Τι είναι η βιολογία; Η βιολογία είναι η επιστήμη της ζωής, των ζωντανών οργανισμών που ζουν στη Γη.
Εικόνα 3 από την παρουσίαση «Επιστήμη»για μαθήματα βιολογίας με θέμα "Βιολογία"
Διαστάσεις: 720 x 540 pixels, μορφή: jpg. Για να κατεβάσετε μια φωτογραφία δωρεάν μάθημα βιολογίας, κάντε δεξί κλικ στην εικόνα και κάντε κλικ στο «Αποθήκευση εικόνας ως...». Για να εμφανίσετε εικόνες στο μάθημα, μπορείτε επίσης να κατεβάσετε δωρεάν ολόκληρη την παρουσίαση "Science.ppt" με όλες τις εικόνες σε ένα αρχείο zip. Το μέγεθος του αρχείου είναι 471 KB.
Κατεβάστε την παρουσίασηΒιολογία
«Μέθοδοι έρευνας στη βιολογία» - Ιστορία της ανάπτυξης της βιολογίας ως επιστήμης. Σχεδιάζοντας ένα πείραμα, επιλέγοντας μια τεχνική. Σχέδιο μαθήματος: Για να λυθούν ποια παγκόσμια προβλήματα της ανθρωπότητας απαιτείται γνώση της βιολογίας; Θέμα: Οριακές επιστήμες: Εργασία: Μορφολογία, ανατομία, φυσιολογία, συστηματική, παλαιοντολογία. Το νόημα της βιολογίας». Η βιολογία είναι η επιστήμη της ζωής.
"Scientist Lomonosov" - Τόνισε τη σημασία της εξερεύνησης του Βορρά θαλάσσιο δρόμο, ανάπτυξη της Σιβηρίας. 19 Νοεμβρίου 1711 - 15 Απριλίου 1765 (53 ετών). 10 Ιουνίου 1741. Ανακαλύψεις. Ανέπτυξε ατομικές και μοριακές έννοιες για τη δομή της ύλης. Ιδέες. Εξαιρείται το phlogiston από τον κατάλογο των χημικών παραγόντων. Δουλειά. Όντας υποστηρικτής του ντεϊσμού, αντιμετώπιζε τα φυσικά φαινόμενα υλιστικά.
"Βοτανολόγος Βαβίλοφ" - Παν-ενωσιακό Ινστιτούτο Εφαρμοσμένης Βοτανικής. Το 1906, Νικολάι Ιβάνοβιτς Βαβίλοφ. Το 1924 Ολοκληρώθηκε από: Babicheva Roxana και Zhdanova Lyudmila, μαθητές της τάξης 10B. Η εξουσία του Βαβίλοφ ως επιστήμονα και οργανωτή της επιστήμης αυξήθηκε. Στο Merton (Αγγλία), στο γενετικό εργαστήριο του Ινστιτούτου Οπωροκηπευτικών. Ο Ν. Ι. Βαβίλοφ γεννήθηκε στις 26 Νοεμβρίου 1887 στη Μόσχα.
«Δραστηριότητα έργου» - Alekseeva E.V. Σχέδιο διάλεξης. Ο δάσκαλος γίνεται ο συγγραφέας του έργου. Περιηγηθείτε σε πρόσθετους πόρους. Τεχνολογία του πληροφοριακού μοντέλου εκπαιδευτική διαδικασία. Σχεδιασμός μαθήματος βιολογίας. Δραστηριότητες έργου. Θεωρία και πράξη. (Μέθοδος έργου). Στάδια της εργασίας ενός δασκάλου. Θεωρία και πράξη. Κύρια μπλοκ στα έργα.
«Επιστήμη της Ζωντανής Φύσης» - Σχεδιασμός βιβλίων εργασίας. 3. Βιολογία - η επιστήμη της ζωντανής φύσης. Η βιολογία είναι η επιστήμη της ζωντανής φύσης. Βακτήρια. Μανιτάρια. Αποτελούνται από ένα κύτταρο και δεν έχουν πυρήνα. Μάρκος Κικέρωνας. Η βιολογία μελετά τους ζωντανούς οργανισμούς. Έχουν χλωροφύλλη και σχηματίζονται στο φως οργανική ύλη, απελευθερώνοντας οξυγόνο. Ερώτηση: Τι μελετά η βιολογία;
«Μαθηματικά στη βιολογία» - «Προσδιορισμός πλατυποδιών». Ανάγνωση γραφημάτων. Η έννοια της συμμετρίας; Τύποι συμμετρίας. Η έννοια της γραφικής παράστασης μιας συνάρτησης. Γενική βιολογία, Βαθμός 10. "Κτίριο σειρά παραλλαγήςκαι στραβός». Θα υπάρχουν αυτιά στα σημεία επαφής. Κύκλος, οβάλ. Υπάρχει μια γενικά αποδεκτή άποψη σύμφωνα με την οποία ανήκουν τα μαθηματικά θετικές επιστήμες. Αναλογικότητα.
Υπάρχουν συνολικά 14 παρουσιάσεις στο θέμα
Οι βιοεπιστήμες ακολουθούν μια πορεία από το μεγάλο στο μικρό. Πιο πρόσφατα, η βιολογία περιέγραψε αποκλειστικά τα εξωτερικά χαρακτηριστικά των ζώων, των φυτών και των βακτηρίων. Η μοριακή βιολογία μελετά τους ζωντανούς οργανισμούς στο επίπεδο των αλληλεπιδράσεων μεμονωμένων μορίων. Δομική βιολογία - μελετά διεργασίες στα κύτταρα σε ατομικό επίπεδο. Αν θέλετε να μάθετε πώς να «βλέπετε» μεμονωμένα άτομα, πώς λειτουργεί και «ζει» η δομική βιολογία και ποια όργανα χρησιμοποιεί, αυτό είναι το μέρος για εσάς!
Γενικός συνεργάτης του κύκλου είναι η εταιρεία: ο μεγαλύτερος προμηθευτής εξοπλισμού, αντιδραστηρίων και αναλώσιμων για βιολογική έρευνα και παραγωγή.
Μία από τις κύριες αποστολές του Biomolecules είναι να φτάσει στις ίδιες τις ρίζες. Δεν σας λέμε απλώς ποια νέα στοιχεία ανακάλυψαν οι ερευνητές - μιλάμε για το πώς τα ανακάλυψαν, προσπαθούμε να εξηγήσουμε τις αρχές των βιολογικών τεχνικών. Πώς να αφαιρέσετε ένα γονίδιο από έναν οργανισμό και να το εισάγετε σε έναν άλλο; Πώς μπορείτε να εντοπίσετε τη μοίρα πολλών μικροσκοπικών μορίων σε ένα τεράστιο κύτταρο; Πώς να διεγείρετε μια μικροσκοπική ομάδα νευρώνων σε έναν τεράστιο εγκέφαλο;
Και έτσι αποφασίσαμε να μιλήσουμε εργαστηριακές μεθόδουςπιο συστηματικά, να συγκεντρωθούν σε μια ενότητα οι πιο σημαντικές, πιο σύγχρονες βιολογικές τεχνικές. Για να το κάνουμε πιο ενδιαφέρον και σαφές, απεικονίσαμε σε μεγάλο βαθμό τα άρθρα και προσθέσαμε ακόμη και κινούμενα σχέδια εδώ και εκεί. Θέλουμε τα άρθρα στη νέα ενότητα να είναι ενδιαφέροντα και κατανοητά ακόμη και σε έναν περιστασιακό περαστικό. Και από την άλλη, θα πρέπει να είναι τόσο λεπτομερείς που ακόμη και ένας επαγγελματίας θα μπορούσε να ανακαλύψει κάτι νέο σε αυτά. Συγκεντρώσαμε τις μεθόδους σε 12 μεγάλες ομάδες και πρόκειται να φτιάξουμε ένα βιομεθοδολογικό ημερολόγιο με βάση αυτές. Μείνετε συντονισμένοι για ενημερώσεις!
