სიცოცხლის მეცნიერებები მიჰყვება გზას დიდიდან პატარამდე. ცოტა ხნის წინ ბიოლოგიამ აღწერა მხოლოდ ცხოველების, მცენარეების და ბაქტერიების გარეგანი თვისებები. მოლეკულური ბიოლოგია სწავლობს ცოცხალ ორგანიზმებს ცალკეული მოლეკულების ურთიერთქმედების დონეზე. სტრუქტურული ბიოლოგია - სწავლობს პროცესებს უჯრედებში ატომურ დონეზე. თუ გსურთ გაიგოთ, თუ როგორ „დაინახოთ“ ცალკეული ატომები, როგორ მუშაობს და „ცხოვრობს“ სტრუქტურული ბიოლოგია და რა ინსტრუმენტებს იყენებს, ეს თქვენთვის ადგილია!

ციკლის გენერალური პარტნიორია კომპანია: აღჭურვილობის, რეაგენტების და სახარჯო მასალების უმსხვილესი მიმწოდებელი ბიოლოგიური კვლევისა და წარმოებისთვის.

ბიომოლეკულების ერთ-ერთი მთავარი მისიაა სწორედ ფესვების მოხვედრა. ჩვენ უბრალოდ არ გეტყვით, რა ახალი ფაქტები აღმოაჩინეს მკვლევარებმა - ჩვენ ვსაუბრობთ იმაზე, თუ როგორ აღმოაჩინეს ისინი, ჩვენ ვცდილობთ ავხსნათ ბიოლოგიური ტექნიკის პრინციპები. როგორ ავიღოთ გენი ერთი ორგანიზმიდან და ჩავდოთ მეორეში? როგორ შეგიძლიათ თვალყური ადევნოთ რამდენიმე პატარა მოლეკულის ბედს უზარმაზარ უჯრედში? როგორ აღაგზნოთ ნეირონების ერთი პატარა ჯგუფი უზარმაზარ ტვინში?

და ამიტომ გადავწყვიტეთ უფრო სისტემატურად ვისაუბროთ ლაბორატორიულ მეთოდებზე, ერთ განყოფილებაში გავაერთიანოთ ყველაზე მნიშვნელოვანი, ყველაზე თანამედროვე ბიოლოგიური ტექნიკა. უფრო საინტერესო და გასაგებად რომ გავხადოთ, სტატიების მძიმე ილუსტრაცია და ანიმაციაც კი დავამატეთ აქა-იქ. გვსურს, რომ ახალი განყოფილების სტატიები იყოს საინტერესო და გასაგები შემთხვევითი გამვლელისთვისაც კი. მეორე მხრივ, ისინი იმდენად დეტალური უნდა იყოს, რომ პროფესიონალმაც კი შეძლოს მათში რაიმე ახალი აღმოაჩინოს. ჩვენ შევკრიბეთ მეთოდები 12 დიდ ჯგუფად და მათზე დაყრდნობით ვაპირებთ ბიომეთოდოლოგიური კალენდრის გაკეთებას. თვალყური ადევნეთ განახლებებს!

რატომ არის საჭირო სტრუქტურული ბიოლოგია?

მოგეხსენებათ, ბიოლოგია სიცოცხლის მეცნიერებაა. იგი გამოჩნდა მე-19 საუკუნის დასაწყისში და მისი არსებობის პირველი ასი წლის განმავლობაში იგი წმინდა აღწერილობითი იყო. იმდროინდელი ბიოლოგიის მთავარ ამოცანად ითვლებოდა სხვადასხვა ცოცხალი ორგანიზმის რაც შეიძლება მეტი სახეობის პოვნა და დახასიათება და ცოტა მოგვიანებით - მათ შორის ოჯახური ურთიერთობების დადგენა. დროთა განმავლობაში და მეცნიერების სხვა დარგების განვითარებასთან ერთად, ბიოლოგიიდან წარმოიშვა რამდენიმე ფილიალი პრეფიქსით "მოლეკულური": მოლეკულური გენეტიკა, მოლეკულური ბიოლოგია და ბიოქიმია - მეცნიერებები, რომლებიც სწავლობენ ცოცხალ არსებებს ცალკეული მოლეკულების დონეზე და არა გარეგნობით. ორგანიზმი ან მისი შინაგანი ორგანოების შედარებითი მდგომარეობა. და ბოლოს, სულ ახლახან (გასული საუკუნის 50-იან წლებში) ცოდნის ისეთი სფერო, როგორიც სტრუქტურული ბიოლოგია- მეცნიერება, რომელიც სწავლობს პროცესებს ცოცხალ ორგანიზმებში ცვლილების დონეზე სივრცითი სტრუქტურაინდივიდუალური მაკრომოლეკულები. არსებითად, სტრუქტურული ბიოლოგია სამი განსხვავებული მეცნიერების კვეთაზეა. ჯერ ერთი, ეს არის ბიოლოგია, რადგან მეცნიერება სწავლობს ცოცხალ ობიექტებს, მეორეც, ფიზიკას, რადგან გამოიყენება ფიზიკური ექსპერიმენტული მეთოდების ყველაზე ფართო არსენალი და მესამე, ქიმია, რადგან მოლეკულების სტრუქტურის შეცვლა ამ კონკრეტული დისციპლინის ობიექტია.

სტრუქტურული ბიოლოგია სწავლობს ნაერთების ორ ძირითად კლასს - ცილებს (ყველა ცნობილი ორგანიზმის მთავარი "სამუშაო სხეული") და ნუკლეინის მჟავები (მთავარი "ინფორმაციის" მოლეკულები). სტრუქტურული ბიოლოგიის წყალობით ჩვენ ვიცით, რომ დნმ-ს აქვს ორმაგი სპირალის სტრუქტურა, რომ tRNA უნდა იყოს გამოსახული, როგორც ვინტაჟური ასო "L" და რომ რიბოსომას აქვს დიდი და პატარა ქვედანაყოფი, რომელიც შედგება ცილებისა და რნმ-ისგან სპეციფიკურ კონფორმაციაში.

გლობალური მიზანისტრუქტურული ბიოლოგია, ისევე როგორც ნებისმიერი სხვა მეცნიერება, არის „გააზრება, თუ როგორ მუშაობს ყველაფერი“. რა ფორმით არის დაკეცილი ცილის ჯაჭვი, რომელიც იწვევს უჯრედების დაყოფას, როგორ იცვლება ფერმენტის შეფუთვა მისი განხორციელებული ქიმიური პროცესის დროს, რა ადგილებში ურთიერთქმედებს ზრდის ჰორმონი და მისი რეცეპტორი - ეს არის კითხვები, რომლებიც მეცნიერება პასუხობს. უფრო მეტიც, ცალკე მიზანია მონაცემთა ისეთი მოცულობის დაგროვება, რომ ამ კითხვებზე (ჯერ კიდევ შეუსწავლელ ობიექტზე) პასუხის გაცემა კომპიუტერზე ძვირადღირებული ექსპერიმენტის გარეშე.

მაგალითად, თქვენ უნდა გესმოდეთ, როგორ მუშაობს ბიოლუმინესცენციის სისტემა ჭიებში ან სოკოებში - მათ გაშიფრეს გენომი, ამ მონაცემების საფუძველზე აღმოაჩინეს სასურველი ცილა და იწინასწარმეტყველეს მისი სივრცითი სტრუქტურა მოქმედების მექანიზმთან ერთად. თუმცა, ღირს იმის აღიარება, რომ ჯერჯერობით ასეთი მეთოდები მხოლოდ ჩვილებში არსებობს და ჯერ კიდევ შეუძლებელია ცილის სტრუქტურის ზუსტად პროგნოზირება, რომელსაც აქვს მხოლოდ მისი გენი. მეორეს მხრივ, სტრუქტურული ბიოლოგიის შედეგებს აქვს გამოყენება მედიცინაში. როგორც ბევრი მკვლევარი იმედოვნებს, ცოდნა ბიომოლეკულების სტრუქტურისა და მათი მუშაობის მექანიზმების შესახებ საშუალებას მისცემს შექმნას ახალი წამლები რაციონალურ საფუძველზე და არა საცდელი და შეცდომით (მაღალი გამტარუნარიანობის სკრინინგი, მკაცრად რომ ვთქვათ), როგორც ეს ყველაზე ხშირად ხდება. ახლა. და ეს არ არის სამეცნიერო ფანტასტიკა: უკვე ბევრი წამალია შექმნილი ან ოპტიმიზირებული სტრუქტურული ბიოლოგიის გამოყენებით.

სტრუქტურული ბიოლოგიის ისტორია

სტრუქტურული ბიოლოგიის ისტორია (ნახ. 1) საკმაოდ მოკლეა და იწყება 1950-იანი წლების დასაწყისში, როდესაც ჯეიმს უოტსონმა და ფრენსის კრიკმა, როზალინდ ფრანკლინის მონაცემებზე დაყრდნობით დნმ-ის კრისტალების რენტგენის დიფრაქციის შესახებ, შეკრიბეს ახლა უკვე კარგად ცნობილი ორმაგი სპირალი ვინტაჟური სამშენებლო ნაკრებიდან. ცოტა ადრე, ლინუს პაულინგმა ააგო სპირალის პირველი დამაჯერებელი მოდელი, ცილების მეორადი სტრუქტურის ერთ-ერთი ძირითადი ელემენტი (ნახ. 2).

