Apa itu biologi? Biologi adalah ilmu tentang kehidupan, tentang organisme hidup yang hidup di Bumi.

Gambar 3 dari presentasi “Sains” untuk pelajaran biologi dengan topik "Biologi"

Dimensi: 720 x 540 piksel, format: jpg. Untuk mengunduh gambar secara gratis pelajaran biologi, klik kanan pada gambar dan klik “Simpan Gambar Sebagai…”. Untuk menampilkan gambar dalam pelajaran, Anda juga dapat mengunduh seluruh presentasi “Science.ppt” beserta semua gambar dalam arsip zip secara gratis. Ukuran arsipnya adalah 471 KB.

Unduh presentasi

Biologi

“Metode penelitian dalam biologi” - Sejarah perkembangan biologi sebagai ilmu. Merencanakan percobaan, memilih teknik. Rencana Pelajaran: Untuk memecahkan masalah global umat manusia apa yang memerlukan pengetahuan biologi? Topik: Disiplin Borderline: Tugas: Morfologi, Anatomi, Fisiologi, Sistematika, Paleontologi. Arti biologi." Biologi adalah ilmu tentang kehidupan.

“Ilmuwan Lomonosov” - Menekankan pentingnya menjelajahi wilayah Utara jalur laut, perkembangan Siberia. 19 November 1711 - 15 April 1765 (53 tahun). 10 Juni 1741. Penemuan. Ia mengembangkan konsep atom dan molekul tentang struktur materi. Ide ide. Tidak termasuk flogiston dari daftar bahan kimia. Pekerjaan. Sebagai pendukung deisme, ia memandang fenomena alam secara materialistis.

"Ahli Botani Vavilov" - Institut Botani Terapan All-Union. Pada tahun 1906 Nikolai Ivanovich Vavilov. Pada tahun 1924 Diselesaikan oleh: Babicheva Roxana dan Zhdanova Lyudmila, siswa kelas 10B. Kewibawaan Vavilov sebagai ilmuwan dan penyelenggara ilmu pengetahuan semakin berkembang. Di Merton (Inggris), di laboratorium genetik Institut Hortikultura. N. I. Vavilov lahir pada tanggal 26 November 1887 di Moskow.

“Kegiatan proyek” - Alekseeva E.V. Rencana kuliah. Guru menjadi penulis proyek. Telusuri sumber daya tambahan. Teknologi model informasi proses pendidikan. Merancang pelajaran biologi. Kegiatan proyek. Teori dan praktek. (Metode proyek). Tahapan pekerjaan seorang guru. Teori dan praktek. Blok utama dalam proyek.

"Ilmu Alam Hidup" - Desain buku kerja. 3. Biologi - ilmu tentang alam yang hidup. Biologi adalah ilmu tentang alam yang hidup. Bakteri. Jamur. Mereka terdiri dari satu sel dan tidak memiliki inti. Tandai Cicero. Biologi mempelajari organisme hidup. Mereka memiliki klorofil dan terbentuk dalam cahaya bahan organik, melepaskan oksigen. Pertanyaan: Apa yang dipelajari dalam biologi?

“Matematika dalam biologi” - “Identifikasi kaki datar.” Membaca grafik. Konsep simetri; Jenis simetri. Konsep grafik suatu fungsi. Biologi umum, Kelas 10. "Bangunan seri variasi dan bengkok." Akan ada telinga di titik kontak. Lingkaran, lonjong. Ada sudut pandang yang diterima secara umum yang mengacu pada matematika ilmu eksakta. Proporsionalitas.

Ada total 14 presentasi dalam topik tersebut

Ilmu kehidupan mengikuti jalur dari besar ke kecil. Baru-baru ini, biologi hanya menggambarkan ciri-ciri eksternal hewan, tumbuhan, dan bakteri. Biologi molekuler mempelajari organisme hidup pada tingkat interaksi molekul individu. Biologi struktural - mempelajari proses dalam sel pada tingkat atom. Jika Anda ingin mempelajari cara “melihat” atom individual, cara kerja dan “kehidupan” biologi struktural, serta instrumen apa yang digunakan, di sinilah tempatnya!

Mitra umum siklus ini adalah perusahaan: pemasok peralatan, reagen, dan bahan habis pakai terbesar untuk penelitian dan produksi biologi.

Salah satu misi utama Biomolekul adalah mencapai akarnya. Kami tidak hanya memberi tahu Anda fakta baru apa yang ditemukan para peneliti - kami berbicara tentang bagaimana mereka menemukannya, kami mencoba menjelaskan prinsip-prinsip teknik biologis. Bagaimana cara mengambil gen dari satu organisme dan memasukkannya ke organisme lain? Bagaimana Anda bisa menelusuri nasib beberapa molekul kecil dalam sebuah sel besar? Bagaimana cara menggairahkan sekelompok kecil neuron di otak yang sangat besar?

Jadi kami memutuskan untuk membicarakannya metode laboratorium secara lebih sistematis, untuk menyatukan dalam satu bagian teknik biologi yang paling penting dan paling modern. Agar lebih menarik dan jelas, kami banyak mengilustrasikan artikel bahkan menambahkan animasi di sana-sini. Kami ingin artikel di bagian baru menarik dan mudah dipahami bahkan oleh orang biasa yang lewat. Di sisi lain, mereka harus sangat rinci sehingga bahkan seorang profesional pun dapat menemukan sesuatu yang baru di dalamnya. Kami telah mengumpulkan metode-metode tersebut ke dalam 12 kelompok besar dan akan membuat kalender biometodologi berdasarkan metode-metode tersebut. Nantikan pembaruannya!

Mengapa biologi struktural diperlukan?