Γιατί χρειάζεται η δομική βιολογία;
Όπως γνωρίζετε, η βιολογία είναι η επιστήμη της ζωής. Εμφανίστηκε μέσα αρχές XIXαιώνα και τα πρώτα εκατό χρόνια της ύπαρξής του ήταν καθαρά περιγραφικά. Το κύριο καθήκον της βιολογίας εκείνη την εποχή θεωρήθηκε ότι ήταν να βρει και να χαρακτηρίσει όσο το δυνατόν περισσότερα είδη διαφορετικών ζωντανών οργανισμών και λίγο αργότερα - να εντοπίσει τις οικογενειακές σχέσεις μεταξύ τους. Με την πάροδο του χρόνου και με την ανάπτυξη άλλων τομέων της επιστήμης, αρκετοί κλάδοι με το πρόθεμα «μοριακός» προέκυψαν από τη βιολογία: μοριακή γενετική, ΜΟΡΙΑΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑκαι βιοχημεία - επιστήμες που μελετούν τα έμβια όντα σε επίπεδο μεμονωμένων μορίων, και όχι σε εμφάνισησώμα ή τη σχετική θέση των εσωτερικών του οργάνων. Τέλος, πολύ πρόσφατα (τη δεκαετία του '50 του περασμένου αιώνα) ένα τέτοιο γνωστικό πεδίο όπως δομική βιολογία- μια επιστήμη που μελετά τις διαδικασίες σε ζωντανούς οργανισμούς στο επίπεδο της αλλαγής χωρική δομήμεμονωμένα μακρομόρια. Ουσιαστικά, η δομική βιολογία βρίσκεται στη διασταύρωση τριών διάφορες επιστήμες. Πρώτον, αυτό είναι βιολογία, επειδή η επιστήμη μελετά τα ζωντανά αντικείμενα, δεύτερον, τη φυσική, αφού χρησιμοποιείται το ευρύτερο οπλοστάσιο των φυσικών πειραματικών μεθόδων, και τρίτον, η χημεία, αφού η αλλαγή της δομής των μορίων είναι το αντικείμενο αυτού του συγκεκριμένου κλάδου.
Δομική βιολογίαμελετά δύο κύριες κατηγορίες ενώσεων - τις πρωτεΐνες (το κύριο «σώμα εργασίας» όλων των γνωστών οργανισμών) και νουκλεϊκά οξέα(κύρια μόρια «πληροφοριών»). Χάρη στη δομική βιολογία γνωρίζουμε ότι το DNA έχει δομή διπλής έλικας, ότι το tRNA πρέπει να απεικονίζεται ως ένα vintage γράμμα "L" και ότι το ριβόσωμα έχει μια μεγάλη και μικρή υπομονάδα που αποτελείται από πρωτεΐνες και RNA σε μια συγκεκριμένη διαμόρφωση.
Παγκόσμιος στόχοςΗ δομική βιολογία, όπως και κάθε άλλη επιστήμη, είναι «να κατανοήσουμε πώς λειτουργούν τα πάντα». Σε ποια μορφή είναι διπλωμένη η αλυσίδα της πρωτεΐνης που προκαλεί τη διαίρεση των κυττάρων, πώς αλλάζει η συσκευασία του ενζύμου κατά τη χημική διαδικασία που εκτελεί, σε ποια σημεία αλληλεπιδρά η αυξητική ορμόνη και ο υποδοχέας της - αυτά είναι τα ερωτήματα που απαντά η επιστήμη. Επιπλέον, ένας ξεχωριστός στόχος είναι να συσσωρευτεί ένας τέτοιος όγκος δεδομένων ώστε αυτές οι ερωτήσεις (σε ένα ακόμη μη μελετημένο αντικείμενο) να μπορούν να απαντηθούν σε έναν υπολογιστή χωρίς να καταφύγουμε σε ένα ακριβό πείραμα.
Για παράδειγμα, πρέπει να καταλάβετε πώς λειτουργεί το σύστημα βιοφωταύγειας σε σκουλήκια ή μύκητες - αποκρυπτογράφηση του γονιδιώματος, με βάση αυτά τα δεδομένα βρήκαν την επιθυμητή πρωτεΐνη και προέβλεψαν τη χωρική δομή της μαζί με τον μηχανισμό λειτουργίας. Αξίζει να αναγνωρίσουμε, ωστόσο, ότι μέχρι στιγμής τέτοιες μέθοδοι υπάρχουν μόνο στα σπάργανά τους και είναι ακόμα αδύνατο να προβλεφθεί με ακρίβεια η δομή μιας πρωτεΐνης, έχοντας μόνο το γονίδιο της. Από την άλλη, τα αποτελέσματα της δομικής βιολογίας έχουν εφαρμογές στην ιατρική. Όπως ελπίζουν πολλοί ερευνητές, η γνώση σχετικά με τη δομή των βιομορίων και τους μηχανισμούς της δουλειάς τους θα επιτρέψει την ανάπτυξη νέων φαρμάκων σε ορθολογική βάση και όχι με δοκιμή και λάθος (έλεγχος υψηλής απόδοσης, αυστηρά μιλώντας), όπως γίνεται πιο συχνά τώρα. Και αυτό δεν είναι επιστημονική φαντασία: υπάρχουν ήδη πολλά φάρμακα που δημιουργήθηκαν ή βελτιστοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας δομική βιολογία.
Ιστορία της δομικής βιολογίας
Η ιστορία της δομικής βιολογίας (Εικ. 1) είναι αρκετά σύντομη και ξεκινά στις αρχές της δεκαετίας του 1950, όταν ο James Watson και ο Francis Crick, βασισμένοι σε δεδομένα από τη Rosalind Franklin για τη διάθλαση ακτίνων Χ σε κρυστάλλους DNA, συναρμολόγησαν ένα μοντέλο του τώρα γνωστή διπλή έλικα από vintage σετ κατασκευής. Λίγο νωρίτερα, ο Linus Pauling κατασκεύασε το πρώτο εύλογο μοντέλο της έλικας, ένα από τα βασικά στοιχεία δευτερεύουσα δομήπρωτεΐνες (Εικ. 2).
Πέντε χρόνια αργότερα, το 1958, καθορίστηκε η πρώτη δομή πρωτεΐνης στον κόσμο - η μυοσφαιρίνη (πρωτεΐνη μυϊκών ινών) της σπερματοφάλαινας (Εικ. 3). Φαινόταν, φυσικά, όχι τόσο όμορφη όσο σύγχρονες κατασκευές, αλλά ήταν ένα σημαντικό ορόσημο στην ανάπτυξη της σύγχρονης επιστήμης.
Εικόνα 3β. Η πρώτη χωρική δομή ενός μορίου πρωτεΐνης.Ο John Kendrew και ο Max Perutz επιδεικνύουν τη χωρική δομή της μυοσφαιρίνης, συναρμολογημένη από ένα ειδικό σετ κατασκευής.
Δέκα χρόνια αργότερα, το 1984-1985, οι πρώτες δομές προσδιορίστηκαν με φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού. Από εκείνη τη στιγμή, έχουν συμβεί αρκετές βασικές ανακαλύψεις: το 1985, ελήφθη η δομή του πρώτου συμπλέγματος ενός ενζύμου με τον αναστολέα του, το 1994, η δομή της συνθάσης ATP, της κύριας «μηχανής» των σταθμών παραγωγής ενέργειας των κυττάρων μας ( μιτοχόνδρια), προσδιορίστηκε και ήδη το 2000, ελήφθη η πρώτη χωρική δομή «εργοστάσια» πρωτεϊνών - ριβοσωμάτων, που αποτελούνται από πρωτεΐνες και RNA (Εικ. 6). Στον 21ο αιώνα, η ανάπτυξη της δομικής βιολογίας έχει προχωρήσει με άλματα και όρια, συνοδευόμενη από μια εκρηκτική αύξηση του αριθμού χωρικές δομές. Λήφθηκαν οι δομές πολλών κατηγοριών πρωτεϊνών: υποδοχείς ορμονών και κυτοκίνης, υποδοχείς συζευγμένοι με πρωτεΐνη G, υποδοχείς τύπου toll, πρωτεΐνες ανοσοποιητικό σύστημακαι πολλοί άλλοι.
Με την εμφάνιση νέων τεχνολογιών εγγραφής και επεξεργασίας εικόνων τη δεκαετία του 2010 κρυοηλεκτρονική μικροσκοπίαΈχουν προκύψει πολλές πολύπλοκες δομές υπερ-ανάλυσης πρωτεϊνών μεμβράνης. Η πρόοδος της δομικής βιολογίας δεν πέρασε απαρατήρητη: απονεμήθηκαν 14 βραβεία για ανακαλύψεις σε αυτόν τον τομέα βραβεία Νόμπελ, εκ των οποίων οι πέντε βρίσκονται ήδη στον 21ο αιώνα.
