Научно-исследовательская работа " Хранилище уникальности живого организма"

                                           Школа №6 им. К. Минина

          «Хранилище уникальности                       живого организма»

Выполнил:    Тихомирова Олеся 3 «Б»

                                                                                                  Руководитель: Кириллова С.А.

                                             г. Балахна

                                                  2013 г.

Содержание:

1 Введение. Гипотеза. Если известно, что молекула ДНК содержится во всех живых организмах, то  её можно выделить лабораторным путем. Стр. 3-4

2 Теоретическая часть. Строение клетки. Строение ДНК. Функция ДНК в процессе деления клетки.  Стр. 5-10

3 Практическая часть. Проведение опыта. Стр. 10-12

4 Заключение.  Стр. 13

5 Список литературы. Стр.14

6.Приложение.  Стр. 15

1. Введение

Человек- это уникальное создание. Каждая личность неповторима. Мы можем видеть внешние отличия одного человека от другого - цвет волос, глаз, кожи, вес, рост. Все это мы наследуем от своих родителей, но на момент зарождения человек приобретает что-то свое, неповторимое. Где же центр этой уникальности? Почему организм наследует именно такие признаки, свойства и качества? Из школьного предмета «Окружающий мир» мы знаем что, все ткани, органы и системы берут свое начало клетке. Из неё зарождается жизнь на земле. Клетка-это база, строительный материал всего живого.

Человечество всегда искало ответ на вопрос о происхождении жизни. Научно увидеть и понять процессы зарождения помогла цитология- учение о клетке. Но пытливые умы на этом не останавливались и в дальнейшем дали корни такой науки, как генетика, изучающая наследственность. Она отвечает на вопрос, как будет выглядеть тот или иной организм.

 Что же такого важного в клетке даёт качественные  преобразования организму? Это ДНК – хранилищем всех свойств, качеств, признаков любого организма. Это, материал из которого состоит генофонд (количество и качество признаков). Можно ли человеку  выделить и увидеть ДНК в условиях домашней лаборатории?  Все вышесказанное определило тему исследования.

Актуальность данного вопроса:

Интерес познания жизни. Даже самые малые познания в данной сфере помогут нам понять, насколько бережно нужно относиться ко всему живому на земле, а так же чем питаться, какой вести образ жизни. А более глобальное познание является дорогой в науку и раскрывает огромные возможности для человечества.

 Мы слышим о возможностях в будущем клонировать живые организмы. Пример – овечка Долли, которую создали по подобию овечки, рождённой в природе.

Знаем о возможностях медицины - распознавать принадлежность крови тому или иному человеку, узнать о родстве людей. Это помогает полиции раскрывать преступления. Скрещивание генов животных и растений разных видов даёт возможность создать новые организмы с уникальными свойствами: например - помидор с ДНК камбалы устойчив к холоду.

  Известен факт: что если кусочек ткани, вырезанной из организма животного или растения, поместить в раствор веществ, обеспечивающих жизнедеятельность клеток, то в такой культуре тканей растительные или животные клетки могут жить довольно долго и даже размножаться. Так уже сейчас люди научились выращивать отдельные ткани и органы (кожа, трахея). Всё это приносит пользу человечеству.                        

Цель работы: выделить молекулу ДНК из объектов животного и растительного происхождения и доказать ее качественный состав.

 Задачи исследования:  

• Изучить состав и строение клетки и молекулы ДНК;
• Выделить молекулу ДНК в  условиях домашней лаборатории;

Объект исследования: клетки животного и растения, как основное хранилище признаков, свойств и качеств.

Методы исследования:

-теоретические : ознакомление с литературой.

-практические : моделирование, опыт, наблюдение, анализ.

Предмет исследования: молекула ДНК, содержащаяся в клетках растительного и животного происхождения

• Гипотеза: если известно, что молекула ДНК содержится во всех живых организмах, то ее можно выделить в  условиях домашней лаборатории;

2. Теоретическая часть

1 Строение клетки

КЛЕТКИ РАСТЕНИЙ

Что же представляют собой клетки, каково их строение и значение в жизни растений? Перед нами наиболее простое строение многоклеточного растения. Клетки кожицы лука имеют хорошо заметную твердую оболочку, она отделяет их от внешней среды и от соседних клеток. Эта оболочка состоит из органического вещества, называемого целлюлозой или клетчаткой. Целлюлоза относится к органическим веществам, называемым углеводами. К ним же относятся сахар и крахмал, но состав целлюлозы сложнее. От сахара она отличается тем, что не растворяется в воде, от крахмала — что не разбухает в воде.