Seperti yang Anda ketahui, biologi adalah ilmu tentang kehidupan. Dia muncul di awal XIX abad dan seratus tahun pertama keberadaannya murni deskriptif. Tugas utama biologi pada waktu itu adalah menemukan dan mengkarakterisasi sebanyak mungkin spesies organisme hidup yang berbeda, dan kemudian - untuk mengidentifikasi hubungan kekerabatan di antara mereka. Seiring berjalannya waktu dan seiring berkembangnya bidang ilmu pengetahuan lainnya, beberapa cabang dengan awalan “molekuler” muncul dari biologi: genetika molekuler, biologi molekuler dan biokimia - ilmu yang mempelajari makhluk hidup pada tingkat molekul individu, dan bukan pada penampilan tubuh atau posisi relatif organ dalamnya. Akhirnya, baru-baru ini (pada tahun 50-an abad terakhir) bidang pengetahuan seperti biologi struktural- ilmu yang mempelajari proses-proses pada organisme hidup pada tingkat perubahan struktur spasial makromolekul individu. Pada dasarnya, biologi struktural berada di persimpangan ketiganya berbagai ilmu pengetahuan. Pertama, ini adalah biologi, karena sains mempelajari benda-benda hidup, kedua, fisika, karena metode eksperimen fisik yang paling luas digunakan, dan ketiga, kimia, karena mengubah struktur molekul adalah objek dari disiplin khusus ini.

Biologi struktural mempelajari dua kelas utama senyawa - protein ("badan kerja" utama dari semua organisme yang diketahui) dan asam nukleat(molekul “informasi” utama). Berkat biologi struktural kita mengetahui bahwa DNA memiliki struktur heliks ganda, bahwa tRNA harus digambarkan sebagai huruf vintage "L", dan bahwa ribosom memiliki subunit besar dan kecil yang terdiri dari protein dan RNA dalam konformasi tertentu.

Tujuan global biologi struktural, seperti ilmu pengetahuan lainnya, adalah “memahami cara kerja segala sesuatu”. Dalam bentuk apa rantai protein yang menyebabkan pembelahan sel terlipat, bagaimana kemasan enzim berubah selama proses kimia yang dilakukannya, di tempat mana hormon pertumbuhan dan reseptornya berinteraksi - inilah pertanyaan yang diajukan. jawaban sains. Selain itu, tujuan terpisahnya adalah untuk mengumpulkan sejumlah besar data sehingga pertanyaan-pertanyaan ini (pada objek yang belum dipelajari) dapat dijawab di komputer tanpa menggunakan eksperimen yang mahal.

Misalnya, Anda perlu memahami cara kerja sistem bioluminesensi pada cacing atau jamur - mereka menguraikan genom, berdasarkan data ini mereka menemukan protein yang diinginkan dan memperkirakan struktur spasialnya beserta mekanisme kerjanya. Namun, perlu diketahui bahwa sejauh ini metode tersebut masih dalam tahap awal, dan masih belum mungkin untuk secara akurat memprediksi struktur suatu protein, yang hanya memiliki gennya. Di sisi lain, hasil biologi struktural dapat diterapkan dalam bidang kedokteran. Seperti yang diharapkan banyak peneliti, pengetahuan tentang struktur biomolekul dan mekanisme kerja mereka akan memungkinkan pengembangan obat baru secara rasional, dan bukan melalui trial and error (penyaringan throughput tinggi, sebenarnya), seperti yang paling sering dilakukan. Sekarang. Dan ini bukan fiksi ilmiah: sudah banyak obat yang dibuat atau dioptimalkan menggunakan biologi struktural.

Sejarah biologi struktural

Sejarah biologi struktural (Gbr. 1) cukup singkat dan dimulai pada awal tahun 1950-an, ketika James Watson dan Francis Crick, berdasarkan data dari Rosalind Franklin tentang difraksi sinar-X pada kristal DNA, menyusun model biologi struktural yang sekarang berfungsi dengan baik. heliks ganda yang diketahui dari set konstruksi kuno. Beberapa saat sebelumnya, Linus Pauling membangun model heliks pertama yang masuk akal, salah satu elemen dasar struktur sekunder protein (Gbr. 2).

Lima tahun kemudian, pada tahun 1958, struktur protein pertama di dunia ditentukan - mioglobin (protein serat otot) paus sperma (Gbr. 3). Dia tampak, tentu saja, tidak secantik itu struktur modern, tapi itu merupakan tonggak penting dalam perkembangan ilmu pengetahuan modern.

Gambar 3b. Struktur spasial pertama dari molekul protein. John Kendrew dan Max Perutz mendemonstrasikan struktur spasial mioglobin, yang dirangkai dari perangkat konstruksi khusus.

Sepuluh tahun kemudian, pada tahun 1984–1985, struktur pertama ditentukan dengan spektroskopi resonansi magnetik nuklir. Sejak saat itu, beberapa penemuan penting telah terjadi: pada tahun 1985, struktur kompleks pertama suatu enzim dengan inhibitornya diperoleh, pada tahun 1994, struktur ATP sintase, “mesin” utama pembangkit listrik sel kita ( mitokondria), ditentukan, dan sudah pada tahun 2000, struktur spasial pertama diperoleh "pabrik" protein - ribosom, yang terdiri dari protein dan RNA (Gbr. 6). Pada abad ke-21, perkembangan biologi struktural telah maju pesat, disertai dengan pertumbuhan jumlah yang eksplosif. struktur spasial. Struktur banyak kelas protein diperoleh: reseptor hormon dan sitokin, reseptor berpasangan G-protein, reseptor mirip tol, protein sistem imun dan banyak lagi.

Dengan munculnya teknologi perekaman dan pemrosesan gambar baru di tahun 2010-an mikroskop krioelektron Banyak struktur protein membran resolusi super kompleks telah muncul. Kemajuan biologi struktural tidak luput dari perhatian: 14 penghargaan diberikan atas penemuan di bidang ini Hadiah Nobel, lima di antaranya sudah berada di abad ke-21.

