки Петри чистое и сухое). Запишите результаты
измерений в таблицу:
Концентрация
сахарозы, М
0
0,1
0,25
0,5
0,75
1
5.
1
Длина полосок
2
3
Среднее
значение
Рассчитайте среднее изменение длины в процентах.
Концентрация
Изменение длины
сахарозы, М
полоски, %
0
0,1
0,25
0,5
0,75
1
Постройте график зависимости среднего изменения длины полоски (по вертикальной
оси) от концентрации раствора сахарозы (по горизонтальной оси). Изменение длины
полосок означает и изменение объема.
Здесь координатный угол с нанесенными рисками по горизонтальной и
вертикальной шкале, но без подписей по осям и значений; можно дать сетку как
на листе в клетку.
По полученной кривой определите ту концентрацию раствора сахарозы, при которой
длина полосок совершенно не изменяется.
Концентрация сахарозы: _________________ М.
37
Постройте график зависимости осмотического давления (по вертикальной оси) от
молярной концентрации раствора сахарозы (по горизонтальной оси), используя данные
из таблицы.
Осмотическое давление растворов сахарозы при 20 ºС
Концентрация
сахарозы, М
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
Осмотическое
давление, кПа
130
260
410
540
680
820
970
Концентрация
сахарозы, М
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
Осмотическое
давление, кПа
1120
1280
1450
1620
1800
1980
2180
Концентрация
сахарозы, М
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
1,50
Осмотическое
давление, кПа
2370
2580
2790
3010
3250
3510
6670
Здесь тоже координатный угол, но с подписью значений на оси Х (концентрации
сахарозы); под графиком – разлинованный участок, как миллиметровка.
По этому графику определите, при каком осмотическом давлении (ОД) раствора длина
полосок не меняется. Водный потенциал ткани вычисляют с помощью уравнения:
Водный потенциал ткани равен: ______________________ кПа.
6.
Ответьте на вопросы к работе:
А. Зачем в каждую пробирку кладут по три полоски?
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Б. Зачем пробирки закрывают пробками, когда их оставляют стоять?
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
В. Каковы источники погрешностей в этом эксперименте? Как по результатам,
полученным группой, предположить, какие методические недочеты были в их работе?
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
Г. На предыдущем занятии другая группа учащихся оценивала осмотическое давление
клеточного сока методом начинающегося плазмолиза. Метод состоит в определении
концентрации раствора сахарозы, при котором 50% клеток начнут плазмолизироваться.
Были получены такие данные:
Концентрация раствора сахарозы, М
Процент плазмолизированных клеток (на
выборке в 200 клеток)
0,30
2,5
0,40
3,5
0,45
13,5
0,50
74,5
0,55
100
0,60
100
Здесь тоже координатный угол, но с подписью значений на оси Х (концентрации
сахарозы); под графиком – разлинованный участок, как миллиметровка.
Каково усредненное осмотическое давление (ОД) в клетках свеклы, использованных в
эксперимента? Рассчитайте тургорное натяжение по формуле
Чему
равно тургорное натяжение (ТД) растительной ткани?
38
Осмотическое давление в опыте 50%-ного плазмолиза равно ___________ кПа.
Тургорное натяжение (ТД) растительной ткани равно ______________ кПа.
39
Л. р. № 14.
Приготовление и описание микропрепаратов клеток растений и дрожжей
Цели работы:
1. Научиться готовить микропрепараты и рассматривать их под микроскопом;
2. Находить особенности строения клеток различных организмов, сравнивать их
между собой;
3. Продолжить формирование навыков создания учебных рисунков.
Материалы и оборудование: микроскоп, предметные и покровные стекла, чашки Петри,
лабораторные ножи, пинцеты, пипетки, стеклянные мазевые ложечки, лук репчатый,
разведенные дрожжи.
Ход работы
1. Приготовить микропрепарат и зарисовать растительную клетку.
2. Приготовить микропрепарат и зарисовать клетку грибов (дрожжи).
