Решение задач по молекулярной биологии

 

«Решение задач по молекулярной биологии» (для учащихся в 10 классах)

А = Т, Т = А Г=Ц , Г=Ц

(А+Т)+ ( Г+ Ц)= 100%

Цель : сформировать практические умения и навыки решения задач по молекулярной биологии;  научить учащихся использовать теоретические знания в практической деятельности;  развивать теоретическую и  творческую активность и познавательный интерес, умение работать с таблицами, сравнивать и обобщать; продолжить формирование научного мировоззрения.

Оборудование:  проектор, мультимедийная доска, карточки, учебник.

Девиз урока:

«Знай, умей, применяй»

«Разум состоит не только в знании, но и в умении использовать знания»

Аристотель

Правило Чаргаффа:

1. Количество пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых оснований.

2. Количество аденина равно количеству тимина; количество гуанина равно количеству цитозина.

3. А = Т, Т=А Г=Ц, Ц=Г

4. (А+Т)+ ( Г+ Ц)= 100%

Задача № 1

В одной цепи ДНК Т составляет 23 % от общего количества нуклеотидов. Определите количество (%) каждого из остальных видов нуклеотидов.

Решение задачи №1

Руководствуемся правилом Чаргаффа: (А+Т) + ( Г+ Ц) = 100%.

Таким образом, Т- 23%, значит А — 23%, А+Т =23%+23% = 46%;

100% — 46% = 54 %, что приходится на

Ц+ Г, поэтому Ц=27% и

Г = 27%.

 

Задача для самостоятельного решения первого типа

В одной цепи ДНК Ц составляет 12 % от общего количества нуклеотидов. Определите количество (%) каждого из остальных видов нуклеотидов

Решение

Руководствуемся правилом Чаргаффа:

(А+Т) + ( Г+ Ц)= 100%.

Таким образом, Ц — 12%, значит Г- 12%,

Ц+Г =12%+12% = 24%;

100% — 24% = 76 %, что приходится на А+Т, поэтому А= 38% и Т = 38%.

 

Одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами.

В ДНК они называются триплет, в иРНК – кодон, в тРНК – антикодон. Одна молекула тРНК несет к месту синтеза ДНК одну аминокислоту.

з адача № 2

Белок состоит из 20 аминокислот. Сколько будет нуклеотидов в участке молекулы ДНК и иРНК?

Сколько молекул тРНК необходимо для переноса 20 аминокислот?

Решение задачи № 2

1.Число нуклеотидов в ДНК равно 20х3=60 нуклеотидов.

2.Число нуклеотидов на иРНК равна числу нуклеотидов цепи ДНК, тоже 60 нуклеотидов.

3. Для переноса 20 аминокислот необходимо 20 молекул тРНК.

Задача для самостоятельного решения второго типа

Белок состоит из 50 аминокислот. Сколько будет нуклеотидов в участке молекулы ДНК и иРНК?

Сколько молекул тРНК необходимо для переноса 50 аминокислот?

Решение

1.Число нуклеотидов в ДНК равно 50 х 3 = 150 нуклеотидов.

2.Число нуклеотидов на иРНК равна числу нуклеотидов цепи ДНК, тоже 150 нуклеотидов.

3. Для переноса 50 аминокислот необходимо 150 молекул тРНК.

Принцип комплементарности.

ДНК иРНК тРНК

А — Т А У

Т — А У А

Г – Ц Г Ц

Ц – Г Ц Г

Задача № 3

На одном фрагменте ДНК нуклеотиды расположены в последовательности:

А- А- Г- Г- Ц –Т-А- Ц- Г

1.Напишите вторую цепочку ДНК иРНК.

2.Каким способом пользовались?

3.Найдите длину фрагмента ДНК?

Решение задачи № 3

1. ДНК: А- А- Г- Г- Ц -Т-А- Ц- Г

ДНК: Т- Т- Ц- Ц- Г — А -Т- Г-Ц

иРНК: А- А- Г- Г- Ц — У- А-Ц- Г

2.Принцип комплементарности.

9х 0,34= 3,06 (нм).

Задача для самостоятельного решения третьего типа

На одной фрагменте ДНК нуклеотиды расположены в последовательности: А- Т- Г- А- Ц –Т- Ц- Ц- А

1. Напишите вторую цепочку ДНК иРНК.

2.Каким способом пользовались?

3.Найдите длину фрагмента ДНК?

Решение

1. ДНК: А- Т- Г- А- Ц -Т- Ц — Ц — А

ДНК: Т- А- Ц — Т- Г — А — Г- Г-Т

иРНК : А — У — Г — А — Ц — У — Ц –Ц — А

2.Принцип комплементарности.

9х 0,34= 3,06 (нм).

Задача № 4

Участок молекулы ДНК имеет следующую структуру – АЦГЦТАТАГ-.

Определите последовательность нуклеотидов на иРНК и соответствующую последовательность аминокислот, используя таблицу генетического кода.

Решение задачи № 4

1. Последовательность нуклеотидов на иРНК -УГЦГАУАУГ-

2. Последовательность аминокислот: цис- асп-иле.

 

Задача для самостоятельного решения четвертого типа

Участок молекулы ДНК имеет следующую структуру – ТЦГАТГАГА -.

Определите последовательность нуклеотидов на иРНК и соответствующую последовательность аминокислот, используя таблицу генетического код

Решение

1. Последовательность нуклеотидов на иРНК — АГЦУАЦУЦУ-

2. Последовательность аминокислот: сер — тир — сер

Рефлексия.

Сегодня я узнал… Я выполнял задания… Я научился…

Теперь я могу… Было трудно… Я смог…

Источники информации:

1.Биология 10 класс: поурочные планы. Автор-составитель

О. Л.Ващенко, 2007. Издательство «Учитель».

2.Молекулярная биология. Сборник разноуровневых заданий для подготовки к ЕГЭ : учебно – методическое пособие /

А. А.Кириленко . – ИЗД. 4- е, перераб. и доп.- Ростов н/Д :Легион, 2014.- 176 с.

3.Таблица «Сравнительная характеристика ДНК и РНК. http://easyen.ru/load/biologija/10_klass/tablica_sravnitelnaja_kharakteristika_dnk_i_rnk/123-1-0-59706

4.Решение задач по молекулярной биологии http://easyen.ru/load/biologija/9_klass/prakticheskaja_rabota_reshenie_zadach_po_molekuljarnoj_bi/76-1-0-54983

 

Сентябрьская олимпиадная биологическая программа: Руководитель программы

Положение о Сентябрьской олимпиадной биологической программе
Образовательного центра «Сириус».

1. Общие положения
1.1. Настоящее Положение определяет порядок организации и проведения олимпиадной биологической образовательной программы Центра «Сириус» (далее – образовательная программа), методическое и финансовое обеспечение образовательной программы.

1.2. Олимпиадная биологическая образовательная программа проводится в Образовательном центре «Сириус» (Образовательный Фонд «Талант и успех») с 25 сентября по 13 октября 2020 года.

1.3. К участию в конкурсном отборе на образовательную программу приглашаются школьники 10-11 классов (на 1 сентября 2020 года), являющиеся учащимися государственных, муниципальных и негосударственных образовательных организаций из всех регионов Российской Федерации.

 К участию в конкурсном отборе в виде исключения могут быть допущены школьники 9 класса, прошедшие отбор по правилам 10 класса.

1.4. К участию в образовательной программе допускаются школьники, являющиеся гражданами Российской Федерации.

1.5. Общее количество участников образовательной программы: не более 140 человек.

1.6. В связи с целостностью и содержательной логикой образовательной программы, интенсивным режимом занятий и объемом академической нагрузки, рассчитанной на весь период пребывания обучающихся в Образовательном центре «Сириус», не допускается участие школьников в отдельных мероприятиях или части образовательной программы: исключены заезды и выезды школьников вне сроков, установленных Экспертным советом Фонда.

1.7. Научно-методическое и кадровое сопровождение профильной образовательной программы осуществляют Биологический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, Центр Педагогического мастерства г. Москвы.

1.8. В случае нарушений правил пребывания в Образовательном центре «Сириус» или требований настоящего Положения решением Координационного совета участник образовательной программы может быть отчислен с образовательной программы.

1.9. В течение учебного года (с июля 2020 июнь 2021 года) допускается участие школьников не более, чем в двух образовательных программах по направлению «Наука» (по любым профилям, включая проектные образовательные программы), не идущих подряд.

2. Цели и задачи образовательной программы
2.1. Цель проведения образовательной программы: выявление, развитие и сопровождение талантливых школьников в области биологии, максимальное развитие их потенциала, повышение общекультурного уровня участников.

2.2. Задачи образовательной программы:

— развитие способностей учащихся и расширение их кругозора путем интенсивных занятий по углубленной программе у ведущих педагогов России;
— помощь в освоении участниками навыков практической работы;
— подготовка учащихся к биологическим олимпиадам высокого уровня;
— активизация творческой, познавательной, интеллектуальной инициативы обучающихся, проявивших интерес и склонность к изучению биологии и естественных наук;

— выявление и поддержка обучающихся, склонных к научно-исследовательской и проектной деятельности;
— обобщение и развитие лучших практик по изучению биологии в старших классах, а именно: подготовки к олимпиадам, выполнению исследовательских и учебных проектов, организации внеурочной работы обучающихся;
— популяризация биологии как науки.

3. Система отбора участников образовательной программы
3.1. Отбор участников осуществляется Координационным советом, формируемым руководителем Образовательного Фонда «Талант и успех», на основании общих критериев отбора в Образовательный центр «Сириус», а также требований, изложенных в настоящем Положении.

3.2. Для участия в конкурсном отборе школьникам необходимо подать заявку на официальном сайте Образовательного центра «Сириус».

Регистрация будет доступна до 8 сентября 2020 года.

3.3. По итогам оценки академических достижений на образовательную программу без прохождения отборочных испытаний приглашаются:

— Победители и призеры заключительного этапа Всероссийской олимпиады школьников по биологии 2019 года;

— Школьники, набравшие проходной балл для участия на заключительном этапе Всероссийской олимпиады школьников по биологии 2020 года:
9 класс – 128 баллов;
10 класс – 141 баллов.

3.4. Школьники, прошедшие на заключительный этап Всероссийской олимпиады школьников по биологии 2020 года по квоте от региона (п.64 Порядка проведения Олимпиады), приглашаются на вакантные места в соответствии с рейтингом, который упорядочивается по убыванию баллов, набранных школьниками на региональном этапе Олимпиады (отдельно по 9-му и 10-му классам).

