Posebnosti biološkega risanja za srednješolce

Biološka risba je eno izmed splošno sprejetih orodij za preučevanje bioloških objektov in struktur. Obstaja veliko dobrih tehnik za reševanje tega problema.

Na primer, v tridelni knjigi "Biologija" Greena, Stouta in Taylorja so oblikovana naslednja pravila biološkega risanja.

1. Uporabiti je treba risalni papir ustrezne debeline in kakovosti. Črte svinčnika je treba zlahka izbrisati z njega.

2. Svinčniki morajo biti ostri, trdote HB (v našem sistemu – TM), ne barvni.

3. Risba naj bo:

– dovolj velika – več elementov, ki sestavljajo preučevani predmet, večja mora biti risba;
– preprosti – vključujejo orise strukture in druge pomembne podrobnosti, ki prikazujejo lokacijo in razmerje med posameznimi elementi;
– narisano s tankimi in jasnimi črtami – vsako črto je treba premisliti in nato narisati, ne da bi dvignili svinčnik s papirja; ne šrafiraj in ne barvaj;
– napisi naj bodo čim bolj popolni, črte, ki prihajajo iz njih, se ne smejo sekati;

4. Okoli risbe pustite prostor za podpise.

5. Po potrebi naredite dve risbi: shematsko risbo, ki prikazuje glavne značilnosti, in podrobno risbo majhnih delov. Na primer, pri majhni povečavi narišite načrt prereza rastline, pri veliki povečavi pa podrobno strukturo celic (veliki narisani del risbe je na načrtu obrisan s klinom ali kvadratom).

6. Rišite le tisto, kar res vidite, in ne tisto, kar mislite, da vidite, in seveda ne kopirajte risbe iz knjige.

Vsaka risba mora imeti naslov, navedbo povečave in projekcijo vzorca.

Stran iz knjige "Uvod v zoologijo" (nemška izdaja poznega 19. stoletja)

Zelo pogosto se laboratorijske skice spremenijo v medsebojno »mučenje«.

Grde in nerazumljive risbe niso všeč niti otrokom samim - preprosto še ne znajo risati - niti učiteljem - ker večina otrok zelo pogosto spregleda tiste podrobnosti strukture, zaradi katerih se je vse začelo.

Le umetniško nadarjeni otroci se dobro spopadajo s takšnimi nalogami (in ne začnite jih sovražiti!). Skratka, problem je v tem, da objekti so, ni pa ustrezne tehnologije. Mimogrede, učitelji umetnosti se včasih soočajo z nasprotno težavo - imajo tehniko in težko izbirajo predmete. Mogoče bi se morali združiti?

Seveda rišemo, da bi bolje preučevali in razumeli zgradbene značilnosti, da bi se seznanili s pestrostjo organizmov, ki jih preučujemo pri pouku. Toda ne glede na to, kakšno nalogo zadate, ne pozabite, da je za otroke te starosti zelo pomembno, da jih pred začetkom dela čustveno očarata lepota in smiselnost predmeta.

Poskušamo začeti delo na novem projektu s svetlimi vtisi. Najboljši način za to je kratek video fragment ali majhen (ne več kot 7-10!) izbor diapozitivov. Naši komentarji so usmerjeni v nenavadnost, lepoto, osupljivost predmetov, tudi če gre za nekaj običajnega: na primer zimske silhuete dreves pri preučevanju razvejanja poganjkov - lahko so zmrznjene in spominjajo na korale ali izrazito nazorne - črne. na belem snegu.

Ta uvod ni nujno dolg – ​​le nekaj minut, je pa zelo pomemben za motivacijo.

Potek dela: analitična konstrukcija

Nato preidete na izjavo naloge. Pri tem je pomembno najprej izpostaviti tiste strukturne značilnosti, ki določajo videz predmeta in kažejo njihov biološki pomen.

Seveda je treba vse to zapisati na tablo in zapisati v zvezek. Pravzaprav ste zdaj študentom postavili delovno nalogo - videti in prikazati.

In nato na drugi polovici table opišete faze konstruiranja risbe in jih dopolnite z diagrami, tj. začrtati metodologijo in vrstni red dela. V bistvu sami hitro opravite nalogo pred otroki, pri čemer na tabli ostane celoten niz pomožnih in vmesnih konstrukcij.

Na tej stopnji je zelo dobro otrokom pokazati dokončane risbe umetnikov, ki so upodabljali iste predmete, ali uspešna dela prejšnjih učencev. Nenehno je treba poudarjati, da je dobra in lepa biološka risba v bistvu raziskava – t.j. odgovorite na vprašanje, kako predmet deluje, in sčasoma naučite otroke, da sami oblikujejo ta vprašanja.

2) zgradite dva para simetričnih pravokotnikov - za zgornja in spodnja krila (na primer kačji pastir), pri čemer najprej določite njihova razmerja;

3) vstavite ukrivljene črte kril v te pravokotnike

riž. 1. 7. razred. Tema: "Redovi žuželk." Črnilo, pero na svinčniku, iz satena

(Spominjam se smešne, žalostne in navadne zgodbe, ki se mi je zgodila, ko sem se tega dela lotil prvič. Deček iz sedmega razreda je besedo »prilegajoč« najprej razumel kot preprosto prileganje in je znotraj pravokotnikov narisal ukrivljene kroge - vse štiri različne! Nato je po mojem namigovanju, kaj naj prilega - pomeni dotik pomožnih črt, prinesel metulja s pravokotnimi krili, le rahlo zglajenimi v vogalih. In šele takrat sem ugotovil, da mu razložim, da se včrtana krivulja dotika vsake strani pravokotnik samo na eni točki in morali smo znova ponoviti risbo ...)

4) ... Ta točka se lahko nahaja na sredini stranice ali na razdalji ene tretjine od vogala in to je treba tudi določiti!

Toda kako vesel je bil, ko je njegova risba prišla na šolsko razstavo - prvič - uspelo je! In zdaj razlagam vse faze najinih muk z njim v opisu »Napredka dela«.

