Bioloogia joonistamine mis tahes teemal. Bioloogia on eluteadus

Bioteadused liiguvad suurtest väikestesse. Hiljuti kirjeldas bioloogia ainult loomade, taimede, bakterite väliseid tunnuseid. Molekulaarbioloogia uurib elusorganisme üksikute molekulide vastastikmõjude tasandil. Struktuuribioloogia – uurib rakkudes toimuvaid protsesse aatomite tasemel. Kui soovite õppida, kuidas "nägema" üksikuid aatomeid, kuidas struktuuribioloogia töötab ja "elab" ning milliseid instrumente see kasutab, siis olete siin!

Tsükli peapartner on ettevõte: suurim bioloogiliste uuringute ja tootmise seadmete, reaktiivide ja kulumaterjalide tarnija.

"Biomolekuli" üks peamisi missioone on jõuda päris juurteni. Me ei räägi ainult sellest, milliseid uusi fakte teadlased avastasid – räägime sellest, kuidas nad need avastasid, püüame selgitada bioloogiliste meetodite põhimõtteid. Kuidas võtta ühest organismist välja geen ja sisestada see teise? Kuidas jälgida mõne pisikese molekuli saatust tohutus rakus? Kuidas ergutada ühte pisikest neuronite rühma tohutus ajus?

Ja nii otsustasimegi rääkida laborimeetoditest süsteemsemalt, koondada ühte rubriiki kõige olulisemad, moodsaimad bioloogilised meetodid. Et asi oleks huvitavam ja selgem, oleme artikleid paksult illustreerinud ja isegi siia-sinna animatsioone lisanud. Soovime, et uue rubriigi artiklid oleksid huvitavad ja arusaadavad ka juhuslikule möödujale. Ja teisest küljest peaksid need olema nii üksikasjalikud, et isegi professionaal võiks neist midagi uut leida. Oleme kogunud tehnikaid 12 suured rühmad ja nende põhjal hakkame tegema biometoodilist kalendrit. Oodake uuendusi!

Miks struktuuribioloogia?

Nagu teate, on bioloogia eluteadus. Ta ilmus sisse XIX algus sajandil ja selle olemasolu esimene sada aastat oli puhtalt kirjeldav. Bioloogia peamiseks ülesandeks peeti tollal võimalikult paljude erinevate elusorganismide liikide leidmist ja iseloomustamist ning veidi hiljem - nendevaheliste peresidemete väljaselgitamist. Aja jooksul ja teiste teadusvaldkondade arenguga tekkis bioloogiast mitu haru eesliitega "molekulaarne": molekulaargeneetika, molekulaarbioloogia ja biokeemia – teadused, mis uurivad elusolendeid üksikute molekulide tasemel, mitte vastavalt välimus organism või selle siseorganite suhteline asend. Lõpuks, üsna hiljuti (eelmise sajandi 50ndatel), ilmus selline teadmiste valdkond nagu struktuuribioloogia– teadus, mis uurib elusorganismides toimuvaid protsesse muutuste tasandil ruumiline struktuurüksikud makromolekulid. Tegelikult on struktuuribioloogia kolme erineva teaduse ristumiskohas. Esiteks on see bioloogia, sest teadus uurib elusobjekte, teiseks füüsika, kuna kasutatakse kõige laiemat füüsikaliste katsemeetodite arsenali, ja kolmandaks keemia, kuna molekulide struktuuri muutmine on selle konkreetse distsipliini objekt.

Struktuuribioloogia uurib kahte peamist ühendite klassi – valke (kõigi teadaolevate organismide peamine "töökeha") ja nukleiinhappeid (peamised "teabe" molekulid). Tänu struktuuribioloogia teame, et DNA-l on kaksikheeliksi struktuur, et tRNA-d tuleks esitada vanatähega "G" ning et ribosoomil on suur ja väike alaühik, mis koosneb teatud konformatsioonis valkudest ja RNA-st.

globaalne eesmärk struktuurbioloogia, nagu iga teine ​​teadus, on "mõista, kuidas asjad toimivad". Millises vormis on volditud valguahel, mis põhjustab rakkude jagunemist, kuidas muutub ensüümi pakend selle läbiviidava keemilise protsessi käigus, millistes kohtades interakteeruvad kasvuhormoon ja selle retseptor – need on küsimused, millele see teadus vastab . Veelgi enam, eraldi eesmärk on koguda nii suur andmemaht, et nendele küsimustele (objekti puhul, mida pole veel uuritud) saaks vastata arvutis ilma kallist katset kasutamata.