3.5. Сведения для оценки академических достижений формируются автоматически на основании данных из Государственного информационного ресурса о детях, проявивших выдающиеся способности.

Прикладывать к заявке подтверждающие документы не требуется.

3.6. Учащиеся, отказавшиеся от участия в образовательной программе, могут быть заменены на следующих за ними по рейтингу школьников. Решение о замене участников принимается Координационным советом программы.

3.7. В образовательной программе не могут принимать участие:
— участники Майской учебно-олимпиадной образовательной программы по биологии.

3.8. Список кандидатов на участие в образовательной программе будет опубликован на сайте Образовательного центра «Сириус» не позднее 9 сентября 2020 года.

4. Аннотация образовательной программы
Образовательная программа включает в себя теоретические и практические занятия по биологии, лекции и семинары ведущих преподавателей, общеобразовательную, обширную культурно-досуговую и спортивно-оздоровительную программы.

5. Финансирование образовательной программы
Оплата проезда, пребывания и питания участников образовательной программы осуществляется за счет средств Образовательного Фонда «Талант и успех»

Задачи по молекулярной биологии и генетике : теория и практ…

Ермакова, М.

Рассматриваются общие принципы решения и правила оформления задач по молекулярной биологии и генетике, а также предлагаются задачи для самостоятельного решения с ответами. Для типичных задач каждой учебной темы приведены подробные решения. Пособие также содержит теоретический материал, необходимый для успешного усвоения основных понятий и закономерностей наследования признаков.

Полная информация о книге

  • Вид товара:Книги
  • Рубрика:Биология
  • Целевое назначение:Рабочие тетр.,тесты и др. уч. пособ. д/уч.10-11 кл
  • ISBN:978-5-00092-871-4
  • Серия:ФГОС. Инновационная школа
  • Издательство: Русское слово — учебник
  • Год издания:2019
  • Количество страниц:166
  • Тираж:2000
  • Формат:70х90/16
  • УДК:373. 167.1:57*10/11(075.3)
  • Штрихкод:9785000928714
  • Переплет:обл.
  • Сведения об ответственности:М. В. Ермакова, В. Б. Захаров
  • Вес, г.:200
  • Код товара:14604

Решение задач по биологии 10 класс

Всего было 18 предложений, заказчик выбрал автора user343461

Cрочняк нужно выполнить решение задач по биологии за 1 день, тема «решение задач по биологии 10 класс»

Решить 6 задач по молекулярной биологии:3.11 Фрагмент молекулы ДНК имеет следующее строение: ААААТТТТГГГГЦЦЦЦ ТТТТААААЦЦЦЦГГГГ Определите число водородных связей, удерживающих данный отрезок. В ответе запишите только соответствующее число. 27.2 В биосинтезе фрагмента молекулы белка участвовали после¬довательно молекулы тРНК с антикодонами: ЦГЦ, УЦЦ, ГЦА, АГА, ЦГА. Определите аминокислотную последовательность синтезируемого фрагмента молекулы белка и нуклеотидную последовательность участка двухцепочечной молекулы ДНК, в которой закодирована информация о первичной структуре фрагмента белка. Ответ поясните. Для решения задания ис¬пользуйте таблицу генетического кода. 27.3 Последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка: Цис-Гис-Мет. Определите возможные триплеты ДНК, которые кодируют этот фрагмент белка. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода. 27.5 Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором синтезируется уча¬сток тРНК, имеет такую последовательность нуклеотидов: АТАТААААГГГЦЦЦЦ. Установите нуклеотидную последователь¬ность участка тРНК, который синтезируется на данном фраг-менте. Найдите аминокислоту, которую будет переносить этот антикодон тРНК, если третий триплет соответствует анти¬кодону. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода. 27.6 Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором синтезируется уча¬сток тРНК, имеет такую последовательность нуклеотидов: ТТГГАААМЦГГААА. Установите нуклеотидную последователь¬ность участка тРНК, который синтезируется на данном фраг¬менте. Какой кодон иРНК будет соответствовать центральному антикодону этой тРНК? Какая аминокислота будет транспор¬тироваться данной тРНК? Ответ поясните. Для решения за¬дания используйте таблицу генетического кода. 27.7 Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором синтезируется уча¬сток тРНК, имеет такую последовательность нуклеотидов: АААГГГТЦТЦГГГЦТ. Установите нуклеотидную последователь¬ность участка тРНК, который синтезируется на данном фраг-менте. Какой кодон иРНК будет соответствовать антикодону этой тРНК, если она переносит к месту синтеза белка ами¬нокислоту Лиз. Ответ поясните. Для решения задания ис¬пользуйте таблицу генетического кода.

Решить 6 задач по молекулярной биологии:3.11 Фрагмент молекулы ДНК имеет следующее строение: ААААТТТТГГГГЦЦЦЦ ТТТТААААЦЦЦЦГГГГ Определите число водородных связей, удерживающих данный отрезок. В ответе запишите только соответствующее число. 27.2 В биосинтезе фрагмента молекулы белка участвовали после¬довательно молекулы тРНК с антикодонами: ЦГЦ, УЦЦ, ГЦА, АГА, ЦГА. Подробнее

«Решение элементарных задач по молекулярной биологии»



Практическая работа № 1

Тема: «Решение элементарных задач по молекулярной биологии»

Цель: закрепить теоретические знания решения задач по молекулярной биологии.

Оборудование: таблица генетического кода, инструкции, методические рекомендации, учебник.
Ход работы:
Задача № 1

      Фрагмент молекулы ДНК содержит 560 тимидилового нуклеидов, что составляет 28% общего количества. Определите:

    а) сколько в данном фрагменте адениловых, гуаниловых и цитидиловых нуклеотидов;

    б) размер данного фрагмента

Задача № 2

      В молекуле ДНК с относительной массой 69000 на долю адениловых нуклеотидов приходится 8625. Определите количество нуклеотидов каждого вида, если молекулярная масса одного нуклеотида 345.

Задача № 3

      Определить последовательность нуклеотидов в цепи ДНК, если комплементарная цепь имеет такое строение:

ТАГ-АГЦ-ЦТА-АГА-ГТЦ.

Задача № 4

      Молекула ДНК распалась на две цепи. Определена последовательность нуклеотидов в одной из цепей:

АТГ-ТАА-ЦГА-ЦЦГ-АТА-ГТА.

Задача № 5

      Определите последовательность нуклеотидов ДНК, которая будет комплементарной такой:

А Т Г -А Ц Т- Г Г Т- А Ц Г -Т Т А -Г.

Задача № 6

      Длина фрагмента ДНК 680 нм. Определите количество азотистых оснований в данном фрагменте.

Задача № 7

      ДНК сперматозоида человека содержит 109 пар азотистых оснований. Определите длину ДНК.

Задача № 8

      Фрагмент одной из цепей ДНК имеет такой нуклеотидный состав:

АТГ-ГАЦ-АЦГ-ТГА.

Определите:

а) последовательность нуклеотидов во второй цепи ДHК;

б) длину этого участка ДHК

Методические рекомендации к практической работе № 1

Тема: Решение типовых задач по молекулярной биологии.

Проработайте теоретический материал:

«Как решать задачи по общей биологии»

Алгоритм решения любой задачи:

I. Внимательно прочитайте условие задачи, вдумываясь в каждое слово.

II. Изучите условие задачи на столько, что бы она была вам понятна.

III. Сделайте короткую запись условия задачи. Не забывайте ставить символы.

IV. Подумайте, какие из известных вам величин вы можете использовать во время решения задачи. Запишите их.

V. Запишите, что вам необходимо найти в задании.

VI. Процесс решения задачи:

а) поиск способа решения задачи;

б) действий в задании может быть несколько. Записывайте их в таком виде: 1) …, 2) …, 3) … и так далее.

VII. Проверьте правильность решения.

VIII. Запишите ответ (результат, который вы получили).

«Как решать задачи по молекулярной биологии»

Известно, что ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота — это биологическая макро молекула, носитель наследственной информации, с РНК — рибонуклеиновою кислотой – связанны процессы переноса генетической информации в клетках, транспорта аминокислот к месту синтеза белка и осуществления самого процесса биосинтеза белков. ДНК и РНК являются полимерами, мономерами которых выступают, так называемые нуклеотиды.

 Нуклеотиды состоят из трех компонентов: азотистого основания, сахара (рибоза или дезоксирибоза) и остатка фосфорной кислоты. Азотистые основания в нуклеиновых кислотах представлены аденином, гуанином, цитозином, тимином, урацилом. В ДНК используются четыре основания, а в РНК не встречается тимин, вместо которого в полинуклеотидную цепь включается урацил.

     Молекула ДНК представляет собой двойную спираль. Спираль из двух полинуклеотидных цепей по одной и той же оси. Сахарофосфатный остов располагается снаружи двойной спирали, а азотистые основания находятся внутри и соединяются друг с другом водородными связями согласно принципам комплементарности: напротив аденилового нуклеотида всегда располагается тимидиловый нуклеотид и они связаны двумя водородными связями, а наоборот гуанилового нуклеотида выстраивается цитидиловый, связывается с ним тремя водородными связями.

     Следствием комплементарности двух полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК есть правила Чаргаффа:

— количество адениловых нуклеотидов в ДНК всегда равно количеству тимидиловых нуклеотидов, а количество гуаниловых равно количеству цитидиловых;

— сумма адениловых и гуаниловых нуклеотидов равна сумме тимидиловых и цитидиловых нуклеотидов.
При решении задач необходимо учитывать, что: — на один нуклеотид в молекуле ДНК или РНК приходится примерно 0,34 нм; — средняя масса нуклеотида соответствует примерно 345 дальтон; — Нуклеотиды условно обозначаются:

А — адениловый, Ц — цитидиловый,
Г — гуаниловый, Т — тимидиловый;
У — урациловый,

— «нонсенс», + «стоп-кодон» , «терминатор» — условные названия триплетов, обозначающие конец синтеза.

Примеры решения типовых задач и правила их оформления:
Задача № 1 Участок первой цепи молекулы ДНК имеет следующую структуру:

…-А-А-Ц-Г-Ц-Г-Ц-А-Т-А- …

Определить структуру соответствующего участка левой цепи молекулы ДНК. Какова длина этого участка молекулы ДНК?