Μέθοδοι δομικής βιολογίας
Η έρευνα στον τομέα της δομικής βιολογίας πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας διάφορες φυσικές μεθόδους, από τις οποίες μόνο τρεις καθιστούν δυνατή την απόκτηση των χωρικών δομών των βιομορίων σε ατομική ανάλυση. Οι μέθοδοι δομικής βιολογίας βασίζονται στη μέτρηση της αλληλεπίδρασης της υπό μελέτη ουσίας με διάφορους τύπους ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ή στοιχειώδη σωματίδια. Όλες οι μέθοδοι απαιτούν σημαντικούς οικονομικούς πόρους - το κόστος του εξοπλισμού είναι συχνά εκπληκτικό.
Ιστορικά, η πρώτη μέθοδος δομικής βιολογίας είναι η ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ (XRD) (Εικ. 7). Πίσω στις αρχές του 20ου αιώνα, ανακαλύφθηκε ότι χρησιμοποιώντας το μοτίβο της περίθλασης ακτίνων Χ στους κρυστάλλους, μπορεί κανείς να μελετήσει τις ιδιότητές τους - τον τύπο της συμμετρίας των κυττάρων, το μήκος των δεσμών μεταξύ των ατόμων κ.λπ. Εάν, ωστόσο, υπάρχουν ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ, τότε είναι δυνατός ο υπολογισμός των συντεταγμένων των ατόμων, άρα και της χημικής και χωρικής δομής αυτών των μορίων. Αυτός είναι ακριβώς ο τρόπος με τον οποίο ελήφθη η δομή της πενικιλίνης το 1949 και το 1953 - η δομή της διπλής έλικας του DNA.
Φαίνεται ότι όλα είναι απλά, αλλά υπάρχουν αποχρώσεις.
Πρώτα, πρέπει να αποκτήσετε με κάποιο τρόπο κρυστάλλους και το μέγεθός τους πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο (Εικ. 8). Εάν αυτό είναι εφικτό για όχι πολύ πολύπλοκα μόρια (θυμηθείτε πώς κρυσταλλώνεται το επιτραπέζιο αλάτι ή ο θειικός χαλκός!), τότε η κρυστάλλωση των πρωτεϊνών είναι Ηράκλειο έργο, που απαιτεί μια μη προφανή διαδικασία για την εύρεση βέλτιστων συνθηκών. Τώρα αυτό γίνεται με τη βοήθεια ειδικών ρομπότ που προετοιμάζουν και παρακολουθούν εκατοντάδες διαφορετικές λύσεις σε αναζήτηση κρυστάλλων πρωτεΐνης που έχουν «βλαστήσει». Ωστόσο, στις πρώτες μέρες της κρυσταλλογραφίας, η απόκτηση ενός κρυστάλλου πρωτεΐνης θα μπορούσε να πάρει χρόνια πολύτιμο χρόνο.
Δεύτερον, με βάση τα ληφθέντα δεδομένα («ακατέργαστα» πρότυπα περίθλασης· Εικ. 8), η δομή πρέπει να «υπολογιστεί». Σήμερα, αυτό είναι επίσης μια εργασία ρουτίνας, αλλά πριν από 60 χρόνια, στην εποχή της τεχνολογίας των λαμπτήρων και των διάτρητων καρτών, δεν ήταν τόσο απλό.
Τρίτον, ακόμα κι αν ήταν δυνατό να αναπτυχθεί ένας κρύσταλλος, δεν είναι καθόλου απαραίτητο να προσδιοριστεί η χωρική δομή της πρωτεΐνης: γι' αυτό, η πρωτεΐνη πρέπει να έχει την ίδια δομή σε όλες τις θέσεις πλέγματος, κάτι που δεν συμβαίνει πάντα .
Και τέταρτον, ο κρύσταλλος απέχει πολύ από τη φυσική κατάσταση της πρωτεΐνης. Η μελέτη πρωτεϊνών σε κρυστάλλους είναι σαν να μελετάς ανθρώπους στριμώχνοντας δέκα από αυτούς σε μια μικρή, καπνιστή κουζίνα: μπορείς να ανακαλύψεις ότι οι άνθρωποι έχουν χέρια, πόδια και κεφάλι, αλλά η συμπεριφορά τους μπορεί να μην είναι ακριβώς η ίδια όπως σε ένα άνετο περιβάλλον. Ωστόσο, η περίθλαση ακτίνων Χ είναι η πιο κοινή μέθοδος για τον προσδιορισμό των χωρικών δομών και το 90% του περιεχομένου PDB λαμβάνεται χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο.
Το SAR απαιτεί ισχυρές πηγές ακτίνων Χ - επιταχυντές ηλεκτρονίων ή λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων (Εικ. 9). Τέτοιες πηγές είναι ακριβές - αρκετά δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ - αλλά συνήθως μια μόνο πηγή χρησιμοποιείται από εκατοντάδες ή και χιλιάδες ομάδες σε όλο τον κόσμο για μια αρκετά ονομαστική χρέωση. Δεν υπάρχουν ισχυρές πηγές στη χώρα μας, επομένως οι περισσότεροι επιστήμονες ταξιδεύουν από τη Ρωσία στις ΗΠΑ ή στην Ευρώπη για να αναλύσουν τους κρυστάλλους που προκύπτουν. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για αυτές τις ρομαντικές μελέτες στο άρθρο " Εργαστήριο Προηγμένης Έρευνας Μεμβρανικών Πρωτεϊνών: Από το Γονίδιο στο Angstrom» .
Όπως ήδη αναφέρθηκε, η ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ απαιτεί μια ισχυρή πηγή ακτινοβολίας ακτίνων Χ. Όσο πιο ισχυρή είναι η πηγή, τόσο μικρότεροι μπορούν να είναι οι κρύσταλλοι και τόσο λιγότερο πόνο θα πρέπει να υπομείνουν οι βιολόγοι και οι γενετικοί μηχανικοί προσπαθώντας να αποκτήσουν τους ατυχείς κρυστάλλους. Η ακτινοβολία ακτίνων Χ παράγεται πιο εύκολα με την επιτάχυνση μιας δέσμης ηλεκτρονίων σε σύγχρονα ή κυκλοτρόνια - γιγάντιους επιταχυντές δακτυλίου. Όταν ένα ηλεκτρόνιο παρουσιάζει επιτάχυνση, εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικά κύματα στην επιθυμητή περιοχή συχνοτήτων. Πρόσφατα, εμφανίστηκαν νέες πηγές ακτινοβολίας εξαιρετικά υψηλής ισχύος - λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων (XFEL).
Η αρχή λειτουργίας του λέιζερ είναι αρκετά απλή (Εικ. 9). Πρώτον, τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται σε υψηλές ενέργειες χρησιμοποιώντας υπεραγώγιμους μαγνήτες (μήκος επιταχυντή 1–2 km) και στη συνέχεια περνούν μέσα από τους λεγόμενους κυματιστές - σύνολα μαγνητών διαφορετικών πολικοτήτων.
Εικόνα 9. Αρχή λειτουργίας ενός λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων.Η δέσμη ηλεκτρονίων επιταχύνεται, διέρχεται από τον κυματιστή και εκπέμπει ακτίνες γάμμα, οι οποίες πέφτουν σε βιολογικά δείγματα.