Nadaljnja podrobnost risbe nas pripelje do razprave o biološkem pomenu številnih značilnosti predmeta. Nadaljevanje primera s krili žuželk (slika 2) razpravljamo o tem, kaj so žile, kako so strukturirane, zakaj se nujno združijo v eno samo mrežo, kako se narava venacije razlikuje pri žuželkah različnih sistematskih skupin (na primer v starih in novokrilatih žuželk), zakaj je skrajna žila prednjih kril zadebeljena itd. In poskusite dati večino svojih navodil v obliki vprašanj, na katera morajo otroci najti odgovore.

riž. 2. "Kačji pastir in Antlion." 7. razred, tema “Redovi žuželk.” Črnilo, pero na svinčniku, iz satena

Mimogrede, poskusite izbrati več predmetov iste vrste in otrokom dati možnost izbire. Na koncu dela bo razred videl biološko raznovrstnost skupine in pomembne skupne strukturne značilnosti, končno pa različne risarske sposobnosti otrok ne bodo tako pomembne.

Na žalost učitelj nima vedno na voljo zadostnega števila različnih predmetov ene skupine.

riž. 3. Škampi. 7. razred, tema “Raki”. Svinčnik, iz življenja

Na primer, pri temi »Raki« v laboratorijskem delu »Zunanja zgradba raka« vsi najprej narišemo kozice (namesto rakov), kupljene zamrznjene v trgovini (slika 3), nato pa po ogledu kratkega videa posnetek, posamezno - različne planktonske ličinke rakov (slika 4), prikazane v "Življenju živali": ​​na velikih (A3) listih, obarvanih z akvareli v hladno sivih, modrih, zelenkastih tonih; kreda ali beli gvaš, obdelava drobnih detajlov s črnilom in peresom.

(Ko pojasnjujemo, kako prenesti preglednost planktonskih rakov, lahko ponudimo najpreprostejši model - steklen kozarec, v katerem je postavljen predmet.)

riž. 4. Plankton. 7. razred, tema “Raki”. Tonirani papir (format A3), kreda ali beli gvaš, črnilo, iz satena

V 8. razredu pri preučevanju rib pri laboratorijskem delu "Zunanja zgradba koščenih rib" najprej narišemo navadnega ščurka, nato pa otroci z akvareli narišejo predstavnike različnih redov rib iz veličastnih barvnih tabel "Komercialne ribe". «, ki ga imamo v šoli.

riž. 5. Okostje žabe. 8. razred, tema “Dvoživke”. Svinčnik, z izobraževalno pripravo

Pri preučevanju dvoživk najprej - laboratorijsko delo "Zgradba okostja žabe", risba s preprostim svinčnikom (slika 5). Nato, po ogledu kratkega video odlomka, akvarelna risba različnih eksotičnih žab - plezalcev po listih itd. (Prepisali smo iz koledarjev s kakovostnimi fotografijami, na srečo zdaj niso redke.)

S to shemo se precej dolgočasne risbe istega predmeta s svinčnikom dojemajo kot običajna pripravljalna faza za svetla in individualna dela.

Enako pomembno: tehnologija

Medtem je dovolj, da naredite skico s svinčnikom s črnilom in celo vzamete toniran papir (pogosto uporabljamo barvni papir za tiskalnike) - in rezultat bo zaznan popolnoma drugače (sl. 6, 7). Občutek nedokončanosti pogosto ustvarja pomanjkanje podrobnega ozadja, to težavo pa najlažje rešimo s pomočjo toniranega papirja. Poleg tega lahko z navadno kredo ali belim svinčnikom skoraj takoj dosežete učinek bleščanja ali prosojnosti, ki je pogosto potreben.

riž. 6. Radiolarije. 7. razred, tema “Najpreprostejši”. Tonirani papir (format A3) za akvarele (z grobo teksturo), tuš, pastel ali kredo, iz satena

riž. 7. Čebela. 7. razred, tema “Redovi žuželk.” Tuš, pero na svinčniku, volumen - s čopičem in razredčenim črnilom, drobni detajli s peresom, iz satena

Če vam je težko organizirati delo z maskaro, uporabite mehke črne podloge ali valjčke (v najslabšem primeru gelske peresa) - dajejo enak učinek (slika 8, 9). Ko uporabljate to tehniko, ne pozabite pokazati, koliko informacij dobite z uporabo črt različnih debelin in pritiskov – tako za poudarjanje najpomembnejših stvari kot za ustvarjanje učinka volumna (ospredje in ozadje). Uporabite lahko tudi zmerno do rahlo senčenje.

riž. 8. Oves. 6. razred, tema "Raznolikost cvetočih rastlin, družina žit." Črnilo, tonirani papir, iz herbarija

riž. 9. Preslica in klubski mah. 6. razred, tema “Sporne rastline.” Črnilo, bel papir, iz herbarija

Poleg tega, za razliko od klasičnih znanstvenih risb, pogosto delamo v barvah ali uporabljamo svetlo toniranje za označevanje volumna (slika 10).

riž. 10. Komolčni sklep. 9. razred, tema “Mišično-skeletni sistem”. Svinčnik, iz mavčnega pripomočka

Preizkusili smo veliko barvnih tehnik – akvarel, gvaš, pastel in se na koncu odločili za mehke barvne svinčnike, a vedno na grobem papirju. Če se odločite preizkusiti to tehniko, morate upoštevati nekaj pomembnih stvari.

1. Izberite mehke, visokokakovostne svinčnike dobrega podjetja, kot je Kohinoor, vendar otrokom ne dajte široke palete barv (dovolj osnovnih): v tem primeru običajno poskušajo izbrati že pripravljeno barvo, katero od tečaj ne uspe. Pokažite, kako z mešanjem 2-3 barv doseči pravi odtenek. Za to morajo delati s paleto - kosom papirja, na katerem izberejo želene kombinacije in pritisk.

2. Grob papir bo zelo olajšal uporabo šibkih in močnih barv.

3. Rahle kratke poteze bi morale tako rekoč izklesati obliko predmeta: tj. ponovite glavne črte (namesto barve, ki je v nasprotju z obliko in obrisi).

4. Nato potrebujete zaključne dotike, bogate in močne, ko so že izbrane prave barve.

Pogosto je vredno dodati poudarke, ki bodo močno poživili risbo. Najenostavnejša stvar je uporaba navadne krede (na toniranem papirju) ali mehke radirke (na belem papirju). Mimogrede, če uporabljate ohlapne tehnike - kredo ali pastel - lahko nato popravite delo z lakom za lase.