Решение:

1. Записываем структуру участка правой цепи молекул ДНК, а ниже, в соответствии с принципом комплементарности, — структуру участка левой цепи молекулы ДНК:

ДНК правая: … — А-А-Ц-Г-Ц-Г-Ц-А-Т-А…

| | | | | | | | | |
ДНК левая: … Т- Т -Г-Ц-Г-Ц-Г-Т-А-Т-…
2. Участок цепи ДНК содержит 10 нуклеотидов, а средняя длина одного нуклеотида равна 0, 34 нм, следовательно, длина участка цепи ДНК будет равна 0,34 * 10 = 3,4 нм.

Задача № 2 Определите последовательность нуклеотидов в участке молекулы и-РНК, синтезированного с участка ДНК такого строения:
…-Г-Ц-Т-А-А-Ц-Ц-Г-А-А-Г-Г-А-… Решение: Записываем структуру участка цепи ДНК, а ниже, в соответствии с принципом комплементарности, — структуру участка и-РНК, помня о том, что в РНК вместо тимидинового нуклеотида присутствует урациловый, который комплементарный адениловому нуклеотиду молекулы ДНК: ДНК: . ..-Г-Ц-Т-А-А-Ц-Ц-Г-А-А-Г-Г-А-…
і–РНК: …-Ц-Г-А-У-У-Г-Г-Ц-У-У-Ц-Ц-У-…

Задача № 3. Фрагмент правой цепи ДНК имеет следующий нуклеотидный состав: ЦЦГ-ЦАТ-АЦЦ-ГЦТ. Определите порядок чередования нуклеотидов в левой цепи. Какова длина этого фрагмента молекулы ДНК? Найдите процентное содержание каждого нуклеотида в данном фрагменте. Решение.


  1. По принципу комплементарности восстановим последовательность нуклеотидов в левой цепи ДНК: ЦГГ — ЦАТ-АЦЦ- ГЦТ


ГЦЦ- ГТА — ТГГ- ЦГА.

2.Зная, что на один нуклеотид приходится 0, 34 нм, а всего нуклеотидов 12, найдем длину ДНК: 0,34*12=4,08 (нм)

3.Установим процентное содержание каждого нуклеотида в данном фрагменте ДНК: Всего нуклеотидов — 24, из них А = 5, Г = 7, Ц = 7,отсюда:

24-100% 24-100%
5-х% 7 -х%
Х=(5*100)/24=20,8 (%) х=(7*100)/24=29,2 (%)

Ответ: содержание адениловых нуклеотидов равно 20,8%, тимидиловых — 20,8%, гуаниловых — 29,2%, цитидиловых — 29,2%; Порядок чередования нуклеотидов в левой цепи: ГЦЦ-ГТА-ТГГ-ЦГА
Задача № 4. Фрагмент молекулы ДНК содержит 440 адениловых нуклеотидов, что составляет 22% от их общего количества. Определите, сколько цитидиловых, гуаниловых и тимидиловых нуклеотидов содержится в данном фрагменте, его размеры и молекулярную массу
Дано: Решение: А=440 нуклеотидов=22% 1.Согласно правилу комплементарности: А = Т = 440 = 22%

Т — ? 2. Из правила Чаргаффа: Г — ? (А+Г)+(Т+Ц)=100%, Ц — ? А+Т=22% + 22% =44%, тогда: Lфрагмента -? Г+Ц=100%-44%=56%, на Г и Ц

Мфрагмента -? Отдельно приходится по 28% .

3. Выясним количество гуаниловых и цитидиловых нуклеотидов в данном фрагменте ДНК:

22% — 440,

28% — х

Х== 560 (нуклеотидов)

Значит Г = Ц = 560

4. Выясним общее количество нуклеотидов в этом фрагменте ДНК:

440+440+560+560=2000 (нуклеотидов)

5. Зная примерную массу нуклеотида, вычислим значение этого фрагмента:

345*2000=690000 (даль тон)

6. Поскольку нуклеотиды в двухцепочной ДНК размещены парами, то в длину молекула содержит вдвое меньшее число нуклеотидов: 2000/2 = 1000(нуклеотидів), а длина фрагмента 0,34*10 3= 340(нм) Ответ: Т = 440 = 22%, Г = Ц =560 =28%, Lфрагмента =340нм, Мфрагмента= 690000 дальтон.

Лабораторная работа N°1

Тема: Строение тканей животных организмов и растительного организма.

Цель работы: изучить принцип строения животных и растительных тканей, научится сравнивать разные типы тканей.

Материалы и оборудование: микроскоп, микропрепараты животных тканей, таблицы, микропрепараты «Эпидермис лука», «Корневой чехлик», «лист камелии», таблица «Ткани растительного организма»

Ход работы:

1.Рассмотрите под микроскопом микропрепараты различных видов эпителиальных тканей. Обратите внимание на соотношение клеток и межклеточного вещества, на форму и расположение клеток. Заполните таблицу.

2. Рассмотрите под микроскопом микропрепараты различных видов соединительной ткани. Обратите внимание на соотношение в клетке межклеточного вещества. Чем оно представлено? Заполните таблицу.

3.Рассмотрите под микроскопом микропрепараты различных видов мышечной ткани. Обратите внимание на форму, длину клеток. Заполните таблицу.

4.Рассмотрите под микроскопом микропрепарат «Нервная ткань». Найдите тело нейрона, аксоны, дендриты. Обратите внимание на форму клетки. Заполните таблицу.

Таблица:

Строение и функции животных тканей


Типы тканей
Вид под микроскопом (рисунок с обозначениями)
Особенности строения и значение

Эпителиальная

Соединительная

Мышечная

Нервная

  1. Рассмотрите под микроскопом микропрепарат «Эпидермис лука».

 Обратите внимание на форму и расположение клеток.

    1. Рассмотрите под микроскопом микропрепарат «Листка камелии». Обратите внимание на размещение клеток ассимиляционной (столбчатая паренхима) и вентиляционной (губчатая паренхима) тканей. Найдите сосудисто- волокнистый пучок. Чем он образован? Заполните таблицу.

      1. Рассмотрите под микроскопом микропрепарат «Корневой чехлик».

Обратите внимание на толщину клеток корневого чехлики. Сравните

      клетки чехлики с клетками изобразительной ткани кончика корня.

      Заполните таблицу.

Таблица:

Строение и функции растительных тканей


Типы тканей
Вид под микроскопом (рисунок с обозначениями))
Особенности строения и значение

Покровная

Основная

Ведущая

Механическая

Образующая

Контрольные вопросы:

Как связана строение клеток с выполняемыми ими функциями?

Методические рекомендации к лабораторной работе №2

Тема: Строение тканей растительного организма. Ткани животного организма.

   Изучите теоретический материал и выполните задания

Основные термины и понятия: образовательная ткань (меристема), покровная ткань, основная ткань (паренхима), проводящая ткань, механическая ткань, выделительная ткань, анатомия растений. Гистология, эпителиальная ткань, соединительная ткань, мышечная ткань, нервная ткань, нейрон.

Эволюция растительных тканей

У мхов возникают зачатки покровной, основной и проводящей тканей. У Плауновидных, Хвощевидных и Папоротникообразных есть такие ткани:
Покровная Проводящие Основные

(эпидермис

с устьицами) ситовидные клетки трахеиды стебель лист

(флоэма) (ксилема) (мезофилл)

(кора)
У большинства споровых есть верхушечная меристема — одна клетка, которая делится. У голосеменных есть камбий (настоящие деревья). Возникла пробковая ткань, которая защищает стебель. Откладывается большое количество древесины. Ситовидные трубки не имеют клеток-спутников.
В покрытосеменных продолжают совершенствоваться все ткани, благодаря чему вот уже около 100 мил. лет эти растения господствуют на Земле.
Виды растительных тканей

Образующие ткани (меристемы)

Состоят из мелких клеток с тонкими стенками и мелкими ядрами; вакуолей мало или совсем нет. Основная функция-роста. Клетки делятся, дифференцируются и дают начало тканям всех других типов.

В зависимости от места расположения в органах растения меристемы (от греч. «Meristes» — что делится) подразделяют на:


Верхушечные

(конусы нарастания: верхушка стебля и кончик корня)
Боковые

(камбий

и пробковый камбий)
Вставные

(в основаниях междоузлий стебля злаков)
Раневые

(в любой

участке, где есть повреждения)

Покровные ткани (защитные).
Состоят из толстеньких клеток, предохраняющие лежащие глубже тонкостенные клетки от высыхания и механических повреждений.

Покровные ткани делятся на:


Эпидерма (или кожица,)
пробка
Корка

Покрывает все части растения. В ней: устьица, кутикула, восковой налет, волоски
Эпидерма заменяется пробкой.

Многослойная ткань, оболочки ее клеток утолщаются и Просачиваются суберином; в оболочках форуме пор, они становятся непроницаемыми для воды и газов. Есть чечевички.
Мертвая

  покровная ткань, входит в состав коры дерева

Проводящие ткани. Осуществляют перемещение питательных веществ между подземными частями растения и надземными.


Ксилема (древесина)
Флоэма (луб)

Вода с растворенными в ней веществами всасывается корнями из почвы и поднимается вверх по восходящему тока во все органы растений. Сосуды (или трахеи) — вытянутые в длину трубки. Это мертвые клетки с оболочками одревесневших.
Путь, по которой осуществляется передвижение органических веществ от листьев по стеблю к подземным органам, называют нисходящим током. Ситовидные трубки — живые безъядерные вытянутые клетки, поперечные перегородки которых продырявленные (сито). Рядом клетки-спутники.

     

Два типа проводящих тканей:
Механические ткани.

       Обеспечивают прочность органов растений. Клетки имеют мощные утолщенные одревесневшие оболочки, тесно смыкаются между собой.

Различают два вида механической ткани.


Колленхима
Склеренхима

Образована живыми клетками с неравномерно утолщенными оболочками. Клетки эти легко растягиваются и практически не мешают удлинению частей растения.
Образована вытянутыми клетками с равномерно утолщенными часто Одревесневшие оболочками, содержание которых отмирает на ранних стадиях.
Волокна склереиды

(лубяные, древесные) округлые мертвые клетки

с очень толстым одеревесневшимм оболочками (ими

пронизаны: семенная кожура,

скорлупа орехов, косточки

  косточковых, мякоть груш и др.)