ხუთი წლის შემდეგ, 1958 წელს, დადგინდა მსოფლიოში პირველი ცილის სტრუქტურა - სპერმის ვეშაპის მიოგლობინი (კუნთოვანი ბოჭკოების ცილა) (ნახ. 3). ის არ გამოიყურებოდა ისეთივე ლამაზად, როგორც თანამედროვე სტრუქტურები, რა თქმა უნდა, მაგრამ ეს მნიშვნელოვანი ეტაპი იყო თანამედროვე მეცნიერების განვითარებაში.

სურათი 3ბ. ცილის მოლეკულის პირველი სივრცითი სტრუქტურა.ჯონ კენდრიუ და მაქს პერუცი აჩვენებენ მიოგლობინის სივრცულ სტრუქტურას, რომელიც აწყობილია სპეციალური კონსტრუქციული ნაკრებიდან.

ათი წლის შემდეგ, 1984-1985 წლებში, პირველი სტრუქტურები განისაზღვრა ბირთვული მაგნიტურ-რეზონანსული სპექტროსკოპიით. ამ მომენტიდან რამდენიმე საკვანძო აღმოჩენა მოხდა: 1985 წელს მიიღეს ფერმენტის პირველი კომპლექსის სტრუქტურა მის ინჰიბიტორთან ერთად, 1994 წელს ატფ სინთაზას სტრუქტურა, ჩვენი უჯრედების ელექტროსადგურების მთავარი „მანქანა“ ( მიტოქონდრია), დადგინდა და უკვე 2000 წელს მიიღეს ცილების „ქარხნები“ - რიბოსომები, რომლებიც შედგებოდა ცილებისა და რნმ-ისგან (ნახ. 6). 21-ე საუკუნეში სტრუქტურული ბიოლოგიის განვითარება ნახტომებით და საზღვრებით განვითარდა, რასაც თან ახლდა სივრცითი სტრუქტურების რაოდენობის ფეთქებადი ზრდა. მიღებულია ცილების მრავალი კლასის სტრუქტურები: ჰორმონის და ციტოკინის რეცეპტორები, G- პროტეინთან დაწყვილებული რეცეპტორები, ზარის მსგავსი რეცეპტორები, იმუნური სისტემის ცილები და მრავალი სხვა.

2010-იან წლებში ახალი კრიოელექტრონული მიკროსკოპის ვიზუალიზაციისა და გამოსახულების ტექნოლოგიების გამოჩენით, მემბრანული ცილების მრავალი რთული სუპერ-გარჩევადობის სტრუქტურა გაჩნდა. სტრუქტურული ბიოლოგიის პროგრესი შეუმჩნეველი არ დარჩენილა: 14 ნობელის პრემია მიენიჭა ამ სფეროში აღმოჩენებისთვის, მათგან ხუთი 21-ე საუკუნეში.

სტრუქტურული ბიოლოგიის მეთოდები

სტრუქტურული ბიოლოგიის სფეროში კვლევები ტარდება რამდენიმე ფიზიკური მეთოდის გამოყენებით, რომელთაგან მხოლოდ სამი იძლევა ბიომოლეკულების სივრცითი სტრუქტურების მიღებას ატომური გარჩევადობით. სტრუქტურული ბიოლოგიის მეთოდები ეფუძნება შესწავლილი ნივთიერების ურთიერთქმედების გაზომვას სხვადასხვა ტიპის ელექტრომაგნიტურ ტალღებთან ან ელემენტარულ ნაწილაკებთან. ყველა მეთოდი მოითხოვს მნიშვნელოვან ფინანსურ რესურსებს - აღჭურვილობის ღირებულება ხშირად გასაოცარია.

ისტორიულად, სტრუქტურული ბიოლოგიის პირველი მეთოდი არის რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი (XRD) (ნახ. 7). ჯერ კიდევ მე-20 საუკუნის დასაწყისში გაირკვა, რომ კრისტალებზე რენტგენის დიფრაქციული ნიმუშის გამოყენებით შეიძლება მათი თვისებების შესწავლა - უჯრედის სიმეტრიის ტიპი, ატომებს შორის კავშირის სიგრძე და ა.შ. თუ არსებობს ორგანული ნაერთები. კრისტალური მედის უჯრედები, მაშინ შეიძლება გამოითვალოს ატომების კოორდინატები და, შესაბამისად, ამ მოლეკულების ქიმიური და სივრცითი სტრუქტურა. ზუსტად ასე მიიღეს პენიცილინის სტრუქტურა 1949 წელს, ხოლო 1953 წელს - დნმ-ის ორმაგი სპირალის სტრუქტურა.

როგორც ჩანს, ყველაფერი მარტივია, მაგრამ არის ნიუანსი.

პირველ რიგში, თქვენ უნდა მიიღოთ როგორმე კრისტალები და მათი ზომა უნდა იყოს საკმარისად დიდი (ნახ. 8). მიუხედავად იმისა, რომ ეს შესაძლებელია არც თუ ისე რთული მოლეკულებისთვის (გახსოვდეთ, როგორ კრისტალდება სუფრის მარილი ან სპილენძის სულფატი!), ცილების კრისტალიზაცია რთული ამოცანაა, რომელიც მოითხოვს არააშკარა პროცედურას ოპტიმალური პირობების მოსაძებნად. ახლა ეს კეთდება სპეციალური რობოტების დახმარებით, რომლებიც ამზადებენ და აკონტროლებენ ასობით განსხვავებულ ხსნარს ცილოვანი კრისტალების ძიებაში. თუმცა, კრისტალოგრაფიის ადრეულ დღეებში, ცილის კრისტალის მიღებას შეიძლება წლები დასჭირდეს ძვირფასი დრო.

მეორეც, მიღებული მონაცემების საფუძველზე („ნედლეული“ დიფრაქციული შაბლონები; სურ. 8) საჭიროა სტრუქტურის „გამოთვლა“. დღესდღეობით ეს ასევე რუტინული ამოცანაა, მაგრამ 60 წლის წინ, ნათურების ტექნოლოგიისა და დაფქული ბარათების ეპოქაში, ეს არც ისე მარტივი იყო.

მესამე, კრისტალის გაშენებაც რომ იყოს შესაძლებელი, სულაც არ არის აუცილებელი ცილის სივრცითი სტრუქტურის დადგენა: ამისთვის ცილას უნდა ჰქონდეს იგივე სტრუქტურა ყველა გისოსებზე, რაც ყოველთვის ასე არ არის. .

და მეოთხე, კრისტალი შორს არის ცილის ბუნებრივი მდგომარეობიდან. კრისტალებში ცილების შესწავლა ჰგავს ადამიანების შესწავლას ათი მათგანის ჩაყრით პატარა, შებოლილ სამზარეულოში: შეგიძლიათ გაიგოთ, რომ ადამიანებს აქვთ ხელები, ფეხები და თავი, მაგრამ მათი ქცევა შეიძლება არ იყოს ზუსტად ისეთი, როგორც კომფორტულ გარემოში. თუმცა, რენტგენის დიფრაქცია არის ყველაზე გავრცელებული მეთოდი სივრცითი სტრუქტურების დასადგენად და PDB შინაარსის 90% მიიღება ამ მეთოდის გამოყენებით.

SAR მოითხოვს რენტგენის სხივების მძლავრ წყაროებს - ელექტრონების ამაჩქარებლებს ან თავისუფალ ელექტრონულ ლაზერებს (სურ. 9). ასეთი წყაროები ძვირია - რამდენიმე მილიარდი აშშ დოლარი - მაგრამ ჩვეულებრივ ერთ წყაროს იყენებს ასობით ან თუნდაც ათასობით ჯგუფი მთელს მსოფლიოში საკმაოდ ნომინალური გადასახადისთვის. ჩვენს ქვეყანაში არ არსებობს მძლავრი წყაროები, ამიტომ მეცნიერთა უმეტესობა რუსეთიდან აშშ-ში ან ევროპაში მიემგზავრება მიღებული კრისტალების გასაანალიზებლად. ამ რომანტიკული კვლევების შესახებ მეტი შეგიძლიათ წაიკითხოთ სტატიაში ” მემბრანული ცილების გაფართოებული კვლევის ლაბორატორია: გენიდან ანგსტრომამდე» .