Näiteks peate mõistma, kuidas bioluminestsentssüsteem töötab usside või seente puhul - nad dešifreerisid genoomi, leidsid nende andmete põhjal soovitud valgu ja ennustasid selle ruumilist struktuuri koos töömehhanismiga. Tõsi, tasub tunnistada, et seni on sellised meetodid alles lapsekingades ja valgu struktuuri on endiselt võimatu täpselt ennustada, kuna sellel on ainult geen. Teisest küljest on struktuuribioloogia tulemustel rakendusi meditsiinis. Nagu paljud teadlased loodavad, võimaldavad teadmised biomolekulide struktuuri ja nende töö mehhanismide kohta uusi ravimeid välja töötada ratsionaalsel alusel, mitte katse-eksituse meetodil (rangelt võttes suure läbilaskevõimega sõelumine), nagu enamasti tehakse. nüüd tehtud. Ja see pole ulme: struktuuribioloogia abil on juba loodud või optimeeritud palju ravimeid.

Struktuuribioloogia ajalugu

Struktuuribioloogia ajalugu (joonis 1) on üsna lühike ja sai alguse 1950. aastate algusest, kui James Watson ja Francis Crick panid Rosalind Franklini DNA kristallide röntgendifraktsiooni andmete põhjal kokku mudeli praeguseks tuntud kahekordsest. helix vintage disainerilt. Veidi varem ehitas Linus Pauling esimese usutava heeliksi mudeli, mis on valkude sekundaarstruktuuri üks põhielemente (joonis 2).

Viis aastat hiljem, 1958. aastal, määrati kindlaks maailma esimene valgu struktuur – kašelotti müoglobiin (lihaskiudude valk) (joonis 3). Ta ei näinud kindlasti nii ilus välja kui kaasaegsed struktuurid, kuid see oli märkimisväärne verstapost kaasaegse teaduse arengus.

Joonis 3b. Valgu molekuli esimene ruumiline struktuur. John Kendrew ja Max Perutz demonstreerivad spetsiaalsest konstruktorist kokku pandud müoglobiini ruumilist struktuuri.

Kümme aastat hiljem, aastatel 1984–1985, tuvastati tuabil esimesed struktuurid. Sellest hetkest alates on toimunud mitmeid olulisi avastusi: 1985. aastal said nad ensüümi ja selle inhibiitori kompleksi struktuuri, 1994. aastal määrasid nad meie rakkude elektrijaamade peamise "masina" ATP süntaasi struktuuri. (mitokondrid) ja juba 2000. aastal said nad esimesed ruumilise struktuuriga valkude "tehased" - ribosoomid, mis koosnesid valkudest ja RNA-st (joon. 6). 21. sajandil on struktuuribioloogia areng toimunud hüppeliselt, millega on kaasnenud ruumiliste struktuuride arvu plahvatuslik kasv. Saadud on paljude valkude klasside struktuurid: hormoon- ja tsütokiiniretseptorid, G-valguga seotud retseptorid, teemaksulaadsed retseptorid, immuunsüsteemi valgud ja paljud teised.

Uute tehnoloogiate tulekuga krüoelektronmikroskoopia kujutiste salvestamiseks ja töötlemiseks 2010. aastatel ilmusid paljud membraanivalkude keerukad struktuurid ülikõrge eraldusvõimega. Struktuuribioloogia edusammud pole jäänud märkamata: selle valdkonna avastuste eest on välja antud 14 Nobeli preemiat, neist viis 21. sajandil.

Struktuuribioloogia meetodid

Struktuuribioloogia valdkonna uurimistööd tehakse mitmete abil füüsilised meetodid, millest vaid kolm võimaldavad saada biomolekulide ruumilisi struktuure aatomresolutsioonis. Struktuuribioloogia meetodid põhinevad uuritava aine interaktsiooni mõõtmisel erinevat tüüpi elektromagnetlainete või elementaarosakestega. Kõik tehnikad nõuavad märkimisväärseid rahalisi ressursse - seadmete maksumus on sageli hämmastav.

Ajalooliselt on esimene struktuuribioloogia meetod röntgendifraktsioonianalüüs (XRD) (joonis 7). Veel 20. sajandi alguses saadi teada, et kristallide röntgendifraktsioonimustri järgi saab uurida nende omadusi - rakusümmeetria tüüpi, aatomitevaheliste sidemete pikkust jne. ja nende molekulide ruumiline struktuur. Nii saadi 1949. aastal penitsilliini ja 1953. aastal DNA kaksikheeliksi struktuur.

Näib, et kõik on lihtne, kuid on nüansse.

Esiteks on vaja kuidagi saada kristalle ja nende suurus peab olema piisavalt suur (joon. 8). Kui see on teostatav mitte väga keeruliste molekulide puhul (pidage meeles, kuidas kristalliseerub keedusool või sinine vitriool!), siis valkude kristalliseerimine on väga keeruline ülesanne, mis nõuab optimaalsete tingimuste leidmiseks mitteilmnevat protseduuri. Nüüd tehakse seda spetsiaalsete robotite abil, mis valmistavad ette ja jälgivad sadu erinevaid lahendusi “idandatud” valgukristallide otsimisel. Kuid kristallograafia algusaegadel võis valgukristalli saamine võtta aastaid väärtuslikku aega.