3. Ответить на вопросы.
Протокол работы
1. Приготовьте временный микропрепарат кожицы лука. Рассмотрите
микропрепарат на малом и большом увеличении. Притените световой поток (с
помощью конденсора микроскопа или рукой) и рассмотрите препарат в
отраженном свете. Зарисуйте группу растительных клеток в левой части
таблицы ниже.
Кожица лука
Дрожжи
2. Приготовьте временный микропрепарат дрожжей. Рассмотрите микропрепарат
на малом и большом увеличении, в прямом и отраженном свете. Зарисуйте
группу клеток дрожжей в правой части таблицы выше.
3. Ответьте на вопросы:
А. Какие клеточные органоиды видны на микропрепаратах?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
В. Какие иные клеточные органоды были открыты с помощью светового
микроскопа, но не обнаружены в этом опыте?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Как вы можете объяснить, почему?
________________________________________________________________________
40
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
41
П. р. № 7.
Изучение клеток растений и животных под микроскопом
Цели работы:
1. Научиться находить микрофотографии растительных и животных клеток с наиболее
удачным представлением определенных структур и процессов;
2. Ознакомиться с современными методами микроскопирования;
3. Актуализировать навыки классификации коллекций.
Материалы и оборудование: компьютерный класс с доступом в Интернет, сайты
http://micro.magnet.fsu.edu/galleria/index.html, http://www.microscopyu.com/,
http://www.olympusbioscapes.com/, http://www.denniskunkel.com/.
Ход работы
Целью работы является создание коллекции микрофотографий клеток растений и животных с
использованием разных техник микроскопирования и окрашивания препаратов.
Формат отчета о работе - презентация MS PowerPoint, сохраненная в указанной папке. На
стартовом кадре презентации указываются данные об авторе (-ах), далее располагается
коллекция (1 объект = 1 кадр презентации). Общее количество объектов в презентации не
должно превышать 20.
Каждое изображение должно иметь этикетку, на которой будет указано:
 название объекта, клетки которого представлены, и его систематическое положение;
 адрес веб-страницы, на которой было найдено изображение (или самого изображения);
 примененная техника микроскопирования;
 краткое описание объекта (что именно выделено на данном микропрепарате).
Подумайте над логикой расположения объектов в коллекции: коллекция должна иметь
законченный вид и содержать только качественные экспонаты.
42
Л. р. № 15.
Изучение хромосом на фиксированных микропрепаратах
Цели работы:
1. Научиться определять структуру хромосом на фиксированных микропрепаратах;
2. Актуализировать навыки микроскопирования на большом увеличении
микроскопа;
3. Применить навыки классификации биологических объектов;
4. Продолжить формирование навыков создания учебных рисунков.
Материалы и оборудование: микроскопы, постоянные (фиксированные) микропрепараты.
Ход работы
1. Подготовить пробирки для образцов и поместить в них растворы, закрыть
пробирки пробками.
Протокол работы
1. Рассмотрите фиксированный препарат с делящимися клетками и найдите фазы, в
которых хромосомы видны наиболее четко. Зарисуйте разные по форме и
размерам хромосомы.
2. Предложите классификацию хромосом по общим признакам и опишите ее.
Введите названия для разных групп хромосом, и на рисунке выше обведите
хромосомы разных групп.
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
3. Рассмотрите рисунок кариотипа человека. На нем первичная перетяжка показана
волнистой линией, а хромосомы – состоящими только из одной хроматиды.
Подпишите, какие хромосомы относятся к каким группам по вашей
классификации.
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
43
Цветовая заливка не нужна. Файл Karyotype.BMP
44
П. р. № 8.
Решение задач и упражнений по молекулярной биологии
Цели работы:
1. Продемонстрировать умение решать задачи разных типов;
2. Научиться планировать оптимальную стратегию выполнения работ в условиях
недостатка времени.
Материалы и оборудование: специальное оборудование не требуется.