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, რენტგენის დიფრაქციული ანალიზი მოითხოვს რენტგენის გამოსხივების მძლავრ წყაროს. რაც უფრო ძლიერია წყარო, მით უფრო პატარაა კრისტალები და მით უფრო ნაკლები ტკივილი მოუწევთ ბიოლოგებსა და გენეტიკურ ინჟინერებს უბედური კრისტალების მოპოვების მცდელობაზე. რენტგენის გამოსხივება ყველაზე ადვილად წარმოიქმნება ელექტრონების სხივის აჩქარებით სინქროტრონებში ან ციკლოტრონებში - გიგანტური რგოლების ამაჩქარებლები. როდესაც ელექტრონი განიცდის აჩქარებას, ის ასხივებს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს სასურველი სიხშირის დიაპაზონში. ცოტა ხნის წინ გამოჩნდა ახალი ულტრამაღალი სიმძლავრის გამოსხივების წყაროები - თავისუფალი ელექტრონული ლაზერები (XFEL).

ლაზერის მუშაობის პრინციპი საკმაოდ მარტივია (სურ. 9). ჯერ ელექტრონები აჩქარდებიან მაღალ ენერგიებამდე ზეგამტარი მაგნიტების გამოყენებით (ამაჩქარებლის სიგრძე 1–2 კმ), შემდეგ კი გაივლიან ეგრეთ წოდებულ უნდულატორებს - სხვადასხვა პოლარობის მაგნიტების კომპლექტს.

სურათი 9. თავისუფალი ელექტრონული ლაზერის მუშაობის პრინციპი.ელექტრონული სხივი აჩქარებულია, გადის ტალღოვანში და ასხივებს გამა სხივებს, რომლებიც ეცემა ბიოლოგიურ ნიმუშებს.

ტალღის გავლით ელექტრონები იწყებენ პერიოდულად გადახრას სხივის მიმართულებიდან, განიცდიან აჩქარებას და ასხივებენ რენტგენის გამოსხივებას. ვინაიდან ყველა ელექტრონი ერთნაირად მოძრაობს, გამოსხივება ძლიერდება იმის გამო, რომ სხივში სხვა ელექტრონები იწყებენ იმავე სიხშირის რენტგენის ტალღების შეწოვას და ხელახლა გამოსხივებას. ყველა ელექტრონი ასხივებს გამოსხივებას სინქრონულად ულტრა ძლიერი და ძალიან მოკლე ციმციმის სახით (ხანგრძლივდება 100 ფემტოწამზე ნაკლები). რენტგენის სხივის სიმძლავრე იმდენად მაღალია, რომ ერთი მოკლე ციმციმი აქცევს პატარა კრისტალს პლაზმად (ნახ. 10), მაგრამ იმ რამდენიმე ფემტოწამში, სანამ კრისტალი ხელუხლებელია, მაღალი ინტენსივობის გამო უმაღლესი ხარისხის გამოსახულების მიღებაა შესაძლებელი. და სხივის თანმიმდევრულობა. ასეთი ლაზერის ღირებულება 1,5 მილიარდი დოლარია და მსოფლიოში მხოლოდ ოთხი ასეთი ინსტალაციაა (მდებარეობს აშშ-ში (სურ. 11), იაპონიაში, კორეასა და შვეიცარიაში. 2017 წელს იგეგმება მეხუთე – ევროპული – ლაზერის ამოქმედება, რომლის მშენებლობაშიც რუსეთი მონაწილეობდა.

სურათი 10. ცილების პლაზმად გადაქცევა 50 fs-ში თავისუფალი ელექტრონის ლაზერული პულსის გავლენის ქვეშ.ფემტოწამი = 1/10000000000000000-ე წამი.

NMR სპექტროსკოპიის გამოყენებით, განისაზღვრა PDB-ში სივრცითი სტრუქტურების დაახლოებით 10%. რუსეთში არის რამდენიმე ულტრა ძლიერი მგრძნობიარე NMR სპექტრომეტრი, რომლებიც ახორციელებენ მსოფლიო დონის სამუშაოებს. ყველაზე დიდი NMR ლაბორატორია არა მხოლოდ რუსეთში, არამედ მთელ სივრცეში პრაღის აღმოსავლეთით და სეულის დასავლეთით, მდებარეობს რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ბიოორგანული ქიმიის ინსტიტუტში (მოსკოვი).

NMR სპექტრომეტრი არის ტექნოლოგიის ტრიუმფის მშვენიერი მაგალითი დაზვერვაზე. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, NMR სპექტროსკოპიის მეთოდის გამოსაყენებლად საჭიროა ძლიერი მაგნიტური ველი, ამიტომ მოწყობილობის გული ზეგამტარი მაგნიტია - თხევადი ჰელიუმში ჩაძირული სპეციალური შენადნობისგან დამზადებული ხვეული (−269 °C). სუპერგამტარობის მისაღწევად საჭიროა თხევადი ჰელიუმი. ჰელიუმის აორთქლების თავიდან ასაცილებლად, მის გარშემო აგებულია თხევადი აზოტის უზარმაზარი ავზი (−196 °C). მიუხედავად იმისა, რომ ეს არის ელექტრომაგნიტი, ის არ მოიხმარს ელექტროენერგიას: ზეგამტარ ხვეულს არ აქვს წინააღმდეგობა. თუმცა, მაგნიტი მუდმივად უნდა „იკვებებოდეს“ თხევადი ჰელიუმით და თხევადი აზოტით (სურ. 15). თუ თვალს არ ადევნებთ, მოხდება „ჩაქრობა“: ხვეული გაცხელდება, ჰელიუმი ფეთქებად აორთქლდება და მოწყობილობა გატყდება ( სმ.ვიდეო). ასევე მნიშვნელოვანია, რომ 5 სმ სიგრძის ნიმუშში ველი უკიდურესად ერთგვაროვანი იყოს, ამიტომ მოწყობილობა შეიცავს რამდენიმე ათეულ პატარა მაგნიტს, რომლებიც საჭიროა მაგნიტური ველის დასაზუსტებლად.

ვიდეო. 21.14 Tesla NMR სპექტრომეტრის დაგეგმილი ჩაქრობა.

გაზომვების განსახორციელებლად გჭირდებათ სენსორი - სპეციალური ხვეული, რომელიც წარმოქმნის ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას და აღრიცხავს "საპირისპირო" სიგნალს - ნიმუშის მაგნიტური მომენტის რხევას. მგრძნობელობის 2-4-ჯერ გაზრდის მიზნით, სენსორი გაცივებულია -200 °C ტემპერატურამდე, რითაც გამორიცხავს თერმულ ხმაურს. ამისათვის ისინი აშენებენ სპეციალურ მანქანას - კრიოპლატფორმას, რომელიც აციებს ჰელიუმს საჭირო ტემპერატურამდე და დეტექტორის გვერდით ამოტუმბავს.

არსებობს მეთოდების მთელი ჯგუფი, რომელიც ეყრდნობა სინათლის გაფანტვის ფენომენს, რენტგენის სხივებს ან ნეიტრონულ სხივს. ეს მეთოდები, დაფუძნებული რადიაციის/ნაწილაკების სხვადასხვა კუთხით გაფანტვის ინტენსივობაზე, შესაძლებელს ხდის ხსნარში მოლეკულების ზომისა და ფორმის განსაზღვრას (სურ. 16). გაფანტვა ვერ განსაზღვრავს მოლეკულის სტრუქტურას, მაგრამ ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც დამხმარე მეთოდი სხვა მეთოდისთვის, როგორიცაა NMR სპექტროსკოპია. სინათლის გაფანტვის საზომი ინსტრუმენტები შედარებით იაფია, "მხოლოდ" 100 000 დოლარი ღირს, ხოლო სხვა მეთოდებს სჭირდებათ ნაწილაკების ამაჩქარებელი ხელთ, რომელსაც შეუძლია ნეიტრონების სხივი ან რენტგენის სხივების ძლიერი ნაკადი წარმოქმნას.

კიდევ ერთი მეთოდი, რომლითაც სტრუქტურის დადგენა შეუძლებელია, მაგრამ რამდენიმე მნიშვნელოვანი მონაცემის მიღებაა შესაძლებელი, არის რეზონანსული ფლუორესცენციის ენერგიის გადაცემა(გაბრაზება). მეთოდი იყენებს ფლუორესცენციის ფენომენს - ზოგიერთი ნივთიერების უნარს შთანთქას ერთი ტალღის სიგრძის სინათლე, ხოლო ასხივოს სხვა ტალღის სიგრძის შუქი. თქვენ შეგიძლიათ აირჩიოთ ნაერთების წყვილი, რომელთაგან ერთისთვის (დონორისთვის) ფლუორესცენციის დროს გამოსხივებული შუქი შეესაბამება მეორის (მიმღების) დამახასიათებელ შთანთქმის ტალღის სიგრძეს. დონორის დასხივება საჭირო ტალღის სიგრძის ლაზერით და გაზომეთ მიმღების ფლუორესცენცია. FRET ეფექტი დამოკიდებულია მოლეკულებს შორის მანძილზე, ასე რომ, თუ თქვენ შეიყვანთ ფლუორესცენციის დონორსა და მიმღებს ორი ცილის მოლეკულებში ან ერთი და იგივე ცილის სხვადასხვა დომენში (სტრუქტურული ერთეული), შეგიძლიათ შეისწავლოთ პროტეინებს შორის ურთიერთქმედება ან დომენების შედარებითი პოზიციები. ცილა. რეგისტრაცია ხორციელდება ოპტიკური მიკროსკოპის გამოყენებით, ამიტომ FRET არის იაფი, თუმცა დაბალი ინფორმაციული მეთოდი, რომლის გამოყენება დაკავშირებულია მონაცემთა ინტერპრეტაციის სირთულეებთან.