Teiseks on saadud andmete (“toored” difraktsioonimustrid; joon. 8) põhjal vaja struktuur “arvutada”. Nüüd on see ka rutiinne ülesanne, kuid 60 aastat tagasi, lambitehnika ja perfokaartide ajastul, polnud see kaugeltki nii lihtne.

Kolmandaks, isegi kui kristalli oli võimalik kasvatada, ei ole valgu ruumilise struktuuri määramine üldse vajalik: selleks peab valk olema kõigis võrekohtades ühesuguse struktuuriga, mis ei ole kaugeltki alati juhtum.

Ja neljandaks on kristall valgu loomulikust olekust kaugel. Valkude uurimine kristallides on nagu inimeste uurimine, toppides neist kümme tükki väikesesse suitsusesse kööki: saad teada, et inimestel on käed, jalad ja pea, kuid käitumine ei pruugi olla päris sama, mis mugavas keskkonnas. Röntgendifraktsioonanalüüs on aga kõige levinum meetod ruumiliste struktuuride määramiseks ja 90% esialgse eelarveprojekti sisust saadakse selle meetodi abil.

SAR nõuab võimsaid röntgenikiirguse allikaid – elektronkiirendeid või vabaelektronlasereid (joonis 9). Sellised allikad on kallid – mitu miljardit USA dollarit –, kuid tavaliselt kasutavad ühte allikat sajad või isegi tuhanded kontsernid üle maailma üsna sümboolse tasu eest. Meie riigis puuduvad võimsad allikad, mistõttu sõidab enamik teadlasi saadud kristalle analüüsima Venemaalt USA-sse või Euroopasse. Lisateavet nende romantiliste õpingute kohta saate lugeda artiklist " Membraanivalkude täiustatud uuringute labor: geenist angstromini» .

Nagu juba mainitud, nõuab röntgendifraktsioonianalüüs võimsat röntgenkiirguse allikat. Mida võimsam on allikas, seda väiksemate kristallidega saate hakkama ning seda vähem peavad bioloogid ja geeniinsenerid kannatama, et õnnetuid kristalle kätte saada. Röntgenikiirgust on kõige lihtsam saada elektronkiire kiirendamisega sünkrotronides või tsüklotronides – hiiglaslikes rõngaskiirendites. Kui elektroni kiirendatakse, kiirgab see soovitud sagedusvahemikus elektromagnetlaineid. AT viimastel aegadel ilmusid uued ülivõimsad kiirgusallikad – vabaelektronlaserid (XFEL).

Laseri tööpõhimõte on üsna lihtne (joon. 9). Esmalt kiirendatakse elektronid ülijuhtivate magnetite abil kõrgele energiale (kiirendi pikkus on 1–2 km) ja seejärel läbivad need nn lainelised - erineva polaarsusega magnetikomplektid.

Joonis 9. Vaba elektronlaseri tööpõhimõte. Elektronkiir kiirendatakse, läbib undulaatorit ja kiirgab gammakiirgust, mis langeb bioloogilistele proovidele.

Lainetajat läbides hakkavad elektronid perioodiliselt kiirte suunast kõrvale kalduma, kogedes kiirendust ja kiirgades röntgenikiirgust. Kuna kõik elektronid liiguvad ühtemoodi, siis kiirgus võimendub tänu sellele, et teised elektronkiire elektronid hakkavad neelama ja uuesti kiirgama sama sagedusega röntgenlaineid. Kõik elektronid kiirgavad sünkroonselt kiirgust ülivõimsa ja väga lühikese välguna (kestusega alla 100 femtosekundi). Röntgenkiire võimsus on nii suur, et üks lühike välgatus muudab väikese kristalli plasmaks (joonis 10), kuid mõne femtosekundi jooksul, mil kristall on terve, saab tänu sellele kõrgeima kvaliteediga pildi saada. kiire kiire intensiivsus ja koherentsus. Sellise laseri maksumus on 1,5 miljardit dollarit ja maailmas on selliseid seadmeid ainult neli (asuvad USA-s (joon. 11), Jaapanis, Koreas ja Šveitsis). 2017. aastal on kavas kasutusele võtta viies - Euroopa - laser, mille ehitamisel osales ka Venemaa.

Joonis 10. Valkude muundumine plasmaks 50 fs jooksul vaba elektronlaseri impulsi toimel. Femtosekund = 1/1000000000000000 sekundit.

Umbes 10% esialgse eelarveprojekti andmebaasi ruumilistest struktuuridest määrati NMR-spektroskoopia abil. Venemaal on mitu raskeveokite tundlikku NMR spektromeetrit, mida kasutatakse maailmatasemel tööks. Venemaa Teaduste Akadeemia Bioorgaanilise Keemia Instituudis (Moskva) asub suurim NMR-labor mitte ainult Venemaal, vaid kogu Prahast ida pool ja Soulist läänes.