Περνώντας μέσα από τον κυματιστή, τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να αποκλίνουν περιοδικά από την κατεύθυνση της δέσμης, παρουσιάζοντας επιτάχυνση και εκπέμποντας ακτινοβολία ακτίνων Χ. Δεδομένου ότι όλα τα ηλεκτρόνια κινούνται με τον ίδιο τρόπο, η ακτινοβολία ενισχύεται λόγω του γεγονότος ότι άλλα ηλεκτρόνια στη δέσμη αρχίζουν να απορροφούν και να εκπέμπουν εκ νέου κύματα ακτίνων Χ της ίδιας συχνότητας. Όλα τα ηλεκτρόνια εκπέμπουν ακτινοβολία συγχρονισμένα με τη μορφή μιας εξαιρετικά ισχυρής και πολύ σύντομης λάμψης (διάρκειας λιγότερο από 100 femtoseconds). Η ισχύς της δέσμης ακτίνων Χ είναι τόσο υψηλή που μια σύντομη αναλαμπή μετατρέπει έναν μικρό κρύσταλλο σε πλάσμα (Εικ. 10), αλλά σε αυτά τα λίγα femtoseconds ενώ ο κρύσταλλος είναι άθικτος, μπορεί να ληφθεί μια εικόνα υψηλότερη ποιότηταχάρη στην υψηλή ένταση και συνοχή της δέσμης. Το κόστος ενός τέτοιου λέιζερ είναι 1,5 δισεκατομμύρια δολάρια και υπάρχουν μόνο τέσσερις τέτοιες εγκαταστάσεις στον κόσμο (που βρίσκονται στις ΗΠΑ (Εικ. 11), στην Ιαπωνία, στην Κορέα και στην Ελβετία). Το 2017, σχεδιάζεται να τεθεί σε λειτουργία το πέμπτο - ευρωπαϊκό - λέιζερ, στην κατασκευή του οποίου συμμετείχε και η Ρωσία.
Εικόνα 10. Μετατροπή πρωτεϊνών σε πλάσμα σε 50 fs υπό την επίδραση ενός παλμού λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων. Femtosecond = 1/1000000000000000ο του δευτερολέπτου.
Χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία NMR, έχει προσδιοριστεί περίπου το 10% των χωρικών δομών στο PDB. Στη Ρωσία υπάρχουν πολλά εξαιρετικά ισχυρά ευαίσθητα φασματόμετρα NMR, τα οποία εκτελούν εργασίες παγκόσμιας κλάσης. Το μεγαλύτερο εργαστήριο NMR όχι μόνο στη Ρωσία, αλλά σε ολόκληρο το διάστημα ανατολικά της Πράγας και δυτικά της Σεούλ, βρίσκεται στο Ινστιτούτο Βιοοργανικής Χημείας της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (Μόσχα).
Το φασματόμετρο NMR είναι ένα θαυμάσιο παράδειγμα του θριάμβου της τεχνολογίας έναντι της νοημοσύνης. Όπως έχουμε ήδη αναφέρει, για να χρησιμοποιηθεί η μέθοδος φασματοσκοπίας NMR, απαιτείται ισχυρό μαγνητικό πεδίο, επομένως η καρδιά της συσκευής είναι ένας υπεραγώγιμος μαγνήτης - ένα πηνίο κατασκευασμένο από ένα ειδικό κράμα βυθισμένο σε υγρό ήλιο (−269 °C). Για την επίτευξη υπεραγωγιμότητας απαιτείται υγρό ήλιο. Για να αποφευχθεί η εξάτμιση του ηλίου, μια τεράστια δεξαμενή υγρού αζώτου (−196 °C) είναι χτισμένη γύρω της. Αν και είναι ηλεκτρομαγνήτης, δεν καταναλώνει ηλεκτρική ενέργεια: το υπεραγώγιμο πηνίο δεν έχει αντίσταση. Ωστόσο, ο μαγνήτης πρέπει να "τροφοδοτείται" συνεχώς με υγρό ήλιο και υγρό άζωτο (Εικ. 15). Εάν δεν παρακολουθείτε, θα συμβεί ένα "σβήσιμο": το πηνίο θα θερμανθεί, το ήλιο θα εξατμιστεί εκρηκτικά και η συσκευή θα σπάσει ( εκ.βίντεο). Είναι επίσης σημαντικό το πεδίο σε ένα δείγμα μήκους 5 cm να είναι εξαιρετικά ομοιόμορφο, επομένως η συσκευή περιέχει μερικές δεκάδες μικρούς μαγνήτες που χρειάζονται για λεπτό συντονισμόμαγνητικό πεδίο.
Βίντεο. Προγραμματισμένη απόσβεση του φασματόμετρου NMR 21,14 Tesla.
Για να πραγματοποιήσετε μετρήσεις, χρειάζεστε έναν αισθητήρα - ένα ειδικό πηνίο που δημιουργεί ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, και καταγράφει το «αντίστροφο» σήμα - ταλάντωση της μαγνητικής ροπής του δείγματος. Για να αυξηθεί η ευαισθησία κατά 2–4 φορές, ο αισθητήρας ψύχεται σε θερμοκρασία -200 °C, εξαλείφοντας έτσι τον θερμικό θόρυβο. Για να γίνει αυτό, κατασκευάζουν ένα ειδικό μηχάνημα - μια κρυοπλατφόρμα, η οποία ψύχει το ήλιο στην απαιτούμενη θερμοκρασία και το αντλεί δίπλα στον ανιχνευτή.
Υπάρχει μια ολόκληρη ομάδα μεθόδων που βασίζονται στο φαινόμενο της σκέδασης φωτός, στις ακτίνες Χ ή σε μια δέσμη νετρονίων. Αυτές οι μέθοδοι, βασισμένες στην ένταση της ακτινοβολίας/σκέδασης σωματιδίων σε διάφορες γωνίες, καθιστούν δυνατό τον προσδιορισμό του μεγέθους και του σχήματος των μορίων σε ένα διάλυμα (Εικ. 16). Η σκέδαση δεν μπορεί να καθορίσει τη δομή ενός μορίου, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βοήθημα σε μια άλλη μέθοδο, όπως η φασματοσκοπία NMR. Τα όργανα για τη μέτρηση της σκέδασης φωτός είναι σχετικά φθηνά, κοστίζουν «μόνο» περίπου 100.000 δολάρια, ενώ άλλες μέθοδοι απαιτούν έναν επιταχυντή σωματιδίων σε ετοιμότητα, ο οποίος μπορεί να παράγει μια δέσμη νετρονίων ή ένα ισχυρό ρεύμα ακτίνων Χ.
Μια άλλη μέθοδος με την οποία δεν μπορεί να προσδιοριστεί η δομή, αλλά μπορούν να ληφθούν ορισμένα σημαντικά δεδομένα, είναι μεταφορά ενέργειας συντονισμού φθορισμού(ΕΚΝΕΥΡΙΖΟΜΑΙ). Η μέθοδος χρησιμοποιεί το φαινόμενο του φθορισμού - την ικανότητα ορισμένων ουσιών να απορροφούν φως ενός μήκους κύματος ενώ εκπέμπουν φως άλλου μήκους κύματος. Μπορείτε να επιλέξετε ένα ζεύγος ενώσεων, για μία από τις οποίες (δότης) το φως που εκπέμπεται κατά τον φθορισμό θα αντιστοιχεί στο χαρακτηριστικό μήκος κύματος απορρόφησης του δεύτερου (δέκτης). Ακτινοβολήστε τον δότη με λέιζερ του απαιτούμενου μήκους κύματος και μετρήστε τον φθορισμό του δέκτη. Το φαινόμενο FRET εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ των μορίων, επομένως, εάν εισάγετε έναν δότη και δέκτη φθορισμού στα μόρια δύο πρωτεϊνών ή διαφορετικών περιοχών (δομικές μονάδες) μιας πρωτεΐνης, μπορείτε να μελετήσετε τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ πρωτεϊνών ή αμοιβαία διευθέτησητομείς σε μια πρωτεΐνη. Η εγγραφή πραγματοποιείται με τη χρήση οπτικού μικροσκοπίου, επομένως το FRET είναι μια φθηνή, αν και χαμηλής πληροφόρησης μέθοδος, η χρήση της οποίας συνδέεται με δυσκολίες στην ερμηνεία των δεδομένων.
Τέλος, δεν μπορούμε να μην αναφέρουμε τη «μέθοδο των ονείρων» των δομικών βιολόγων - μοντελοποίηση υπολογιστή (Εικ. 17). Η ιδέα της μεθόδου είναι να χρησιμοποιήσει σύγχρονες γνώσεις σχετικά με τη δομή και τους νόμους συμπεριφοράς των μορίων για την προσομοίωση της συμπεριφοράς μιας πρωτεΐνης σε ένα μοντέλο υπολογιστή. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της μοριακής δυναμικής, μπορείτε να παρακολουθείτε σε πραγματικό χρόνο τις κινήσεις ενός μορίου ή τη διαδικασία «συναρμολόγησης» μιας πρωτεΐνης (δίπλωμα) με ένα «αλλά»: ο μέγιστος χρόνος που μπορεί να υπολογιστεί δεν υπερβαίνει το 1 ms , το οποίο είναι εξαιρετικά σύντομο, αλλά ταυτόχρονα απαιτεί κολοσσιαίους υπολογιστικούς πόρους (Εικ. 18). Είναι δυνατό να μελετηθεί η συμπεριφορά του συστήματος για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, αλλά αυτό επιτυγχάνεται σε βάρος μιας απαράδεκτης απώλειας ακρίβειας.