და ბოლოს, არ შეიძლება არ აღვნიშნოთ სტრუქტურული ბიოლოგების „ოცნების მეთოდი“ - კომპიუტერული მოდელირება (სურ. 17). მეთოდის იდეაა გამოიყენოს თანამედროვე ცოდნა მოლეკულების სტრუქტურისა და ქცევის კანონების შესახებ ცილის ქცევის სიმულაციისთვის კომპიუტერულ მოდელში. მაგალითად, მოლეკულური დინამიკის მეთოდის გამოყენებით, შეგიძლიათ რეალურ დროში აკონტროლოთ მოლეკულის მოძრაობა ან ცილის "აწყობის" პროცესი (დაკეცვა) ერთი "მაგრამ": მაქსიმალური დრო, რომლის გამოთვლაც შესაძლებელია არ აღემატება 1 ms-ს. , რომელიც უკიდურესად მოკლეა, მაგრამ ამავე დროს მოითხოვს კოლოსალურ გამოთვლით რესურსებს (სურ. 18). შესაძლებელია სისტემის ქცევის უფრო ხანგრძლივი დროის განმავლობაში შესწავლა, მაგრამ ეს მიიღწევა სიზუსტის მიუღებელი დაკარგვის ხარჯზე.

კომპიუტერული მოდელირება აქტიურად გამოიყენება ცილების სივრცითი სტრუქტურების გასაანალიზებლად. დოკის გამოყენებით, ისინი ეძებენ პოტენციურ წამლებს, რომლებსაც აქვთ მაღალი მიდრეკილება ურთიერთქმედების სამიზნე ცილასთან. ამ დროისთვის, პროგნოზების სიზუსტე ჯერ კიდევ დაბალია, მაგრამ დოკმა შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს პოტენციურად აქტიური ნივთიერებების სპექტრი, რომლებიც საჭიროებს ტესტირებას ახალი წამლის შესაქმნელად.

სტრუქტურული ბიოლოგიის შედეგების პრაქტიკული გამოყენების ძირითადი სფეროა წამლების შემუშავება ან, როგორც ახლა მოდურია ვთქვათ, დრაგ დიზაინი. სტრუქტურულ მონაცემებზე დაფუძნებული წამლის დიზაინის ორი გზა არსებობს: შეგიძლიათ დაიწყოთ ლიგანდიდან ან სამიზნე ცილიდან. თუ უკვე ცნობილია სამიზნე ცილაზე მოქმედი რამდენიმე პრეპარატი და მიღებულია პროტეინ-წამლის კომპლექსების სტრუქტურები, შეგიძლიათ შექმნათ "იდეალური წამლის" მოდელი ზედაპირზე დამაკავშირებელი "ჯიბის" თვისებების შესაბამისად. ცილის მოლეკულა, განსაზღვროს პოტენციური წამლის აუცილებელი თვისებები და მოძებნოს ყველა ცნობილ ბუნებრივ და არც ისე ცნობილ ნაერთს შორის. შესაძლებელია წამლის სტრუქტურულ თვისებებსა და მის აქტივობას შორის ურთიერთობის დამყარება. მაგალითად, თუ მოლეკულას თავზე აქვს მშვილდი, მაშინ მისი აქტივობა უფრო მაღალია, ვიდრე მშვილდის გარეშე მოლეკულის. და რაც უფრო მეტია მშვილდი, მით უკეთესია წამალი. ეს ნიშნავს, რომ ყველა ცნობილი მოლეკულიდან, თქვენ უნდა იპოვოთ ნაერთი ყველაზე დიდი დამუხტული მშვილდით.

კიდევ ერთი გზაა სამიზნის სტრუქტურის გამოყენება კომპიუტერზე ნაერთების მოსაძებნად, რომლებსაც პოტენციურად შეუძლიათ მასთან შესაბამის ადგილას ურთიერთქმედება. ამ შემთხვევაში ჩვეულებრივ გამოიყენება ფრაგმენტების ბიბლიოთეკა - ნივთიერებების პატარა ნაჭრები. თუ აღმოაჩენთ რამდენიმე კარგ ფრაგმენტს, რომლებიც ურთიერთქმედებენ მიზანთან სხვადასხვა ადგილას, მაგრამ ერთმანეთთან ახლოს, შეგიძლიათ ააგოთ წამალი ფრაგმენტებისგან მათი „შეკერვით“. სტრუქტურული ბიოლოგიის გამოყენებით წამლების წარმატებული განვითარების მრავალი მაგალითი არსებობს. პირველი წარმატებული შემთხვევა 1995 წლით თარიღდება: შემდეგ გლაუკომის წამალი დორზოლამიდი დამტკიცებული იქნა გამოსაყენებლად.

ბიოლოგიური კვლევის ზოგადი ტენდენცია სულ უფრო მეტად იხრება ბუნების არა მხოლოდ თვისებრივი, არამედ რაოდენობრივი აღწერისკენ. სტრუქტურული ბიოლოგია ამის ნათელი მაგალითია. და არსებობს ყველა საფუძველი იმის დასაჯერებლად, რომ ის გააგრძელებს არა მხოლოდ ფუნდამენტური მეცნიერების, არამედ მედიცინისა და ბიოტექნოლოგიის სარგებელს.

Კალენდარი

სპეციალური პროექტის სტატიებიდან გამომდინარე გადავწყვიტეთ შეგვექმნა კალენდარი „ბიოლოგიის 12 მეთოდი“ 2019 წლისთვის. ეს სტატია წარმოადგენს მარტს.

ლიტერატურა

1. ბიოლუმინესცენცია: ხელახალი დაბადება;
2. კომპიუტერული მეთოდების ტრიუმფი: ცილის სტრუქტურის პროგნოზირება;
3. ჰეპინგ ჟენგი, კატაჟინა ბი ჰენდინგი, მეთიუ დ ზიმერმანი, ივან ჯი შაბალინი, სტივენ სი ალმო, ვლადეკ მინორი. (2015).

ბიოლოგია- მეცნიერება ცოცხალი ბუნების შესახებ.

ბიოლოგია სწავლობს ცოცხალი არსებების მრავალფეროვნებას, მათი სხეულის აგებულებას და მათი ორგანოების ფუნქციონირებას, ორგანიზმების გამრავლებასა და განვითარებას, აგრეთვე ადამიანის გავლენას ცოცხალ ბუნებაზე.

ამ მეცნიერების სახელი მომდინარეობს ორი ბერძნული სიტყვიდან " ბიოსი" - "ცხოვრება და" ლოგო"-"მეცნიერება, სიტყვა."

ცოცხალი ორგანიზმების მეცნიერების ერთ-ერთი ფუძემდებელი იყო დიდი ძველი ბერძენი მეცნიერი (ძვ. წ. 384 - 322 წწ.). მან პირველმა განაზოგადა მის წინაშე კაცობრიობის მიერ შეძენილი ბიოლოგიური ცოდნა. მეცნიერმა შემოგვთავაზა ცხოველების პირველი კლასიფიკაცია, რომელიც აერთიანებს მსგავს ცოცხალ ორგანიზმებს ჯგუფებად და ადგენს მასში ადამიანების ადგილს.

შემდგომში, ბიოლოგიის განვითარებაში წვლილი შეიტანა ბევრმა მეცნიერმა, რომლებიც სწავლობდნენ ჩვენს პლანეტაზე მცხოვრებ ცოცხალ ორგანიზმებს.

ცხოვრების მეცნიერებათა ოჯახი

ბიოლოგია არის მეცნიერება ბუნების შესახებ. ბიოლოგების კვლევის სფერო უზარმაზარია: მასში შედის სხვადასხვა მიკროორგანიზმები, მცენარეები, სოკოები, ცხოველები (მათ შორის ადამიანები), ორგანიზმების სტრუქტურა და ფუნქციონირება და ა.შ.

ამრიგად, ბიოლოგია არ არის მხოლოდ მეცნიერება, არამედ მთელი ოჯახი, რომელიც შედგება მრავალი ცალკეული მეცნიერებისგან.

გამოიკვლიეთ ინტერაქტიული დიაგრამა ბიოლოგიურ მეცნიერებათა ოჯახის შესახებ და გაარკვიეთ, რას სწავლობს ბიოლოგიის სხვადასხვა დარგები.

ანატომია- მეცნიერება ცალკეული ორგანოების, სისტემების და მთლიანად სხეულის ფორმისა და სტრუქტურის შესახებ.

Ფიზიოლოგია- მეცნიერება ორგანიზმების სასიცოცხლო ფუნქციების, მათი სისტემების, ორგანოებისა და ქსოვილების და ორგანიზმში მიმდინარე პროცესების შესახებ.

ციტოლოგია- მეცნიერება უჯრედების სტრუქტურისა და ფუნქციონირების შესახებ.