Metode biologi struktural

Penelitian di bidang biologi struktural dilakukan dengan menggunakan beberapa metode fisika, yang hanya tiga di antaranya memungkinkan diperolehnya struktur spasial biomolekul pada resolusi atom. Metode biologi struktural didasarkan pada pengukuran interaksi zat yang diteliti dengan berbagai jenis gelombang elektromagnetik atau partikel elementer. Semua metode memerlukan sumber daya keuangan yang besar - biaya peralatan seringkali luar biasa.

Secara historis, metode biologi struktural yang pertama adalah analisis difraksi sinar-X (XRD) (Gbr. 7). Pada awal abad ke-20, ditemukan bahwa dengan menggunakan pola difraksi sinar-X pada kristal, seseorang dapat mempelajari sifat-sifatnya - jenis simetri sel, panjang ikatan antar atom, dll. Namun, jika ada senyawa organik, maka dimungkinkan untuk menghitung koordinat atom, dan juga struktur kimia dan spasial molekul-molekul ini. Ini adalah bagaimana struktur penisilin diperoleh pada tahun 1949, dan pada tahun 1953 - struktur heliks ganda DNA.

Tampaknya semuanya sederhana, tetapi ada perbedaannya.

Pertama, Anda perlu mendapatkan kristal, dan ukurannya harus cukup besar (Gbr. 8). Jika hal ini dapat dilakukan untuk molekul yang tidak terlalu kompleks (ingat bagaimana garam meja atau tembaga sulfat mengkristal!), maka kristalisasi protein adalah Tugas yang sangat besar, memerlukan prosedur yang tidak jelas untuk menemukan kondisi optimal. Sekarang hal ini dilakukan dengan bantuan robot khusus yang mempersiapkan dan memantau ratusan solusi berbeda untuk mencari kristal protein yang “berkecambah”. Namun, pada masa-masa awal kristalografi, memperoleh kristal protein dapat memakan waktu bertahun-tahun yang berharga.

Kedua, berdasarkan data yang diperoleh (pola difraksi “mentah”; Gambar 8), strukturnya perlu “dihitung”. Saat ini hal ini juga merupakan tugas rutin, namun 60 tahun yang lalu, di era teknologi lampu dan kartu berlubang, hal ini tidak sesederhana itu.

Ketiga, bahkan jika kristal dapat ditumbuhkan, struktur spasial protein sama sekali tidak perlu ditentukan: untuk ini, protein harus memiliki struktur yang sama di semua lokasi kisi, yang tidak selalu terjadi. .

Dan keempat, kristal jauh dari protein alami. Mempelajari protein dalam kristal seperti mempelajari manusia dengan menjejalkan sepuluh orang ke dalam dapur kecil berasap: Anda dapat mengetahui bahwa manusia memiliki lengan, kaki, dan kepala, tetapi perilaku mereka mungkin tidak persis sama dengan di lingkungan yang nyaman. Namun, difraksi sinar-X adalah metode yang paling umum untuk menentukan struktur spasial, dan 90% konten PDB diperoleh dengan menggunakan metode ini.

SAR memerlukan sumber sinar-X yang kuat - akselerator elektron atau laser elektron bebas (Gbr. 9). Sumber-sumber tersebut mahal – beberapa miliar dolar AS – tetapi biasanya satu sumber digunakan oleh ratusan atau bahkan ribuan kelompok di seluruh dunia dengan biaya yang cukup kecil. Tidak ada sumber yang kuat di negara kita, sehingga sebagian besar ilmuwan melakukan perjalanan dari Rusia ke Amerika atau Eropa untuk menganalisis kristal yang dihasilkan. Anda dapat membaca lebih lanjut tentang studi romantis ini di artikel “ Laboratorium Penelitian Lanjutan Protein Membran: Dari Gen hingga Angstrom» .

Seperti telah disebutkan, analisis difraksi sinar-X memerlukan sumber radiasi sinar-X yang kuat. Semakin kuat sumbernya, semakin kecil ukuran kristalnya, dan semakin sedikit penderitaan yang harus ditanggung oleh para ahli biologi dan insinyur genetika saat mencoba mendapatkan kristal malang tersebut. Radiasi sinar-X paling mudah dihasilkan dengan mempercepat berkas elektron dalam sinkrotron atau siklotron - akselerator cincin raksasa. Ketika sebuah elektron mengalami percepatan, ia memancarkan gelombang elektromagnetik dalam rentang frekuensi yang diinginkan. Baru-baru ini, sumber radiasi berkekuatan ultra tinggi baru telah muncul - laser elektron bebas (XFEL).

Prinsip pengoperasian laser cukup sederhana (Gbr. 9). Pertama, elektron dipercepat ke energi tinggi menggunakan magnet superkonduktor (panjang akselerator 1–2 km), dan kemudian melewati apa yang disebut undulator - kumpulan magnet dengan polaritas berbeda.

Gambar 9. Prinsip pengoperasian laser elektron bebas. Berkas elektron dipercepat, melewati undulator dan memancarkan sinar gamma, yang jatuh pada sampel biologis.