Основная ткань (паренхима)

Состоит из живых, обычно тонкостенных клеток, которые составляют основу органов (отсюда и название ткани). В ней размещены другие виды тканей.
В зависимости от выполняемой функции различают:


Ассимиляционная (клоренхима)
запасающая
Воздухоносная (паренхима)
водоносная

Клетки содержат хлоропласты и выполняют функцию фотосинтеза. Основная масса в листьях и зеленых стеблях.
В стеблях растений, корнеплодах, клубнях, луковицах, плодах и семенах. Создается из живых клеток, которые содержат большое количество вещества нужных растению
Клетки образуют мелкие обширные межклетники (у водных и болотных растений).
Служит для запасания воды (в стеблях пустынных растений и растений солончаков).

Выделительная (секреторная) ткань

Клетки или группы клеток образуют секрет — особые продукты метаболизма, используемые растениями для регуляции физиологических функций или, выделяются наружу. Сюда относятся смоляные и эфирно-масляные ходы, железы, железистые волоски, нектарники, а также образования, выделяют капельножидкую воду (гуттация).

Запомните!

1.Тканевый уровень организации структуры тела.

2.Ткани растительных организмов, их строение, функции, процессы развития изучает наука анатомия растений.

3. Растительные ткани состоят только из клеток.

 4. Все растительные ткани образуются из образующей ткани.
Ткани многоклеточных организмов животных.
Наиболее примитивными среди многоклеточных животных является кишечнополостные. В результате дифференцировки клеток у них формируются примитивные ткани (мышечная, нервная).

      Организация плоских червей по сравнению с таким значительно затруднена. У них уже хорошо выражены ткани, из которых формируются органы.

      В ходе дальнейшей эволюции происходит усложнение функций всех типов тканей, и особого совершенства они достигают в классе млекопитающих.

      У многоклеточных животных известно около 100 типов клеток, которые можно сгруппировать в четыре тканевые системы.

Эпителиальная ткань

Эта ткань состоит из клеток, плотно прилегающих друг к другу межклеточное вещество развито слабо. Она образует внешние покровы тела и выстилает его внутренние полости. Эпителиальная ткань выполняет функции защиты, всасывания, секреции и восприятия раздражений (или одновременно несколько из этих функций).

Виды эпителия (в зависимости от формы и функции его клеток)


Плоский
Клетки сплющены, имеют форму многогранников, часто их несколько слоев (многослойный). Верхний слой кожи, эпителий полости рта, пищевода и др.

Кубический
Кубовидные клетки. Выстилающие почечные канальцы.

Цилиндрический
Клетки напоминают столбики или колонны. Выстилающих желудок и кишечник.

Реснитчатый

цилиндрический
Клетки могут иметь цитоплазматические отростки-реснички. Выстилает большую часть дыхательных путей.

Чувствительный

(сенсорный)
Клетки, специализированные для восприятия раздражений. Эпителий носовой полости — обонятельный эпителий.

Железистый
Клетки цилиндрической или кубической формы, специализированные для секреции различных веществ (гормонов, молока, пота, ушной серы).

Соединительная ткань

Для этой ткани характерно наличие большого количества неживого материала (основное вещество), который выделяют клетки. Таким образом, клетки выполняют свои функции косвенным движением, выделяя основное вещество, которое и служит собственно связующим и опорным материалом.

К связующим тканям относятся:


Рыхлая волокнистая
В основной (межклеточном) веществе аморфная масса преобладает над волокном. Заполняет промежутки между внутренними органами.

Плотная волокнистая
Волокна преобладают над аморфным (без структурным) веществом. Выполняет защитную функцию, добавляет органам эластичность (дерма позвоночных животных, оболочка кровеносных сосудов).

Костная и хрящевая
В основном веществе костной ткани преобладают неорганические соединения, а в хрящевой — органические. В составе опорно-двигательного аппарата.

Жидкая внутренняя среда организма
Поддерживает гомеостаз, транспорт веществ, защитные реакции; гуморальная регуляция.

Ретикулярная

(у позвоночных)
Составляет основу кроветворных органов. В этой ткани находятся стволовые клетки, из которых возникают клетки крови.

Жировая
Подкожная жировая клетчатка, сальники. Запас питательных веществ, теплоизоляция.

Мышечная ткань

Возбуждаюсь, обладает способностью к сокращению и расслаблению и выполняет двигательную функцию. Она состоит из волокон различной формы и размеров. Каждое волокно содержит большое число тонких продольных сократимых волокон — миофибрилл. Сокращаясь, мышечные клетки производят механическую работу, они могут только тянуть, но не толкать.

По строению волокон и их свойствам мышечную ткань различают:


Поперечно-полосатая
Волокна имеют цилиндрическую форму, очень тонкие, но достаточно длинные (до 10 см), под микроскопом имеют вид поперечной полосатости. Многоядерные. Регуляция сокращений произвольная (нервная). Прикрепляются к костям скелета и обеспечивают движение тела и его частей.

Гладкая (не полосатая)
Очень мелкие веретенообразные одноядерные волокна (около 0,1 мм). Регуляция сокращений непроизвольная. Находится в стенках полых внутренних органов — желудка, кишечника, кровеносных сосудов.

Сердечная
Сердце построено из мышечных волокон, имеющих поперечную полосатость (переплетающихся между собой), но по свойствам приближающихся к гадким мышцам. Регуляция сокращений непроизвольная.

Нервная ткань

Основные свойства — возбудимость и проводимость. Этой тканью образована нервная система.

Нервная ткань состоит из:


Нейронов
Нейрон (нервная клетка) — основная структурно-функциональная единица нервной системы. Состоит из тела, аксона и дендритов. Всю жизнь находится в состоянии интерфазы.

Нейроглии
Мелкие, с многочисленными отростками клетки, способны к делению. Выполняют функции: опорную, трофическую, синтезируют биологически активные вещества, необходимые для функционирования нервной системы, заполняют промежутки между органами.

Методические рекомендации к лабораторной работе № 2

  «Строение хромосом. Митотическое деление клеток»

Изучите теоретический материал и выполните задания

Геномное редактирование

Геномное редактирование — современный метод инженерной биологии, позволяющий вносить точечные изменения в ДНК. Геномное редактирование открывает новые перспективы: от лечения наследственных заболеваний, вызванных мутациями, до создания новых организмов. Благодаря Олимпиаде кружкового движения НТИ школьники 8−11 классов могут познакомиться с задачами, которые ежедневно решают исследователи в лаборатории: биоинформатический анализ, расчетных задач, планирование молекулярно-биологических и генно-инженерных экспериментов. 

Профиль «Геномное редактирование» организован по инициативе Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Новосибирского государственного университета. Научный руководитель профиля — академик РАН Валентин Викторович Власов. 

Задания первого этапа включают проверку знаний по биологии и химии. Без уверенного знания этих предметов невозможна исследовательская работа в области инженерной биологии.

Биоинженерам необходима хорошая теоретическая база по химии и биологии. Участникам первого этапа рекомендуем ознакомиться с источниками в сети интернет (учебники, курсы, вебинары), а также решать задания прошлых лет.

Второй отборочный этап состоит из нескольких частей. Теоретические задачи по молекулярной биологии направлены на проверку знаний в области инженерной биологии. Практические задания по биоинформатике предполагают работу с базами данных NCBI, а также в программе UGENE. Участникам будет полезно заранее познакомиться с подобными задачами профиля прошлых лет.

Второй этап олимпиады — командный. Рекомендуемое число участников — три. В команде необходим один биоинформатик и два «мокрых биолога».

Для планирования любого эксперимента в инженерной биологии сегодня необходимы знания в области молекулярной биологии и биоинформатики. Участникам второго этапа рекомендуем ознакомиться с источниками в сети интернет (учебники, курсы, вебинары), а также решать задания прошлых лет.

На заключительном этапе участникам команды-финалиста предстоит анализ продуктов работы системы геномного редактирования.

Заключительный этап состоит из 2 частей — теоретическая часть включает в себя решение олимпиадных задач по химии и биологии (профиль имеет третий уровень РСОШ), практическая заключается в выполнении экспериментов в молекулярно-биологической лаборатории и решении биоинформатических задач.

Биоинформатики работают с программой UGENE, используют онлайн-сервисы, базы данных NCBI. «Мокрые биологи» в лаборатории проводят эксперименты с применением следующих методов: ПЦР, спектрофотометрия, электрофорез в агарозном геле, трансформация клеток плазмидной ДНК.

«Мокрым биологам» предстоит работа с автоматическими дозаторами, расчеты реакционных смесей, необходимо иметь теоретические представления о работе методов молекулярной биологии.

Для работы в «мокрой» лаборатории участникам будут полезны навыки работы с автоматическими дозаторами, проведения ПЦР, рестрикционного анализа, электрофореза в агарозном геле.

Для участия на заключительном этапе вам понадобится команда из трех участников. Распределение по ролям связано с вместимостью лабораторий (для «мокрых биологов») и терминальных классов (для биоинформатиков).

Состав команды:

  • Биоинформатик. Участнику необходимо свободно работать в программе UGENE, ориентироваться в базах данных NCBI. Знание английского языка и молекулярной биологии крайне желательно.
  • «Мокрые биологи» — 2 участника. Участникам будут полезны навыки работы в молекулярно-биологической лаборатории. Необходимо понимание расчетов реакционных смесей, планирование экспериментов. Пригодится навык написания эссе, письменных ответов на вопросы.

В Новосибирской области завершился финал школьного трека олимпиады НТИ

Заместитель Губернатора Новосибирской области Сергей Нелюбов 2 апреля принял участие в закрытии школьного трека профиля «Геномное редактирование» олимпиады НТИ, которое состоялось в Центре детского и семейного отдыха имени Олега Кошевого. 

«Олимпиада НТИ является важным событием не только для нашего региона.  Её треки определяют будущее и нашей страны, и   всего мира. Благодаря перспективным направлениям олимпиады здесь и сейчас происходит формирование будущего», – подчеркнул в ходе открытия Сергей Нелюбов.

Заместитель Губернатора отметил талант всех участников олимпиады, подчеркнув, что успех также зависит от ежедневной учебы, получения исследовательских навыков и компетенций. Большая заслуга в этом наставников и преподавателей.

В течение четырех дней финалисты решали задачи и ставили эксперименты в лабораториях кафедры молекулярной биологии и биотехнологии факультета естественных наук НГУ. Школьники узнали, что такое ПЦР, спектрофотометрия, электрофорез в агарозном геле, трансформация клеток плазмидной ДНК.