ზოოლოგია - მეცნიერება, რომელიც სწავლობს ცხოველებს.

ზოოლოგიის სექციები:

• ენტომოლოგია არის მეცნიერება მწერების შესახებ.

მასში რამდენიმე განყოფილებაა: კოლეოპტეროლოგია (ხოჭოების შესწავლა), ლეპიდოპტეროლოგია (პეპლების შესწავლა), მირმეკოლოგია (ჭიანჭველების შესწავლა).

• იქთიოლოგია არის მეცნიერება თევზის შესახებ.
• ორნიტოლოგია არის მეცნიერება ფრინველებზე.
• თერიოლოგია არის მეცნიერება ძუძუმწოვრების შესახებ.

ბოტანიკა - მეცნიერება, რომელიც სწავლობს მცენარეებს.

მიკოლოგია- მეცნიერება, რომელიც სწავლობს სოკოებს.

პროტისტოლოგია - მეცნიერება, რომელიც სწავლობს პროტოზოებს.

ვირუსოლოგია - მეცნიერება, რომელიც სწავლობს ვირუსებს.

ბაქტერიოლოგია - მეცნიერება, რომელიც სწავლობს ბაქტერიებს.

ბიოლოგიის მნიშვნელობა

ბიოლოგია მჭიდროდ არის დაკავშირებული ადამიანის პრაქტიკული საქმიანობის მრავალ ასპექტთან - სოფლის მეურნეობასთან, სხვადასხვა ინდუსტრიასთან, მედიცინასთან.

სოფლის მეურნეობის წარმატებული განვითარება დღეს დიდწილად დამოკიდებულია ბიოლოგ-სელექციონერებზე, რომლებიც მონაწილეობენ არსებული კულტივირებული მცენარეების და შინაური ცხოველების ჯიშების გაუმჯობესებასა და ახალი ჯიშების შექმნაზე.

ბიოლოგიის მიღწევების წყალობით შეიქმნა და წარმატებით ვითარდება მიკრობიოლოგიური ინდუსტრია. მაგალითად, ადამიანები იღებენ კეფირს, იოგურტს, იოგურტს, ყველს, კვასს და სხვა მრავალ პროდუქტს გარკვეული სახის სოკოების და ბაქტერიების მოქმედების წყალობით. თანამედროვე ბიოტექნოლოგიების გამოყენებით, საწარმოები აწარმოებენ მედიკამენტებს, ვიტამინებს, საკვების დანამატებს, მცენარეთა დაცვის საშუალებებს მავნებლებისა და დაავადებებისგან, სასუქებს და სხვა.

ბიოლოგიის კანონების ცოდნა ხელს უწყობს ადამიანის დაავადებების მკურნალობას და პრევენციას.

ყოველწლიურად ხალხი უფრო და უფრო იყენებს ბუნებრივ რესურსებს. მძლავრი ტექნოლოგია სამყაროს ისე სწრაფად გარდაქმნის, რომ ახლა დედამიწაზე ხელუხლებელი ბუნების კუთხეები თითქმის აღარ დარჩა.

ადამიანის ცხოვრების ნორმალური პირობების შესანარჩუნებლად აუცილებელია განადგურებული ბუნებრივი გარემოს აღდგენა. ეს მხოლოდ იმ ადამიანებს შეუძლიათ, რომლებმაც კარგად იციან ბუნების კანონები. ბიოლოგიის, ასევე ბიოლოგიური მეცნიერების ცოდნა ეკოლოგიაგვეხმარება პლანეტაზე ცხოვრების პირობების შენარჩუნებისა და გაუმჯობესების პრობლემის გადაჭრაში.

დაასრულეთ ინტერაქტიული დავალება -

ბიოლოგიური ნახატის სპეციფიკა საშუალო სკოლის მოსწავლეებისთვის

ბიოლოგიური ნახაზი არის ერთ-ერთი საყოველთაოდ მიღებული ინსტრუმენტი ბიოლოგიური ობიექტებისა და სტრუქტურების შესასწავლად. არსებობს ბევრი კარგი ტექნიკა, რომელიც ამ პრობლემას აგვარებს.

მაგალითად, გრინის, სტაუტისა და ტეილორის სამტომიან წიგნში „ბიოლოგია“ ჩამოყალიბებულია ბიოლოგიური ნახატის შემდეგი წესები.

1. აუცილებელია შესაბამისი სისქის და ხარისხის სახატავი ქაღალდის გამოყენება. ფანქრის ხაზები ადვილად უნდა წაიშალოს მისგან.

2. ფანქრები უნდა იყოს მკვეთრი, სიხისტის HB (ჩვენს სისტემაში - TM), არა ფერადი.

3. ნახატი უნდა იყოს:

- საკმარისად დიდი - რაც უფრო მეტი ელემენტია შესწავლილი ობიექტი, მით უფრო დიდი უნდა იყოს ნახატი;
– მარტივი – მოიცავს სტრუქტურის მონახაზებს და სხვა მნიშვნელოვან დეტალებს, რათა აჩვენოს ცალკეული ელემენტების მდებარეობა და ურთიერთობა;
– დახატული თხელი და მკაფიო ხაზებით – თითოეული ხაზი უნდა იყოს გააზრებული და შემდეგ დახატული ფანქრის ქაღალდიდან აწევის გარეშე; არ გამოიჩეკით და არ შეღებოთ;
– წარწერები უნდა იყოს მაქსიმალურად სრული, მისგან გამომავალი ხაზები არ უნდა იკვეთებოდეს; დატოვეთ ადგილი ნახატის გარშემო ხელმოწერებისთვის.

4. საჭიროების შემთხვევაში, გააკეთეთ ორი ნახაზი: სქემატური ნახაზი, რომელიც აჩვენებს ძირითად მახასიათებლებს და დეტალური ნახაზი მცირე ნაწილების შესახებ. მაგალითად, დაბალი გადიდებისას დახაზეთ მცენარის კვეთის გეგმა, ხოლო მაღალი გადიდებისას დახაზეთ უჯრედების დეტალური სტრუქტურა (ნახატის დიდი დახატული ნაწილი გეგმაზე სოლით ან კვადრატით არის გამოკვეთილი).

5. თქვენ უნდა დახატოთ მხოლოდ ის, რასაც რეალურად ხედავთ და არა იმას, რაც გგონიათ, რომ ხედავთ და, რა თქმა უნდა, არ დააკოპიროთ ნახატი წიგნიდან.

6. თითოეულ ნახატს უნდა ჰქონდეს სათაური, ნიმუშის გადიდებისა და პროექციის მითითება.

გვერდი წიგნიდან "შესავალი ზოოლოგიაში" (მე -19 საუკუნის ბოლოს გერმანული გამოცემა)

ერთი შეხედვით, ეს საკმაოდ მარტივია და არანაირ წინააღმდეგობას არ იწვევს. თუმცა ზოგიერთი თეზისის გადახედვა მოგვიწია. ფაქტია, რომ ასეთი სახელმძღვანელოების ავტორები განიხილავენ ბიოლოგიური ნახატის სპეციფიკას უკვე ინსტიტუტის ან სპეციალური სკოლების უფროსი კლასების დონეზე, მათი რეკომენდაციები მიმართულია საკმაოდ ზრდასრული ადამიანებისთვის, რომლებსაც აქვთ (უკვე) ანალიტიკური აზროვნება. შუა (6-8-ე) კლასებში - როგორც ჩვეულებრივი, ისე ბიოლოგიური - ყველაფერი არც ისე მარტივია.

ძალიან ხშირად, ლაბორატორიული ესკიზები გადაიქცევა ორმხრივ „ტანჯვაში“. მახინჯი და გაუგებარი ნახატები არც თავად ბავშვებს მოსწონთ - მათ უბრალოდ ჯერ არ იციან ხატვა - და არც მასწავლებელს - რადგან სტრუქტურის ის დეტალები, რის გამოც ყველაფერი დაიწყო, ბავშვების უმეტესობას ხშირად გამოტოვებს. მხოლოდ მხატვრულად ნიჭიერი ბავშვები უმკლავდებიან ასეთ ამოცანებს (და ნუ დაიწყებთ მათ სიძულვილს!). მოკლედ, პრობლემა ის არის, რომ არის ობიექტები, მაგრამ არ არის ადეკვატური ტექნოლოგია. სხვათა შორის, ხელოვნების მასწავლებლებს ზოგჯერ საპირისპირო პრობლემა აწყდებათ – ტექნიკა აქვთ და საგნების შერჩევა უჭირთ. იქნებ გავერთიანდეთ?