Melewati undulator, elektron mulai menyimpang secara berkala dari arah pancaran, mengalami percepatan dan memancarkan radiasi sinar-X. Karena semua elektron bergerak dengan cara yang sama, radiasi diperkuat karena elektron lain dalam berkas mulai menyerap dan memancarkan kembali gelombang sinar-X dengan frekuensi yang sama. Semua elektron memancarkan radiasi secara serempak dalam bentuk kilatan yang sangat kuat dan sangat singkat (berlangsung kurang dari 100 femtodetik). Kekuatan pancaran sinar-X sangat tinggi sehingga satu kilatan singkat mengubah kristal kecil menjadi plasma (Gbr. 10), tetapi dalam beberapa femtodetik tersebut, saat kristal masih utuh, sebuah gambar dapat diperoleh. kualitas terbaik berkat intensitas dan koherensi pancaran yang tinggi. Biaya laser semacam itu adalah $1,5 miliar, dan hanya ada empat instalasi semacam itu di dunia (terletak di AS (Gbr. 11), Jepang, Korea, dan Swiss). Pada tahun 2017, direncanakan untuk mengoperasikan laser kelima - Eropa - yang pembangunannya juga diikuti oleh Rusia.

Gambar 10. Konversi protein menjadi plasma dalam 50 fs di bawah pengaruh pulsa laser elektron bebas. Femtodetik = 1/1000000000000000 detik.

Dengan menggunakan spektroskopi NMR, sekitar 10% struktur spasial dalam PDB telah ditentukan. Di Rusia terdapat beberapa spektrometer NMR sensitif ultra-kuat yang melakukan pekerjaan kelas dunia. Laboratorium NMR terbesar tidak hanya di Rusia, tetapi di seluruh wilayah timur Praha dan barat Seoul, terletak di Institut Kimia Bioorganik dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia (Moskow).

Spektrometer NMR adalah contoh luar biasa dari kemenangan teknologi atas kecerdasan. Seperti yang telah kami sebutkan, untuk menggunakan metode spektroskopi NMR, diperlukan medan magnet yang kuat, sehingga jantung perangkat ini adalah magnet superkonduktor - kumparan yang terbuat dari paduan khusus yang direndam dalam helium cair (−269 °C). Helium cair diperlukan untuk mencapai superkonduktivitas. Untuk mencegah helium menguap, tangki besar berisi nitrogen cair (−196 °C) dibangun di sekelilingnya. Meskipun merupakan elektromagnet, ia tidak mengkonsumsi listrik: kumparan superkonduktor tidak memiliki hambatan. Namun, magnet harus terus-menerus “diberi makan” dengan helium cair dan nitrogen cair (Gbr. 15). Jika Anda tidak melacaknya, “quench” akan terjadi: kumparan akan memanas, helium akan menguap secara eksplosif, dan perangkat akan rusak ( cm. video). Penting juga bahwa medan dalam sampel sepanjang 5 cm harus sangat seragam, sehingga perangkat tersebut berisi beberapa lusin magnet kecil yang diperlukan untuk mencari setelan Medan gaya.

Video. Pendinginan spektrometer 21,14 Tesla NMR yang direncanakan.

Untuk melakukan pengukuran, Anda memerlukan sensor – kumparan khusus yang menghasilkan radiasi elektromagnetik, dan mencatat sinyal "terbalik" - osilasi momen magnet sampel. Untuk meningkatkan sensitivitas sebanyak 2–4 kali lipat, sensor didinginkan hingga suhu −200 °C, sehingga menghilangkan kebisingan termal. Untuk melakukan ini, mereka membangun mesin khusus - cryoplatform, yang mendinginkan helium hingga suhu yang diperlukan dan memompanya ke sebelah detektor.

Ada sekelompok metode yang mengandalkan fenomena hamburan cahaya, sinar-X, atau berkas neutron. Metode-metode ini, berdasarkan intensitas radiasi/hamburan partikel pada berbagai sudut, memungkinkan untuk menentukan ukuran dan bentuk molekul dalam suatu larutan (Gbr. 16). Hamburan tidak dapat menentukan struktur suatu molekul, namun dapat digunakan sebagai bantuan metode lain, seperti spektroskopi NMR. Instrumen untuk mengukur hamburan cahaya relatif murah, “hanya” berharga sekitar $100.000, sementara metode lain memerlukan akselerator partikel, yang dapat menghasilkan berkas neutron atau aliran sinar-X yang kuat.

Metode lain dimana strukturnya tidak dapat ditentukan, namun beberapa data penting dapat diperoleh adalah transfer energi fluoresensi resonansi(RESAH). Metode ini menggunakan fenomena fluoresensi - kemampuan beberapa zat untuk menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu sambil memancarkan cahaya dengan panjang gelombang lain. Anda dapat memilih sepasang senyawa, yang salah satunya (donor) cahaya yang dipancarkan selama fluoresensi akan sesuai dengan karakteristik panjang gelombang serapan senyawa kedua (akseptor). Iradiasi donor dengan laser dengan panjang gelombang yang diperlukan dan ukur fluoresensi akseptor. Efek FRET bergantung pada jarak antar molekul, oleh karena itu, jika Anda memasukkan donor dan akseptor fluoresensi ke dalam molekul dua protein atau domain berbeda (unit struktural) dari satu protein, Anda dapat mempelajari interaksi antar protein atau pengaturan bersama domain dalam suatu protein. Registrasi dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik, sehingga FRET adalah metode yang murah, meskipun rendah informasi, yang penggunaannya dikaitkan dengan kesulitan dalam menafsirkan data.

Terakhir, kita tidak bisa tidak menyebutkan “metode impian” para ahli biologi struktural - pemodelan komputer (Gbr. 17). Ide dari metode ini adalah menggunakan pengetahuan modern tentang struktur dan hukum perilaku molekul untuk mensimulasikan perilaku protein dalam model komputer. Misalnya, dengan menggunakan metode dinamika molekuler, Anda dapat memantau pergerakan suatu molekul atau proses “merakit” protein (melipat) secara real-time dengan satu “tetapi”: waktu maksimum yang dapat dihitung tidak melebihi 1 ms , yang sangat singkat, tetapi pada saat yang sama membutuhkan sumber daya komputasi yang sangat besar (Gbr. 18). Dimungkinkan untuk mempelajari perilaku sistem dalam jangka waktu yang lebih lama, namun hal ini dicapai dengan mengorbankan hilangnya akurasi yang tidak dapat diterima.

