Автономная некоммерческая общеобразовательная организация
«Областной технолицей им. В. И. Долгих»
(АНОО «Областной технолицей им. В. И. Долгих»)
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
Выделение ДНК из объектов растительного и животного происхождения
Автор:
Шамин Артемий Евгеньевич —
учащийся 3«А» класса.
Руководитель:
Пенкина Виктория Рушановна —
учитель окружающего мира.
Московская область
Павловская Слобода
2025 г
Оглавление
Введение 3
Глава 1 Общая характеристика ДНК 4
1.1. История открытия и изучения 4
1.2. Строение ДНК 5
1.3. Функции ДНК 5
Глава 2 Выделение ДНК из объектов растительного и животного происхождения 6
2.1. Выделение ДНК из объектов растительного происхождения 6
2.2. Выделение ДНК из объектов животного происхождения 7
Заключение 8
Библиография 10
Введение
ДНК — это наследственный или генетический материал, присутствующий во всех клетках, который несет информацию о строениии и функциях живых существ. Она универсальна для всех живых организмов, способна воспроизводить себя. Это удивительное свойство обеспечивает деление клеток и, следовательно, непрерывность, рост и восстановление. Я очень интересуюсь генетикой и свою будущую профессию хочу связать с этой наукой. Быть ученым генетиком – это интересно. Я решил попытаться выделить ДНК из растительных и животных объектов чтобы прикоснуться к тайне всего живого.
Актуальность темы моего исследования определяется тем, что дезоксирибонуклеиновая кислота, тщательно изученная молекула. В настоящее время наука не стоит на месте, каждый год появляется всё больше различных научных центров, которые занимаются выделением ДНК и подробным изучением ее строения, а также открывается множество клиник, помогающих людям узнать своих родственников, основываясь на сравнении строения ДНК. Изучая молекулу ДНК на уроках биологии и химии, мы представляем её как нечто абстрактное и недоступное взгляду. ДНК можно выделить из разных живых организмов. Я решил выяснить, из каких объектов проще всего выделять ДНК.
Я выдвинул гипотезу: если исследовать особенности выделения ДНК из растительных и животных клеток, то можно будет подобрать оптимальный объект для выделения ДНК что позволит каждому ученику увидеть ее не в виде схем и моделей, а как материю.
Цель моей работы — выделение ДНК из объектов растительного и животного происхождения.
Основные задачи:
1) По литературным источникам изучить историю исследований, информацию о ДНК и методики выделения ДНК.
2) Выделить ДНК из объектов растительного и животного происхождения.
3) Определить, из какого объекта проще всего выделять ДНК.
Объектом исследования является ДНК растений и животных.
Предмет исследования – процесс выделения ДНК из клеток.
Методы:
- анализ специальной литературы по проблеме;
- наблюдение;
- описание;
- эксперимент.
Предполагаемый результат: практическую значимость работы я вижу в том, что что результаты нашего исследования позволят быстро и просто выделять ДНК, которая будет использоваться на уроках биологии для изучения.
Оборудование и материалы для исследования: миксер, спирт, средство для мытья посуды, соль, сода, марля, химический стакан, воронка, дистилированая вода, весы, огурец, помидор, банан, киви, сахарная свекла, охлажденная куриная печень и селёдочные молоки.
Глава 1 Общая характеристика ДНК
-
История открытия и изучения
Вопросы наследственности, передачи отдельных признаков от родителей потомству, самовоспроизводства живых организмов на Земле издавна волновали человечество. В разные эпохи различными учеными выдвигалось множество теорий, своеобразно объясняющих подобные процессы. Наиболее древняя из них датирована VI-V вв. до н. э. Это — учение древнегреческого врача и натурфилософа Алкмеона.
Но истинные ответы на эти вопросы человечество смогло найти лишь спустя несколько тысяч лет, с появлением и развитием генетики — науки о наследственности и изменчивости организмов. Официальной датой рождения генетики считают 1900 г., когда трое ученых — голландец Х. де Фриз, немец К. Коренс и австриец Э. Чермак — независимо друг от друга переоткрыли законы Грегора Менделя о наследовании генетических признаков.