მოსკოვის 57-ე სკოლაში, სადაც მე ვმუშაობ, საშუალო კლასებში ბიოლოგიური ნახატის ინტეგრირებული კურსი საკმაოდ დიდი ხანია არსებობს და აგრძელებს განვითარებას, რომელშიც ბიოლოგიისა და ხატვის მასწავლებლები მუშაობენ წყვილებში. ბევრი საინტერესო პროექტი შევიმუშავეთ. მათი შედეგები არაერთხელ იყო გამოფენილი მოსკოვის მუზეუმებში - ზოოლოგიურ მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტში, პალეონტოლოგიურში, დარვინში და ბავშვთა შემოქმედების სხვადასხვა ფესტივალებზე. მაგრამ მთავარი ის არის, რომ ჩვეულებრივი ბავშვები, რომლებიც არ არიან შერჩეული ხელოვნებისა და ბიოლოგიის გაკვეთილებზე, სიამოვნებით ასრულებენ ამ საპროექტო დავალებებს, ამაყობენ საკუთარი ნამუშევრებით და, როგორც გვეჩვენება, იწყებენ ცოცხალ სამყაროში უფრო მჭიდროდ შეხედვას. და გააზრებულად. რა თქმა უნდა, ყველა სკოლას არ აქვს ბიოლოგიისა და ხელოვნების მასწავლებლების ერთობლივი მუშაობის შესაძლებლობა, მაგრამ ზოგიერთი ჩვენი აღმოჩენა ალბათ საინტერესო და სასარგებლო იქნება, თუნდაც მხოლოდ ბიოლოგიის პროგრამის ფარგლებში მუშაობთ.

მოტივაცია: ემოციები პირველ ადგილზეა

რა თქმა უნდა, ვხატავთ, რათა უკეთ შევისწავლოთ და გავიგოთ სტრუქტურული თავისებურებები, გავეცნოთ ორგანიზმების მრავალფეროვნებას, რომლებსაც კლასში ვსწავლობთ. მაგრამ, რა დავალებაც არ უნდა მისცეთ, გახსოვდეთ, რომ ამ ასაკის ბავშვებისთვის ძალზედ მნიშვნელოვანია სამუშაოს დაწყებამდე საგნის სილამაზითა და მიზანდასახულობით ემოციურად მოხიბვლა. ვცდილობთ ახალ პროექტზე ნათელი შთაბეჭდილებებით დავიწყოთ მუშაობა. ამის საუკეთესო გზაა მოკლე ვიდეო ფრაგმენტი ან სლაიდების მცირე (არაუმეტეს 7-10!) შერჩევა. ჩვენი კომენტარები მიზნად ისახავს ობიექტების უჩვეულოობას, სილამაზეს, საოცრებას, თუნდაც ეს რაღაც ჩვეულებრივი იყოს: მაგალითად, ხეების ზამთრის სილუეტები ყლორტების განშტოების შესწავლისას - ისინი შეიძლება იყოს ყინვაგამძლე და მოგვაგონებს მარჯნებს, ან ხაზგასმული გრაფიკული - შავი. თეთრ თოვლზე. ეს შესავალი არ უნდა იყოს ხანგრძლივი - სულ რამდენიმე წუთი, მაგრამ ძალიან მნიშვნელოვანია მოტივაციისთვის.

სამუშაოს მიმდინარეობა: ანალიტიკური მშენებლობა

შემდეგ გადადიხარ ამოცანის განცხადებაზე. აქ მნიშვნელოვანია პირველ რიგში გამოვყოთ ის სტრუქტურული მახასიათებლები, რომლებიც განსაზღვრავენ ობიექტის გარეგნობას და აჩვენებს მათ ბიოლოგიურ მნიშვნელობას. რა თქმა უნდა, ეს ყველაფერი უნდა ჩაიწეროს დაფაზე და ჩაიწეროს ბლოკნოტში. ფაქტობრივად, ახლა თქვენ დაუსვით სტუდენტებს სამუშაო დავალება - დანახვა და ჩვენება.

შემდეგ კი, დაფის მეორე ნახევარზე, თქვენ აღწერთ ნახატის აგების ეტაპებს, ავსებთ მათ დიაგრამებით, ე.ი. გამოიკვეთოს მუშაობის მეთოდოლოგია და თანმიმდევრობა. არსებითად, თქვენ თვითონ სწრაფად ასრულებთ დავალებას ბავშვების წინაშე, დაფაზე ინახავთ დამხმარე და შუალედური კონსტრუქციების მთელ სერიას.

ამ ეტაპზე ძალიან კარგია ბავშვებს დავანახოთ დასრულებული ნახატები ან მხატვრების მიერ, რომლებიც ასახავდნენ იგივე საგნებს, ან წინა მოსწავლეების წარმატებული ნამუშევრები. აუცილებელია მუდმივად ხაზგასმით აღვნიშნო, რომ კარგი და ლამაზი ბიოლოგიური ნახატი არსებითად კვლევაა - ე.ი. უპასუხეთ კითხვას, თუ როგორ მუშაობს ობიექტი და დროთა განმავლობაში ასწავლეთ ბავშვებს თავად ჩამოაყალიბონ ეს კითხვები.

პროპორციები, დამხმარე ხაზები, დეტალები, წამყვანი კითხვები

ნახატის აგება - და ობიექტის შესწავლა! – იწყებთ მისი პროპორციების გარკვევით: სიგრძისა და სიგანის თანაფარდობა, ნაწილები მთლიანობასთან, დარწმუნებული იყავით, რომ ნახატის ფორმატი საკმაოდ მკაცრად დააყენეთ. ეს არის ფორმატი, რომელიც ავტომატურად განსაზღვრავს დეტალების დონეს: პატარა დაკარგავს დეტალების დიდ რაოდენობას, დიდი მოითხოვს დეტალებით გაჯერებას და, შესაბამისად, მეტ დროს მუშაობას. წინასწარ იფიქრეთ იმაზე, თუ რა არის თქვენთვის უფრო მნიშვნელოვანი თითოეულ კონკრეტულ შემთხვევაში.

1) დახაზეთ სიმეტრიის ღერძი;

2) ააგეთ ორი წყვილი სიმეტრიული ოთხკუთხედი - ზედა და ქვედა ფრთებისთვის (მაგალითად, ჭრიჭინა), ჯერ მათი პროპორციების დადგენა;

3) მოათავსეთ ფრთების მრუდი ხაზები ამ ოთხკუთხედებში

ბრინჯი. 1. მე-7 კლასი. თემა: "მწერების ბრძანებები." მელანი, კალამი ფანქარზე, ატლასისგან

(მახსოვს ერთი სასაცილო, სევდიანი და ჩვეულებრივი ამბავი, რომელიც მოხდა მაშინ, როდესაც პირველად ვაკეთებდი ამ სამუშაოს. მეშვიდე კლასელმა ბიჭმა პირველად გაიგო სიტყვა „შესაბამისი“ ისე, როგორც ადვილად ეტევა შიგნით და მართკუთხედებში დახატა კეხიანი წრეები - ოთხივე განსხვავებული. შემდეგ, ჩემი მინიშნების შემდეგ, რა უნდა მოერგოს - ნიშნავს დამხმარე ხაზების შეხებას, მან მოიტანა პეპელა მართკუთხა ფრთებით, მხოლოდ ოდნავ გათლილი კუთხეებით და მხოლოდ მაშინ მივხვდი, რომ ავუხსნა, რომ წარწერიანი მრუდი ეხება თითოეულ მხარეს მართკუთხედი მხოლოდ ერთ წერტილში და ისევ მოგვიწია ნახატის გადაკეთება...)

4) ... ეს წერტილი შეიძლება მდებარეობდეს გვერდის შუაში ან კუთხიდან მესამედის დაშორებით და ამასაც დადგენა სჭირდება!

მაგრამ რა ბედნიერი იყო, როდესაც მისი ნახატი სკოლის გამოფენაზე მოხვდა - პირველად - იმუშავა! ახლა კი მე ავხსნი მასთან ერთად ჩვენი ტანჯვის ყველა ეტაპს „სამუშაოს პროგრესის“ აღწერილობაში.

ნახატის შემდგომი დეტალიზაცია მიგვიყვანს ობიექტის მრავალი მახასიათებლის ბიოლოგიური მნიშვნელობის განხილვამდე. მაგალითის გაგრძელება მწერების ფრთებით (ნახ. 2), განვიხილავთ რა არის ვენები, როგორი სტრუქტურა აქვთ, რატომ ერწყმიან ისინი ერთ ქსელს, როგორ განსხვავდება ვენტილაციის ბუნება სხვადასხვა სისტემატური ჯგუფის მწერებში (მაგალითად, ძველად. და ახალი ფრთიანი მწერები), რატომ არის წინა ფრთების უკიდურესი ვენა გასქელებული და ა.შ. და შეეცადეთ თქვენი ინსტრუქციების უმეტესობა მიაწოდოთ კითხვების სახით, რომლებზეც ბავშვებმა უნდა იპოვონ პასუხი.

ბრინჯი. 2. "ჭრიჭინა და ანტლიონი". მე-7 კლასი, თემა „მწერების ბრძანებები“. მელანი, კალამი ფანქარზე, ატლასისგან

სხვათა შორის, შეეცადეთ შეარჩიოთ იგივე ტიპის მეტი ობიექტი, რაც ბავშვებს არჩევანის საშუალებას აძლევს. სამუშაოს დასასრულს კლასი დაინახავს ჯგუფის ბიოლოგიურ მრავალფეროვნებას და მნიშვნელოვან საერთო სტრუქტურულ მახასიათებლებს და, ბოლოს და ბოლოს, ბავშვების ხატვის განსხვავებული შესაძლებლობები არც ისე მნიშვნელოვანი იქნება.