Ko boste to tehniko osvojili, jo boste lahko uporabljali v naravi, če vam bo zmanjkalo časa, dobesedno »na kolenih« (samo na tablete ne pozabite – kos kartonske embalaže je dovolj!).

In seveda za uspešnost našega dela vsekakor organiziramo razstave – včasih v razredu, včasih na šolskih hodnikih. Pogosto so otroška poročila o isti temi časovno usklajena z razstavo - ustno in pisno. Na splošno tak projekt vam in otrokom pusti občutek velikega in lepega dela, na katerega se je vredno pripraviti. Verjetno lahko ob stiku in skupnem interesu z učiteljem umetnosti začnete delo pri pouku biologije: analitično pripravljalno fazo preučevanja predmeta, ustvarjanje skice s svinčnikom in dokončanje v tehniki, ki ste jo izbrali skupaj - v njegovih učnih urah.

Tukaj je primer. Botanika, tema "Pobeg - brst, razvejanje, struktura poganjka." V ospredju je velika veja z popki, v ozadju so silhuete dreves ali grmovja na ozadju belega snega in črnega neba. Tehnika: črni tuš, bel papir. Veje - iz življenja, silhuete dreves - iz fotografij ali knjižnih risb. Naslov je "Drevesa pozimi" ali "Zimska pokrajina".

Še en primer. Pri preučevanju teme "Odredi žuželk" naredimo kratko delo na temo "Oblika in prostornina hroščev". Vsaka tehnika, ki prenaša svetlobo in sence ter poudarke (akvarel, tuš z vodo, čopič), vendar enobarvna, da se ne odvrne od pregleda in upodabljanja oblike (slika 11). Podrobnosti je bolje izdelati s peresom ali gelskim peresom (če uporabite povečevalno steklo, bodo noge in glava bolje izpadle).

riž. 11. Hrošči. Tuš, pero na svinčniku, volumen - s čopičem in razredčenim črnilom, drobni detajli s peresom, iz satena

Dovolj je 1-2 čudovitih del v četrtini - in risanje živega bitja bo navdušilo vse udeležence tega težkega procesa. Biologija

Biologija preučuje pestrost živih bitij, zgradbo njihovih teles in delovanje organov, razmnoževanje in razvoj organizmov ter vpliv človeka na živo naravo.

Ime te vede izhaja iz dveh grških besed " bios" - "življenje" in " logotip"-"znanost, beseda."

Eden od ustanoviteljev znanosti o živih organizmih je bil veliki starogrški znanstvenik (384 - 322 pr. n. št.). Bil je prvi, ki je posplošil biološko znanje, ki ga je človeštvo pridobilo pred njim. Znanstvenik je predlagal prvo klasifikacijo živali, združevanje živih organizmov, podobnih strukturi, v skupine in v njej določil mesto za ljudi.

Pozneje so številni znanstveniki, ki so preučevali različne vrste živih organizmov, ki naseljujejo naš planet, prispevali k razvoju biologije.

Družina znanosti o življenju

Biologija je veda o naravi. Področje raziskovanja biologov je ogromno: obsega različne mikroorganizme, rastline, glive, živali (tudi človeka), zgradbo in delovanje organizmov itd.

torej biologija ni samo znanost, ampak cela družina, ki jo sestavlja veliko ločenih ved.

Raziščite interaktivni diagram o družini bioloških znanosti in ugotovite, kaj preučujejo različne veje biologije.

Anatomija- veda o obliki in zgradbi posameznih organov, sistemov in telesa kot celote.

Fiziologija- veda o vitalnih funkcijah organizmov, njihovih sistemih, organih in tkivih ter procesih, ki potekajo v telesu.

Citologija- veda o zgradbi in delovanju celic.

Zoologija - veda, ki proučuje živali.

Oddelki zoologije:

• Entomologija je veda o žuželkah.

V njem je več sklopov: koleopterologija (preučuje hrošče), lepidopterologija (preučuje metulje), mirmekologija (preučuje mravlje).

• Ihtiologija je veda o ribah.
• Ornitologija je veda o pticah.
• Teriologija je veda o sesalcih.

Botanika - veda, ki proučuje rastline.

Mikologija- veda, ki proučuje gobe.

Protistologija - veda, ki proučuje praživali.

Virologija - veda, ki preučuje viruse.

Bakteriologija - veda, ki proučuje bakterije.

Pomen biologije

Biologija je tesno povezana s številnimi vidiki človekove praktične dejavnosti - kmetijstvom, različnimi industrijami, medicino.

Uspešen razvoj kmetijstva je danes v veliki meri odvisen od biologov-rejcev, ki se ukvarjajo z izboljšanjem obstoječih in ustvarjanjem novih sort kulturnih rastlin in pasem domačih živali.

Zahvaljujoč dosežkom biologije je nastala in se uspešno razvija mikrobiološka industrija. Na primer, ljudje dobimo kefir, jogurt, jogurt, sir, kvas in številne druge izdelke zaradi delovanja nekaterih vrst gliv in bakterij. Z uporabo sodobne biotehnologije podjetja proizvajajo zdravila, vitamine, krmne dodatke, fitofarmacevtska sredstva pred škodljivci in boleznimi, gnojila in še veliko več.

Poznavanje bioloških zakonov pomaga pri zdravljenju in preprečevanju človeških bolezni.

Vsako leto ljudje vedno bolj uporabljajo naravne vire. Zmogljiva tehnologija tako hitro spreminja svet, da zdaj na Zemlji skoraj ni več kotičkov nedotaknjene narave.

Da bi ohranili normalne pogoje za življenje ljudi, je treba obnoviti uničeno naravno okolje. To zmorejo le ljudje, ki dobro poznajo naravne zakone. Poznavanje biologije in tudi bioloških znanosti ekologija nam pomaga rešiti problem ohranjanja in izboljšanja življenjskih razmer na planetu.

Izpolnite interaktivno nalogo -

Cilji

• Izobraževalna: nadaljevati z razvijanjem znanja o biologiji kot znanosti; podati pojme o glavnih vejah biologije in predmetih, ki jih preučujejo;
• Razvojna: razvijati spretnosti za delo z literarnimi viri, razvijati zmožnost analitičnega povezovanja;
• Izobraževalni: razširite obzorja, oblikujte celostno dojemanje sveta.