В конце XIX — начале XX вв. в генетике распространилось ошибочное мнение о том, что материальным носителем генетической информации являются белки. О значении нуклеиновых кислот в данных процессах, а равно и о функциях этих химических соединений в организме ничего не было известно.
В 1952 г. на основании работ Э. Чаргаффа и Хочкисса была сформулирована теория, объясняющая, каким образом ДНК содержит в себе генетическую информацию.
В апреле 1953 г. Д. Уотсон и Ф. Крик опубликовали собственную модель пространственной структуры ДНК, названную впоследствии их именами. Согласно этой модели — молекула ДНК представляет собой двойную спираль диаметром 2 нм.
С развитием точных наук и техники менялись методы и уровни изучения живой материи. Наряду с классической генетикой, появились такие важные направления, как цитогенетика, генетика человека, генетика микроорганизмов, биохимическая, эволюционная генетика, космическая генетика, молекулярная генетика и многое др.
-
Строение ДНК
ДНК состоит из молекул, известных как нуклеотиды. За счет чередования различных нуклеотидов в цепи нуклеиновые кислоты могут достигать огромного многообразия. Двойная молекула ДНК закручивается в виде спирали.
За счет чередования различных нуклеотидов в цепи нуклеиновые кислоты могут достигать огромного многообразия.
Особое строение нуклеиновых кислот встречается у вирусов — у них бывают одноцепочечные ДНК.
-
Функции ДНК
ДНК имеет огромное значение для жизни, поскольку она несёт в себе всю генетическую информацию, необходимую для развития и жизнедеятельности организма.
Благодаря функциям ДНК, осуществляется передача наследственных признаков, а также регуляция обмена веществ и всех процессов, которые происходят в клетках.
Вывод: ДНК — ключ к разработке технологий будущего, потому что она хранит инструкции, необходимые для развития, функционирования и размножения живых клеток.
Глава 2 Выделение ДНК из объектов растительного и животного происхождения
2.1. Выделение ДНК из объектов растительного 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. Отличаются эти ткани тем, что в одних из них помимо вещества наследственности больше почти ничего нет (молоки селёдки), а в других, таких, как костная ткань, содержание ДНК относительно невелико.
Я, выбрал 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), жирами или углеводами (как клетки мозга).
Для работы из объектов растительного происхождения я выбрал огурец, помидор, банан, киви, сахарную свеклу.
Из клеток животных часть ДНК можно высвободить простым нагреванием, а с растениями так не получится из-за того, что они защищены прочной клеточной стенкой из целлюлозы.
Однако любой метод получения ДНК состоит из трех основных этапов:
- Разрушение клеток объекта.
- Разделение нуклеиновых кислот и белков.
- Осаждение нуклеиновых кислот и очистка от солей.
Смешал в стеклянной колбе 5 граммов соды, 1.5 грамма хлорида натрия и залил это 100 мл дистиллированной воды.
Разрезал банан ножом и в фарфоровой ступке пестиком размял его 1/3 до получения однородной кашицы, после чего дал ему настояться 8–10 минут и после добавить 250 мл моющего средства (AOS) и охлаждённый, приготовленный ранее соляной раствор. Всё аккуратно перемешал не вспенивая. Дал смеси настояться 10 минут.
По прохождении времени смесь процедил через четыре слоя марли или фильтровальную бумагу в стакан (пена должна остаться на марле).
Для осаждения ДНК отмерил 80 мл спирта в охлаждённом мерном цилиндре на 100 мл. После чего к раствору медленно прилил спирт по краю стакана, при этом наблюдал разделение на слои и выпадение белого волокнистого осадка ДНК. Дезоксирибонуклеиновая кислота выделена.