Краткое описание
Справочные данные:
Биополимер
Аминокислоты
Мономеры белков
Табличные данные для мономеров
Линейная длина одного аминокислотного остатка в
полипептидной цепи
l ак = 0,35 нм = 3,5 ангстрем (Å)
Средняя молекулярная масса одного аминокислотного остатка
Mr ак ≈ 110 а.е.м. (Дa)
Нуклеотиды
Линейная длина одного нуклеотида в нуклеиновой кислоте
Мономеры
нуклеиновых кислот
(ДНК, РНК)
l н = 0,34 нм = 3,4 ангстрем (Å)
Средняя молекулярная масса одного нуклеотида
Mr н ≈ 345 а.е.м. (Дa)
Длины мономеров в белках и нуклеиновых кислотах измерены достаточно точно и не зависят
от радикала/азотистого основания. Молекулярные массы, используемые в расчетах – результат
округления, средние значения, которые являются приблизительными. Единица молекулярной
массы – атомные единицы массы, а.е.м., в англоязычной научной литературе называется
Дальтон (сокращенное обозначение Da, или русскими буквами - Да); для этой величины
используются десятичные приставки – килоДальтон (кДа), мегаДальтон (МДа) и т.п. 1 Да = 1
а.е.м.
Таблица генетического кода: на каждый язык своя
Второй нуклеотид
Первый
нуклеотид
У
Ц
А
Г
У
Ц
А
УУУ Фен
УУЦ Фен
УУА Лей
УУГ Лей
УЦУ Сер
УЦЦ Сер
УЦА Сер
УЦГ Сер
УАУ Тир
УАЦ Тир
УАА нонсенс
УАГ нонсенс
ЦУУ Лей
ЦУЦ Лей
ЦУА Лей
ЦУГ Лей
АУУ Иле
АУЦ Иле
АУА Иле
АУГ Мет
ГУУ Вал
ГУЦ Вал
ГУА Вал
ГУГ Вал
ЦЦУ Про
ЦЦЦ Про
ЦЦА Про
ЦЦГ Про
АЦУ Тре
АЦЦ Тре
АЦА Тре
АЦГ Тре
ГЦУ Ала
ГЦЦ Ала
ГЦА Ала
ГЦГ Ала
ЦАУ Гис
ЦАЦ Гис
ЦАА Глн
ЦАГ Глн
ААУ Асн
ААЦ Асн
ААА Лиз
ААГ Лиз
ГАУ Асп
ГАЦ Асп
ГАА Глу
ГАГ Глу
Г
УГУ Цис
УГЦ Цис
УГА нонсенс
УГГ Трп
ЦГУ Арг
ЦГЦ Арг
ЦГА Арг
ЦГГ Арг
АГУ Сер
АГЦ Сер
АГА Арг
АГГ Арг
ГГУ Гли
ГГЦ Гли
ГГА Гли
ГГГ Гли
Третий
нуклеотид
У
Ц
А
Г
У
Ц
А
Г
У
Ц
А
Г
У
Ц
А
Г
45
Перший
нуклеотид
У
Ц
А
Г
Другий нуклеотид
У
УУУ Фен
УУЦ Фен
УУА Лей
УУГ Лей
Ц
УЦУ Сер
УЦЦ Сер
УЦА Сер
УЦГ Сер
ЦУУ Лей ЦЦУ Про
ЦУЦ Лей ЦЦЦ Про
ЦУА Лей ЦЦА Про
ЦУГ Лей ЦЦГ Про
АУУ Іле АЦУ Тре
АУЦ Іле АЦЦ Тре
АУА Іле АЦА Тре
АУГ Мет АЦГ Тре
ГУУ Вал ГЦУ Ала
ГУЦ Вал ГЦЦ Ала
ГУА Вал ГЦА Ала
ГУГ Вал ГЦГ Ала
А
Г
УАУ Тир
УАЦ Тир
УАА нонсенс
УАГ нонсенс
УГУ Цис
УГЦ Цис
УГА нонсенс
УГГ Трип
ЦГУ Арг
ЦГЦ Арг
ЦГА Арг
ЦГГ Арг
АГУ Сер
АГЦ Сер
АГА Арг
АГГ Арг
ГГУ Глі
ГГЦ Глі
ГГА Глі
ГГГ Глі
ЦАУ Гіс
ЦАЦ Гіс
ЦАА Глн
ЦАГ Глн
ААУ Асн
ААЦ Асн
ААА Ліз
ААГ Ліз
ГАУ Асп
ГАЦ Асп
ГАА Глу
ГАГ Глу
Третій
нуклеотид
У
Ц
А
Г
У
Ц
А
Г
У
Ц
А
Г
У
Ц
А
Г
Таблица генетического кода и условные обозначения аминокислот.