Η μοντελοποίηση υπολογιστή χρησιμοποιείται ενεργά για την ανάλυση των χωρικών δομών των πρωτεϊνών. Χρησιμοποιώντας το docking, αναζητούν πιθανά φάρμακα που έχουν υψηλή τάση να αλληλεπιδρούν με την πρωτεΐνη-στόχο. Προς το παρόν, η ακρίβεια των προβλέψεων είναι ακόμα χαμηλή, αλλά η σύνδεση σάς επιτρέπει να περιορίσετε σημαντικά το εύρος των δυνατοτήτων δραστικές ουσίεςπου πρέπει να δοκιμαστούν για να αναπτυχθεί ένα νέο φάρμακο.
Κύριο πεδίο Πρακτική εφαρμογηΤα αποτελέσματα της δομικής βιολογίας είναι η ανάπτυξη φαρμάκων ή, όπως είναι πλέον της μόδας να λέμε, η σχεδίαση έλξης. Υπάρχουν δύο τρόποι σχεδιασμού ενός φαρμάκου με βάση δομικά δεδομένα: μπορείτε να ξεκινήσετε από έναν συνδέτη ή από μια πρωτεΐνη-στόχο. Εάν πολλά φάρμακα που δρουν στην πρωτεΐνη στόχο είναι ήδη γνωστά και έχουν ληφθεί οι δομές των συμπλεγμάτων πρωτεΐνης-φαρμάκου, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα μοντέλο του «ιδανικού φαρμάκου» σύμφωνα με τις ιδιότητες του δεσμευτικού «θύλακα» στην επιφάνεια του μόριο πρωτεΐνης, εντοπίστε τα απαραίτητα χαρακτηριστικά του πιθανού φαρμάκου και αναζητήστε όλες τις γνωστές φυσικές και όχι τόσο γνωστές ενώσεις. Είναι ακόμη δυνατό να δημιουργηθούν σχέσεις μεταξύ των δομικών ιδιοτήτων ενός φαρμάκου και της δραστηριότητάς του. Για παράδειγμα, εάν ένα μόριο έχει ένα τόξο στην κορυφή, τότε η δραστηριότητά του είναι υψηλότερη από εκείνη ενός μορίου χωρίς τόξο. Και όσο περισσότερο φορτίζεται το τόξο, τόσο καλύτερα λειτουργεί το φάρμακο. Αυτό σημαίνει ότι από όλα τα γνωστά μόρια, πρέπει να βρείτε την ένωση με το μεγαλύτερο φορτισμένο τόξο.
Ένας άλλος τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε τη δομή του στόχου για να αναζητήσετε σε έναν υπολογιστή ενώσεις που είναι δυνητικά ικανές να αλληλεπιδράσουν με αυτόν σε στο σωστό μέρος. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείται συνήθως μια βιβλιοθήκη θραυσμάτων - μικρά κομμάτια ουσιών. Εάν βρείτε πολλά καλά θραύσματα που αλληλεπιδρούν με τον στόχο σε διαφορετικά σημεία, αλλά κοντά το ένα στο άλλο, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα φάρμακο από τα θραύσματα «συρράπτοντάς τα» μεταξύ τους. Υπάρχουν πολλά παραδείγματα επιτυχημένης ανάπτυξης φαρμάκων με χρήση δομικής βιολογίας. Η πρώτη επιτυχημένη περίπτωση χρονολογείται από το 1995: τότε εγκρίθηκε για χρήση η δορζολαμίδη, ένα φάρμακο για το γλαύκωμα.
Η γενική τάση στη βιολογική έρευνα κλίνει όλο και περισσότερο προς όχι μόνο ποιοτικές, αλλά και ποσοτικές περιγραφές της φύσης. Η δομική βιολογία είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτού. Και υπάρχει κάθε λόγος να πιστεύουμε ότι θα συνεχίσει να ωφελεί όχι μόνο τις θεμελιώδεις επιστήμες, αλλά και την ιατρική και τη βιοτεχνολογία.
Ημερολόγιο
Με βάση τα άρθρα του ειδικού έργου, αποφασίσαμε να φτιάξουμε ένα ημερολόγιο «12 μέθοδοι βιολογίας» για το 2019. Αυτό το άρθρο αντιπροσωπεύει τον Μάρτιο.
Βιβλιογραφία
- Βιοφωταύγεια: Αναγέννηση;
- Ο θρίαμβος των μεθόδων υπολογιστή: πρόβλεψη της δομής των πρωτεϊνών.
- Heping Zheng, Katarzyna B Handing, Matthew D Zimmerman, Ivan G Shabalin, Steven C Almo, Wladek Minor. (2015).
Ιδιαιτερότητες βιολογικού σχεδίου για μαθητές γυμνασίου
Το βιολογικό σχέδιο είναι ένα από τα γενικά αποδεκτά εργαλεία για τη μελέτη βιολογικά αντικείμενακαι δομές. Υπάρχουν πολλές καλές τεχνικές που αντιμετωπίζουν αυτό το πρόβλημα.
Για παράδειγμα, στο τρίτομο βιβλίο «Biology» των Green, Stout και Taylor, διατυπώνονται οι ακόλουθοι κανόνες βιολογικού σχεδίου.
1. Είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε χαρτί σχεδίασης κατάλληλου πάχους και ποιότητας. Οι γραμμές μολυβιού πρέπει να διαγράφονται εύκολα από αυτό.
2. Τα μολύβια πρέπει να είναι αιχμηρά, σκληρότητας HB (στο σύστημά μας - TM), όχι χρωματιστά.
3. Το σχέδιο πρέπει να είναι:
– αρκετά μεγάλο – όσο περισσότερα στοιχεία απαρτίζουν το υπό μελέτη αντικείμενο, τόσο μεγαλύτερο θα πρέπει να είναι το σχέδιο.
– απλό – περιλαμβάνει περιγράμματα της δομής και άλλες σημαντικές λεπτομέρειες για να δείξει τη θέση και τη σχέση μεμονωμένων στοιχείων.
– Σχεδιασμένο με λεπτές και ευδιάκριτες γραμμές – κάθε γραμμή πρέπει να μελετηθεί και στη συνέχεια να σχεδιαστεί χωρίς να σηκωθεί το μολύβι από το χαρτί. Μην εκκολάπτετε ή βάφετε.
– οι επιγραφές πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πλήρεις, οι γραμμές που προέρχονται από αυτές να μην τέμνονται. Αφήστε χώρο γύρω από το σχέδιο για υπογραφές.
4. Κάντε δύο σχέδια εάν χρειάζεται: σχηματικό σχέδιο, που δείχνει τα κύρια χαρακτηριστικά και ένα λεπτομερές σχέδιο των μικρών εξαρτημάτων. Για παράδειγμα, σε χαμηλή μεγέθυνση, σχεδιάστε ένα σχέδιο διατομήφυτά και σε υψηλή μεγέθυνση - η λεπτομερής δομή των κυττάρων (το μεγάλο τραβηγμένο τμήμα της εικόνας περιγράφεται στο σχέδιο με σφήνα ή τετράγωνο).
5. Θα πρέπει να σχεδιάζετε μόνο αυτό που βλέπετε πραγματικά και όχι αυτό που νομίζετε ότι βλέπετε και, φυσικά, να μην αντιγράψετε ένα σχέδιο από ένα βιβλίο.
6. Κάθε σχέδιο πρέπει να έχει τίτλο, ένδειξη μεγέθυνσης και προβολής του δείγματος.