В соревнованиях приняли участие 25 команд из 17 регионов России. Больше всего финалистов было представлено из Новосибирской, Калининградской областей и города Санкт-Петербурга.

Как прокомментировал кандидат биологических наук, научный сотрудник Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, руководитель профиля «Геномное редактирование» Сергей Седых, в финал проходят самые сильные команды, свои знания они проверяют в настоящих лабораториях. Задачи усложняются каждый год: сегодня 8-9 классы решают задачу, которую в прошлом году решали 10-11 классы. По данным Сергея Седых, в прошлом году 10 финалистов профиля «Геномное редактирование» поступили в НГУ.

«Я второй год учусь в специализированном биохимическом классе. Наши педагоги предложили нам поучаствовать в олимпиаде НТИ – мы решили попробовать свои силы, и теперь уже четко видим, какие перспективы нам открываются. Здесь все ребята очень сильные, бороться за победу было тяжело», – поделилась Анна Григорьева из «Образовательного центра «Горностай» г. Новосибирска.

Для справки

Организаторами олимпиады являются Правительство Новосибирской области, министерство образования Новосибирской области, ГАУ ДО НСО «Областной центр развития творчества детей и юношества», его структурное подразделение региональный центр выявления, поддержки и развития способностей и талантов у детей и молодежи «Альтаир», Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Новосибирский государственный университет, СУНЦ НГУ. Партнерами профиля являются ведущие биотехнологические компании: ЗАО «Биокад», АО «Вектор-Бест», компании-резиденты Технопарка Новосибирского Академгородка: ООО «Медико-биологический союз», ООО «Биолабмикс», ООО «Фарма», а также Инфраструктурный центр Хелснет НТИ.

2.3 Биологические молекулы — Концепции биологии — 1-е канадское издание

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите, почему углерод имеет решающее значение для жизни
  • Объясните влияние незначительных изменений аминокислот на организмы
  • Опишите четыре основных типа биологических молекул
  • Понимать функции четырех основных типов молекул

Посмотрите видео о белках и белковых ферментах.

Большие молекулы, необходимые для жизни и состоящие из более мелких органических молекул, называются биологическими макромолекулами . Существует четыре основных класса биологических макромолекул (углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты), каждый из которых является важным компонентом клетки и выполняет широкий спектр функций. Вместе эти молекулы составляют большую часть массы клетки. Биологические макромолекулы являются органическими, что означает, что они содержат углерод. Кроме того, они могут содержать водород, кислород, азот, фосфор, серу и дополнительные второстепенные элементы.

Часто говорят, что жизнь «основана на углероде». Это означает, что атомы углерода, связанные с другими атомами углерода или другими элементами, образуют фундаментальные компоненты многих, если не большинства, молекул, уникальных для живых существ. Другие элементы играют важную роль в биологических молекулах, но углерод определенно квалифицируется как элемент «фундамент» для молекул в живых существах. Это связывающие свойства атомов углерода, которые ответственны за его важную роль.

Углерод содержит четыре электрона в своей внешней оболочке.Следовательно, он может образовывать четыре ковалентные связи с другими атомами или молекулами. Простейшая молекула органического углерода — метан (CH 4 ), в котором четыре атома водорода связаны с атомом углерода.

Рис. 2.12. Углерод может образовывать четыре ковалентные связи, образуя органическую молекулу. Самая простая молекула углерода — это метан (Ch5), изображенный здесь.

Однако более сложные конструкции изготавливаются с использованием углерода. Любой из атомов водорода может быть заменен другим атомом углерода, ковалентно связанным с первым атомом углерода.Таким образом могут быть образованы длинные и разветвленные цепи углеродных соединений (рис. 2.13 a ). Атомы углерода могут связываться с атомами других элементов, таких как азот, кислород и фосфор (рис. 2.13 b ). Молекулы также могут образовывать кольца, которые сами могут связываться с другими кольцами (рис. 2.13 c ). Это разнообразие молекулярных форм объясняет разнообразие функций биологических макромолекул и в значительной степени основано на способности углерода образовывать множественные связи с самим собой и другими атомами.

Рис. 2.13. Эти примеры показывают три молекулы (обнаруженные в живых организмах), которые содержат атомы углерода, различным образом связанные с другими атомами углерода и атомами других элементов. (а) Эта молекула стеариновой кислоты имеет длинную цепочку атомов углерода. (б) Глицин, компонент белков, содержит атомы углерода, азота, кислорода и водорода. (c) Глюкоза, сахар, имеет кольцо из атомов углерода и один атом кислорода.

Углеводы — это макромолекулы, с которыми большинство потребителей в некоторой степени знакомо.Чтобы похудеть, некоторые люди придерживаются «низкоуглеводной» диеты. Спортсмены, напротив, часто «нагружаются углеводами» перед важными соревнованиями, чтобы убедиться, что у них достаточно энергии для соревнований на высоком уровне. Фактически, углеводы являются неотъемлемой частью нашего рациона; злаки, фрукты и овощи — все это естественные источники углеводов. Углеводы обеспечивают организм энергией, в частности, через глюкозу, простой сахар. Углеводы также выполняют другие важные функции у людей, животных и растений.

Углеводы можно представить формулой (CH 2 O) n , где n — количество атомов углерода в молекуле. Другими словами, соотношение углерода, водорода и кислорода в молекулах углеводов составляет 1: 2: 1. Углеводы подразделяются на три подтипа: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды (моно- = «один»; sacchar- = «сладкий») представляют собой простые сахара, наиболее распространенным из которых является глюкоза.В моносахаридах количество атомов углерода обычно составляет от трех до шести. Большинство названий моносахаридов оканчиваются суффиксом -ose. В зависимости от количества атомов углерода в сахаре они могут быть известны как триозы (три атома углерода), пентозы (пять атомов углерода) и гексозы (шесть атомов углерода).

Моносахариды могут существовать в виде линейной цепи или кольцевых молекул; в водных растворах они обычно находятся в кольцевой форме.

Химическая формула глюкозы: C 6 H 12 O 6 .У большинства живых существ глюкоза является важным источником энергии. Во время клеточного дыхания из глюкозы выделяется энергия, которая используется для выработки аденозинтрифосфата (АТФ). Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду в процессе фотосинтеза, а глюкоза, в свою очередь, используется для удовлетворения потребностей растений в энергии. Избыток синтезированной глюкозы часто хранится в виде крахмала, который расщепляется другими организмами, питающимися растениями.

Галактоза (входит в состав лактозы или молочного сахара) и фруктоза (содержится во фруктах) — другие распространенные моносахариды.Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую химическую формулу (C 6 H 12 O 6 ), они различаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за разного расположения атомов в углеродной цепи. .

Рис. 2.14. Глюкоза, галактоза и фруктоза — изомерные моносахариды, что означает, что они имеют одинаковую химическую формулу, но немного разные структуры.

Дисахариды (ди- = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (реакции, при которой происходит удаление молекулы воды).Во время этого процесса гидроксильная группа (–OH) одного моносахарида соединяется с атомом водорода другого моносахарида, высвобождая молекулу воды (H 2 O) и образуя ковалентную связь между атомами в двух молекулах сахара.

Обычные дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу. Лактоза — это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. Он содержится в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, образующийся в результате реакции дегидратации между двумя молекулами глюкозы.Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы.

Длинная цепь моносахаридов, связанных ковалентными связями, известна как полисахарид (поли- = «много»). Цепь может быть разветвленной или неразветвленной, и она может содержать разные типы моносахаридов. Полисахариды могут быть очень большими молекулами. Крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин являются примерами полисахаридов.

Крахмал — это хранимая в растениях форма сахаров, состоящая из амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы).Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы откладывается в виде крахмала в различных частях растений, включая корни и семена. Крахмал, который потребляется животными, расщепляется на более мелкие молекулы, такие как глюкоза. Затем клетки могут поглощать глюкозу.

Гликоген — это форма хранения глюкозы в организме человека и других позвоночных, состоящая из мономеров глюкозы. Гликоген является животным эквивалентом крахмала и представляет собой сильно разветвленную молекулу, обычно хранящуюся в клетках печени и мышц.Когда уровень глюкозы снижается, гликоген расщепляется с высвобождением глюкозы.

Целлюлоза — один из самых распространенных природных биополимеров. Клеточные стенки растений в основном состоят из целлюлозы, которая обеспечивает структурную поддержку клетки. Дерево и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы, которые связаны связями между определенными атомами углерода в молекуле глюкозы.

Каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе переворачивается и плотно упаковывается в виде удлиненных длинных цепей.Это придает целлюлозе жесткость и высокую прочность на разрыв, что так важно для растительных клеток. Целлюлоза, проходящая через нашу пищеварительную систему, называется пищевыми волокнами. Хотя связи глюкозы и глюкозы в целлюлозе не могут быть разрушены пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, буйволы и лошади, способны переваривать траву, богатую целлюлозой, и использовать ее в качестве источника пищи. У этих животных определенные виды бактерий обитают в рубце (часть пищеварительной системы травоядных) и секретируют фермент целлюлазу.В аппендиксе также содержатся бактерии, которые расщепляют целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе жвачных животных. Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые могут использоваться животным в качестве источника энергии.

Углеводы выполняют другие функции у разных животных. У членистоногих, таких как насекомые, пауки и крабы, есть внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их внутренние части тела. Этот экзоскелет состоит из биологической макромолекулы , хитина , азотистого углевода.Он состоит из повторяющихся единиц модифицированного сахара, содержащего азот.

Таким образом, из-за различий в молекулярной структуре углеводы могут выполнять самые разные функции хранения энергии (крахмал и гликоген), а также структурной поддержки и защиты (целлюлоза и хитин).

Рис. 2.15. Хотя их структура и функции различаются, все полисахаридные углеводы состоят из моносахаридов и имеют химическую формулу (Ch3O) n.

Зарегистрированный диетолог: Ожирение является проблемой для здоровья во всем мире, и многие болезни, такие как диабет и болезни сердца, становятся все более распространенными из-за ожирения.Это одна из причин, почему к зарегистрированным диетологам все чаще обращаются за советом. Зарегистрированные диетологи помогают планировать пищевые продукты и программы питания для людей в различных условиях. Они часто работают с пациентами в медицинских учреждениях, разрабатывая планы питания для профилактики и лечения заболеваний. Например, диетологи могут научить пациента с диабетом контролировать уровень сахара в крови, употребляя в пищу правильные типы и количества углеводов. Диетологи также могут работать в домах престарелых, школах и частных клиниках.