Pemodelan komputer secara aktif digunakan untuk menganalisis struktur spasial protein. Dengan menggunakan docking, mereka mencari obat potensial yang memiliki kecenderungan tinggi untuk berinteraksi dengan protein target. Saat ini, keakuratan prediksi masih rendah, tetapi docking dapat mempersempit jangkauan potensi secara signifikan zat aktif yang perlu diuji untuk mengembangkan obat baru.

Bidang utama aplikasi praktis Hasil dari biologi struktural adalah pengembangan obat-obatan atau, seperti yang sekarang populer disebut, desain drag. Ada dua cara untuk merancang obat berdasarkan data struktural: Anda bisa mulai dari ligan atau dari protein target. Jika beberapa obat yang bekerja pada protein target telah diketahui, dan struktur kompleks protein-obat telah diperoleh, model “obat ideal” dapat dibuat sesuai dengan sifat “kantong” pengikatan pada permukaan. molekul protein, mengidentifikasi ciri-ciri yang diperlukan dari obat potensial, dan mencari di antara semua senyawa alami yang diketahui dan senyawa yang tidak begitu dikenal. Bahkan dimungkinkan untuk membangun hubungan antara sifat struktural suatu obat dan aktivitasnya. Misalnya, jika suatu molekul mempunyai busur di atasnya, maka aktivitasnya lebih tinggi dibandingkan molekul tanpa busur. Dan semakin banyak busur yang diisi, semakin baik obatnya bekerja. Artinya, dari semua molekul yang diketahui, Anda perlu mencari senyawa dengan busur bermuatan terbesar.

Cara lain adalah dengan menggunakan struktur target untuk mencari senyawa di komputer yang berpotensi mampu berinteraksi dengannya di tempat yang benar. Dalam hal ini, perpustakaan fragmen - potongan kecil zat - biasanya digunakan. Jika Anda menemukan beberapa fragmen bagus yang berinteraksi dengan target di tempat berbeda, tetapi berdekatan, Anda dapat membuat obat dari fragmen tersebut dengan “menjahitnya” menjadi satu. Ada banyak contoh keberhasilan pengembangan obat menggunakan biologi struktural. Kasus pertama yang berhasil terjadi pada tahun 1995: kemudian dorzolamide, obat untuk glaukoma, disetujui untuk digunakan.

Tren umum dalam penelitian biologi semakin condong ke arah tidak hanya deskripsi alam secara kualitatif, tetapi juga kuantitatif. Biologi struktural adalah contoh utama dari hal ini. Dan terdapat banyak alasan untuk percaya bahwa hal ini tidak hanya akan memberikan manfaat bagi ilmu pengetahuan dasar, tetapi juga kedokteran dan bioteknologi.

Kalender

Berdasarkan artikel proyek khusus, kami memutuskan untuk membuat kalender “12 metode biologi” untuk tahun 2019. Artikel ini mewakili bulan Maret.

literatur

Bioluminesensi: Kelahiran Kembali;
Kemenangan metode komputer: prediksi struktur protein;
Heping Zheng, Katarzyna B Handing, Matthew D Zimmerman, Ivan G Shabalin, Steven C Almo, Wladek Minor. (2015).

Kekhususan gambar biologi untuk siswa sekolah menengah

Gambar biologi adalah salah satu alat belajar yang diterima secara umum objek biologis dan struktur. Ada banyak teknik bagus yang mengatasi masalah ini.

Misalnya, dalam buku tiga jilid “Biology” oleh Green, Stout, dan Taylor, aturan menggambar biologis berikut dirumuskan.

1. Kertas gambar harus digunakan dengan ketebalan dan kualitas yang sesuai. Garis pensil harus mudah dihapus.

2. Pensil harus tajam, kekerasan HB (dalam sistem kami - TM), tidak berwarna.

3. Gambarnya harus:

– cukup besar – semakin banyak elemen yang membentuk objek yang diteliti, maka gambarnya harus semakin besar;
– sederhana – mencakup garis besar struktur dan detail penting lainnya untuk menunjukkan lokasi dan hubungan masing-masing elemen;
– digambar dengan garis tipis dan jelas – setiap garis harus dipikirkan dengan matang dan kemudian digambar tanpa mengangkat pensil dari kertas; jangan menetas atau mengecat;
– prasasti harus selengkap mungkin, garis-garis yang berasal darinya tidak boleh berpotongan; Sisakan ruang di sekitar gambar untuk tanda tangan.

4. Buat dua gambar jika perlu: gambar skema, menampilkan fitur-fitur utama, dan gambar detail bagian-bagian kecil. Misalnya, pada perbesaran rendah, gambarlah sebuah denah persilangan tanaman, dan pada perbesaran tinggi - struktur sel yang terperinci (bagian besar gambar yang digambar diuraikan pada denah dengan irisan atau persegi).

5. Anda sebaiknya hanya menggambar apa yang sebenarnya Anda lihat, dan bukan apa yang Anda pikir Anda lihat, dan, tentu saja, jangan menyalin gambar dari buku.

6. Setiap gambar harus mempunyai judul, indikasi perbesaran dan proyeksi sampel.

Halaman dari buku "Pengantar Zoologi" (edisi Jerman) akhir XIX abad)

Sekilas cukup sederhana dan tidak menimbulkan keberatan apapun. Namun, kami harus mempertimbangkan kembali beberapa tesis. Faktanya adalah bahwa penulis manual tersebut sudah mempertimbangkan secara spesifik gambar biologis di tingkat institut atau kelas senior sekolah luar biasa; rekomendasi mereka ditujukan kepada orang-orang yang cukup dewasa dengan pola pikir (yang sudah) analitis. Di kelas menengah (6-8) – baik kelas biasa maupun kelas biologi – segala sesuatunya tidak sesederhana itu.