Σελίδα από το βιβλίο "Εισαγωγή στη Ζωολογία" (γερμανική έκδοση) τέλη XIXαιώνας)
Με την πρώτη ματιά, είναι αρκετά απλό και δεν προκαλεί αντιρρήσεις. Ωστόσο, έπρεπε να αναθεωρήσουμε κάποιες θέσεις. Γεγονός είναι ότι οι συγγραφείς τέτοιων εγχειριδίων εξετάζουν τις ιδιαιτερότητες του βιολογικού σχεδίου ήδη σε επίπεδο ινστιτούτου ή ανώτερων τάξεων ειδικών σχολείων· οι συστάσεις τους απευθύνονται σε αρκετά ενήλικα άτομα με (ήδη) αναλυτική νοοτροπία. Στις μεσαίες (6-8η) τάξεις –και τις συνηθισμένες και τις βιολογικές– τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά.
Πολύ συχνά, τα εργαστηριακά σκίτσα μετατρέπονται σε αμοιβαίο «βάσανο». Τα άσχημα και ακατανόητα σχέδια δεν αρέσουν ούτε στα ίδια τα παιδιά - απλά δεν ξέρουν πώς να ζωγραφίζουν ακόμα - ούτε στον δάσκαλο - επειδή αυτές οι λεπτομέρειες της δομής, εξαιτίας των οποίων ξεκίνησαν τα πάντα, πολύ συχνά χάνονται στα περισσότερα παιδιά. Μόνο τα καλλιτεχνικά προικισμένα παιδιά αντιμετωπίζουν καλά τέτοια καθήκοντα (και μην αρχίσετε να τα μισείτε!). Με λίγα λόγια, το πρόβλημα είναι ότι υπάρχουν εγκαταστάσεις, αλλά δεν υπάρχει επαρκής τεχνολογία. Παρεμπιπτόντως, οι δάσκαλοι τέχνης μερικές φορές αντιμετωπίζουν το αντίθετο πρόβλημα - έχουν την τεχνική και είναι δύσκολο να επιλέξουν αντικείμενα. Ίσως πρέπει να ενωθούμε;
Στο 57ο σχολείο της Μόσχας όπου εργάζομαι, υπάρχει εδώ και πολύ καιρό και συνεχίζει να αναπτύσσεται ένα ολοκληρωμένο μάθημα βιολογικού σχεδίου στις μεσαίες τάξεις, στο οποίο οι δάσκαλοι βιολογίας και σχεδίου εργάζονται σε ζευγάρια. Έχουμε αναπτύξει πολλά ενδιαφέροντα έργα. Τα αποτελέσματά τους εκτέθηκαν επανειλημμένα σε μουσεία της Μόσχας - Ζωολογικό Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας, Παλαιοντολογικό, Δαρβίνος και σε διάφορα φεστιβάλ παιδικής δημιουργικότητας. Αλλά το κύριο πράγμα είναι ότι τα συνηθισμένα παιδιά, που δεν έχουν επιλεγεί για μαθήματα τέχνης ή βιολογίας, εκτελούν αυτές τις εργασίες με ευχαρίστηση, είναι περήφανα για τα δικά τους έργα και, όπως μας φαίνεται, αρχίζουν να κοιτάζουν πολύ πιο κοντά στον ζωντανό κόσμο και σκεπτικά. Φυσικά, δεν έχει κάθε σχολείο την ευκαιρία για καθηγητές βιολογίας και τέχνης να συνεργαστούν, αλλά μερικά από τα ευρήματά μας θα είναι πιθανώς ενδιαφέροντα και χρήσιμα, ακόμα κι αν εργάζεστε μόνο στο πλαίσιο του προγράμματος βιολογίας.
Κίνητρο: τα συναισθήματα προηγούνται
Φυσικά, σχεδιάζουμε για να μελετήσουμε και να κατανοήσουμε καλύτερα δομικά χαρακτηριστικά, εξοικειωθείτε με την ποικιλομορφία των οργανισμών που μελετάμε στην τάξη. Αλλά, ανεξάρτητα από το έργο που αναθέτετε, να θυμάστε ότι είναι πολύ σημαντικό για τα παιδιά αυτής της ηλικίας να γοητεύονται συναισθηματικά από την ομορφιά και τη σκοπιμότητα του αντικειμένου πριν ξεκινήσουν τη δουλειά. Προσπαθούμε να ξεκινήσουμε τη δουλειά σε ένα νέο έργο με φωτεινές εντυπώσεις. Ο καλύτερος τρόπος για να το κάνετε αυτό είναι είτε ένα σύντομο κομμάτι βίντεο είτε μια μικρή (όχι περισσότερες από 7-10!) επιλογή διαφανειών. Τα σχόλιά μας στοχεύουν στην ασυνήθιστη, την ομορφιά, την εκπληκτικότητα των αντικειμένων, ακόμα κι αν είναι κάτι συνηθισμένο: για παράδειγμα, χειμερινές σιλουέτες δέντρων κατά τη μελέτη της διακλάδωσης των βλαστών - μπορεί να είναι είτε παγωμένες και να θυμίζουν κοράλλια, είτε εμφατικά γραφικές - μαύρες σε λευκό χιόνι. Αυτή η εισαγωγή δεν χρειάζεται να είναι μεγάλη - μόνο λίγα λεπτά, αλλά είναι πολύ σημαντική για κίνητρο.
Πρόοδος εργασίας: αναλυτική κατασκευή
Στη συνέχεια, προχωράτε στη δήλωση εργασιών. Εδώ είναι σημαντικό να επισημάνουμε πρώτα εκείνα τα δομικά χαρακτηριστικά που καθορίζουν την εμφάνιση ενός αντικειμένου και δείχνουν τη βιολογική τους σημασία. Φυσικά, όλα αυτά πρέπει να γράφονται στον πίνακα και να σημειώνονται σε ένα τετράδιο. Στην πραγματικότητα, τώρα είναι που ορίζετε στους μαθητές μια εργασία εργασίας - να βλέπουν και να εμφανίζουν.
Και μετά, στο δεύτερο μισό του πίνακα, περιγράφετε τα στάδια κατασκευής του σχεδίου, συμπληρώνοντάς τα με διαγράμματα, δηλ. περιγράψτε τη μεθοδολογία και τη σειρά εργασίας. Ουσιαστικά, εσείς οι ίδιοι ολοκληρώνετε γρήγορα την εργασία μπροστά στα παιδιά, κρατώντας στον πίνακα όλη τη σειρά των βοηθητικών και ενδιάμεσων κατασκευών.
Σε αυτό το στάδιο, είναι πολύ καλό να δείχνουμε στα παιδιά ολοκληρωμένα σχέδια είτε από καλλιτέχνες που απεικόνιζαν τα ίδια αντικείμενα, είτε επιτυχημένα έργα προηγούμενων μαθητών. Είναι απαραίτητο να τονίζουμε συνεχώς ότι ένα καλό και όμορφο βιολογικό σχέδιο είναι ουσιαστικά έρευνα - δηλ. απαντήστε στην ερώτηση πώς λειτουργεί το αντικείμενο και με την πάροδο του χρόνου διδάξτε στα παιδιά να διατυπώνουν μόνα τους αυτές τις ερωτήσεις.
Αναλογίες, βοηθητικές γραμμές, λεπτομέρειες, κορυφαίες ερωτήσειςΚατασκευάζοντας ένα σχέδιο - και μελετώντας το αντικείμενο! – ξεκινάτε υπολογίζοντας τις αναλογίες του: την αναλογία μήκους προς πλάτος, μέρη προς το σύνολο, φροντίζοντας να ρυθμίσετε τη μορφή του σχεδίου αρκετά άκαμπτα. Είναι η μορφή που θα καθορίσει αυτόματα το επίπεδο λεπτομέρειας: θα εξαφανιστεί σε λίγα μεγάλος αριθμόςλεπτομέρειες, οι μεγάλες θα απαιτήσουν κορεσμό με λεπτομέρειες και, επομένως, περισσότερο χρόνο για να δουλέψουν. Σκεφτείτε εκ των προτέρων τι είναι πιο σημαντικό για εσάς σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση.
1) σχεδιάστε τον άξονα συμμετρίας.
2) χτίστε δύο ζεύγη συμμετρικών ορθογωνίων - για τα πάνω και τα κάτω φτερά (για παράδειγμα, μια λιβελλούλη), προσδιορίζοντας πρώτα τις αναλογίες τους.