Чтобы стать дипломированным диетологом, нужно получить как минимум степень бакалавра в области диетологии, питания, пищевых технологий или в смежных областях. Кроме того, дипломированные диетологи должны пройти программу стажировки под руководством и сдать национальный экзамен. Те, кто занимается диетологией, проходят курсы по питанию, химии, биохимии, биологии, микробиологии и физиологии человека. Диетологи должны стать экспертами в химии и функциях пищи (белков, углеводов и жиров).

Через призму коренных народов (Сюзанна Вилкерсон и Чарльз Мольнар)

Я работаю в колледже Камосун, расположенном в красивой Виктории, Британская Колумбия, с кампусами на традиционных территориях народов леквунгенов и васаней. Подземная луковица для хранения цветка камас, показанная ниже, была важным источником пищи для многих коренных народов острова Ванкувер и всей западной части Северной Америки. Луковицы камас по-прежнему употребляются в пищу как традиционный источник пищи, и приготовление луковиц камас относится к этому текстовому разделу об углеводах.

Рис. 2.16 Изображение синего цветка камас и насекомого-опылителя. Подземная лампочка камаса запекается в костре. Тепло действует как фермент панкреатическая амилаза и расщепляет длинные цепи неперевариваемого инулина на усвояемые моно- и дисахариды.

Чаще всего растения вырабатывают крахмал как запасенную форму углеводов. Некоторые растения, например камас, создают инулин. Инулин используется в качестве пищевых волокон, однако он не переваривается людьми. Если бы вы откусили сырую луковицу камаса, она была бы горькой и имела липкую консистенцию.Метод, используемый коренными народами для приготовления удобоваримых и вкусных камас, заключается в медленном запекании луковиц в течение длительного периода в подземной чаше для костра, покрытой особыми листьями и почвой. Тепло действует как фермент амилаза поджелудочной железы и расщепляет длинные цепи инулина на легкоусвояемые моно- и дисахариды.

Правильно запеченные луковицы камас по вкусу напоминают смесь печеной груши и вареного инжира. Важно отметить, что, хотя синие камы являются источником пищи, их не следует путать с белыми камасами смерти, которые особенно токсичны и смертоносны.Цветки выглядят по-разному, но луковицы очень похожи.

Липиды включают разнообразную группу соединений, объединенных общим признаком. Липиды гидрофобны («водобоязненные») или нерастворимы в воде, потому что они неполярные молекулы. Это потому, что они являются углеводородами, которые включают только неполярные углерод-углеродные или углерод-водородные связи. Липиды выполняют в клетке множество различных функций. Клетки хранят энергию для длительного использования в виде липидов, называемых , жирами .Липиды также обеспечивают изоляцию растений и животных от окружающей среды. Например, они помогают водным птицам и млекопитающим оставаться сухими из-за их водоотталкивающих свойств. Липиды также являются строительными блоками многих гормонов и важной составляющей плазматической мембраны. Липиды включают жиры, масла, воски, фосфолипиды и стероиды.

Рис. 2.17. Гидрофобные липиды в мехе водных млекопитающих, таких как речная выдра, защищают их от непогоды.

Молекула жира, такая как триглицерид, состоит из двух основных компонентов — глицерина и жирных кислот.Глицерин — это органическое соединение с тремя атомами углерода, пятью атомами водорода и тремя гидроксильными (–OH) группами. Жирные кислоты имеют длинную цепь углеводородов, к которой присоединена кислая карбоксильная группа, отсюда и название «жирная кислота». Количество атомов углерода в жирной кислоте может составлять от 4 до 36; наиболее распространены те, которые содержат 12–18 атомов углерода. В молекуле жира жирная кислота присоединена к каждому из трех атомов кислорода в -ОН-группах молекулы глицерина ковалентной связью.

Фигура 2.18 Липиды включают жиры, такие как триглицериды, которые состоят из жирных кислот и глицерина, фосфолипидов и стероидов.

Во время образования этой ковалентной связи высвобождаются три молекулы воды. Три жирные кислоты в жире могут быть похожими или разными. Эти жиры также называют триглицеридами , потому что они содержат три жирные кислоты. Некоторые жирные кислоты имеют общие названия, указывающие на их происхождение. Например, пальмитиновая кислота, насыщенная жирная кислота, получают из пальмы.Арахидовая кислота получена из Arachis hypogaea , научного названия арахиса.

Жирные кислоты могут быть насыщенными и ненасыщенными. В цепи жирной кислоты, если есть только одинарные связи между соседними атомами углерода в углеводородной цепи, жирная кислота является насыщенной. Насыщенные жирные кислоты насыщены водородом; другими словами, количество атомов водорода, прикрепленных к углеродному скелету, максимально.

Когда углеводородная цепь содержит двойную связь, жирная кислота представляет собой ненасыщенную жирную кислоту .

Большинство ненасыщенных жиров являются жидкими при комнатной температуре и называются маслами . Если в молекуле есть одна двойная связь, то он известен как мононенасыщенный жир (например, оливковое масло), а если имеется более одной двойной связи, то он известен как полиненасыщенный жир (например, масло канолы).

Насыщенные жиры плотно упаковываются и остаются твердыми при комнатной температуре. Животные жиры со стеариновой кислотой и пальмитиновой кислотой, содержащиеся в мясе, и жир с масляной кислотой, содержащиеся в масле, являются примерами насыщенных жиров.Млекопитающие хранят жиры в специализированных клетках, называемых адипоцитами, где жировые шарики занимают большую часть клетки. У растений жир или масло хранятся в семенах и используются в качестве источника энергии во время эмбрионального развития.

Ненасыщенные жиры или масла обычно растительного происхождения и содержат ненасыщенные жирные кислоты. Двойная связь вызывает изгиб или «перегиб», который препятствует плотной упаковке жирных кислот, сохраняя их в жидком состоянии при комнатной температуре. Оливковое масло, кукурузное масло, масло канолы и жир печени трески являются примерами ненасыщенных жиров.Ненасыщенные жиры помогают повысить уровень холестерина в крови, тогда как насыщенные жиры способствуют образованию бляшек в артериях, что увеличивает риск сердечного приступа.

В пищевой промышленности масла искусственно гидрогенизируются для придания им полутвердого состояния, что приводит к меньшей порче и увеличению срока хранения. Проще говоря, газообразный водород пропускают через масла, чтобы отвердить их. Во время этого процесса гидрирования двойные связи цис -конформации в углеводородной цепи могут быть преобразованы в двойные связи в транс -конформации.Это образует , транс, -жир, , из -цис, -жир. Ориентация двойных связей влияет на химические свойства жира.

Рис. 2.19. В процессе гидрогенизации ориентация двойных связей изменяется, в результате чего из цис-жира образуется трансжир. Это изменяет химические свойства молекулы.

Маргарин, некоторые виды арахисового масла и шортенинг являются примерами искусственно гидрогенизированных транс -жиров. Недавние исследования показали, что увеличение транс -жиров в рационе человека может привести к увеличению уровня липопротеидов низкой плотности (ЛПНП) или «плохого» холестерина, что, в свою очередь, может привести к отложению бляшек в организме человека. артерии, что приводит к болезни сердца.Многие рестораны быстрого питания недавно отказались от использования жиров транс и , а на этикетках пищевых продуктов в США теперь требуется указывать содержание жира транс .

Незаменимые жирные кислоты — это жирные кислоты, которые необходимы, но не синтезируются человеческим организмом. Следовательно, их необходимо дополнять с помощью диеты. Омега-3 жирные кислоты попадают в эту категорию и являются одной из двух известных незаменимых жирных кислот для человека (другая — омега-6 жирные кислоты).Они представляют собой тип полиненасыщенных жиров и называются омега-3 жирными кислотами, потому что третий углерод на конце жирной кислоты участвует в двойной связи.

Лосось, форель и тунец являются хорошими источниками жирных кислот омега-3. Жирные кислоты омега-3 важны для работы мозга, нормального роста и развития. Они также могут предотвратить сердечные заболевания и снизить риск рака.

Как и углеводы, жиры получили широкую огласку. Это правда, что чрезмерное употребление жареной и другой «жирной» пищи приводит к увеличению веса.Однако жиры выполняют важные функции. Жиры служат долгосрочным накопителем энергии. Они также обеспечивают изоляцию тела. Поэтому «здоровые» ненасыщенные жиры в умеренных количествах следует употреблять регулярно.

Фосфолипиды являются основным компонентом плазматической мембраны. Как и жиры, они состоят из цепей жирных кислот, прикрепленных к глицерину или подобной основной цепи. Однако вместо трех жирных кислот есть две жирные кислоты, а третий углерод глицериновой основы связан с фосфатной группой.Фосфатная группа модифицируется добавлением спирта.

Фосфолипид имеет как гидрофобные, так и гидрофильные участки. Цепи жирных кислот гидрофобны и исключают себя из воды, тогда как фосфат гидрофильный и взаимодействует с водой.

Клетки окружены мембраной, которая имеет бислой фосфолипидов. Жирные кислоты фосфолипидов обращены внутрь, вдали от воды, тогда как фосфатная группа может быть обращена либо к внешней среде, либо к внутренней части клетки, которые оба являются водными.

Через призму коренных народов

Для первых народов Тихоокеанского Северо-Запада богатый жиром рыбный оолиган с содержанием жира 20% от веса тела был важной частью рациона нескольких коренных народов. Почему? Поскольку жир является наиболее калорийной пищей, и наличие компактного высококалорийного источника энергии, способного хранить, было бы важным для выживания. Характер жира также сделал его важным товаром. Как и лосось, оолиган возвращается в свое русло после долгих лет в море. Его прибытие ранней весной сделало его первым свежим продуктом в году.В цимшианских языках о прибытии оолигана … традиционно объявляли криком: «Хлаа аат’иксши халимоотхв!», Что означает: «Наш Спаситель только что прибыл!»

Рисунок 2.20 Изображение приготовленного оолигана. Эта жирная рыба с содержанием жира 20% от веса тела является важной частью диеты коренных народов.