Naloge

1. Razkrijte vlogo biologije med drugimi vedami.
2. Razkrivajo povezanost biologije z drugimi vedami.
3. Ugotovite, kaj preučujejo različne veje biologije.
4. Ugotovite vlogo biologije v življenju oseba .
5. Naučite se zanimivih dejstev o temi iz videoposnetkov, predstavljenih v lekciji.

Izrazi in pojmi

• Biologija je kompleks ved, katerih predmet proučevanja so živa bitja in njihova interakcija z okoljem.
• Življenje je aktivna oblika obstoja materije, v nekem smislu višja od njene fizikalne in kemične oblike obstoja; skupek fizikalnih in kemičnih procesov, ki potekajo v celici in omogočajo metabolizem in celično delitev.
• Znanost je sfera človekove dejavnosti, katere cilj je razvijanje in teoretično sistematiziranje objektivnega znanja o resničnosti.

Napredek lekcije

Posodabljanje znanja

Spomnite se, kaj preučuje biologija.
Poimenuj veje biologije, ki jih poznaš.
Poiščite pravilen odgovor:
1. Študij botanike:
A) rastline
B) živali
B) samo alge
2. Preučevanje gob poteka v okviru:
A) botaniki;
B) virologija;
B) mikologija.
3. V biologiji ločimo več kraljestev, in sicer:
A) 4
B) 5
B) 7
4. V biologiji se oseba nanaša na:
A) Kraljestvo živali
B) Podrazred sesalcev;
C) Vrsta Homo sapiens.

S pomočjo slike 1 se spomnite, koliko kraljestev se razlikuje v biologiji:

riž. 1 Kraljestva živih organizmov

Učenje nove snovi

Izraz "biologija" je leta 1797 prvič predlagal nemški profesor T. Rusom. Toda začel se je aktivno uporabljati šele leta 1802, po uporabi tega izraza armirani beton. Lamarck v svojih delih.

Danes je biologija kompleks ved, ki ga tvorijo samostojne znanstvene discipline, ki se ukvarjajo s posebnimi predmeti raziskovanja.

Med "vejami" biologije lahko imenujemo takšne vede, kot so:
- botanika je veda, ki proučuje rastline in njene pododdelke: mikologijo, lihenologijo, briologijo, geobotaniko, paleobotaniko;
- zoologija– veda, ki preučuje živali in njene pododdelke: ihtiologijo, arahnologijo, ornitologijo, etologijo;
- ekologija – veda o odnosu med živimi organizmi in zunanjim okoljem;
- anatomija - veda o notranji zgradbi vseh živih bitij;
- morfologija je veda, ki proučuje zunanjo zgradbo živih organizmov;
- citologija je veda, ki se ukvarja s proučevanjem celic;
- pa tudi histologija, genetika, fiziologija, mikrobiologija idr.

Na splošno si lahko ogledate celotno biološko znanost na sliki 2:

riž. 2 Biološke vede

Hkrati se razlikuje cela vrsta znanosti, ki so nastale kot posledica tesnega medsebojnega delovanja biologije z drugimi znanostmi in se imenujejo integrirane. Takšne vede lahko varno vključujejo: biokemijo, biofiziko, biogeografijo, biotehnologijo, radiobiologijo, vesoljsko biologijo in druge. Slika 3 prikazuje glavne vede, ki so del biologije

riž. 3. Integralne biološke vede

Poznavanje biologije je za človeka pomembno.
1. naloga: Poskusite sami formulirati, kaj točno je pomen biološkega znanja za človeka?
2. naloga: Oglejte si naslednji videoposnetek o evoluciji in ugotovite, katere biološke znanosti so bile potrebne, da so jo ustvarile

Zdaj pa se spomnimo, kakšno znanje človek potrebuje in zakaj:
- za ugotavljanje različnih bolezni telesa. Njihovo zdravljenje in preprečevanje zahteva poznavanje človeškega telesa, kar pomeni poznavanje: anatomije, fiziologije, genetike, citologije. Zahvaljujoč dosežkom biologije je industrija začela proizvajati zdravila, vitamine in biološko aktivne snovi;

V živilski industriji je potrebno poznati botaniko, biokemijo, človeško fiziologijo;
- v kmetijstvu je potrebno znanje botanike in biokemije. Zahvaljujoč preučevanju odnosov med rastlinskimi in živalskimi organizmi je postalo mogoče ustvariti biološke metode za zatiranje škodljivcev pridelkov. Na primer, kompleksno znanje botanike in zoologije se kaže v kmetijstvu, kar si lahko ogledate v kratkem videu

In to je le kratek seznam »koristne vloge biološkega znanja« v človekovem življenju.
Naslednji videoposnetek vam bo pomagal razumeti več o vlogi biologije v življenju.

Znanja biologije ni mogoče črtati iz obveznega znanja, saj biologija preučuje naše življenje, biologija daje znanje, ki se uporablja na večini področij človekovega življenja.

Naloga 3. Pojasnite, zakaj sodobno biologijo imenujemo kompleksna znanost.

Utrjevanje znanja

1. Kaj je biologija?
2. Poimenujte pododdelke botanike.
3. Kakšna je vloga znanja anatomije v človekovem življenju?
4. Poznavanje katerih ved je potrebno za medicino?
5. Kdo je prvi opredelil koncept biologije?
6. Oglejte si sliko 4 in ugotovite, katera veda proučuje upodobljen predmet:

Slika 4. Katera znanost preučuje ta predmet?

7. Preučite sliko 5, poimenujte vse žive organizme in vedo, ki jo proučuje

riž. 5. Živi organizmi

domača naloga

1. Obdelaj učbeniško snov – 1. odst
2. Zapiši v zvezek in spoznaj pojme: biologija, življenje, znanost.
3. V zvezek zapišite vse oddelke in pododdelke biologije kot znanosti, jih na kratko označite.

Pred kratkim so v podzemnih jamah odkrili ribo brez oči, Phreatichthys andruzzii, katere notranja ura ni nastavljena na 24 (kot pri drugih živalih), temveč na 47 ur. Za to je kriva mutacija, ki je izklopila vse svetlobno občutljive receptorje na telesu teh rib.