Глицин
Аланин
Валин
Лейцин
Изолейцин
Серин
Треонин
Тирозин
Цистеин
Метионин
Аспарагиновая кислота
Аспарагин
Глутаминовая кислота
Глутамин
Аргинин
Лизин
Гистидин
Фенилаланин
Триптофан
Пролин
Глу
Ала
Вал
Лей
Иле
Сер
Тре
Тир
Цис
Мет
Асп
Асн
Глу
Глн
Арг
Лиз
Гис
Фен
Трп
Про
Gly
Ala
Val
Leu
Ile
Ser
Thr
Tyr
Cys
Met
Asp
Asn
Glu
Gln
Arg
Lys
His
Phe
Trp
Pro
G
A
V
L
I
S
T
Y
C
M
D
N
E
Q
R
K
H
F
W
P
Протокол работы
Вам предлагается 9 задач по разным темам. Каждая задача оценивается определенным
количеством баллов, кроме того, предусмотрены дополнительные призовые баллы за
тщательность выполнения задания. Ознакомьтесь с предложенными задачами, выберите
оптимальный порядок их выполнения.
01. -эндорфин (небольшой белок с морфиноподобным, болеутоляющим действием,
выделяющийся в мозге) имеет молекулярную массу 1746. Какова длина первичной структуры
его молекулы (в нм)?
______________________________________________________________________________
46
______________________________________________________________________________
02. Молекулярная масса гемоглобина равна 68 660 Да (а.е.м.). Всего (в состав всех 4
субъединиц гемоглобина) входит 602 аминокислоты. Определите приблизительную
молекулярную массу гема.
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
03. Рассказывают, что в ХІХ веке один немецкий студент, влюбившись в девушку, решил
преподнести ей очень дорогой подарок – железное кольцо. Железо для этого кольца юноша
хотел химическим путем получить из собственной крови. Рассчитайте, основываясь на
приведенных данных, какой объем крови понадобился бы для изготовления кольца весом в 2 г,
если считать, что юноше удавалось извлечь 60 % содержащегося в гемоглобине железа
(содержание гемоглобина в 100 мл крови 16 г, содержание железа в гемоглобине 0,34 %).
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
Можно дать меньшего размера, сбоку от условия
04. В крови человека содержится 160 г гемоглобина на 1 л крови. На 1 мл крови приходится
около 5,0  109 эритроцитов. Хотя каждый эритроцит имеет форму двояковогнутого диска, для
простоты расчетов мы будем рассматривать их просто как цилиндры следующих размеров:
Рассчитайте, какое количество гемоглобина (по весу)
содержится в одном эритроците. Сколько молекул
гемоглобина содержится в одном эритроците, если
молекулярная масса гемоглобина 64500 Да?
47
Гемоглобин - глобулярный белок, молекула которого имеет диаметр 6,8 нм. Какой процент
объема всех эритроцитов занимает гемоглобин?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
05. Исследования одного из видов РНК показали, что в ее молекуле на долю гуанина
приходится 34 %, цитозина – 18 %, аденина – 36%, урацила – 12% азотистых оснований.