NMR-spektromeeter on suurepärane näide tehnoloogia võidukäigust mõistuse üle. Nagu juba mainisime, on NMR-spektroskoopia meetodi kasutamiseks vaja võimsat magnetvälja, seega on seadme südameks ülijuhtiv magnet – spetsiaalne sulamist mähis, mis on sukeldatud vedelasse heeliumisse (−269 °C). Ülijuhtivuse saavutamiseks on vaja vedelat heeliumi. Heeliumi aurustumise vältimiseks ehitatakse selle ümber tohutu mahuti vedela lämmastikuga (−196 °C). Kuigi tegemist on elektromagnetiga, ei tarbi see elektrit: ülijuhtival mähisel puudub takistus. Magnetit tuleb aga pidevalt "toita" vedela heeliumi ja vedela lämmastikuga (joon. 15). Kui te seda ei järgi, toimub "kustutamine": mähis kuumeneb, heelium aurustub plahvatuslikult ja seade puruneb ( cm. video). Samuti on oluline, et 5 cm pikkuse proovi väli oleks äärmiselt ühtlane, nii et seadmes on paarkümmend väikest magnetit, mis on vajalikud magnetvälja peenhäälestamiseks.

Video. 21,14 tesla NMR spektromeetri kavandatud "kustutamine".

Mõõtmiste läbiviimiseks on vaja andurit – spetsiaalset mähist, mis nii genereerib elektromagnetkiirgust kui registreerib "tagurpidi" signaali - proovi magnetmomendi võnkumist. Tundlikkuse parandamiseks 2-4 korda jahutatakse andur temperatuurini -200 °C, vabanedes seeläbi termilisest mürast. Selleks ehitavad nad spetsiaalse masina - krüoplatvormi, mis jahutab heeliumi soovitud temperatuurini ja pumpab selle detektori lähedale.

On olemas terve rühm meetodeid, mis põhinevad valguse hajumise, röntgeni- või neutronkiirte nähtusel. Lähtudes kiirguse/osakeste hajumise intensiivsusest erinevate nurkade all, võimaldavad need meetodid määrata lahuses olevate molekulide suuruse ja kuju (joonis 16). Hajumine ei saa määrata molekuli struktuuri, kuid seda saab kasutada abivahendina mõne muu meetodi, näiteks NMR-spektroskoopia kasutamisel. Valguse hajumise mõõtmise instrumendid on suhteliselt odavad, makstes "ainult" umbes 100 000 dollarit, samas kui teised meetodid nõuavad käepärast osakeste kiirendit, mis suudab tekitada neutronite või võimsa röntgenikiire.

Teine meetod, mille abil ei saa struktuuri määrata, kuid saab olulisi andmeid, on resonantsfluorestsentsenergia ülekanne(FRET) . Meetod kasutab fluorestsentsi fenomeni – mõne ainete võimet neelata ühe lainepikkusega valgust, kiirgades erineva lainepikkusega valgust. Võimalik on valida paar ühendit, millest ühes (doonoris) fluorestsentsi ajal kiiratav valgus vastab teise (aktseptori) iseloomulikule neeldumislainepikkusele. Kiiritage doonorit soovitud lainepikkusega laseriga ja mõõtke aktseptori fluorestsentsi. FRET-efekt sõltub molekulide vahelisest kaugusest, nii et kui sisestate kahe valgu molekulidesse või ühe valgu erinevate domeenide (struktuuriüksuste) molekulidesse fluorestsentsi doonori ja aktseptori, saate uurida valkude vahelisi interaktsioone või domeenide vastastikust paigutust. valgu sees. Registreerimine toimub optilise mikroskoobi abil, seetõttu on FRET odav, kuigi väheinformatiivne meetod, mille kasutamine on seotud andmete tõlgendamise raskustega.

Lõpuks on võimatu rääkimata struktuuribioloogide "unistuste meetodist" - arvutimudelist (joon. 17). Meetodi mõte on kasutada kaasaegsed teadmised molekulide ehituse ja käitumisseaduste kohta, simuleerida arvutimudelis valgu käitumist. Näiteks kasutades meetodit molekulaarne dünaamika, on võimalik jälgida reaalajas molekuli liikumisi või valgu “kokkupanemise” (voltimise) protsessi ühe “aga” puhul: maksimaalne arvutatav aeg ei ületa 1 ms, mis on küll äärmiselt lühike, kuid , pealegi nõuab see tohutult arvutusressursse (joonis 18). Süsteemi käitumist on võimalik uurida pikemat aega, ainult see saavutatakse lubamatu täpsuse languse hinnaga.