Skupno število bioloških vrst, ki živijo na našem planetu, znanstveniki ocenjujejo na 8,7 milijona, od tega števila pa trenutno ni odkritih in razvrščenih več kot 20 %.

Ledene ribe ali bele ribe živijo v vodah Antarktike. To je edina vrsta vretenčarjev, ki v krvi nima rdečih krvničk ali hemoglobina – zato je kri ledenih rib brezbarvna. Njihov metabolizem temelji le na kisiku, raztopljenem neposredno v krvi

Beseda "baraba" izhaja iz glagola "preljubiti" in je prvotno pomenila samo nezakonskega potomca čistokrvne živali. Sčasoma je v biologiji to besedo izpodrinil izraz "hibrid", vendar je postal žaljiv v odnosu do ljudi.

Seznam uporabljenih virov

1. Lekcija "Biologija - znanost o življenju" Konstantinova E. A., učiteljica biologije na srednji šoli št. 3, Tver
2. Lekcija »Uvod. Biologija je znanost o življenju« Titorov Yu.I., učitelj biologije, direktor KL v Kemerovu.
3. Lekcija "Biologija - znanost o življenju" Nikitina O.V., učiteljica biologije v občinski izobraževalni ustanovi "Srednja šola št. 8, Cherepovets.
4. Zakharov V.B., Kozlova T.A., Mamontov S.G. “Biologija” (4. izdaja) -L .: Akademija, 2011.- 512 str.
5. Matyash N.Yu., Shabatura N.N. Biologija 9. razred - K.: Geneza, 2009. - 253 str.

Uredil in poslal Borisenko I.N.

Delali smo na lekciji

Borisenko I.N.

Konstantinova E.A.

Titorova Yu.I.

Nikitina O.V.

Kaj je biologija? Biologija je veda o življenju, o živih organizmih, ki živijo na Zemlji.

Slika 3 iz predstavitve “Znanost” za pouk biologije na temo "Biologija"

Dimenzije: 720 x 540 slikovnih pik, format: jpg.

Če želite prenesti brezplačno sliko za lekcijo biologije, z desno miškino tipko kliknite sliko in kliknite »Shrani sliko kot ...«.

Biologija

Za prikaz slik v lekciji lahko tudi brezplačno prenesete celotno predstavitev "Science.ppt" z vsemi slikami v zip arhivu. Velikost arhiva je 471 KB.

Prenesi predstavitev

"Raziskovalne metode v biologiji" - Zgodovina razvoja biologije kot znanosti. Načrtovanje poskusa, izbira tehnike. Načrt lekcije: Za rešitev katerih globalnih problemov človeštva je potrebno znanje biologije? Tema: Mejne discipline: Naloga: Morfologija, anatomija, fiziologija, sistematika, paleontologija. Pomen biologije." Biologija je veda o življenju.

"Projektna dejavnost" - Alekseeva E.V. Načrt predavanja. Učitelj postane avtor projekta. Prebrskajte po dodatnih virih. Tehnologiziranje informacijskega modela izobraževalnega procesa. Oblikovanje pouka biologije. Projektne aktivnosti. Teorija in praksa. (Projektna metoda). Faze učiteljevega dela. Teorija in praksa. Glavni bloki v projektih.

"Znanost o živi naravi" - Oblikovanje delovnih zvezkov. 3. Biologija – veda o živi naravi. Biologija je veda o živi naravi. Bakterije. Gobe. Sestavljeni so iz ene celice in nimajo jedra. Mark Cicero. Biologija preučuje žive organizme. Imajo klorofil in na svetlobi tvorijo organske snovi, pri čemer sproščajo kisik. Vprašanje: Kaj preučuje biologija?

"Matematika v biologiji" - "Identifikacija ravnih stopal." Branje grafov. Pojem simetrije; Vrste simetrije. Pojem grafa funkcije. Splošna biologija, 10. razred. "Konstrukcija variacijske serije in krivulje." Na stičnih mestih bodo ušesa. Krog, oval. Obstaja splošno sprejeto stališče, po katerem matematika spada med natančne vede. Sorazmernost.

V temi je skupno 14 predstavitev

Znanosti o življenju sledijo poti od velikega k malemu. Nedavno je biologija opisovala izključno zunanje značilnosti živali, rastlin in bakterij. Molekularna biologija preučuje žive organizme na ravni interakcij posameznih molekul. Strukturna biologija - preučuje procese v celicah na atomski ravni. Če želite izvedeti, kako "videti" posamezne atome, kako strukturna biologija deluje in "živi" in katere instrumente uporablja, je to mesto za vas!

Generalni partner cikla je podjetje: največji dobavitelj opreme, reagentov in potrošnega materiala za biološke raziskave in proizvodnjo.

Eno glavnih poslanstev Biomolecules je priti do samih korenin. Ne povemo vam le, katera nova dejstva so odkrili raziskovalci – govorimo o tem, kako so jih odkrili, poskušamo razložiti principe bioloških tehnik. Kako vzeti gen iz enega organizma in ga vstaviti v drugega? Kako lahko sledite usodi več drobnih molekul v ogromni celici? Kako vzbuditi eno majhno skupino nevronov v ogromnih možganih?

In tako smo se odločili, da o laboratorijskih metodah spregovorimo na bolj sistematičen način, da v enem delu združimo najpomembnejše, najsodobnejše biološke tehnike. Da bi bilo bolj zanimivo in pregledno, smo članke izdatno ilustrirali in tu in tam dodali celo animacijo. Želimo, da so članki v novi rubriki zanimivi in ​​razumljivi tudi naključnemu mimoidočemu. In po drugi strani morajo biti tako podrobni, da bi lahko tudi profesionalec v njih odkril kaj novega. Metode smo zbrali v 12 velikih skupin in na njihovi podlagi bomo izdelali biometodološki koledar. Ostanite z nami za posodobitve!

Zakaj je potrebna strukturna biologija?