Сколько (в %) каждого азотистого основания входит в состав фрагмента молекулы ДНК, на
участке которой в процессе транскрипции образовалась эта РНК?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
06. Фрагмент ДНК имеет молекулярную массу примерно 218 кДа. В его состав входят 154
адениновых нуклеотида. Определите количественный состав нуклеотидов разных типов в
фрагменте.
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
07. Дан фрагмент ДНК. Определите, какие аминокислоты он кодирует, восстановив как
последовательность и-РНК, так и антикодоны т-РНК.
ДНК
и-РНК
т-РНК
Белок
Комплементарная:
Смысловая нить:
А
Т
Т
А
Г
Ц
Г
Ц
Ц
Г
Ц
Г
Г
Ц
А
Т
Г
Ц
Т
А
Г
Ц
Г
Ц
Ц
Г
А
Т
Г
Ц
антикодоны:
аминокислоты:
08. Определите, какой белок кодирует фрагмент ДНК следующего состава. Какую
аминокислоту колирует мутантная ДНК, в которой пара Т-А замениласть на Ц-Г? При записи
белков стоп-кодоны (и несинтезируемые за ними участки) обозначайте прочерками.
Исходная (нативная) ДНК:
ДНК
и-РНК
Белок
Комплементарная:
Смысловая нить:
А
Т
Т
А
Г
Ц
Т
А
Ц
Г
Ц
Г
А
Т
Т
А
Т
А
Г
Ц
Г
Ц
Г
Ц
Т
А
А
Т
Г
Ц
А
Т
Т
А
Г
Ц
Т
А
Ц
Г
Ц
Г
А
Т
Т
А
Ц
Г
Г
Ц
Г
Ц
Г
Ц
Т
А
А
Т
Г
Ц
аминокислоты:
Мутантная ДНК:
ДНК
и-РНК
Белок
Комплементарная:
Смысловая нить:
аминокислоты:
09. Ниже приведены две последовательности нуклеотидов, различающиеся между собой по 11
позициям из 18:
1) АУГУЦУАГАУУАГГЦУЦА
2) АУГАГЦЦГГЦУЦГГААГУ
«Переведите» обе последовательности в белки. Сколько аминокислотных различий между
ними?
______________________________________________________________________________
48
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
49
П. р. № 9.
Моделирование процесса биосинтеза белка. Транспортная РНК3
Цели работы:
1. Научиться представлять элементы структуры т-РНК в виде бумажных и компьютерных
моделей;
2. Актуализировать знания о вторичной и третичной структурах нуклеиновых кислот;
3. Продолжить формирование навыков поиска информации с помощью компьютерных
моделей макромолекул.
Материалы и оборудование: компьютерный класс, программа RasWin, папка с моделью
молекулы для занятия (pdb5tra.ent) с сайта http://www.rcsb.org/, липкая лента (скотч) или
лейкопластырь; распечатка последовательности нуклеотидов т-РНК.
Краткое описание
Палиндром (от греч. palindromeo – бежать назад) – слово, фраза или стих, которые одинаково
читаются слева направо и справа налево (“кабак”, “радар”, “Аргентина манит негра”, “хил,
худ, а дух лих”, “не гни папин ген”, “Roma tibi subito motibus ibit amor” и др.).
В молекуле ДНК (даже при условиях случайного расположения нуклеотидов) встречаются
разные по размерам участки, цепи которых симметричны относительно оси вращения второго
порядка:
5’ Г А А Т Т Ц 3’
3’ Ц Т Т А А Г 5’
Если в центре этой шестичленной последовательности провести ось перпендикулярно
плоскости листа, а потом обернуть эту последовательность на 180º, то получим ту же самую
нуклеотидную последовательность. Таким образом, этот нуклеотидный текст также можно
читать слева направо и справа налево.
Палиндромные последовательности обязательно содержатся в генах, которые кодируют
транспортные РНК (есть они и в структурных генах, кодирующих и-РНК, и, в большом
количестве - в генах р-РНК). Именно благодаря наличию палиндромных участков в ДНК
молекулы р-РНК и т-РНК образуют двухцепочечные фрагменты (шпильки), перемежающиеся
с одноцепочечными петлями.