Arvutimodelleerimist kasutatakse aktiivselt valkude ruumiliste struktuuride analüüsimiseks. Dokkimist kasutatakse potentsiaalsete ravimite otsimiseks, millel on suur kalduvus sihtvalguga suhelda. Hetkel on ennustuste täpsus veel madal, kuid dokkimine võib oluliselt kitsendada potentsiaalselt aktiivsete ainete valikut, mida uue ravimi väljatöötamiseks testida.

Struktuuribioloogia tulemuste peamiseks praktiliseks kasutusvaldkonnaks on ravimite väljatöötamine või, nagu praegu on moes öelda, ravimidisain. Struktuuriandmetel põhineva ravimi väljatöötamiseks on kaks võimalust: alustada võib ligandist või sihtvalgust. Kui on juba teada mitu sihtvalgule mõjuvat ravimit ja saadud valk-ravim komplekside struktuurid, on võimalik luua "ideaalse ravimi" mudel vastavalt sidumis "tasku" omadustele. valgusmolekuli pinnal tõstke esile potentsiaalse ravimi vajalikud omadused ja otsige kõigi teadaolevate looduslike ja mitte niisuguste ühendite hulgast. Saate isegi luua seoseid ravimi struktuuri omaduste ja selle aktiivsuse vahel. Näiteks kui molekuli peal on vibu, siis on selle aktiivsus kõrgem kui ilma vibuta molekulil. Ja mida rohkem vibu laetakse, seda paremini ravim toimib. Seega peate kõigist teadaolevatest molekulidest leidma ühendi, millel on suurim laetud kaar.

Teine võimalus on kasutada arvuti sihtstruktuuri, et otsida ühendeid, mis on potentsiaalselt võimelised sellega õiges kohas suhtlema. Sel juhul kasutatakse tavaliselt fragmentide raamatukogu - väikesed ainetükid. Kui leiate mitu head killust, mis eri kohtades, kuid üksteise lähedal, sihtmärgiga suhtlevad, saate killudest kokku “õmmeldes” narkootikumi ehitada. Struktuuribioloogiat kasutades on palju näiteid edukast ravimite väljatöötamisest. Esimene edukas juhtum pärineb aastast 1995, kui dorsolamiidi, glaukoomiravimi, kasutamine kiideti heaks.

Üldine suund bioloogiauuringutes kaldub üha enam mitte ainult kvalitatiivse, vaid ka kvantitatiivse looduse kirjeldamise poole. Struktuuribioloogia on selle suurepärane näide. Ja on põhjust arvata, et see toob kasu mitte ainult fundamentaalteadusele, vaid ka meditsiinile ja biotehnoloogiale.

Kalender

Eriprojekti artiklite põhjal otsustasime 2019. aastaks teha kalendri "12 bioloogia meetodit". See artikkel esindab märtsikuud.

Kirjandus

1. Bioluminestsents: A Resurgence;
2. Arvutimeetodite võidukäik: valkude struktuuri ennustamine;
3. Heping Zheng, Katarzyna B Handing, Matthew D Zimmerman, Ivan G Shabalin, Steven C Almo, Wladek Minor. (2015).

Eesmärgid

• Hariduslik: jätkata teadmiste kujundamist bioloogiast kui teadusest; anda mõisteid bioloogia peamiste osade ja uuritavate objektide kohta;
• Arendab: kujundada kirjanduslike allikatega töötamise oskusi, kujundada oskusi luua analüütilisi seoseid;
• Hariduslik: avardab silmaringi, kujundab terviklikku maailmataju.

Ülesanded

1. Avaldada bioloogia osa teiste teaduste hulgas.
2. Avastada bioloogia seost teiste teadustega.
3. Tehke kindlaks, milliseid bioloogia eri harusid uuritakse.
4. Määratlege bioloogia roll elus inimene .
5. Joonista Huvitavaid fakte teemaga seotud tunnis esitatud videotest.

Terminid ja mõisted

• Bioloogia on teaduste kompleks, mille uurimisobjektideks on elusolendid ja nende koostoime keskkonnaga.
• Elu on aktiivne vorm mateeria olemasolu, teatud mõttes kõrgem kui selle füüsikalised ja keemilised eksisteerimisvormid; rakus toimuvate füüsikaliste ja keemiliste protsesside kogum, mis võimaldab ainevahetust ja selle jagunemist.
• Teadus on inimtegevuse valdkond, mis on suunatud reaalsuse objektiivsete teadmiste arendamisele ja teoreetilisele süstematiseerimisele.

Tundide ajal

Teadmiste värskendus

Pidage meeles, mida bioloogia õpib.
Nimeta bioloogia harud, mida tunned.
Leia õige vastus:
1. Botaanika uuringud:
AGA) taimed
B) loomad
B) ainult vetikad
2. Seenteõpe toimub raames:
A) botaanika
B) viroloogia;
B) mükoloogia.
3. Bioloogias eristatakse mitut kuningriiki, nimelt:
A) 4
B) 5
KELL 7
4. Isik viitab bioloogias:
A) Loomariik
B) alamklass imetajad;
C) perekond Homo sapiens.