Kot veste, je biologija veda o življenju. Pojavila se je na samem začetku 19. stoletja in je bila prvih sto let svojega obstoja zgolj opisna. Glavna naloga biologije v tistem času je bila najti in označiti čim več vrst različnih živih organizmov, nekoliko kasneje pa ugotoviti družinske odnose med njimi. Sčasoma in z razvojem drugih področij znanosti se je iz biologije razvilo več vej s predpono »molekularna«: molekularna genetika, molekularna biologija in biokemija - vede, ki preučujejo živa bitja na ravni posameznih molekul, in ne po videzu organizma ali relativnega položaja njegovih notranjih organov. Končno, pred kratkim (v 50-ih letih prejšnjega stoletja) se je pojavilo takšno področje znanja, kot je strukturna biologija- veda, ki preučuje procese v živih organizmih na ravni sprememb prostorska struktura posameznih makromolekul. V bistvu je strukturna biologija na stičišču treh različnih ved. Prvič, to je biologija, ker znanost preučuje žive predmete, drugič, fizika, saj se uporablja najširši arzenal fizičnih eksperimentalnih metod, in tretjič, kemija, saj je sprememba strukture molekul predmet te posebne discipline.

Strukturna biologija preučuje dva glavna razreda spojin - beljakovine (glavno "delovno telo" vseh znanih organizmov) in nukleinske kisline (glavne "informacijske" molekule). Zahvaljujoč strukturni biologiji vemo, da ima DNA strukturo dvojne vijačnice, da bi morala biti tRNA prikazana kot starodobna črka "L" in da ima ribosom veliko in majhno podenoto, sestavljeno iz beljakovin in RNA v specifični konformaciji.

Globalni cilj strukturna biologija, kot katera koli druga znanost, je "razumeti, kako vse deluje." V kakšni obliki je prepognjena veriga beljakovine, ki povzroča delitev celic, kako se spremeni embalaža encima med kemičnim procesom, ki ga izvaja, na katerih mestih medsebojno delujeta rastni hormon in njegov receptor – to so vprašanja, ki jih ta znanstveni odgovori. Še več, ločen cilj je zbrati tolikšno količino podatkov, da je mogoče na ta vprašanja (na še neraziskanem objektu) odgovoriti na računalniku, ne da bi se zatekli k dragemu eksperimentu.

Na primer, razumeti morate, kako deluje sistem bioluminiscence pri črvih ali glivah – dešifrirali so genom, na podlagi teh podatkov našli želeni protein in predvideli njegovo prostorsko strukturo skupaj z mehanizmom delovanja. Vendar je vredno priznati, da zaenkrat takšne metode obstajajo šele v povojih in je še vedno nemogoče natančno napovedati strukturo proteina, če imamo samo njegov gen. Po drugi strani pa se rezultati strukturne biologije uporabljajo v medicini. Kot upajo številni raziskovalci, bo poznavanje strukture biomolekul in mehanizmov njihovega delovanja omogočilo razvoj novih zdravil na racionalni osnovi, ne pa s poskusi in napakami (visoko zmogljivo presejanje, strogo gledano), kot se najpogosteje izvaja. zdaj. In to ni znanstvena fantastika: obstaja že veliko zdravil, ustvarjenih ali optimiziranih z uporabo strukturne biologije.

Zgodovina strukturne biologije

Zgodovina strukturne biologije (slika 1) je precej kratka in se začne v zgodnjih petdesetih letih 20. stoletja, ko sta James Watson in Francis Crick na podlagi podatkov Rosalind Franklin o rentgenski difrakciji na kristalih DNK sestavila model zdaj dobro- znana dvojna vijačnica iz vintage konstrukcijskega kompleta. Nekoliko prej je Linus Pauling zgradil prvi verjeten model -vijačnice, enega osnovnih elementov sekundarne strukture proteinov (slika 2).

Pet let kasneje, leta 1958, je bila določena prva beljakovinska struktura na svetu – mioglobin (protein mišičnih vlaken) kita glavača (slika 3). Seveda ni bilo videti tako lepo kot sodobne strukture, vendar je bil pomemben mejnik v razvoju sodobne znanosti.

Slika 3b. Prva prostorska struktura beljakovinske molekule. John Kendrew in Max Perutz prikazujeta prostorsko strukturo mioglobina, sestavljenega iz posebnega konstrukcijskega kompleta.

Deset let kasneje, v letih 1984–1985, so bile z jedrsko magnetnoresonančno spektroskopijo določene prve strukture. Od tega trenutka se je zgodilo več ključnih odkritij: leta 1985 je bila pridobljena struktura prvega kompleksa encima z njegovim inhibitorjem, leta 1994 struktura ATP sintaze, glavnega "stroja" elektrarn naših celic ( mitohondrije), že leta 2000 pa je bila pridobljena prva prostorska struktura "tovarne" beljakovin - ribosomov, sestavljenih iz beljakovin in RNA (slika 6). V 21. stoletju je razvoj strukturne biologije skokovito napredoval, spremlja pa ga eksplozivna rast števila prostorskih struktur. Dobljene so bile strukture mnogih razredov proteinov: hormonski in citokinski receptorji, z G-proteinom sklopljeni receptorji, toll-like receptorji, proteini imunskega sistema in mnogi drugi.

S pojavom novih krioelektronskih mikroskopskih slikovnih in slikovnih tehnologij v 2010-ih se je pojavilo veliko kompleksnih super-ločljivostnih struktur membranskih proteinov. Napredek strukturne biologije ni ostal neopažen: za odkritja na tem področju je bilo podeljenih 14 Nobelovih nagrad, od tega pet v 21. stoletju.

Metode strukturne biologije

Raziskave na področju strukturne biologije potekajo z več fizikalnimi metodami, od katerih le tri omogočajo pridobivanje prostorskih struktur biomolekul pri atomski ločljivosti. Metode strukturne biologije temeljijo na merjenju interakcije preučevane snovi z različnimi vrstami elektromagnetnega valovanja ali elementarnih delcev. Vse metode zahtevajo znatna finančna sredstva - stroški opreme so pogosto neverjetni.

Zgodovinsko gledano je prva metoda strukturne biologije analiza rentgenske difrakcije (XRD) (slika 7). Že v začetku 20. stoletja so odkrili, da lahko z uporabo rentgenskega difrakcijskega vzorca na kristalih preučujemo njihove lastnosti – vrsto simetrije celice, dolžino vezi med atomi itd. Če so v kristalih organske spojine celic kristalne mreže, potem je mogoče izračunati koordinate atomov in s tem kemijsko in prostorsko strukturo teh molekul. Natanko tako je bila leta 1949 pridobljena struktura penicilina, leta 1953 pa struktura dvojne vijačnice DNA.