3) προσαρμόστε τις καμπύλες γραμμές των φτερών σε αυτά τα ορθογώνια
Ρύζι. 1. 7η τάξη. Θέμα: «Παραγγελίες εντόμων». Μελάνι, στυλό σε μολύβι, από σατέν
(Θυμάμαι μια αστεία, θλιβερή και συνηθισμένη ιστορία που συνέβη όταν έκανα αυτή τη δουλειά για πρώτη φορά. Ένα αγόρι της έβδομης δημοτικού για πρώτη φορά κατάλαβε τη λέξη "fit" τόσο εύκολο να χωρέσει μέσα και σχεδίασε στραβά κύκλους μέσα στα ορθογώνια - και τα τέσσερα διαφορετικά Μετά, μετά από την υπόδειξη μου, τι να ταιριάζει - σημαίνει αγγίζοντας τις βοηθητικές γραμμές, έφερε μια πεταλούδα με ορθογώνια φτερά, μόνο ελαφρώς λειασμένα στις γωνίες. Και μόνο τότε σκέφτηκα να του εξηγήσω ότι η εγγεγραμμένη καμπύλη αγγίζει κάθε πλευρά του το ορθογώνιο μόνο σε ένα σημείο. Και έπρεπε να ξανακάνουμε το σχέδιο...)
4) ... Αυτό το σημείο μπορεί να βρίσκεται στη μέση της πλευράς ή σε απόσταση ενός τρίτου από τη γωνία, και αυτό πρέπει επίσης να προσδιοριστεί!
Αλλά πόσο χάρηκε όταν το σχέδιό του μπήκε στη σχολική έκθεση -για πρώτη φορά- πέτυχε! Και τώρα εξηγώ όλα τα στάδια του βασανισμού μας μαζί του στην περιγραφή της «Προόδου της Εργασίας».
Η περαιτέρω λεπτομέρεια του σχεδίου μας οδηγεί σε μια συζήτηση της βιολογικής σημασίας πολλών από τα χαρακτηριστικά του αντικειμένου. Συνεχίζοντας το παράδειγμα με τα φτερά εντόμων (Εικ. 2), συζητάμε τι είναι οι φλέβες, πώς είναι δομημένες, γιατί αναγκαστικά συγχωνεύονται σε ένα ενιαίο δίκτυο, πώς διαφέρει η φύση του ερεθισμού σε έντομα διαφορετικών συστηματικών ομάδων (για παράδειγμα, στην αρχαία και νέα φτερωτά έντομα), γιατί η ακραία φλέβα των μπροστινών φτερών είναι πυκνή κ.λπ. Και προσπαθήστε να δώσετε τις περισσότερες από τις οδηγίες σας με τη μορφή ερωτήσεων στις οποίες τα παιδιά πρέπει να βρουν απαντήσεις.
Ρύζι. 2. «Dragonfly and Antlion». 7η τάξη, θέμα «Παραγγελίες εντόμων». Μελάνι, στυλό σε μολύβι, από σατέν
Παρεμπιπτόντως, προσπαθήστε να επιλέξετε περισσότερα αντικείμενα του ίδιου τύπου, δίνοντας στα παιδιά την ευκαιρία να επιλέξουν. Στο τέλος της δραστηριότητας, η τάξη θα δει τόσο τη βιολογική ποικιλότητα της ομάδας όσο και σημαντική κοινά χαρακτηριστικάοι δομές και, τέλος, οι διαφορετικές ζωγραφικές ικανότητες στα παιδιά δεν θα είναι τόσο σημαντικές.
Δυστυχώς, δεν είναι πάντα διαθέσιμο δασκάλα σχολείουυπάρχει επαρκής αριθμός διαφορετικών αντικειμένων της ίδιας ομάδας. Μπορεί να σας φανεί χρήσιμη η εμπειρία μας: όταν μελετάμε μια ομάδα, κάνουμε πρώτα ένα μετωπικό σχέδιο ενός εύκολα προσβάσιμου αντικειμένου από τη ζωή και στη συνέχεια μεμονωμένα – σχέδια διαφόρων αντικειμένων από φωτογραφίες ή ακόμα και από σχέδια επαγγελματιών καλλιτεχνών.
Ρύζι. 3. Γαρίδες. 7η τάξη, θέμα «Οστρακόδερμα». Μολύβι, από τη ζωή
Για παράδειγμα, στο θέμα «Οστρακόδερμα» σε εργαστηριακές εργασίες « Εξωτερική δομήκαρκινοειδών" όλοι σχεδιάζουμε πρώτα γαρίδες (αντί για καραβίδες) που αγοράσαμε κατεψυγμένες στο παντοπωλείο (Εικ. 3), και στη συνέχεια, αφού παρακολουθήσαμε ένα σύντομο βίντεο κλιπ, ξεχωριστά - διαφορετικές πλαγκτονικές προνύμφες καρκινοειδών (Εικ. 4) που απεικονίζονται στο "Animal Lives ": σε μεγάλα φύλλα (A3), βαμμένα με νερομπογιές σε ψυχρούς γκρι, μπλε, πρασινωπούς τόνους. κιμωλία ή λευκή γκουάς, επεξεργάζεται λεπτές λεπτομέρειες με μελάνι και στυλό. (Όταν εξηγούμε πώς να μεταφέρουμε τη διαφάνεια των πλαγκτονικών καρκινοειδών, μπορούμε να προσφέρουμε το απλούστερο μοντέλο - ένα γυάλινο βάζο με ένα αντικείμενο τοποθετημένο σε αυτό.)
|
|
Ρύζι. 4. Πλαγκτόν. 7η τάξη, θέμα «Οστρακόδερμα». Φιμέ χαρτί (μορφή Α3), κιμωλία ή λευκή γκουάς, μαύρο μελάνι, από σατέν
Στην 8η τάξη, όταν μελετάμε ψάρια, στην εργαστηριακή εργασία "Εξωτερική δομή οστέινων ψαριών", σχεδιάζουμε πρώτα μια συνηθισμένη κατσαρίδα και στη συνέχεια τα παιδιά χρησιμοποιούν ακουαρέλες για να σχεδιάσουν εκπροσώπους διαφορετικών παραγγελιών ψαριών από τους υπέροχους χρωματικούς πίνακες "Εμπορικά ψάρια ” που έχουμε στο σχολείο.
Ρύζι. 5. Σκελετός βατράχου. 8η τάξη, θέμα «Αμφίβια». Μολύβι, με εκπαιδευτική προετοιμασία
Όταν μελετάτε αμφίβια, πρώτα - εργαστηριακές εργασίες«Δομή του σκελετού ενός βατράχου», σχέδιο με απλό μολύβι (Εικ. 5). Στη συνέχεια, αφού παρακολουθήσαμε ένα σύντομο απόσπασμα βίντεο, ένα σχέδιο με ακουαρέλα διαφόρων εξωτικών βατράχων - αναρριχητών με φύλλα κ.λπ. (Αντιγράψαμε από ημερολόγια με φωτογραφίες υψηλής ποιότητας, ευτυχώς, δεν είναι ασυνήθιστες τώρα.)
Με αυτό το σχήμα, τα μάλλον βαρετά σχέδια με μολύβι του ίδιου αντικειμένου γίνονται αντιληπτά ως ένα κανονικό προπαρασκευαστικό στάδιο για φωτεινά και μεμονωμένα έργα.
Εξίσου σημαντικό: τεχνολογία
Η επιλογή της τεχνολογίας είναι πολύ σημαντική για την επιτυχή ολοκλήρωση της εργασίας. Στην κλασική έκδοση, θα έπρεπε να πάρετε ένα απλό μολύβι και λευκό χαρτί, αλλά... . Η εμπειρία μας λέει ότι από τη σκοπιά των παιδιών ένα τέτοιο σχέδιο θα φαίνεται ημιτελές και θα παραμείνουν δυσαρεστημένοι με τη δουλειά.
Εν τω μεταξύ, αρκεί να φτιάξετε ένα σκίτσο με μολύβι με μελάνι, ακόμη και να πάρετε φιμέ χαρτί (συχνά χρησιμοποιούμε έγχρωμο χαρτί για εκτυπωτές) - και το αποτέλεσμα θα γίνει αντιληπτό εντελώς διαφορετικά (Εικ. 6, 7). Το αίσθημα της μη πληρότητας δημιουργείται συχνά από την έλλειψη λεπτομερούς φόντου και ο ευκολότερος τρόπος για να λυθεί αυτό το πρόβλημα είναι με τη βοήθεια φιμέ χαρτιού. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας κανονική κιμωλία ή λευκό μολύβι, μπορείτε σχεδόν αμέσως να επιτύχετε το αποτέλεσμα της λάμψης ή της διαφάνειας, που συχνά χρειάζεται.