Joonise 1 abil pidage meeles, kui palju kuningriike bioloogias eristatakse:

Riis. 1 Elusorganismide kuningriigid

Uue materjali õppimine

Esimest korda pakkus mõiste "bioloogia" 1797. aastal välja saksa professor T. Ruzom. Kuid seda hakati aktiivselt kasutama alles 1802. aastal, pärast selle kasutamist termin J-B. Lamarck oma teostes.

Tänapäeval on bioloogia teaduste kompleks, mis moodustavad iseseisvad teaduslikud distsipliinid konkreetsete õppeobjektidega tegelemine.

Bioloogia "harude" hulgas võib nimetada selliseid teadusi nagu:
- botaanika - teadus, mis uurib taimi ja selle alajaotisi: mükoloogia, lihhenoloogia, brioloogia, geobotaanika, paleobotaanika;
- zooloogia- loomi uuriv teadus ja selle alajaotused: ihtüoloogia, arahnoloogia, ornitoloogia, etoloogia;
– ökoloogia – teadus elusorganismide suhetest keskkonnaga;
- anatoomia - teadus sisemine struktuur kõik elusolendid;
- morfoloogia - teadus, mis uurib elusorganismide välist ehitust;
- tsütoloogia – teadus, mis uurib rakku;
- samuti histoloogia, geneetika, füsioloogia, mikrobioloogia jt.

Üldiselt näete bioloogiateaduste tervikut joonisel 2:

Riis. 2 Bioloogiateadused

Samal ajal tuuakse välja mitmeid teadusi, mis tekkisid bioloogia tiheda koostoime tulemusena teiste teadustega ja neid nimetatakse integreeritud. Neid teadusi võib julgelt omistada: biokeemia, biofüüsika, biogeograafia, biotehnoloogia, radiobioloogia, kosmosebioloogia ja teised. Joonisel 3 on kujutatud peamised integreeritud teadused bioloogiaga

Riis. 3. Integraalsed bioloogiateadused

Bioloogiateadmised on inimese jaoks olulised.
Ülesanne 1: Püüa enda jaoks sõnastada, mis on täpselt bioloogiliste teadmiste tähtsus inimese jaoks?
2. tegevus: vaadake järgmist videot evolutsiooni kohta ja tehke kindlaks, milliseid bioloogiateaduslikke teadmisi oli selle loomiseks vaja

Ja nüüd meenutagem, milliseid teadmisi ja miks inimene vajab:
- erinevate kehahaiguste määramiseks. Nende ravi ja ennetamine eeldab teadmisi inimkehast, mis tähendab teadmisi: anatoomiast, füsioloogiast, geneetikast, tsütoloogiast. Tänu bioloogia saavutustele hakati tööstuses tootma ravimeid, vitamiine ja bioloogiliselt aktiivseid aineid;

Toiduainetööstuses on vaja tunda botaanikat, biokeemiat, inimese füsioloogiat;
- põllumajanduses on vajalikud teadmised botaanikast ja biokeemiast. Tänu taime- ja loomaorganismide vaheliste suhete uurimisele sai võimalikuks luua bioloogilised meetodid põllukultuuride kahjuritõrje. Näiteks komplekssed teadmised botaanikast ja zooloogiast avalduvad põllumajanduses ja seda saab näha lühikesest videost

Ja see on vaid lühike loetelu "bioloogiliste teadmiste kasulikust rollist" inimelus.
Järgmine video aitab teil paremini mõista bioloogia rolli elus.

Bioloogiateadmisi ei ole võimalik kohustuslike hulgast eemaldada, sest bioloogia uurib meie elu, bioloogia annab teadmisi, mida kasutatakse enamikus inimelu valdkondades.

Ülesanne 3. Selgitage, miks tänapäeva bioloogiat nimetatakse kompleksteaduseks.

Teadmiste kinnistamine

1. Mis on bioloogia?
2. Nimeta botaanika alajaotised.
3. Milline on anatoomiateadmiste roll inimese elus?
4. Teadmised millistest teadustest on meditsiinis vajalikud?
5. Kes määratles esimesena bioloogia mõiste?
6. Vaadake joonist 4 ja tehke kindlaks, milline teadus kujutatud objekti uurib:

Joonis 4. Mis teadus seda objekti uurib

7. Uurige joonist 5, nimetage kõik elusorganismid ja neid uuriv teadus

Riis. 5. Elusorganismid

Kodutöö

1. Töötle õpiku materjal – lõige 1
2. Kirjuta vihikusse ja õpi mõisteid: bioloogia, elu, teadus.
3. Kirjuta vihikusse kõik bioloogia kui teaduse osad ja alajaotused, iseloomusta neid lühidalt.