Zdi se, da je vse preprosto, vendar obstajajo nianse.

Najprej morate nekako pridobiti kristale, njihova velikost pa mora biti dovolj velika (slika 8). Čeprav je to izvedljivo za ne zelo zapletene molekule (spomnite se, kako kristalizira namizna sol ali bakrov sulfat!), je kristalizacija beljakovin zapletena naloga, ki zahteva neočiten postopek za iskanje optimalnih pogojev. Zdaj to počnejo s pomočjo posebnih robotov, ki pripravljajo in spremljajo na stotine različnih raztopin v iskanju »nakaljenih« proteinskih kristalov. Vendar pa je v zgodnjih dneh kristalografije pridobivanje proteinskega kristala lahko trajalo leta dragocenega časa.

Drugič, na podlagi pridobljenih podatkov (»surovi« uklonski vzorci; slika 8) je treba strukturo »izračunati«. Dandanes je tudi to rutinsko opravilo, a pred 60 leti, v dobi tehnologije svetilk in luknjanih kartic, še zdaleč ni bilo tako preprosto.

Tretjič, tudi če bi bilo mogoče gojiti kristal, sploh ni nujno, da bo določena prostorska struktura proteina: za to mora imeti protein enako strukturo na vseh mestih mreže, kar ni vedno tako .

In četrtič, kristal je daleč od naravnega stanja beljakovin. Preučevanje beljakovin v kristalih je kot preučevanje ljudi, če bi jih deset stlačili v majhno, zakajeno kuhinjo: lahko ugotovite, da imajo ljudje roke, noge in glavo, a njihovo vedenje morda ni povsem enako kot v udobnem okolju. Vendar pa je rentgenska difrakcija najpogostejša metoda za določanje prostorskih struktur in 90% vsebine PDB se pridobi s to metodo.

SAR zahteva močne vire rentgenskih žarkov - pospeševalnike elektronov ali laserje prostih elektronov (slika 9). Takšni viri so dragi - nekaj milijard ameriških dolarjev - vendar običajno en sam vir uporablja na stotine ali celo tisoče skupin po vsem svetu za dokaj nominalno plačilo. Pri nas ni močnih virov, zato večina znanstvenikov potuje iz Rusije v ZDA ali Evropo, da analizirajo nastale kristale. Več o teh romantičnih študijah si lahko preberete v članku “ Laboratorij za napredne raziskave membranskih proteinov: Od gena do Angstroma» .

Kot že rečeno, rentgenska difrakcijska analiza zahteva močan vir rentgenskega sevanja. Močnejši ko je vir, manjši so lahko kristali in manj bolečine bodo morali pretrpeti biologi in genetski inženirji, ko bodo poskušali dobiti nesrečne kristale. Rentgensko sevanje najlažje proizvedemo s pospeševanjem žarka elektronov v sinhrotronih ali ciklotronih – velikanskih obročnih pospeševalnikih. Ko elektron doživi pospešek, oddaja elektromagnetne valove v želenem frekvenčnem območju. V zadnjem času so se pojavili novi ultrazmogljivi viri sevanja - laserji s prostimi elektroni (XFEL).

Princip delovanja laserja je precej preprost (slika 9). Najprej se elektroni pospešijo do visokih energij s pomočjo superprevodnih magnetov (dolžina pospeševalnika 1–2 km), nato pa gredo skozi tako imenovane undulatorje - sklope magnetov različnih polarnosti.

Slika 9. Princip delovanja laserja s prostimi elektroni. Elektronski žarek se pospeši, gre skozi ondulator in oddaja žarke gama, ki padejo na biološke vzorce.

Pri prehodu skozi ondulator začnejo elektroni občasno odstopati od smeri žarka, doživljajo pospešek in oddajajo rentgensko sevanje. Ker se vsi elektroni gibljejo na enak način, se sevanje ojača zaradi dejstva, da drugi elektroni v žarku začnejo absorbirati in ponovno oddajati rentgenske valove iste frekvence. Vsi elektroni sinhrono oddajajo sevanje v obliki ultra močnega in zelo kratkega bliska (traja manj kot 100 femtosekund). Moč rentgenskega žarka je tako velika, da en kratek blisk spremeni majhen kristal v plazmo (slika 10), a v tistih nekaj femtosekundah, ko je kristal nepoškodovan, lahko zaradi visoke intenzivnosti dobimo najkakovostnejše slike. in koherentnost žarka. Cena takšnega laserja je 1,5 milijarde dolarjev, na svetu pa obstajajo le štiri tovrstne naprave (nahajajo se v ZDA (slika 11), na Japonskem, v Koreji in Švici). V letu 2017 je načrtovan zagon petega - evropskega - laserja, pri gradnji katerega je sodelovala tudi Rusija.

Slika 10. Pretvorba proteinov v plazmo v 50 fs pod vplivom laserskega impulza prostih elektronov. Femtosekunda = 1/1000000000000000 sekunde.

Z NMR spektroskopijo je bilo določenih približno 10 % prostorskih struktur v PDB. V Rusiji obstaja več izjemno zmogljivih občutljivih NMR spektrometrov, ki opravljajo delo svetovnega razreda. Največji laboratorij za NMR ne samo v Rusiji, temveč v celotnem prostoru vzhodno od Prage in zahodno od Seula se nahaja na Inštitutu za bioorgansko kemijo Ruske akademije znanosti (Moskva).

NMR spektrometer je čudovit primer zmage tehnologije nad inteligenco. Kot smo že omenili, je za uporabo metode NMR spektroskopije potrebno močno magnetno polje, zato je srce naprave superprevodni magnet – tuljava iz posebne zlitine, potopljena v tekoči helij (−269 °C). Za doseganje superprevodnosti je potreben tekoči helij. Da helij ne bi izhlapeval, je okoli njega zgrajen ogromen rezervoar tekočega dušika (–196 °C). Čeprav je elektromagnet, ne porablja elektrike: superprevodna tuljava nima upora. Vendar je treba magnet nenehno »napajati« s tekočim helijem in tekočim dušikom (slika 15). Če ne boste sledili, bo prišlo do "gašenja": tuljava se bo segrela, helij bo eksplozivno izhlapel in naprava se bo zlomila ( cm. video). Pomembno je tudi, da je polje v 5 cm dolgem vzorcu izredno enakomerno, zato naprava vsebuje nekaj ducatov majhnih magnetov, potrebnih za fino nastavitev magnetnega polja.