Seringkali, sketsa laboratorium berubah menjadi “siksaan” timbal balik. Gambar yang jelek dan tidak dapat dipahami tidak disukai oleh anak-anak itu sendiri - mereka belum tahu cara menggambar - atau oleh guru - karena detail struktur yang menjadi asal muasalnya, sering kali dilewatkan oleh sebagian besar anak. Hanya anak-anak yang berbakat secara artistik yang dapat mengatasi tugas-tugas seperti itu dengan baik (dan jangan mulai membencinya!). Singkatnya, kendalanya adalah fasilitasnya ada, namun teknologinya belum memadai. Ngomong-ngomong, guru seni terkadang menghadapi masalah sebaliknya - mereka punya teknik dan sulit memilih objek. Mungkin kita harus bersatu?

Di sekolah Moskow ke-57 tempat saya bekerja, kursus terpadu menggambar biologi di kelas menengah telah ada cukup lama dan terus berkembang, di mana guru biologi dan menggambar bekerja berpasangan. Kami telah mengembangkan banyak hal proyek yang menarik. Hasilnya berulang kali dipamerkan di museum Moskow - Zoological Moscow State University, Paleontological, Darwin, dan di berbagai festival kreativitas anak. Tetapi yang utama adalah bahwa anak-anak biasa, yang tidak dipilih untuk kelas seni atau biologi, melaksanakan tugas-tugas proyek ini dengan senang hati, bangga dengan karya mereka sendiri dan, menurut kami, mulai melihat dunia kehidupan lebih dekat. dan sambil berpikir. Tentu saja, tidak setiap sekolah memiliki kesempatan bagi guru biologi dan seni untuk bekerja sama, namun beberapa temuan kami mungkin menarik dan berguna, meskipun Anda hanya bekerja dalam program biologi.

Motivasi: emosi adalah yang utama

Tentunya kita menggambar agar bisa lebih belajar dan memahami fitur struktural, mengenal keanekaragaman organisme yang kita pelajari di kelas. Namun, apa pun tugas yang Anda berikan, ingatlah bahwa sangat penting bagi anak-anak pada usia ini untuk terpikat secara emosional oleh keindahan dan kegunaan suatu benda sebelum mulai bekerja. Kami mencoba untuk mulai mengerjakan proyek baru dengan kesan yang jelas. Cara terbaik untuk melakukannya adalah dengan potongan video pendek atau pilihan slide kecil (tidak lebih dari 7-10!). Komentar kami ditujukan pada keanehan, keindahan, kehebatan objek, meskipun itu adalah sesuatu yang biasa: misalnya, siluet pepohonan musim dingin ketika mempelajari percabangan pucuk - objek tersebut dapat sangat dingin dan mengingatkan pada karang, atau secara tegas grafis - hitam di atas salju putih. Perkenalan ini tidak harus panjang – cukup beberapa menit saja, namun sangat penting untuk motivasi.

Kemajuan pekerjaan: konstruksi analitis

Kemudian Anda melanjutkan ke pernyataan tugas. Di sini penting untuk terlebih dahulu menyoroti ciri-ciri struktural yang menentukan penampilan suatu objek dan menunjukkan makna biologisnya. Tentu saja semua itu harus dicatat di papan tulis dan dicatat dalam buku catatan. Sebenarnya, sekarang Anda memberi siswa tugas kerja - untuk melihat dan menampilkan.

Dan kemudian, di paruh kedua papan, Anda menjelaskan tahapan pembuatan gambar, melengkapinya dengan diagram, mis. menguraikan metodologi dan urutan kerja. Intinya, Anda sendiri dengan cepat menyelesaikan tugas di depan anak-anak, dengan menyimpan seluruh rangkaian konstruksi tambahan dan perantara di papan.

Pada tahap ini, sangat baik untuk memperlihatkan kepada anak-anak gambar yang sudah selesai baik oleh seniman yang menggambarkan objek yang sama, atau karya sukses siswa sebelumnya. Perlu ditekankan terus-menerus bahwa gambar biologis yang baik dan indah pada dasarnya adalah penelitian - yaitu. menjawab pertanyaan tentang cara kerja objek tersebut, dan seiring waktu ajarkan anak untuk merumuskan sendiri pertanyaan-pertanyaan tersebut.

Proporsi, garis bantu, perincian, pertanyaan pengarah

Membuat gambar - dan mempelajari objeknya! – Anda mulai dengan mencari tahu proporsinya: rasio panjang dan lebar, bagian terhadap keseluruhan, pastikan untuk mengatur format gambar dengan cukup kaku. Format inilah yang secara otomatis menentukan tingkat detail: akan hilang dalam ukuran kecil jumlah yang besar detail, yang besar akan membutuhkan kejenuhan dengan detail dan, oleh karena itu, lebih banyak waktu untuk mengerjakannya. Pikirkan terlebih dahulu tentang apa yang lebih penting bagi Anda dalam setiap kasus tertentu.

1) menggambar sumbu simetri;

2) membuat dua pasang persegi panjang simetris - untuk sayap atas dan bawah (misalnya, capung), setelah sebelumnya menentukan proporsinya;

3) paskan garis lengkung sayap ke dalam persegi panjang ini

Beras. 1. kelas 7. Tema: “Ordo Serangga”. Tinta, pena di atas pensil, dari satin

(Saya ingat cerita lucu, sedih dan biasa yang terjadi ketika saya pertama kali mengerjakan pekerjaan ini. Seorang anak kelas tujuh pertama kali memahami kata "pas" sebagai kata yang mudah dimasukkan ke dalam dan menggambar lingkaran bengkok di dalam persegi panjang - keempatnya berbeda ! Kemudian, setelah petunjuk saya, apa yang cocok - berarti menyentuh garis bantu, dia membawa seekor kupu-kupu dengan sayap persegi panjang, hanya sedikit dihaluskan di sudut-sudutnya. Dan baru kemudian saya berpikir untuk menjelaskan kepadanya bahwa kurva yang tertulis menyentuh setiap sisinya. persegi panjang tersebut hanya pada satu titik. Dan kami harus mengulangi gambarnya lagi...)