Как вы уже узнали, все жиры гидрофобны (ненавидят воду). Чтобы отделить жир, рыбу отваривают, а плавающий жир снимают. Жировой состав улигана состоит из 30% насыщенных жиров (например, сливочного масла) и 55% мононенасыщенных жиров (например, растительных масел).Важно отметить, что это твердая смазка при комнатной температуре. Поскольку в нем мало полиненасыщенных жиров (которые быстро окисляются и портятся), его можно хранить для дальнейшего использования и использовать в качестве предмета торговли. Считается, что его состав делает его таким же полезным, как оливковое масло, или лучше, поскольку он содержит жирные кислоты омега-3, которые снижают риск диабета и инсульта. Он также богат тремя жирорастворимыми витаминами A, E и K.

Стероиды и воски

В отличие от фосфолипидов и жиров, обсуждавшихся ранее, стероиды и имеют кольцевую структуру.Хотя они не похожи на другие липиды, они сгруппированы с ними, потому что они также гидрофобны. Все стероиды имеют четыре связанных углеродных кольца, а некоторые из них, как и холестерин, имеют короткий хвост.

Холестерин — стероид. Холестерин в основном синтезируется в печени и является предшественником многих стероидных гормонов, таких как тестостерон и эстрадиол. Он также является предшественником витаминов Е и К. Холестерин является предшественником солей желчных кислот, которые помогают в расщеплении жиров и их последующем усвоении клетками.Хотя о холестерине часто говорят отрицательно, он необходим для правильного функционирования организма. Это ключевой компонент плазматических мембран клеток животных.

Воски состоят из углеводородной цепи со спиртовой (–OH) группой и жирной кислотой. Примеры восков животного происхождения включают пчелиный воск и ланолин. У растений также есть воск, например покрытие на листьях, которое помогает предотвратить их высыхание.

Концепция в действии


Чтобы получить дополнительную информацию о липидах, изучите «Биомолекулы: липиды» с помощью этой интерактивной анимации.

Белки являются одними из наиболее распространенных органических молекул в живых системах и обладают самым разнообразным набором функций среди всех макромолекул. Белки могут быть структурными, регуляторными, сократительными или защитными; они могут служить для транспортировки, хранения или перепонки; или они могут быть токсинами или ферментами. Каждая клетка живой системы может содержать тысячи различных белков, каждый из которых выполняет уникальную функцию. Их структуры, как и их функции, сильно различаются. Однако все они представляют собой полимеры аминокислот, расположенных в линейной последовательности.

Функции белков очень разнообразны, потому что существует 20 различных химически различных аминокислот, которые образуют длинные цепи, и аминокислоты могут располагаться в любом порядке. Например, белки могут функционировать как ферменты или гормоны. Ферменты , которые вырабатываются живыми клетками, являются катализаторами биохимических реакций (например, пищеварения) и обычно являются белками. Каждый фермент специфичен для субстрата (реагента, который связывается с ферментом), на который он действует. Ферменты могут разрушать молекулярные связи, переупорядочивать связи или образовывать новые связи.Примером фермента является амилаза слюны, которая расщепляет амилозу, компонент крахмала.

Гормоны представляют собой химические сигнальные молекулы, обычно белки или стероиды, секретируемые эндокринной железой или группой эндокринных клеток, которые контролируют или регулируют определенные физиологические процессы, включая рост, развитие, метаболизм и размножение. Например, инсулин — это белковый гормон, который поддерживает уровень глюкозы в крови.

Белки имеют разную форму и молекулярную массу; некоторые белки имеют глобулярную форму, тогда как другие имеют волокнистую природу.Например, гемоглобин — это глобулярный белок, а коллаген, обнаруженный в нашей коже, — это волокнистый белок. Форма белка имеет решающее значение для его функции. Изменения температуры, pH и воздействие химикатов могут привести к необратимым изменениям формы белка, что приведет к потере функции или денатурации (более подробно это будет обсуждаться позже). Все белки состоят из 20 одних и тех же аминокислот по-разному.

Аминокислоты — это мономеры, из которых состоят белки.Каждая аминокислота имеет одинаковую фундаментальную структуру, которая состоит из центрального атома углерода, связанного с аминогруппой (–NH 2 ), карбоксильной группы (–COOH) и атома водорода. Каждая аминокислота также имеет другой вариабельный атом или группу атомов, связанных с центральным атомом углерода, известную как группа R. Группа R — единственное различие в структуре между 20 аминокислотами; в остальном аминокислоты идентичны.

Рис. 2.21. Аминокислоты состоят из центрального углерода, связанного с аминогруппой (–Nh3), карбоксильной группой (–COOH) и атомом водорода.Четвертая связь центрального углерода варьируется среди различных аминокислот, как видно из этих примеров аланина, валина, лизина и аспарагиновой кислоты.

Химическая природа группы R определяет химическую природу аминокислоты в ее белке (то есть, является ли она кислотной, основной, полярной или неполярной).

Последовательность и количество аминокислот в конечном итоге определяют форму, размер и функцию белка. Каждая аминокислота присоединена к другой аминокислоте ковалентной связью, известной как пептидная связь, которая образуется в результате реакции дегидратации.Карбоксильная группа одной аминокислоты и аминогруппа второй аминокислоты объединяются, высвобождая молекулу воды. Полученная связь представляет собой пептидную связь.

Продукты, образованные такой связью, называются полипептидами . Хотя термины полипептид и белок иногда используются взаимозаменяемо, полипептид технически представляет собой полимер аминокислот, тогда как термин белок используется для полипептида или полипептидов, которые объединились вместе, имеют различную форму и имеют уникальную функцию.

Эволюция в действии

Эволюционное значение цитохрома c Цитохром c является важным компонентом молекулярного механизма, который собирает энергию из глюкозы. Поскольку роль этого белка в производстве клеточной энергии имеет решающее значение, за миллионы лет он очень мало изменился. Секвенирование белков показало, что существует значительное сходство последовательностей между молекулами цитохрома с разных видов; эволюционные отношения можно оценить путем измерения сходства или различий между белковыми последовательностями различных видов.

Например, ученые определили, что цитохром с человека содержит 104 аминокислоты. Для каждой молекулы цитохрома с, которая к настоящему времени была секвенирована у разных организмов, 37 из этих аминокислот находятся в одном и том же положении в каждом цитохроме с. Это указывает на то, что все эти организмы произошли от общего предка. При сравнении последовательностей белков человека и шимпанзе различий в последовательностях не обнаружено. При сравнении последовательностей человека и макаки-резуса было обнаружено единственное различие в одной аминокислоте.Напротив, сравнение человека и дрожжей показывает разницу в 44 аминокислотах, предполагая, что люди и шимпанзе имеют более недавнего общего предка, чем люди и макака-резус или люди и дрожжи.

Структура белка

Как обсуждалось ранее, форма белка имеет решающее значение для его функции. Чтобы понять, как белок приобретает свою окончательную форму или конформацию, нам необходимо понять четыре уровня структуры белка: первичный, вторичный, третичный и четвертичный .

Уникальная последовательность и количество аминокислот в полипептидной цепи — это ее первичная структура. Уникальная последовательность каждого белка в конечном итоге определяется геном, кодирующим этот белок. Любое изменение в последовательности гена может привести к добавлению другой аминокислоты к полипептидной цепи, вызывая изменение структуры и функции белка. При серповидно-клеточной анемии β-цепь гемоглобина имеет единственную аминокислотную замену, вызывающую изменение как структуры, так и функции белка.Что наиболее примечательно, так это то, что молекула гемоглобина состоит из двух альфа-цепей и двух бета-цепей, каждая из которых состоит примерно из 150 аминокислот. Таким образом, молекула содержит около 600 аминокислот. Структурное различие между нормальной молекулой гемоглобина и молекулой серповидноклеточных клеток, которое резко снижает продолжительность жизни у пораженных людей, заключается в одной аминокислоте из 600.

Из-за этого изменения одной аминокислоты в цепи обычно двояковогнутые или дискообразные эритроциты принимают форму полумесяца или «серпа», что закупоривает артерии.Это может привести к множеству серьезных проблем со здоровьем, таких как одышка, головокружение, головные боли и боли в животе у людей, страдающих этим заболеванием.

Паттерны сворачивания, возникающие в результате взаимодействий между частями аминокислот, не относящихся к R-группам, приводят к вторичной структуре белка. Наиболее распространены альфа (α) -спиральные и бета (β) -пластинчатые листовые структуры. Обе структуры удерживаются в форме водородными связями. В альфа-спирали связи образуются между каждой четвертой аминокислотой и вызывают поворот аминокислотной цепи.

В β-складчатом листе «складки» образованы водородными связями между атомами в основной цепи полипептидной цепи. Группы R прикреплены к атомам углерода и проходят выше и ниже складок складки. Гофрированные сегменты выровнены параллельно друг другу, а водородные связи образуются между одинаковыми парами атомов на каждой из выровненных аминокислот. Структуры α-спирали и β-складчатых листов обнаруживаются во многих глобулярных и волокнистых белках.

Уникальная трехмерная структура полипептида известна как его третичная структура.Эта структура вызвана химическим взаимодействием между различными аминокислотами и участками полипептида. Прежде всего, взаимодействия между группами R создают сложную трехмерную третичную структуру белка. Могут быть ионные связи, образованные между группами R на разных аминокислотах, или водородные связи, помимо тех, которые участвуют во вторичной структуре. Когда происходит сворачивание белка, гидрофобные группы R неполярных аминокислот лежат внутри белка, тогда как гидрофильные группы R лежат снаружи.Первые типы взаимодействий также известны как гидрофобные взаимодействия.

В природе некоторые белки образованы из нескольких полипептидов, также известных как субъединицы, и взаимодействие этих субъединиц образует четвертичную структуру. Слабые взаимодействия между субъединицами помогают стабилизировать общую структуру. Например, гемоглобин представляет собой комбинацию четырех полипептидных субъединиц.

Рис. 2.22 На этих иллюстрациях можно увидеть четыре уровня белковой структуры.

Каждый белок имеет свою уникальную последовательность и форму, удерживаемую химическими взаимодействиями.Если белок подвержен изменениям температуры, pH или воздействию химикатов, структура белка может измениться, потеряв свою форму в результате так называемой денатурации , как обсуждалось ранее. Денатурация часто обратима, поскольку первичная структура сохраняется, если денатурирующий агент удаляется, позволяя белку возобновить свою функцию. Иногда денатурация необратима, что приводит к потере функции. Один из примеров денатурации белка можно увидеть, когда яйцо жарят или варят.Белок альбумина в жидком яичном белке денатурируется при помещении на горячую сковороду, превращаясь из прозрачного вещества в непрозрачное белое вещество. Не все белки денатурируются при высоких температурах; например, бактерии, которые выживают в горячих источниках, имеют белки, которые адаптированы для работы при этих температурах.