Внутри клетки находится полужидкая цитоплазма. (Цитоплазмой называется вещество клетки, не считая ядра). У большинства растительных клеток она заполняет не всю клетку, а располагается преимущественно у стенок. В цитоплазме находится округлое или овальное тело — ядро клетки. Цитоплазма и ядро — важнейшие части всякой живой, способной к размножению клетки. И цитоплазма, и ядро состоят из сложного сочетания различных веществ, среди которых главную роль играют сложнейшие органические вещества — белки.

Цитоплазма движется: она медленно перетекает в определенном направлении. Особенно хорошо это заметно в тех местах клетки, где цитоплазма прилегает к оболочке.

Между струйками цитоплазмы внутри клетки видны пространства, заполненные прозрачной жидкостью. Это пузырьки, или вакуоли, с клеточным соком. Клеточный сок состоит из воды и растворенных в ней солей, сахара и других веществ. В клеточном соке сладких плодов много сахара. В клетках почти всех растений растворены органические кислоты: щавелевая, лимонная и др. В мякоти листьев есть  хроматофор, содержащий зеленый пигмент — хлорофилл. При участии хлорофилла происходит воздушное питание растений. Наконец, в цитоплазме клетки могут быть различные включения: капельки жира, кристаллики и т. п.

КЛЕТКИ ЖИВОТНЫХ

Еще более разнообразны формой и строением клетки животного организма. Некоторые из них похожи на растительные клетки, как, например, клетки так называемых эпителиальных тканей. Различные клетки животного организма разнообразны. Очень любопытно, что в животном организме есть такие ткани, в которых отдельные клетки неразличимы. Замечательным примером может служить мышечная ткань .Мускульная ткань внутренних органов - эти клетки имеют форму удлиненных, веретеновидных волокон. Железистые клетки формой похожи на эпителиальные, но в них образуются и выделяются наружу различные вещества, например слюна из клеток слюнных желез, жир из сальных желез кожи.  Нервные клетки чаще имеют звездчатую или грушевидную форму. Их ветвящиеся отростки служат для контакта с другими нервными клетками. Кроме клеток, различные ткани содержат еще межклеточные вещества.                                                                                                   В животных клетках нет вакуолей с клеточным соком, нет и оболочек, состоящих из клетчатки. Роль оболочек у них играет уплотненный наружный слой цитоплазмы. Наконец, в клетках животных нет хлорофилла. Лизосомы, переваривающие пищевые частицы и удаляющие отходы, свойственны только животной клетке. Под микроскопом они выглядят как пузыри с комплексом ферментов внутри. У самого ядра животной клетки вы увидите еще один новый элемент, набор микротрубочек цилиндрической формы, центриоли. Центриоли участвуют в делении клетки.

Таким образом, основу строения растений и животных составляют клетки, образующие различные ткани. В этом сущность клеточной теории. Но только ли из клеток состоит весь организм многоклеточного растения или животного? Оказывается, что, Каждое животное начинает свое существование с одной яйцевой клетки, и на ранних стадиях развития зародыш состоит только из клеток. Все неклеточные и межклеточные образования в организме развиваются позже за счет тех или иных клеток. Клетки тканей в животном организме отделены одна от другой. Клетки растений обычно связаны между собой плазматическими мостиками. Связь между клетками осуществляется также переходом растворенных веществ из клетки в клетку. 