Video. Načrtovano dušenje NMR spektrometra 21,14 Tesla.

Za izvedbo meritev potrebujete senzor - posebno tuljavo, ki ustvarja elektromagnetno sevanje in registrira "obratni" signal - nihanje magnetnega momenta vzorca. Za povečanje občutljivosti za 2–4 ​​krat se senzor ohladi na temperaturo –200 °C, s čimer se odpravi toplotni šum. Za to izdelajo poseben stroj - krioplatformo, ki ohladi helij na zahtevano temperaturo in ga črpa poleg detektorja.

Obstaja cela skupina metod, ki temeljijo na pojavu sipanja svetlobe, rentgenskih žarkov ali nevtronskega žarka. Te metode, ki temeljijo na intenzivnosti sevanja/sipanja delcev pod različnimi koti, omogočajo določanje velikosti in oblike molekul v raztopini (slika 16). S sipanjem ni mogoče določiti strukture molekule, lahko pa ga uporabimo kot pomoč pri drugi metodi, kot je NMR spektroskopija. Instrumenti za merjenje sipanja svetlobe so razmeroma poceni, saj stanejo "le" okoli 100.000 dolarjev, druge metode pa zahtevajo pri roki pospeševalnik delcev, ki lahko proizvede žarek nevtronov ali močan tok rentgenskih žarkov.

Druga metoda, s katero strukture ni mogoče določiti, lahko pa pridobimo nekatere pomembne podatke, je resonančni fluorescenčni prenos energije(ZNEZI). Metoda uporablja pojav fluorescence – sposobnost nekaterih snovi, da absorbirajo svetlobo ene valovne dolžine, medtem ko oddajajo svetlobo druge valovne dolžine. Izberete lahko par spojin, od katerih bo ena (donor) svetloba, oddana med fluorescenco, ustrezala značilni valovni dolžini absorpcije druge (akceptor). Donorja obsevamo z laserjem želene valovne dolžine in izmerite fluorescenco akceptorja. Učinek FRET je odvisen od razdalje med molekulama, tako da če v molekule dveh proteinov ali različnih domen (strukturnih enot) istega proteina vnesete donorja in akceptorja fluorescence, lahko preučujete interakcije med proteini ali relativne položaje domen v beljakovina. Registracija se izvaja z optičnim mikroskopom, zato je FRET poceni, čeprav nizko informativna metoda, katere uporaba je povezana s težavami pri interpretaciji podatkov.

Na koncu ne moremo ne omeniti "metode sanj" strukturnih biologov - računalniškega modeliranja (slika 17). Ideja metode je uporaba sodobnega znanja o strukturi in zakonitostih obnašanja molekul za simulacijo obnašanja proteina v računalniškem modelu. Na primer, z uporabo metode molekularne dinamike lahko v realnem času spremljate gibanje molekule ali proces "sestavljanja" proteina (zgibanja) z enim "ampak": največji čas, ki ga je mogoče izračunati, ne presega 1 ms. , ki je izjemno kratek, a hkrati zahteva ogromne računske vire (slika 18). Obnašanje sistema je mogoče preučevati v daljšem časovnem obdobju, vendar se to doseže na račun nesprejemljive izgube natančnosti.

Računalniško modeliranje se aktivno uporablja za analizo prostorskih struktur beljakovin. S pomočjo priklopa iščejo potencialna zdravila, ki so zelo nagnjena k interakciji s ciljnim proteinom. Trenutno je natančnost napovedi še vedno nizka, vendar lahko docking precej zoži nabor potencialno aktivnih substanc, ki jih je treba testirati za razvoj novega zdravila.

Glavno področje praktične uporabe rezultatov strukturne biologije je razvoj zdravil ali, kot je zdaj moderno reči, drag design. Obstajata dva načina za oblikovanje zdravila na podlagi strukturnih podatkov: lahko začnete z ligandom ali s ciljnim proteinom. Če je že znanih več zdravil, ki delujejo na ciljni protein, in so pridobljene strukture kompleksov protein-zdravilo, lahko ustvarite model »idealnega zdravila« v skladu z lastnostmi veznega »žepa« na površini proteinske molekule, identificirati potrebne lastnosti potencialnega zdravila in iskati med vsemi znanimi naravnimi in manj znanimi spojinami. Možno je celo zgraditi razmerja med strukturnimi lastnostmi zdravila in njegovim delovanjem. Na primer, če ima molekula lok na vrhu, potem je njena aktivnost večja kot pri molekuli brez loka. In bolj kot je lok napolnjen, bolje deluje zdravilo. To pomeni, da morate med vsemi znanimi molekulami najti spojino z največjim nabitim lokom.

Drug način je uporaba strukture tarče za iskanje spojin v računalniku, ki so potencialno sposobne interakcije z njo na pravem mestu. V tem primeru se običajno uporablja knjižnica fragmentov - majhnih koščkov snovi. Če najdete več dobrih fragmentov, ki delujejo s tarčo na različnih mestih, a blizu drug drugemu, lahko iz fragmentov sestavite zdravilo tako, da jih "zlepite". Obstaja veliko primerov uspešnega razvoja zdravil z uporabo strukturne biologije. Prvi uspešen primer sega v leto 1995: takrat je bilo odobreno za uporabo dorzolamid, zdravilo za glavkom.

Splošni trend v biološkem raziskovanju se vedno bolj nagiba k ne le kvalitativnemu, temveč tudi kvantitativnemu opisovanju narave. Strukturna biologija je odličen primer tega. In obstajajo vsi razlogi za domnevo, da bo še naprej koristil ne le temeljni znanosti, ampak tudi medicini in biotehnologiji.

Koledar

Na podlagi člankov posebnega projekta smo se odločili narediti koledar "12 metod biologije" za leto 2019. Ta članek predstavlja marec.

Literatura

1. Bioluminiscenca: Ponovno rojstvo;
2. Zmagoslavje računalniških metod: napoved strukture beljakovin;
3. Heping Zheng, Katarzyna B Handing, Matthew D Zimmerman, Ivan G Shabalin, Steven C Almo, Wladek Minor. (2015).