სამწუხაროდ, სკოლის მასწავლებელს ყოველთვის არ აქვს ერთი ჯგუფის მრავალფეროვანი ობიექტების საკმარისი რაოდენობა. ჩვენი გამოცდილება შეიძლება გამოგადგეთ: ჯგუფური შესწავლისას ჯერ ვხატავთ ადვილად მისაწვდომ საგანს ცხოვრებიდან, შემდეგ კი ინდივიდუალურად - სხვადასხვა საგნების ნახატებს ფოტოებიდან ან თუნდაც პროფესიონალი მხატვრების ნახატებიდან.

ბრინჯი. 3. კრევეტები. მე-7 კლასი, თემა „კიბორჩხალები“. ფანქარი, ცხოვრებიდან

მაგალითად, თემაზე „კიბორჩხალები“ ​​ლაბორატორიულ ნაშრომში „კიბოს გარე სტრუქტურა“ ჩვენ ყველანი ჯერ ვხატავთ სასურსათო მაღაზიაში გაყინულ კრევეტებს (კიბოს ნაცვლად) (ნახ. 3), შემდეგ კი მოკლე ვიდეოს ნახვის შემდეგ. კლიპი, ინდივიდუალურად დახატეთ სხვადასხვა პლანქტონური კიბოსნაირ ლარვები (ნახ. 4), გამოსახული „ცხოველთა ცხოვრებაში“: დიდ (A3) ფურცლებზე, შეფერილი აკვარელით გრილი ნაცრისფერი, ლურჯი, მომწვანო ტონებით; ცარცი ან თეთრი გუაში, წვრილ დეტალების დამუშავება მელნით და კალმით. (როდესაც განვმარტავთ, თუ როგორ უნდა გადმოვცეთ პლანქტონური კიბოსნაირების გამჭვირვალობა, შეგვიძლია შემოგთავაზოთ უმარტივესი მოდელი - მინის ქილა მასში მოთავსებული საგნით.)

ბრინჯი. 4. პლანქტონი. მე-7 კლასი, თემა „კიბორჩხალები“. შეღებილი ქაღალდი (A3 ფორმატი), ცარცი ან თეთრი გუაში, შავი მელანი, ატლასისგან

მე-8 კლასში, თევზის შესწავლისას, ლაბორატორიულ ნამუშევარში „ძვლოვანი თევზის გარეგანი სტრუქტურა“, ჩვენ ჯერ ვხატავთ ჩვეულებრივ როკს, შემდეგ კი ბავშვები იყენებენ აკვარელებს, რომ დახატონ თევზის სხვადასხვა ორდენის წარმომადგენლები ბრწყინვალე ფერის მაგიდებიდან „კომერციული თევზები“. ” რაც გვაქვს სკოლაში.

ბრინჯი. 5. ბაყაყის ჩონჩხი. მე-8 კლასი, თემა „ამფიბიები“. ფანქარი, სასწავლო მომზადებით

ამფიბიების შესწავლისას პირველი - ლაბორატორიული სამუშაო „ბაყაყის ჩონჩხის სტრუქტურა“, მარტივი ფანქრით ნახატი (სურ. 5). შემდეგ, მოკლე ვიდეო ფრაგმენტის ნახვის შემდეგ, სხვადასხვა ეგზოტიკური ბაყაყების აკვარელი ნახატი - ფოთოლმთამსვლელები და ა.შ.

ამ სქემით, იმავე ობიექტის საკმაოდ მოსაწყენი ფანქრით ნახატები აღიქმება, როგორც ნორმალური მოსამზადებელი ეტაპი ნათელი და ინდივიდუალური სამუშაოებისთვის.

თანაბრად მნიშვნელოვანია: ტექნოლოგია

ტექნოლოგიის არჩევანი ძალიან მნიშვნელოვანია სამუშაოს წარმატებით დასრულებისთვის. კლასიკურ ვერსიაში უბრალო ფანქარი და თეთრი ქაღალდი დაგჭირდებათ, მაგრამ... . ჩვენი გამოცდილება ამბობს, რომ ბავშვების გადმოსახედიდან ასეთი ნახატი დაუმთავრებლად გამოიყურება და ნამუშევრით უკმაყოფილო დარჩებიან.

იმავდროულად, საკმარისია ფანქრის ესკიზის გაკეთება მელნით და აიღოთ კიდეც დაფერილი ქაღალდი (ხშირად ვიყენებთ ფერად ქაღალდს პრინტერებისთვის) - და შედეგი სულ სხვაგვარად იქნება აღქმული (სურ. 6, 7). არასრულყოფილების განცდას ხშირად დეტალური ფონის არქონა ქმნის და ამ პრობლემის გადაჭრის უმარტივესი გზა შეღებილი ქაღალდის დახმარებითაა. გარდა ამისა, ჩვეულებრივი ცარცის ან თეთრი ფანქრის გამოყენებით, შეგიძლიათ თითქმის მყისიერად მიაღწიოთ მბზინავი ან გამჭვირვალობის ეფექტს, რაც ხშირად საჭიროა.

ბრინჯი. 6. რადიოლარია. მე-7 კლასი, თემა „უმარტივესი“. შეღებილი ქაღალდი (A3 ფორმატი) აკვარელებისთვის (უხეში ტექსტურით), მელნის, პასტელი ან ცარცი, ატლასის

ბრინჯი. 7. ფუტკარი. მე-7 კლასი, თემა „მწერების ბრძანებები“. მელანი, კალამი ფანქარზე, მოცულობა - ფუნჯით და გაზავებული მელნით, წვრილი დეტალები კალმით, ატლასის

თუ ტუშით მუშაობის ორგანიზება გაგიჭირდებათ, გამოიყენეთ რბილი შავი ლაინერები ან ლილვაკები (უარეს შემთხვევაში, გელის კალმები) - ისინი იმავე ეფექტს იძლევიან (ნახ. 8, 9). ამ ტექნიკის გამოყენებისას, დარწმუნდით, რომ აჩვენეთ რამდენი ინფორმაციაა მოწოდებული სხვადასხვა სისქის და წნევის ხაზების გამოყენებით - როგორც ყველაზე მნიშვნელოვანი ნივთების ხაზგასასმელად, ასევე მოცულობის ეფექტის შესაქმნელად (წინა და ფონი). ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთ ზომიერი და მსუბუქი დაჩრდილვა.

ბრინჯი. 8. შვრია. მე-6 კლასი, თემა „აყვავებული მცენარეების მრავალფეროვნება, ოჯახის მარცვლეული“. მელანი, შეღებილი ქაღალდი, ჰერბარიუმისგან

ბრინჯი. 9. ცხენის კუდის და კლუბის ხავსი. მე-6 კლასი, თემა „სპორის შემცველი მცენარეები“. მელანი, თეთრი ქაღალდი, ჰერბარიუმისგან

გარდა ამისა, კლასიკური სამეცნიერო ნახატებისგან განსხვავებით, ჩვენ ხშირად ვასრულებთ სამუშაოს ფერად ან ვიყენებთ მსუბუქ ტონს მოცულობის აღსანიშნავად (სურ. 10).

ბრინჯი. 10. იდაყვის სახსარი. მე-9 კლასი, თემა „კუნთოვანი სისტემა“. ფანქარი, თაბაშირის შემწეობიდან

ჩვენ გამოვცადეთ ბევრი ფერის ტექნიკა - აკვარელი, გუაში, პასტელი და საბოლოოდ დავბინავდით რბილ ფერად ფანქრებზე, მაგრამ ყოველთვის უხეშ ქაღალდზე. თუ გადაწყვეტთ სცადოთ ეს ტექნიკა, უნდა გახსოვდეთ რამდენიმე მნიშვნელოვანი რამ.

1. აირჩიეთ რბილი, მაღალი ხარისხის ფანქრები კარგი კომპანიისგან, როგორიცაა Kohinoor, მაგრამ არ მისცეთ ბავშვებს ფერების ფართო სპექტრი (საკმარისად ძირითადი): ამ შემთხვევაში, ისინი ჩვეულებრივ ცდილობენ აირჩიონ მზა ფერი, რომელი. კურსი მარცხდება. აჩვენეთ როგორ მივაღწიოთ სწორ ჩრდილს 2-3 ფერის შერევით. ამისათვის მათ უნდა იმუშაონ პალიტრაზე - ფურცელზე, რომელზედაც არჩევენ სასურველ კომბინაციებსა და წნევას.

2. უხეში ქაღალდი სუსტი და ძლიერი ფერების გამოყენების დავალებას ბევრად გაგიადვილებთ.

3. მსუბუქი მოკლე შტრიხებით, როგორც იქნა, უნდა გამოძერწოს საგნის ფორმა: ე.ი. გაიმეორეთ ძირითადი ხაზები (ფერის ნაცვლად, ეწინააღმდეგება ფორმასა და კონტურებს).