ОРГАНИЗМ КАК ЕДИНОЕ ЦЕЛОЕ

Итак, тела растений и животных состоят из многих клеток, межклеточных веществ. Клетки представляют собой основные биологические единицы в строении тела животных и растений. Во всех клетках происходят важнейшие жизненные процессы, и прежде всего процесс обмена веществ. Различные клетки в организме приспособлены к различным видам жизнедеятельности. Однако живой организм не простая совокупность клеток. Все клетки, ткани и органы тесно связаны между собой и составляют единое целое. Именно потому, что различные клетки специализированы в различных направлениях, они не могут жить без других клеток. Клетки корня и многих других органов зеленого растения не могли бы жить без зеленых клеток мякоти листа. Вот почему клетки многоклеточных животных и растений, выделенные из организма, не могут долго жить и неизбежно погибают. В этом их отличие от одноклеточных и некоторых низших многоклеточных растений и животных.  Нелишним будет отметить еще раз,  что все вышеперечисленные органоиды присутствуют и в животной, и в растительной клетке. Под микроскопом хорошо видны все элементы, обеспечивающие ее жизнедеятельность.

ДЕЛЕНИЕ КЛЕТКИ

Чтобы понять процесс размножения клеток, необходимо ознакомиться подробнее со строением клеточного ядра, так как его роль в делении клеток особенно велика. Ядро и цитоплазма есть в каждой живой полноценной клетке. Многочисленные опыты расчленения клеток показали, что ни цитоплазма без ядра, ни ядро без цитоплазмы существовать не могут и погибают. Изучение ядра показало, что на различных этапах жизни клетки оно выглядит неодинаково. У ядра неделящейся, но растущей клетки иное строение, чем во время деления. Строение ядер неделящихся клеток довольно разнообразно. В наиболее типичных случаях различают в ядре ядерную оболочку и жидкое содержимое ядра, в котором часто заметны одно или несколько плотных телец — ядрышек. Кроме того, в ядре можно иногда наблюдать тончайшую сеть переплетающихся нитей. По-другому выглядит строение ядра перед началом деления клетки. В ядре происходит ряд изменений, закономерно следующих одно за другим, и, что особенно важно, эти изменения происходят очень сходно у всех растений и животных.                        

Под микроскопом в начале деления клетки можно различить в ядре нити, спутанные в плотный клубок. Всего в клетке человека содержится 23 пары хромосом, в каждой паре содержится 2 абсолютно одинаковые хромосомы, но пары отличаются между собой. 45 и 46 хромосомы являются половыми, причем эта пара одинаковая только у женщин, у мужчин они разные. Все хромосомы, кроме половых называются аутосомами. Хромосомы больше чем на половину состоят из белков. По внешнему виду они отличаются: некоторые потоньше, другие покороче, но каждая имеет близнеца.

 Хромосомный набор человека (или кариотип) представляет собой генетическую структуру, несущую ответственность за передачу наследственности. Увидеть хромосомы под микроскопом можно только во время деления клетки . Именно в этот момент хромосомы формируются из хроматина и начинают приобретать определенное количество (плоидность). 23 пары хромосом имеет клетка человека, у каждого живого организма своя плоидность. В состав Х. в определённых пропорциях входят: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) (30—40%), рибонуклеиновая кислота (РНК), гистоны и негистоновые белки.

2 Строение ДНК. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – важнейшая молекула, в которой содержится вся информация о человеке. В ней зашифрована, например, информация о цвете волос и глаз человека, о его характере, заболеваниях и продолжительности жизни.
Молекула ДНК похожа на две нити, скрученные между собой. Одну нить человек получает от мамы, а другую – от папы.
Молекула ДНК есть в каждой клетке организма. А если достать ДНК всего лишь из одной клетки и вытянуть, то длина полученной нити составит около 2м.
Изучение химического состава и структуры ДНК

Работы М. Уилкинса, Д. Уотсона и Ф. Крика, и многих других ученых заложили фундамент в понимание процессов наследственности, а именно — структуры и биологической роли ДНК в передаче генетической информации.

Наука не стоит на месте, и в настоящее время внесены значительные дополнения и коррективы в представления о строении ДНК, разработанные в середине ХХ в. Уотсоном и Криком. Без изменения этих данных история изучения ДНК была бы неполной и незаконченной.

Исследования, направленные на поиск материального носителя наследственности, определили собой рождение новой науки — молекулярной генетики.

История изучения одной молекулы перевернула прежние представления о наследственности и передаче генетических признаков из поколения в поколение.

Значительные достижения молекулярной генетики обеспечили прочную основу для таких перспективных направлений, как генная инженерная и биотехнология, планирование генов и многоклеточных организмов.