Протокол работы
1. Подготовьте в текстовом редакторе и распечатайте бумажную
ленту с первичной структурой тРНК (например, приведенную
ниже – для упрощения палиндромные участки выделены
цветом) и соберите модель молекулы.
3’ А Ц Ц А Ц Ц У Г Ц У Ц А Г Г Ц Ц У У Г Ц Ψ Т
ГГЦЦУЦУГГАГАГГГ ΨІЦГІУУЦЦ
ЦУЦГЦГЦГАУГГЦУГАУГЦГГГА
Г Ц А Г Г 5’
Ленту нужно склеить по палиндромным последовательностям, используя липкую ленту
в качестве аналога водородных связей между нкулеотидами. Желательно только между
буквами оставлять побольше места, иначе трудно будет на поворотах; а ленту наклеить
на бумажный лейкопластырь. Антикодон желательно отогнуть.
2. Откройте файл pdb5tra.ent. Это молекула транспортной РНК дрожжей. Антикодон
этой т-РНК - это 34, 35 и 36-и нуклеотиды. Выясните, какую аминокислоту переносит
3
Вместо «Порівняння процесів фотосинтезу і хемосинтезу.»
50
этот тип тРНК. Для работы понадобится таблица генетического кода (практическая
работа № 8). В ответ включите названия соответствующих нуклеотидов, входящих в
антикодон. Помните, что в состав РНК могут входить нетипичные нуклеотиды.
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
3. Можно проверить ответ, открыв файл pdb5tra.ent как текстовый. В таком случае
процитируйте сведения из файла.
______________________________________________________________________________
4. Попробовать сложить из бумажной модели, полученной на этапе 1, трехмерную
("третичную") структуру т-РНК (в виде буквы "Г") по модели в компьютерном файле, и
стабилизируйте ее липкой лентой.
5. Отдельно оценивается изготовление модели т-РНК по последовательности нуклеотидов
файла pdb5tra.ent.
51
П. р. № 10.
Моделирование процесса биосинтеза белка. Генетический код
Цели работы:
1. Научиться использовать онлайновую программу-переводчик для исследования свойств
генетического кода;
2. Актуализировать знания о свойствах генетического кода.
Материалы и оборудование: компьютерный класс с доступом в Интернет.
Краткое описание
Для "перевода" с языка азотистых оснований нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) на язык
белков (последовательность аминокислот в полипептидной цепи) можно воспользоваться
Таблицей генетического кода или онлайновой машиной-переводчиком (EMBOSS Transeq),
созданной в Европейском институте биоинформатитки (European Bioinformatics Institute).
Протеиновая машина расположена по адресу http://www.ebi.ac.uk/emboss/transeq/:
Под названием вы видите ссылку на таблицу генетического кода, список для выбора типа кода
(по умолчанию - Standard) и поле для ввода последовательности нуклеотидов ДНК (Enter or
Paste a nucleic acid Sequence). Перевод осуществляется нажатием на расположенную ниже
кнопку Run.
При этом программа переходит на новую страницу, на которой представлены условия выбора
и результаты ее работы - создана последовательность аминокислот полипептида,
закодированная введенной вами иРНК. Указывается, из скольких звеньев состояла иРНК,
сколько аминокислот в полипептидной цепочке, что это за аминокислоты – однобуквенным
кодом (RDLCCVX - последовательность Аргинин - Аспарагиновая кислота - Лейцин Цистеин - Цистеин - Валин).
52
В работе иллюстрируются свойства генетического кода, исследуемые с помощью этой
программы.
Протокол работы
1. Триплетность. Откройте страницу EMBOSS Transeq, наберите в нем приведенную
ниже последовательность нуклеотидов последовательность или скопируйте через
буфер обмена в окно Enter or Paste a nucleic acid Sequence
auguccagagcauacccguauucu
и переведите приведенную последовательность в белок, нажав кнопку кнопку Run.