Hiljuti avastati maa-alustest koobastest elutsev silmadeta kala Phreaticthys andruzzii, mille sisemine kell on seatud mitte 24 (nagu teised loomad), vaid 47 tunni peale. Selles on süüdi mutatsioon, mis lülitas nende kalade kehal välja kõik valgustundlikud retseptorid.

Kokku liigid Teadlaste hinnangul elab meie planeedil 8,7 miljonit inimest ning nad on avalikult ja salastatud Sel hetkel mitte rohkem kui 20% sellest arvust.

Jääkala ehk siig elab Antarktika vetes. See on ainus selgroogsete liik, kelle veres pole punaseid vereliblesid ja hemoglobiini – seetõttu on jääkalade veri värvitu. Nende ainevahetus põhineb ainult otse veres lahustunud hapnikul.

Sõna "värdjas" pärineb tegusõnast "hoorus" ja tähendas algselt ainult tõupuhta looma ebaseaduslikku järglast. Aja jooksul asendati see sõna bioloogias terminiga "hübriid", kuid see muutus inimeste suhtes kuritarvitavaks.

Kasutatud allikate loetelu

1. Tund "Bioloogia – eluteadus" Konstantinova E. A., bioloogiaõpetaja, 3. keskkool, Tver
2. Tund „Sissejuhatus. Bioloogia on eluteadus” Titorov Yu.I., bioloogiaõpetaja, Kemerovo CL direktor.
3. Tund "Bioloogia - eluteadus" Nikitina O.V., bioloogiaõpetaja, MOU "Keskkool nr. 8, Tšerepovets.
4. Zahharov V.B., Kozlova T.A., Mamontov S.G. "Bioloogia" (4. trükk) -L .: Akadeemia, 2011.- 512s.
5. Matyash N.Yu., Shabatura N.N. Bioloogia 9. klass - K .: Geneza, 2009. - 253 lk.

Toimetanud ja saatnud Borisenko I.N.

Tunni kallal töötamine

Borisenko I.N.

Konstantinova E.A.

Titorova Yu.I.

Nikitina O.V.

Bioloogia- teadus elusloodusest.

Bioloogia uurib elusolendite mitmekesisust, nende kehaehitust ja elundite tööd, organismide paljunemist ja arengut, aga ka inimese mõju elusloodusele.

Selle teaduse nimi pärineb kahest kreeka sõnast " bios" - "elu ja" logod- "teadus, sõna".

Üks elusorganismide teaduse rajajaid oli suur Vana-Kreeka teadlane (384 - 322 eKr). Tema oli esimene, kes üldistas bioloogilised teadmised inimkond sai enne teda. Teadlane pakkus välja loomade esimese klassifikatsiooni, ühendades struktuurilt sarnased elusorganismid rühmadesse, ja määras selles inimesele koha.

Tulevikus andsid bioloogia arengusse panuse paljud teadlased, kes uurisid meie planeedil elavaid eri tüüpi elusorganisme.

Bioteaduste perekond

Bioloogia on loodusteadus. Bioloogide uurimisvaldkond on tohutu: need on erinevad mikroorganismid, taimed, seened, loomad (sh inimene), organismide ehitus ja talitlus jne.

Seega bioloogia pole lihtsalt teadus, vaid terve perekond, mis koosneb paljudest üksikutest teadustest.

Uurige interaktiivset tabelit bioloogiateaduste perekonna kohta ja uurige, milliseid bioloogia eri harusid uuritakse.

Anatoomia– teadus üksikute elundite, süsteemide ja keha kui terviku vormist ja ehitusest.

Füsioloogia– teadus organismide, nende süsteemide, elundite ja kudede elutegevusest, organismis toimuvatest protsessidest.

Tsütoloogia– teadus raku ehitusest ja aktiivsusest.

Zooloogia on teadus, mis uurib loomi.

Zooloogia osad:

• Entomoloogia on putukate teadus.

Selles on mitu osa: koleopteroloogia (uurib mardikaid), lepidopteroloogia (uurib liblikaid), mürmekoloogia (uurib sipelgaid).

• Ihtüoloogia on kalateadus.
• Ornitoloogia on lindude teadus.
• Terioloogia on imetajate teadus.

Botaanika teadus, mis uurib taimi.

Mükoloogia teadus, mis uurib seeni.

Protistoloogia Teadus, mis uurib algloomi.

Viroloogia teadus, mis uurib viirusi.

Bakterioloogia teadus, mis uurib baktereid.

Bioloogia tähtsus

Bioloogia on tihedalt seotud paljude inimeste praktilise tegevuse aspektidega – põllumajanduse, erinevate tööstusharude ja meditsiiniga.