Как происходит деление клеток.
На одну цепочку ДНК садится специальный фермент, копирует информацию, и получаются две идентичные клетки. Однако фермент не может снять копию с того участка цепочки, на котором сидит. В результате со временем цепочка ДНК становится короткой, фермент не может считать с нее информацию, и наступает смерть клетки. Если этот процесс происходит во всех клетках – человек умирает.
Существует и другой фермент – фермент, надстраивающий тот участок цепочки ДНК, который никогда не считывается. К сожалению, "работа" этого фермента приводит к бесконтрольному и бесконечному делению раковых клеток.

2.Практическая часть.

1 Выделение молекулы ДНК из объектов растительного и животного происхождения.

ДНК, как известно, есть в каждой клетке, а значит, выделить её можно из любой ткани — даже из костей животных, чешуи рыб или древесины, где клеток не так уж много по сравнению с объёмом внеклеточного вещества.

Во всех тканях организма как животного, так и растения, ДНК, как правило, одинакова. Я, старалась выбрать для работы ткань, в которой мало межклеточного вещества и много самих клеток. Причём желательно, чтобы ткань легко распадалась на эти составляющие, а клетки не были перегружены белками (как мышечные), липидами (как жировые) или полисахаридами (как клетки мозга).

Для работы я выбрала из объектов растительного происхождения  лук, а для сравнения из объектов животного происхождения - куриный фарш.

Выбранные продукты (около 100 мл) мы положили в миксер, добавив 1/8 чайной ложки соли и 200 мл холодной воды. Взбивали в течение 15 секунд. Миксер «сварил» вам луково-клеточный суп.

В миксере ткань, из которой мы собирались добыть вещество наследственности, распадается на отдельные клетки. Немного соли нужно добавить в раствор для того, чтобы клетки не полопались раньше времени: давление внутреннего содержимого на клеточную мембрану изнутри уравновесили давлением соляного раствора снаружи.

Процедили смесь через фильтр, ситечко или кусок капрона В полученную мякоть добавили 1/6 от её количества (2 столовые ложки) жидкого моющего средства для посуды и хорошо размешали. Оставили на 5-10 минут.

В данном случае фильтрация нужна для того, чтобы механически удалить из клеточной суспензии всевозможные примеси, в том числе, крупные куски.

Средство для мытья посуды годится и для того, чтобы наделать больших дырок в липидной мембране как самой клетки, так и её ядра.

В результате такой обработки всё клеточное содержимое вывалится наружу и окажется в растворе, который сделается при этом очень вязким, тягучим и существенно более прозрачным, чем была клеточная суспензия.

Разлили жидкость по пробиркам или другим стеклянным посудинам, чтобы в каждой было заполнено не больше трети объёма.

В каждую пробирку долили чуть-чуть раствора для контактных линз (добавив таблетку для удаления белковых отложений) и осторожно встряхивали, переворачивая и наклоняя пробирку (если трясти слишком рьяно, то разломается ДНК).

Далее наклонив пробирку медленно вливали в неё немного этилового спирта, чтобы он образовал слой поверх гороховой смеси. Льем, пока спирта и смеси не окажется поровну. ДНК всплывёт наверх в виде хлопьев.

Заметим сразу — заменить этиловый спирт водкой или духами нельзя: если концентрация спирта будет низкой и упадёт при смешивании с водной фазой до 60-65%, ДНК в кристаллическое состояние не перейдёт. Отчасти именно по этой причине наливать спирт в пробирку с ДНК-содержащей смесью следует осторожно, наслаивая его сверху. Тогда нижние слои спирта частично смешаются с раствором ДНК, начнётся процесс кристаллизации нуклеиновых кислот, и они всплывут на поверхность (где спирт более концентрированный) в виде хлопьев.

Если же налить спирт сверху не получится и всё безнадёжно перемешается, то при малом количестве этанола у вас вообще ничего не получится, а при большом начнёт кристаллизоваться не только ДНК: в осадок выпадут и остатки белков, и кое-что ещё из исходного содержимого клеток.