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
2. Триплеты не отграничены друг от друга, но есть сочетания нуклеотидов, обозначающих
"точку", конец считывания - "стоп-кодоны". Переведите с помощью EMBOSS Transeq
приведенную ниже последовательность в белок. Обратите внимание, что фрагмент
состоит из 24 мономеров. Сколько аминокислот в пептиде? Вывод - что обозначает *?
auguacccguauuccagagcauag
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
3. Вырожденность.
Ниже
приведены
две
последовательности
нуклеотидов,
различающиеся между собой по 11 позициям из 18. Переведите с помощью EMBOSS
Transeq обе последовательности в белки. Сколько аминокислотных различий между
ними?
1) augucuagauuaggcuca
2) augagccggcucggaagu
______________________________________________________________________________
4. Универсальность. Правильнее утверждать, что генетический код практически
универсален, т.к. в некоторых генетических системах (например, в генах митохондрий
и хлоропластов) есть некоторые отличия от стандартного кода, присущего организмам.
Переведите с помощью EMBOSS Transeq приведенную ниже последовательность в
белок, используя основной (Standard) вариант кода. Запишите полученный белок.
uacagacccauaugcgguacuuga
Вернитесь к стартовой странице EMBOSS Transeq и откройте список (красная стрелка
на рисунке ниже), а в нем выберите второй вариант кода - Vertebrate Mitochondrial (2).
Снова введите в окно для ДНК ту же последовательность нуклеотидов (или
воспользуйтесь уже введенной, если вернулись на страницу с помощью "Назад"
браузера). Запишите полученный белок и сравните с полученным ранее.
Поэкспериментируйте с кодами других генетических систем.
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
5. Неперекрываемость. Переведите с помощью EMBOSS Transeq приведенную ниже
последовательность в белок. Запишите полученный белок. А теперь попробуйте
удалить первые два нуклеотида и получить другой пептид, представив, что
генетический перекрывается... Запишите полученный пептид и сравните с первым.
uaugcuaagauuccuuucgga
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
53
6. Правильнее утверждать, что генетический код практически неперекрываемый, т.к. у
вирусов, у которых большое количество информации должно поместиться в небольшом
фрагменте, наблюдается двойное, а у фага f Х 147 - даже тройное перекрывание
(небольшой участок входит одновременно в 3 разных гена).
В книге "Основы современной генетики" С.М. Гершензона приводится такой пример
триплетности генетического кода:
ВОТ ЛЕС ДУБ БУК ИВЫ БЫЛ ПАЛ ДЫМ ШЕЛ ТРИ ДНЯ
Придумайте собственную фразу из трехбуквенных слов, которая бы иллюстрировала
все свойства генетического кода); перекрываемость генетического кода у вирусов;
различия в общем и митохондриальном кодах. Как это можно проиллюстрировать?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
54
П. р. № 11.
Изучение фаз митоза в клетках корешков лука (фиксированные микропрепараты)
Цели работы:
1. Научиться определять фазы митоза по фиксированному микропрепарату;
2. Актуализировать навыки микроскопирования;
3. Продолжить формирование навыков представления данных.
Материалы и оборудование: микроскоп, постоянный микропрепарат «Митоз в клетках
корешка лука».
Ход работы
1. Подготовить пробирки для образцов и поместить в них растворы, закрыть
пробирки пробками.
Протокол работы
1. Рассмотрите микропрепарат на малом и большом увеличении, найдите
интерфазные клетки, клетки с разными фазами митоза;
2. Для определения митотической активности выделите участок препарата и
подсчитайте число клеток, находящихся на разных стадиях митотического
цикла: интерфазы, профазы, метафазы, анафазы и телофазы - из расчета 500
клеток на препарат.
Показатель
Значение
П - число профаз на 500 клеток препарата
М - число метафаз на 500 клеток препарата
А - число анафаз на 500 клеток препарата
Т - число профаз на 400 клеток препарата
Митотический индекс
3. Расчет митотического индекса. Митотический индекс (МИ,%) определен на
каждом препарате по формуле:
,
где n - число клеток, вступивших в митоз, N - общее количество клеток
(N=500).