4) ... Titik ini dapat terletak di tengah-tengah sisi atau pada jarak sepertiga dari sudut, dan ini juga perlu ditentukan!

Namun betapa bahagianya dia ketika gambarnya masuk ke pameran sekolah - untuk pertama kalinya - berhasil! Dan sekarang saya menjelaskan semua tahapan siksaan kami bersamanya dalam uraian “Kemajuan Pekerjaan.”

Perincian lebih lanjut dari gambar tersebut membawa kita pada diskusi tentang makna biologis dari banyak fitur objek. Melanjutkan contoh sayap serangga (Gbr. 2), kita membahas apa itu vena, bagaimana strukturnya, mengapa mereka harus bergabung menjadi satu jaringan, bagaimana sifat venasi berbeda pada serangga dari kelompok sistematik yang berbeda (misalnya, pada zaman dahulu). dan serangga bersayap baru), mengapa urat sayap depan menebal, dll. Dan cobalah untuk memberikan sebagian besar instruksi Anda dalam bentuk pertanyaan yang perlu dicari jawabannya oleh anak.

Beras. 2. “Capung dan Antlion.” Kelas 7, topik “Ordo Serangga”. Tinta, pena di atas pensil, dari satin

Ngomong-ngomong, cobalah untuk memilih lebih banyak objek dengan jenis yang sama, berikan kesempatan kepada anak untuk memilih. Di akhir kegiatan, kelas akan melihat keanekaragaman hayati kelompok dan pentingnya keanekaragaman hayati fitur umum struktur, dan akhirnya, kemampuan menggambar yang berbeda pada anak tidak akan begitu penting.

Sayangnya, tidak selalu tersedia guru sekolah ada cukup banyak objek berbeda dari kelompok yang sama. Pengalaman kami mungkin berguna bagi Anda: saat belajar berkelompok, pertama-tama kami membuat gambar depan dari objek kehidupan yang mudah diakses, dan kemudian secara individu – gambar berbagai objek dari foto atau bahkan dari gambar seniman profesional.

Beras. 3. Udang. Kelas 7, topik “Crustacea”. Pensil, dari kehidupan

Misalnya pada topik “Krustasea” dalam pekerjaan laboratorium “ Struktur eksternal krustasea" pertama-tama kita semua menggambar udang (bukan udang karang) yang dibeli dalam keadaan beku di toko kelontong (Gbr. 3), dan kemudian, setelah menonton klip video pendek, satu per satu - larva krustasea planktonik yang berbeda (Gbr. 4) digambarkan dalam "Kehidupan Hewan ": pada lembaran besar (A3), diwarnai dengan cat air dengan warna abu-abu sejuk, biru, kehijauan; kapur atau guas putih, kerjakan detail halus dengan tinta dan pena. (Saat menjelaskan cara menyampaikan transparansi krustasea planktonik, kami dapat menawarkan model paling sederhana - toples kaca dengan benda diletakkan di dalamnya.)

Beras. 4. Plankton. Kelas 7, topik “Crustacea”. Kertas berwarna (format A3), kapur atau guas putih, tinta hitam, dari satin

Di kelas 8, ketika mempelajari ikan, dalam pekerjaan laboratorium “Struktur luar ikan bertulang”, pertama-tama kami menggambar kecoak biasa, dan kemudian anak-anak menggunakan cat air untuk menggambar perwakilan dari berbagai ordo ikan dari tabel warna yang luar biasa “Ikan Komersial ” yang kita miliki di sekolah.

Beras. 5. Kerangka katak. kelas 8, topik “Amfibi”. Pensil, dengan persiapan pendidikan

Saat mempelajari amfibi, pertama - Pekerjaan laboratorium“Struktur kerangka katak”, menggambar dengan pensil sederhana (Gbr. 5). Kemudian, setelah menonton cuplikan video pendek, gambar cat air dari berbagai katak eksotis - pemanjat daun, dll. (Kami menyalin dari kalender dengan foto-foto berkualitas tinggi, untungnya, sekarang sudah tidak jarang lagi.)

Dengan skema ini, gambar pensil yang agak membosankan dari objek yang sama dianggap sebagai tahap persiapan normal untuk karya yang cerah dan individual.

Yang tak kalah penting: teknologi

Pemilihan teknologi sangat penting untuk keberhasilan penyelesaian pekerjaan. Dalam versi klasik, Anda perlu mengambil pensil sederhana dan kertas putih, tapi... . Pengalaman kami menunjukkan bahwa dari sudut pandang anak-anak, gambar seperti itu akan terlihat belum selesai dan mereka akan tetap tidak puas dengan hasil karyanya.

Sementara itu, cukup membuat sketsa pensil dengan tinta, bahkan mengambil kertas berwarna (kita sering menggunakan kertas berwarna untuk printer) - dan hasilnya akan terlihat sangat berbeda (Gbr. 6, 7). Perasaan tidak lengkap sering kali muncul karena kurangnya latar belakang yang detail, dan cara termudah untuk mengatasi masalah ini adalah dengan bantuan kertas berwarna. Selain itu, dengan menggunakan kapur biasa atau pensil putih, Anda dapat langsung mendapatkan efek silau atau transparansi, yang sering kali dibutuhkan.