Также я выделил ДНК из клеток огурца, помидора, банана, киви, сахарной свеклы.
Вывод: легче всего ДНК выделить из мягких растительных объектов – банана и помидора.
2.2. Выделение ДНК из объектов животного происхождения
Поместил в миксер 100 г свежей куриной печени. Добавил 0,9 г поваренной соли, растворенной в 100 мл холодной кипяченой воды. Соль необходима для того, чтобы клетки не полопались раньше времени. Ткань измельчил в миксере в течение 15 – 20 секунд.
Затем процедил через воронку, покрытую двойным слоем марли, удалил крупные фрагменты ткани. В процеженную массу добавил 17 – 20 мл детергента «АОS», хорошо размешал и оставил на 10 минут.
Детергент разрушает липидную мембрану самой клетки и ее ядра. В результате такой обработки все клеточное содержимое выходит наружу и остается в растворе. Раствор становится очень вязким и более светлым. Полученную смесь разлил в 3 пробирки по 5, 2 и 1 мл. В 1-ю пробирку добавил 10 мл сока ананаса; во 2-ю пробирку – 2 мл сока ананаса; в 3-ю пробирку 1 мл сока.
Пробирки осторожно встряхивал, наклоняя. Если трясти слишком активно, можно «разрушить» ДНК и ничего не увидеть. После оседания суспензии клеток, в каждую пробирку осторожно пипеткой прилили по 1 мл этанола. Через 5 минут этанол собрал пипеткой и перенес в чистую сухую пробирку.
Помещал пробирки в водяную баню при 37 С на 5 – 10 минут.
Во время эксперимента необходимо учитывать следующее:
Для опыта берется охлажденная, но не замороженная куриная печень. Ее помещают в стакан миксера и приливают 100 мл холодной кипяченой воды, растворив предварительно в воде 0,9 г хлорида натрия. Для выделения ДНК требуются целые, неповрежденные клетки, поэтому мороженные или консервированные продукты, не годятся.
Также я выделил ДНК из клеток молоков сельди.
Вывод: легче всего ДНК выделить из клеток печени.
В результате проделанной работы доказана возможность выделения ДНК в условиях школьной лаборатории по следующим причинам:
- Простота манипуляций, доступна школьникам.
- Минимальное затраченное время на проведение эксперимента.
- Доступны используемые материалы и реактивы.
Данные экперименты можно рекомендовать к проведению на уроке биологии по теме: «Клетка», а также на уроке органической химии. Эта работа может быть проведена на занятиях школьных кружков по биологии.
Заключение
Актуальность темы моего исследования определялась тем, что дезоксирибонуклеиновая кислота, тщательно изученная молекула. В настоящее время наука не стоит на месте, каждый год появляется всё больше различных научных центров, которые занимаются выделением ДНК и подробным изучением ее строения, а также открывается множество клиник, помогающих людям узнать своих родственников, основываясь на сравнении строения ДНК. Изучая молекулу ДНК на уроках биологии и химии, мы представляем её как нечто абстрактное и недоступное взгляду. ДНК можно выделить из разных живых организмов. Мы решили выяснить, из каких объектов проще всего выделять ДНК.
Я выдвинул гипотезу: если исследовать особенности выделения ДНК из растительных и животных клеток, то можно будет подобрать оптимальный объект для выделения ДНК что позволит каждому ученику увидеть ее не в виде схем и моделей, а как материю.
На первом этапе исследовательской работы я изучил при помощи литературы историю открытия и изучения ДНК, строение и функции ДНК.
На следующем этапе работы я выделял ДНК из растительных и животных клеток, выбрал оптимальные объекты для выделения.
Моя гипотеза — если исследовать особенности выделения ДНК из растительных и животных клеток, то можно будет подобрать оптимальный объект для выделения ДНК что позволит каждому ученику увидеть ее не в виде схем и моделей, а как материю – подтвердилась.
На следующий год я буду создавать модель ДНК из конструктора и исследовать ее свойства.