Чистые кристаллы ДНК похожи на клубки спутанных нитей, но не надо забывать, что вы видите именно кристаллы вещества, а не его макромолекулы, и сказать по их внешнему виду, какие гены содержит выделенная вами нуклеиновая кислота, конечно, невозможно. Чтобы узнать это, придётся снова растворять ДНК. Впрочем, «прочесть» последовательность нуклеотидов в лабораторных условиях, увы, невозможно: для этого нужны не только специальные приборы, но и дорогие реактивы.

Однако если вы уже хорошо рассмотрели кристаллы и они успели подсохнуть, можете понаблюдать за тем, как ДНК растворяется. Она в начале набухает, становясь похожей на студенистую медузу, и лишь спустя несколько дней раствор делается однородным. Процесс можно ускорить, если пробирку почаще встряхивать.

Те же этапы обработки прошел и второй сосуд с фаршем. Клетки, перегруженные белком, так как это мышечная ткань. В итоге кроме мутного осадка мы ничего не увидели.  Высокая плотность оболочки клетки, перегруженность белками не дает невозможность вытянуть содержимое полностью, а липидами - разрушить оболочку ядра. Поэтому мы увидели не нити, а хлопья остаточных белковых фракций, денатурированных спиртом.

3.Заключение:

Изучив строение и состав клетки, узнав разницу между клетками животного и растительного происхождения, опытным путем я достигла следующих результатов:

1 Из клеток лука была выделена ДНК, доказательством является клубки спутанных нитей, которые через какое-то время могут раствориться в данном растворе, а при встряхивании снова формируются в нити.

Это связано с тем, что ДНК при встряхивании присоединяет частицы соли поднятые со дна и уплотняется.

2.Из клеток мяса нити не получились, а только взвесь мутных частиц – это белковые частицы. Так как клетки мышц перегружены белком, добраться до внутренности ядра трудно.

3. Сравнив, первую и вторую пробирку, мы увидели, что ДНК проще выделить из объектов, содержащих больше клеток и меньше межклеточного вещества.

Объяснение: Всё живое на земле состоит из клеток. Каждая клетка содержит молекулы ДНК, состоящие из генов, соль и жидкость для мытья посуды помогают разрушить луковичные клетки и высвободить из них ДНК. ДНК не растворяются в спирте, а образуют белые плотные нити, которые мы и видим в слое спирта.

Практическая ценность проделанной работы:

Узнав состав клетки и молекулы ДНК, я поняла, что это очень хрупкая субстанция. Нужно бережно относиться ко всему живому. Вести правильный образ жизни, правильно питаться. Мне навиться изучать это направление науки и возможно с этим будет связана моя профессия.

Как в процессе жизни человек разрушает ДНК и своё здоровье

Как человек повреждает ДНК
1. Неправильное питание приводит к поломке ДНК. Существуют продукты,  употребление.

2. которых приводит к повреждению ДНК:
- переработанное мясо (сосиски, ветчина и т. д.);
- плавленый сыр;
- пиво.
2. Курение – никотин повреждает ДНК
3. Повторное кипячение хлорированной воды – образуется диоксид, повреждающий ДНК.
4. Жарение – образуются свободные радикалы, приводящие к поломке ДНК.
5. Солнечные лучи – напрямую разрушают ДНК.
                                  К чему приводит поломка ДНК

1. Поврежденная ДНК стимулирует образование патологического амилоидного белка, который откладывается в клетках мозга и тем самым приводит к развитию болезни Альцгеймера.
2.ПоврежденнаяДНК является причиной рака.
К развитию рака могут привести и онкогены, переданные человеку по наследству. Поэтому если кто-то из членов семьи болел раком, например, груди, желудка, кишечника, следует сдать анализ крови на онкомаркеры. Этот анализ позволит выяснить, есть ли риск развития рака.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Беляев Д. К., Иванов В. И. Выдающиеся советские генетики (сборник биографических очерков). М.: Наука, 1980. С. 147.

2. Гайсинович А. Е. Зарождение и развитие генетики. М.: Наука, 1988. С. 422.

3. Детская энциклопедия. Биология

4. Приходченко Н. Н., Шкурат Т. П. Основы генетики человека. Ростов-на-Дону: Феликс, 1997. С. 360.

5. Рейвин А. Эволюция генетики. М.: Мир. 1967.

6. Стент Г. Молекулярная генетика. М.: Мир, 1974. С. 532.