Beras. 6. Radiolaria. kelas 7, topik “Yang paling sederhana”. Kertas berwarna (format A3) untuk cat air (dengan tekstur kasar), tinta, pastel atau kapur, dari bahan satin

Beras. 7. Lebah. Kelas 7, topik “Ordo Serangga”. Tinta, pena di atas pensil, volume - dengan kuas dan tinta encer, detail halus dengan pena, dari satin

Jika sulit bagi Anda untuk mengatur pekerjaan dengan maskara, gunakan liner atau roller hitam lembut (paling buruk, pena gel) - keduanya memberikan efek yang sama (Gbr. 8, 9). Saat menggunakan teknik ini, pastikan untuk menunjukkan berapa banyak informasi yang diberikan dengan menggunakan garis dengan ketebalan dan tekanan berbeda - baik untuk menyorot hal yang paling penting maupun untuk menciptakan efek volume (latar depan dan latar belakang). Anda juga dapat menggunakan bayangan sedang hingga terang.

Beras. 8. gandum. Kelas 6, topik “Keanekaragaman Tumbuhan Berbunga, Keluarga Sereal”. Tinta, kertas berwarna, dari herbarium

Beras. 9. Ekor kuda dan lumut gada. Kelas 6, topik “Tanaman yang mengandung spora.” Tinta, kertas putih, dari herbarium

Selain itu, tidak seperti gambar ilmiah klasik, kita sering mengerjakannya dengan warna atau menggunakan warna terang untuk menunjukkan volume (Gbr. 10).

Beras. 10. Sendi siku. Kelas 9, topik “Sistem muskuloskeletal.” Pensil, dari bahan bantuan plester

Kami mencoba banyak teknik warna - cat air, guas, pastel dan akhirnya memilih pensil warna lembut, tetapi selalu pada kertas kasar. Jika Anda memutuskan untuk mencoba teknik ini, ada beberapa hal penting yang perlu diingat.

1. Pilih pensil yang lembut dan berkualitas tinggi dari perusahaan yang baik, seperti Kohinoor, tetapi jangan berikan anak-anak berbagai macam warna (cukup mendasar): dalam hal ini, mereka biasanya mencoba memilih warna yang sudah jadi, yang mana kursus gagal. Tunjukkan cara mendapatkan warna yang tepat dengan mencampurkan 2-3 warna. Untuk melakukan ini, mereka perlu bekerja dengan palet - selembar kertas tempat mereka memilih kombinasi dan tekanan yang diinginkan.

2. Kertas kasar akan mempermudah tugas menggunakan warna lemah dan kuat.

3. Sapuan ringan dan pendek seharusnya membentuk bentuk objek: mis. ulangi garis utama (bukan warna yang bertentangan dengan bentuk dan kontur).

4. Kemudian Anda memerlukan sentuhan akhir, kaya dan kuat, ketika warna yang tepat telah dipilih. Seringkali ada baiknya menambahkan highlight, yang akan sangat meramaikan gambar. Cara paling sederhana adalah dengan menggunakan kapur biasa (di atas kertas berwarna) atau menggunakan penghapus lembut (di atas kertas putih). Ngomong-ngomong, jika Anda menggunakan teknik longgar - kapur atau pastel - Anda bisa memperbaiki pekerjaan dengan hairspray.

Setelah Anda menguasai teknik ini, Anda akan dapat menggunakannya di alam, jika Anda tidak punya cukup waktu, secara harfiah “berlutut” (jangan lupakan tablet - selembar karton kemasan sudah cukup!).

Dan, tentu saja, demi keberhasilan pekerjaan kami, kami pasti mengadakan pameran - kadang di kelas, kadang di koridor sekolah. Seringkali, laporan anak-anak tentang topik yang sama diatur waktunya bertepatan dengan pameran - baik lisan maupun tulisan. Secara keseluruhan, proyek semacam itu memberi Anda dan anak-anak perasaan akan pekerjaan besar dan indah yang layak untuk dipersiapkan. Mungkin, dengan kontak dan minat bersama dengan seorang guru seni, Anda dapat mulai mengerjakan pelajaran biologi: tahap persiapan analitis mempelajari suatu objek, membuat sketsa pensil, dan menyelesaikannya dengan teknik yang telah Anda pilih bersama - dalam pelajarannya.

Berikut ini contohnya. Botani, topik “Melarikan diri - tunas, percabangan, struktur tunas.” Cabang dengan kuncup besar di latar depan, di latar belakang terdapat siluet pepohonan atau semak dengan latar belakang salju putih dan langit hitam. Teknik: tinta hitam, kertas putih. Cabang - dari kehidupan, siluet pohon - dari foto atau gambar buku. Judulnya “Pohon di Musim Dingin”, atau “Pemandangan Musim Dingin”.

Contoh lain. Saat mempelajari topik “Ordo Serangga”, kami melakukan karya singkat tentang “Bentuk dan volume kumbang”. Teknik apa pun yang menyampaikan cahaya dan bayangan serta sorotan (cat air, tinta dengan air, kuas), tetapi monokrom, agar tidak terganggu saat memeriksa dan menggambarkan bentuk (Gbr. 11). Lebih baik mengerjakan detailnya dengan pena atau pena gel (jika Anda menggunakan kaca pembesar, kaki dan kepala akan menjadi lebih baik).

Beras. 11. Kumbang. Tinta, pena di atas pensil, volume - dengan kuas dan tinta encer, detail halus dengan pena, dari satin

1-2 karya indah dalam seperempat sudah cukup - dan menggambar makhluk hidup akan menyenangkan semua peserta dalam proses yang sulit ini.

Gambar biologi dan ekologi yang sudah jadi. Biologi adalah ilmu tentang kehidupan. Pelajaran lengkap - Pengetahuan Hypermarket. Istilah dan konsep