4. მაშინ დაგჭირდებათ დასრულების შტრიხები, მდიდარი და ძლიერი, როცა უკვე შერჩეული იქნება სწორი ფერები. ხშირად ღირს მაჩვენებლების დამატება, რაც დიდად გააცოცხლებს ნახატს. უმარტივესი რამ არის ჩვეულებრივი ცარცის გამოყენება (დაბურულ ქაღალდზე) ან რბილი საშლელის გამოყენება (თეთრ ქაღალდზე). სხვათა შორის, თუ იყენებთ ფხვიერ ტექნიკას - ცარცი ან პასტელი - შეგიძლიათ შემდეგ დააფიქსიროთ სამუშაო თმის ლაქით.

მას შემდეგ რაც დაეუფლებით ამ ტექნიკას, თქვენ შეძლებთ მის გამოყენებას ბუნებაში, თუ საკმარისი დრო არ გაქვთ, სიტყვასიტყვით „მუხლებზე“ (უბრალოდ არ დაივიწყოთ ტაბლეტები - საკმარისია შეფუთვის მუყაოს ნაჭერი!).

და, რა თქმა უნდა, ჩვენი მუშაობის წარმატებისთვის აუცილებლად ვაწყობთ გამოფენებს – ხან კლასში, ხან სკოლის დერეფნებში. ხშირად, ბავშვების მოხსენებები ერთსა და იმავე თემაზე ემთხვევა გამოფენას - როგორც ზეპირი, ასევე წერილობითი. საერთო ჯამში, ასეთი პროექტი თქვენ და ბავშვებს ტოვებს დიდი და ლამაზი სამუშაოს განცდას, რომლისთვისაც ღირს მომზადება. ალბათ, ხელოვნების მასწავლებელთან კონტაქტით და ურთიერთინტერესებით, შეგიძლიათ დაიწყოთ მუშაობა ბიოლოგიის გაკვეთილებზე: ობიექტის შესწავლის ანალიტიკური მოსამზადებელი ეტაპი, ფანქრის ესკიზის შექმნა და დაასრულოთ იგი თქვენ მიერ არჩეული ტექნიკით - მის გაკვეთილებზე.

აი მაგალითი. ბოტანიკა, თემა "გაქცევა - კვირტი, განშტოება, გასროლის სტრუქტურა." კვირტიანი ტოტი წინა პლანზე დიდია, უკანა პლანზე არის ხეების ან ბუჩქების სილუეტები თეთრი თოვლისა და შავი ცის ფონზე. ტექნიკა: შავი მელანი, თეთრი ქაღალდი. ტოტები - ცხოვრებიდან, ხეების სილუეტები - ფოტოებიდან ან წიგნის ნახატებიდან. სათაურია "ხეები ზამთარში", ან "ზამთრის პეიზაჟი".

Სხვა მაგალითი. თემის „მწერების ორდენების“ შესწავლისას ვაკეთებთ მოკლე ნაშრომს „ხოჭოების ფორმა და მოცულობა“. ნებისმიერი ტექნიკა, რომელიც გადმოსცემს შუქს და ჩრდილს და ხაზს უსვამს (აკვარელი, მელანი წყლით, ფუნჯი), მაგრამ მონოქრომული, რათა არ გადაიტანოს ყურადღება ფორმის შესწავლისა და გამოსახვისგან (სურ. 11). ჯობია დეტალების დამუშავება კალმით ან გელის კალმით (თუ გამადიდებელ შუშას იყენებთ, ფეხები და თავი უკეთესი გამოვა).

ბრინჯი. 11. ხოჭოები. მელანი, კალამი ფანქარზე, მოცულობა - ფუნჯით და გაზავებული მელნით, წვრილი დეტალები კალმით, ატლასის

მეოთხედში 1-2 ლამაზი ნამუშევარი საკმარისია - ცოცხალი ნივთის დახატვა კი ამ რთულ პროცესში ყველა მონაწილეს გაახარებს.

რა არის ბიოლოგია? ბიოლოგია არის მეცნიერება სიცოცხლის, დედამიწაზე მცხოვრები ცოცხალი ორგანიზმების შესახებ.

სურათი 3 პრეზენტაციიდან "მეცნიერება"ბიოლოგიის გაკვეთილებისთვის თემაზე "ბიოლოგია"

ზომები: 720 x 540 პიქსელი, ფორმატი: jpg. ბიოლოგიის გაკვეთილზე უფასო სურათის ჩამოსატვირთად, დააწკაპუნეთ სურათზე მარჯვენა ღილაკით და დააწკაპუნეთ „სურათის შენახვა როგორც...“. გაკვეთილზე სურათების საჩვენებლად, ასევე შეგიძლიათ უფასოდ ჩამოტვირთოთ მთელი პრეზენტაცია „Science.ppt“ ყველა სურათით zip არქივში. არქივის ზომაა 471 კბ.

პრეზენტაციის ჩამოტვირთვა

ბიოლოგია

"კვლევის მეთოდები ბიოლოგიაში"- ბიოლოგიის, როგორც მეცნიერების განვითარების ისტორია. ექსპერიმენტის დაგეგმვა, ტექნიკის არჩევა. გაკვეთილის გეგმა: კაცობრიობის რომელი გლობალური პრობლემების გადასაჭრელად საჭიროა ბიოლოგიის ცოდნა? თემა: მოსაზღვრე დისციპლინები: დავალება: მორფოლოგია, ანატომია, ფიზიოლოგია, სისტემატიკა, პალეონტოლოგია. ბიოლოგიის მნიშვნელობა." ბიოლოგია არის სიცოცხლის მეცნიერება.

"მეცნიერი ლომონოსოვი"- ხაზი გაუსვა ჩრდილოეთის ზღვის მარშრუტის შესწავლისა და ციმბირის განვითარების მნიშვნელობას. 1711 წლის 19 ნოემბერი - 1765 წლის 15 აპრილი (53 წლის). 1741 წლის 10 ივნისი. აღმოჩენები. მან შეიმუშავა ატომური და მოლეკულური ცნებები მატერიის სტრუქტურის შესახებ. Იდეები. გამორიცხულია ფლოგისტონი ქიმიური აგენტების სიიდან. Სამუშაო. როგორც დეიზმის მომხრე, ის ბუნებრივ მოვლენებს მატერიალისტურად უყურებდა.

"ბოტანიკოსი ვავილოვი"- გამოყენებითი ბოტანიკის საკავშირო ინსტიტუტი. 1906 წელს ნიკოლაი ივანოვიჩ ვავილოვი. 1924 წელს დაასრულეს: ბაბიჩევა როქსანა და ჟდანოვა ლუდმილა, 10B კლასის მოსწავლეები. გაიზარდა ვავილოვის, როგორც მეცნიერისა და მეცნიერების ორგანიზატორის ავტორიტეტი. მერტონში (ინგლისი), მებაღეობის ინსტიტუტის გენეტიკურ ლაბორატორიაში. ნ.ი.ვავილოვი დაიბადა 1887 წლის 26 ნოემბერს მოსკოვში.

"პროექტის აქტივობა"- ალექსეევა ე.ვ. ლექციის გეგმა. მასწავლებელი ხდება პროექტის ავტორი. დაათვალიერეთ დამატებითი რესურსები. სასწავლო პროცესის საინფორმაციო მოდელის ტექნოლოგიზაცია. ბიოლოგიის გაკვეთილის შედგენა. პროექტის აქტივობები. თეორია და პრაქტიკა. (პროექტის მეთოდი). მასწავლებლის მუშაობის ეტაპები. თეორია და პრაქტიკა. მთავარი ბლოკები პროექტებში.

"მეცნიერება ველური ბუნების შესახებ"- სამუშაო წიგნების მომზადება. 3. ბიოლოგია - მეცნიერება ცოცხალი ბუნების შესახებ. ბიოლოგია არის მეცნიერება ცოცხალი ბუნების შესახებ. ბაქტერიები. სოკო. ისინი შედგება ერთი უჯრედისაგან და არ აქვთ ბირთვი. მარკ ციცერონი. ბიოლოგია სწავლობს ცოცხალ ორგანიზმებს. მათ აქვთ ქლოროფილი და ქმნიან ორგანულ ნივთიერებებს სინათლეში, ათავისუფლებენ ჟანგბადს. კითხვა: რას სწავლობს ბიოლოგია?

"მათემატიკა ბიოლოგიაში"- "ბრტყელი ფეხების იდენტიფიკაცია." დიაგრამების კითხვა. სიმეტრიის ცნება; სიმეტრიის სახეები. ფუნქციის გრაფიკის კონცეფცია. ზოგადი ბიოლოგია მე-10 კლასი. "ვარიაციის სერიის და მრუდის აგება." შეხების წერტილებში იქნება ყურები. წრე, ოვალური. არსებობს საყოველთაოდ მიღებული თვალსაზრისი, რომლის მიხედვითაც მათემატიკა ზუსტ მეცნიერებებს მიეკუთვნება. პროპორციულობა.

თემაში სულ 14 პრეზენტაციაა