4. Считая, что количество клеток, находящихся в разной фазе клеточного цикла,
примерно пропорционально продолжительности этой фазы в данном органе,
составьте диаграмму, показывающую соотношение фаз клеточного цикла в
корешках лука.
Оставить свободного места на диаграмму, можно не под, а сбоку от задания.
55
П. р. № 12.
Создание аппликационных схем митоза и мейоза
Цели работы:
1. Продолжить формирование навыков представления данных в виде зрительных образов;
2. Научиться создавать учебные видеофрагменты и анимации.
Материалы и оборудование: компьютерный класс (по возможности с доступом в Интернет),
цифровой фотоаппарат с шнуром для передачи изображений, подручные материалы для
моделирования (бумага, веревка или шнурки, фломастеры, нитки, ножницы).
Ход работы
Выберите способ моделирования митоза и мейоза: создание «рисованной» мультипликации и
компьютерной анимации, создание «кукольной» мультипликации с использованием
цифрового фотоаппарата и подручных материалов, написание сценария для хореографической
композиции (см. http://www.youtube.com/watch?v=eFuCE22agyM), другие варианты. Цель
работы – наглядно показать ход событий в митозе и мейозе, отличия в этих процессах.
Результатом работы должен стать анимационный файл, видеофрагмент или набор
изображений (объединяемых в анимацию во внеурочное время) с иллюстрацией
биологических процессов.
56
П. р. № 13.
Моделирование вирусов и фагов
Цели работы:
1. Научиться моделировать вирусные капсиды с помощью компьютерных и бумажных
моделей;
2. Актуализировать навыки работы с онлайновыми программами;
3. Продолжить формирование навыков поиска информации в Интернет.
Материалы и оборудование: компьютерный класс доступом в Интернет, бумага для оригами.
Краткое описание
Одним из направлений традиционного японского искусства оригами
является так называемое модульное оригами, в котором трехмерные
объекты собираются из отдельных простых структур, модулей.
Одним из традиционных геометрических объектов модульного оригами
является шара-кусудамы (см. рисунки ниже).
В наше время, когда мастеров оригами вдохновляют не только объекты
макромира (животные, растения, произведения человека) и
человеческого воображения (фантастические животные), но и
достижения науки (модель бактериофага Т4), оказалось, что некоторые
кусудамы имеют структуру, совпадает со строением вирусных
капсидов (см., в частности, статью
http://www.voxxel.com.br/fatima/origami/origami.pdf, язык испанский).
Протокол работы
1. Откройте сайт Virus Particle Explorer http://viperdb.scripps.edu/ с программным
инструментом, с помощью которого можно для любого икосаэдрической вируса, структура
структурного элемента (капсомеров) которого известна и находится в Банке белковых
структур PDB, воссоздать полную вирусную частицу. Также на сайте есть база данных с
большим количеством различных вирусных капсидов, воспроизводимых с помощью этого
средства.
2. Откройте в другом окне сайт PDB http://www.rcsb.org/ и найдите с помощью поисковой
системы белки различных вирусов:
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
3. Вернитесь на сайт Virus Particle Explorer и введите в поле тестового ввода Enter PDBID
идентификационный код молекул (ID), например, 2CAS. Посмотрите, как происходит
моделирование.
4. Есть ли среди записанных вами на 2 этапе вирусных белков же, из которых программа не
может создать модель капсида, или образует ее с явными ошибками? Запишите ID таких
белков. Из каких вирусов они
происходят?______________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
5. Найдите в печатных или электронных источниках схемы сборки шаров-кусудама, которые
являются моделями вирусных капсидов. Сделайте модель выбранного Вами вируса. (Для того,
чтобы собрать такую модель, понадобиться большое количество (от 60 до 150) отдельных
элементов, т.н. модулей; распространенным из них является модуль Сонобе).
57
58