Ρύζι. 6. Ραδιολαρία. 7η τάξη, θέμα «Το πιο απλό». Φιμέ χαρτί (μορφή Α3) για ακουαρέλες (με τραχιά υφή), μελάνι, παστέλ ή κιμωλία, από σατέν
Ρύζι. 7. Μέλισσα. 7η τάξη, θέμα «Παραγγελίες εντόμων». Μελάνι, στυλό σε μολύβι, όγκος - με πινέλο και αραιωμένο μελάνι, λεπτές λεπτομέρειες με στυλό, από σατέν
Εάν είναι δύσκολο για εσάς να οργανώσετε την εργασία με μάσκαρα, χρησιμοποιήστε μαλακές μαύρες επενδύσεις ή ρολά (στη χειρότερη περίπτωση, στυλό gel) - δίνουν το ίδιο αποτέλεσμα (Εικ. 8, 9). Όταν χρησιμοποιείτε αυτήν την τεχνική, φροντίστε να δείξετε πόσες πληροφορίες παρέχονται χρησιμοποιώντας γραμμές διαφορετικού πάχους και πίεσης - τόσο για να επισημάνετε τα πιο σημαντικά πράγματα όσο και για να δημιουργήσετε το εφέ του όγκου (προσκηνίου και φόντου). Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε μέτρια έως ελαφριά σκίαση.
Ρύζι. 8. Βρώμη. Στ΄ τάξη, θέμα «Ποικιλότητα ανθοφόρων φυτών, οικογενειακά δημητριακά». Μελάνι, φιμέ χαρτί, από Herbarium
Ρύζι. 9. Αλογοουρά και βρύα κλαμπ. Στ΄ τάξη, θέμα «Σποροφόρα φυτά». Μελάνι, λευκό χαρτί, από herbarium
Επιπλέον, σε αντίθεση με τα κλασικά επιστημονικά σχέδια, συχνά κάνουμε την εργασία με χρώμα ή χρησιμοποιούμε ελαφρύ τόνο για να υποδείξουμε τον όγκο (Εικ. 10).
Ρύζι. 10. Άρθρωση αγκώνα. 9η τάξη, θέμα «Μυοσκελετικό σύστημα». Μολύβι, από βοήθημα γύψου
Δοκιμάσαμε πολλές χρωματικές τεχνικές - ακουαρέλα, γκουάς, παστέλ και τελικά καταλήξαμε σε απαλά χρωματιστά μολύβια, αλλά πάντα σε ακατέργαστο χαρτί. Εάν αποφασίσετε να δοκιμάσετε αυτήν την τεχνική, υπάρχουν μερικά σημαντικά πράγματα που πρέπει να έχετε κατά νου.
1. Επιλέξτε απαλά, υψηλής ποιότητας μολύβια από μια καλή εταιρεία, όπως η Kohinoor, αλλά μην δίνετε στα παιδιά μεγάλη γκάμα χρωμάτων (αρκετά βασική): σε αυτή την περίπτωση, συνήθως προσπαθούν να επιλέξουν ένα έτοιμο χρώμα, η πορεία αποτυγχάνει. Δείξτε πώς να πετύχετε τη σωστή απόχρωση αναμειγνύοντας 2-3 χρώματα. Για να γίνει αυτό, πρέπει να δουλέψουν με μια παλέτα - ένα κομμάτι χαρτί στο οποίο επιλέγουν τους επιθυμητούς συνδυασμούς και πίεση.
2. Το τραχύ χαρτί θα κάνει πολύ πιο εύκολο τη χρήση αδύναμων και δυνατών χρωμάτων.
3. Οι ελαφριές σύντομες πινελιές θα πρέπει, σαν να λέγαμε, να σμιλεύουν το σχήμα του αντικειμένου: δηλ. επαναλάβετε τις κύριες γραμμές (και όχι το χρώμα, που έρχεται σε αντίθεση με το σχήμα και τα περιγράμματα).
4. Τότε χρειάζεσαι τις τελευταίες πινελιές, πλούσιες και δυνατές, όταν έχουν ήδη επιλεγεί τα σωστά χρώματα. Συχνά αξίζει να προσθέσετε επισημάνσεις, οι οποίες θα ζωντανέψουν πολύ το σχέδιο. Το πιο απλό πράγμα είναι να χρησιμοποιήσετε κανονική κιμωλία (σε φιμέ χαρτί) ή να χρησιμοποιήσετε μια μαλακή γόμα (σε λευκό χαρτί). Παρεμπιπτόντως, εάν χρησιμοποιείτε χαλαρές τεχνικές - κιμωλία ή παστέλ - μπορείτε στη συνέχεια να διορθώσετε τη δουλειά με λακ.
Μόλις κατακτήσετε αυτήν την τεχνική, θα μπορείτε να τη χρησιμοποιήσετε στη φύση, αν δεν έχετε αρκετό χρόνο, κυριολεκτικά "στα γόνατά σας" (απλώς μην ξεχνάτε τα tablet - ένα κομμάτι χαρτόνι συσκευασίας είναι αρκετό!).
Και, φυσικά, για την επιτυχία της δουλειάς μας, οργανώνουμε οπωσδήποτε εκθέσεις – άλλοτε στην τάξη, άλλοτε στους διαδρόμους του σχολείου. Αρκετά συχνά, οι εκθέσεις των παιδιών για το ίδιο θέμα είναι χρονομετρημένες ώστε να συμπίπτουν με την έκθεση - τόσο προφορικές όσο και γραπτές. Συνολικά, ένα τέτοιο έργο αφήνει σε εσάς και στα παιδιά την αίσθηση μιας μεγάλης και όμορφης δουλειάς για την οποία αξίζει να προετοιμαστείτε. Πιθανώς, με επαφή και αμοιβαίο ενδιαφέρον με έναν δάσκαλο τέχνης, μπορείτε να ξεκινήσετε να εργάζεστε στα μαθήματα βιολογίας: το αναλυτικό προπαρασκευαστικό στάδιο της μελέτης ενός αντικειμένου, τη δημιουργία ενός σκίτσου με μολύβι και να το ολοκληρώσετε στην τεχνική που έχετε επιλέξει μαζί - στα μαθήματά του.
Εδώ είναι ένα παράδειγμα. Βοτανική, θέμα «Διαφυγή - οφθαλμός, διακλάδωση, δομή βλαστού». Ένα κλαδί με μπουμπούκια είναι μεγάλο στο πρώτο πλάνο, στο βάθος υπάρχουν σιλουέτες δέντρων ή θάμνων με φόντο λευκό χιόνι και μαύρο ουρανό. Τεχνική: μαύρο μελάνι, λευκό χαρτί. Κλαδιά - από τη ζωή, σιλουέτες δέντρων - από φωτογραφίες ή σχέδια βιβλίων. Ο τίτλος είναι «Trees in Winter» ή «Winter Landscape».
Ενα άλλο παράδειγμα. Όταν μελετάμε το θέμα «Τάγματα εντόμων», κάνουμε μια σύντομη εργασία με θέμα «Σχήμα και όγκος σκαθαριών». Οποιαδήποτε τεχνική που μεταφέρει φως και σκιά και τονίζει (ακουαρέλα, μελάνι με νερό, πινέλο), αλλά μονόχρωμη, για να μην αποσπάται η προσοχή από την εξέταση και την απεικόνιση της φόρμας (Εικ. 11). Είναι καλύτερα να επεξεργαστείτε τις λεπτομέρειες με στυλό ή στυλό gel (εάν χρησιμοποιείτε μεγεθυντικό φακό, τα πόδια και το κεφάλι θα βγουν καλύτερα).
Ρύζι. 11. Σκαθάρια. Μελάνι, στυλό σε μολύβι, όγκος - με πινέλο και αραιωμένο μελάνι, λεπτές λεπτομέρειες με στυλό, από σατέν
1-2 όμορφα έργα σε ένα τέταρτο είναι αρκετά - και η σχεδίαση ενός ζωντανού πράγματος θα ευχαριστήσει όλους τους συμμετέχοντες σε αυτή τη δύσκολη διαδικασία.