Edukas areng Põllumajandus sõltub praegu suuresti bioloogidest-aretajatest, kes tegelevad olemasolevate sortide täiustamise ja uute sortide loomisega kultuurtaimed ja koduloomade tõud.

Tänu bioloogia saavutustele on mikrobioloogiatööstus loodud ja areneb edukalt. Näiteks keefir, kalgendatud piim, jogurtid, juustud, kalja ja paljud teised tooted, mida inimene saab teatud tüüpi seente ja bakterite tegevuse tõttu. Kaasaegse biotehnoloogia abil toodavad ettevõtted ravimeid, vitamiine, söödalisandeid, taimekaitsevahendeid kahjurite ja haiguste vastu, väetisi ja palju muud.

Bioloogiaseaduste tundmine aitab ravida ja ennetada inimese haigusi.

Igal aastal kasutab üha rohkem inimesi Loodusvarad. Võimas tehnoloogia muudab maailma nii kiiresti, et nüüd pole Maal peaaegu ühtegi puutumatu loodusega nurka.

Inimese normaalsete elutingimuste säilitamiseks on vaja hävitatud taastada looduskeskkond. Seda saavad teha ainult loodusseadusi hästi tundvad inimesed. teadmised bioloogiast ja bioloogiateadus ökoloogia aitab meil lahendada planeedi elutingimuste säilitamise ja parandamise probleemi.

Täitke interaktiivne ülesanne -

Mis on bioloogia? Bioloogia on teadus elust, Maal elavatest elusorganismidest.

Pilt 3 esitlusest "Teadus" bioloogia tundidesse teemal "Bioloogia"

Mõõdud: 720 x 540 pikslit, formaat: jpg. Pildi tasuta allalaadimiseks bioloogia tund, paremklõpsake pildil ja klõpsake nuppu "Salvesta pilt kui...". Tunnis piltide näitamiseks saab tasuta alla laadida ka kogu esitluse "Science.ppt" koos kõigi piltidega zip-arhiivis. Arhiivi suurus - 471 KB.

Laadige esitlus alla

Bioloogia

"Uurimismeetodid bioloogias" - Bioloogia kui teaduse arengulugu. Katse planeerimine, metoodika valik. Tunniplaan: milliste inimkonna globaalsete probleemide lahendamiseks on bioloogiateadmised vajalikud? Teema: Piirdistsipliinid: Ülesanne: Morfoloogia anatoomia füsioloogia süstemaatika paleontoloogia. Bioloogia tähendus. Bioloogia räägib elust.

"Teadlane Lomonossov" – rõhutas Põhjameretee uurimise tähtsust, Siberi arengut. 19. november 1711 – 15. aprill 1765 (53-aastane) 10. juunil 1741. aastal. Avastused. Ta arendas aatomi- ja molekulaarseid ideid aine struktuuri kohta. Ideed. Keemiliste mõjurite hulgast välja arvatud flogiston. Töö. Olles deismi pooldaja, käsitleti materialistlikult loodusnähtusi.

"Botaanik Vavilov" - üleliiduline rakendusbotaanika instituut. Aastal 1906 Vavilov Nikolai Ivanovitš. 1924. aastal lõpetasid: Roxana Babicheva ja Ljudmila Ždanova, 10. B klassi õpilased. Vavilovi autoriteet teadlase ja teaduse organisaatorina kasvas. Mertonis (Inglismaa), Aiandusinstituudi geenilaboris. N. I. Vavilov sündis 26. novembril 1887 Moskvas.

"Projektitegevus" - Alekseeva E.V. Loengu kava. Õpetaja saab projekti autoriks. Ülevaade lisaressurssidest. Infomudeli tehnoloogiliseks muutmine haridusprotsess. Bioloogiatunni kujundamine. Projekti tegevus. Teooria ja praktika. (Disaini meetod). Õpetaja töö etapid. Teooria ja praktika. Põhiplokid projektides.

"Loodusteadus" - Töövihikute kujundamine. 3. Bioloogia – teadus elusloodusest. Bioloogia on teadus elusloodusest. bakterid. Seened. Need koosnevad ühest rakust ja neil ei ole tuuma. Mark Cicero. Bioloogia uurib elusorganisme. Neil on klorofüll ja need tekivad valguse käes orgaaniline aine vabastades hapnikku. Küsimus: Mida bioloogia uurib?

"Matemaatika bioloogias" - "Lamedate jalgade tuvastamine". Tabelite lugemine. Sümmeetria mõiste; Sümmeetria tüübid. Funktsiooni graafiku mõiste. Üldbioloogia, 10. klass. "Variatsiooniseeria ja kõvera konstrueerimine". Puutepunktid on kõrvad. Ring, ovaalne. Üldtunnustatud seisukoht on, et matemaatika kuulub täppisteaduste hulka. Proportsionaalsus.

Kokku on teemas 14 ettekannet