Концепция в действии

Чтобы получить дополнительную информацию о белках, исследуйте «Биомолекулы: Белки» с помощью этой интерактивной анимации.

Нуклеиновые кислоты являются ключевыми макромолекулами в непрерывности жизни.Они несут генетический план клетки и несут инструкции для функционирования клетки.

Двумя основными типами нуклеиновых кислот являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК) . ДНК — это генетический материал, содержащийся во всех живых организмах, от одноклеточных бактерий до многоклеточных млекопитающих.

Другой тип нуклеиновой кислоты, РНК, в основном участвует в синтезе белка. Молекулы ДНК никогда не покидают ядро, а вместо этого используют посредника РНК для связи с остальной частью клетки.Другие типы РНК также участвуют в синтезе белка и его регуляции.

ДНК и РНК состоят из мономеров, известных как нуклеотидов . Нуклеотиды объединяются друг с другом с образованием полинуклеотида, ДНК или РНК. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, пентозного (пятиуглеродного) сахара и фосфатной группы. Каждое азотистое основание в нуклеотиде присоединено к молекуле сахара, которая присоединена к фосфатной группе.

Рис. 2.23. Нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, пентозного сахара и фосфатной группы. ДНК

имеет двойную спиральную структуру. Он состоит из двух цепей или полимеров нуклеотидов. Нити образованы связями между фосфатными и сахарными группами соседних нуклеотидов. Нити связаны друг с другом в своих основаниях водородными связями, и нити наматываются друг на друга по своей длине, отсюда и описание «двойной спирали», что означает двойную спираль.

Рис. 2.24. Химическая структура ДНК с цветной меткой, обозначающей четыре основания, а также фосфатный и дезоксирибозный компоненты основной цепи.

Чередующиеся сахарные и фосфатные группы лежат на внешней стороне каждой цепи, образуя основу ДНК. Азотистые основания сложены внутри, как ступени лестницы, и эти основания соединяются в пару; пары связаны друг с другом водородными связями. Основания спариваются таким образом, чтобы расстояние между скелетами двух цепей было одинаковым по всей длине молекулы. Правило состоит в том, что нуклеотид A соединяется с нуклеотидом T, а G — с C, см. Раздел 9.1 для более подробной информации.

Живые существа основаны на углероде, потому что углерод играет такую ​​важную роль в химии живых существ. Четыре позиции ковалентной связи атома углерода могут дать начало широкому разнообразию соединений с множеством функций, что объясняет важность углерода для живых существ. Углеводы — это группа макромолекул, которые являются жизненно важным источником энергии для клетки, обеспечивают структурную поддержку многих организмов и могут быть обнаружены на поверхности клетки в качестве рецепторов или для распознавания клеток.Углеводы классифицируются как моносахариды, дисахариды и полисахариды, в зависимости от количества мономеров в молекуле.

Липиды — это класс макромолекул, которые по своей природе неполярны и гидрофобны. Основные типы включают жиры и масла, воски, фосфолипиды и стероиды. Жиры и масла представляют собой запасенную форму энергии и могут включать триглицериды. Жиры и масла обычно состоят из жирных кислот и глицерина.

Белки — это класс макромолекул, которые могут выполнять широкий спектр функций для клетки.Они помогают метаболизму, обеспечивая структурную поддержку и действуя как ферменты, переносчики или гормоны. Строительными блоками белков являются аминокислоты. Белки организованы на четырех уровнях: первичный, вторичный, третичный и четвертичный. Форма и функция белка неразрывно связаны; любое изменение формы, вызванное изменениями температуры, pH или химического воздействия, может привести к денатурации белка и потере функции.

Нуклеиновые кислоты — это молекулы, состоящие из повторяющихся единиц нуклеотидов, которые направляют клеточную деятельность, такую ​​как деление клеток и синтез белка.Каждый нуклеотид состоит из пентозного сахара, азотистого основания и фосфатной группы. Есть два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК.

аминокислота: мономер белка

углевод: биологическая макромолекула, в которой соотношение углерода, водорода и кислорода составляет 1: 2: 1; углеводы служат источниками энергии и структурной поддержкой в ​​клетках

целлюлоза: полисахарид, который составляет клеточные стенки растений и обеспечивает структурную поддержку клетки

хитин: вид углеводов, образующих внешний скелет членистоногих, таких как насекомые и ракообразные, и клеточные стенки грибов

денатурация: потеря формы белка в результате изменений температуры, pH или воздействия химических веществ

дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК): двухцепочечный полимер нуклеотидов, несущий наследственную информацию клетки

дисахарид: два мономера сахара, которые связаны между собой пептидной связью

фермент : катализатор биохимической реакции, который обычно представляет собой сложный или конъюгированный белок

жир: липидная молекула, состоящая из трех жирных кислот и глицерина (триглицерида), которая обычно существует в твердой форме при комнатной температуре

гликоген: запасной углевод у животных

гормон: химическая сигнальная молекула, обычно белок или стероид, секретируемая эндокринной железой или группой эндокринных клеток; действия по контролю или регулированию определенных физиологических процессов

липиды: класс макромолекул, неполярных и нерастворимых в воде

макромолекула: большая молекула, часто образованная полимеризацией более мелких мономеров

моносахарид: отдельная единица или мономер углеводов

нуклеиновая кислота: биологическая макромолекула, несущая генетическую информацию клетки и инструкции для функционирования клетки

нуклеотид: мономер нуклеиновой кислоты; содержит пентозный сахар, фосфатную группу и азотистое основание

масло: ненасыщенный жир, являющийся жидкостью при комнатной температуре

фосфолипид: основной компонент мембран клеток; состоит из двух жирных кислот и фосфатной группы, присоединенной к основной цепи глицерина

полипептид: длинная цепь аминокислот, связанных пептидными связями

полисахарид: длинная цепь моносахаридов; могут быть разветвленными и неразветвленными

белок: биологическая макромолекула, состоящая из одной или нескольких цепочек аминокислот

рибонуклеиновая кислота (РНК): одноцепочечный полимер нуклеотидов, участвующий в синтезе белка

насыщенная жирная кислота: длинноцепочечный углеводород с одинарными ковалентными связями в углеродной цепи; количество атомов водорода, прикрепленных к углеродному скелету, максимально

крахмал: запасной углевод в растениях

стероид: тип липида, состоящий из четырех конденсированных углеводородных колец

транс-жиры: форма ненасыщенного жира с атомами водорода, соседствующими с двойной связью, напротив друг друга, а не на одной стороне двойной связи

триглицерид: молекула жира; состоит из трех жирных кислот, связанных с молекулой глицерина

ненасыщенная жирная кислота: длинноцепочечный углеводород, имеющий одну или несколько двойных связей в углеводородной цепи

Атрибуция в СМИ

Узнайте, как изучать биологию

Биология обычно является обязательным курсом как в средней школе, так и в колледже.В какой-то момент каждый студент должен его сдать. Некоторые студенты считают биологию сложной задачей, но это не обязательно. Как и в случае с математикой и некоторыми другими предметами, изучение биологии представляет собой совокупный процесс. Прежде чем вы сможете понять более сложные биологические концепции и процессы, важно понять основы. Ниже мы рассмотрим проверенные советы и стратегии для улучшения вашей способности изучать биологию.

Приходите в класс … и приходите подготовленными

Чтение учебника по биологии или копирование заметок одноклассника не компенсирует пропущенный урок.Биология — сложный практический предмет. Он включает изучение биологических систем, требующих объяснений и экспериментов. Биология также является накопительным предметом. То, что вы узнаете в одном классе, создаст строительные блоки для того, что вы узнаете в будущем. Приходите на каждую лекцию, прочитав учебник, выполнив все лабораторные задания и просмотрев свои записи из предыдущей лекции. Вы получите гораздо больше от лекций, если будете подготовлены. Студенты, которые регулярно посещают уроки биологии, успевают намного лучше, чем те, кто этого не делает.

Не играйте в догонялки

«Кэтчуп» может быть приемлемой игрой в истории, домоводстве или социальных науках, но в биологии это не работает. Опять же, процесс изучения биологии является кумулятивным. Каждая новая биологическая концепция, которую вы изучаете, основывается на ранее приобретенных вами знаниях. Большая часть знаний, которые вы приобретете при изучении биологии, вы получите в результате практических экспериментов и исследований в лабораторных условиях. Сделать лабораторию сложно. Составить несколько лабораторий в конце семестра невозможно… и бесплодно. Быть в курсе предмета и вовремя выполнять задания — ключ к изучению биологии.

От общего к частному

Выучить биологию может каждый, но это не всегда легко. Биология не требует столько математики, как физика или астрономия, но все же может быть сложно понять биологические системы и процессы. Один из ключей к эффективному изучению биологии — усвоить общие концепции, прежде чем приступать к конкретным. Например, прежде чем вы сможете понять цикл Кребса, вам необходимо иметь базовое представление о структуре клеток животных.Тщательно изучите каждую новую биологическую концепцию и процесс, прежде чем переходить на следующий уровень.

Воспользуйтесь лабораторным временем

В биологии есть теория, но это еще и практическая наука. Изучать теорию биологии, читая учебник или слушая лекцию, — это одно, а применять биологию на практике в лаборатории — совсем другое. Эксперименты с биологическими системами и процессами в лаборатории — один из самых эффективных способов изучения биологии.То, что вы делаете в лаборатории, останется с вами намного дольше, чем то, что вы прочитаете в книге.

Используйте чертежи и схемы

Биология полна сложных систем и процессов, которые вы должны понимать, запоминать, применять и воспроизводить на экзамене, для своего учителя и, вполне возможно, для своей карьеры. Использование изображений, особенно рисунков и диаграмм, может облегчить понимание и запоминание даже самых сложных биологических процессов. Например, рассмотрим следующее объяснение осмоса, найденное в Википедии:

Осмос — это любой процесс, связанный с чистым перемещением молекул из раствора с более низкой концентрацией через полупроницаемую мембрану в раствор с более высокой концентрацией до тех пор, пока концентрации на каждой стороне мембраны не выровняются.

Довольно легко понять, правда? Тот же самый процесс осмоса поясняется следующей схемой:

Используйте чертежи и схемы для изучения биологии. Это улучшит ваше понимание и запоминание.

Выучите терминологию

Вы бы никогда не подумали о том, чтобы стать врачом и не ожидали бы изучить все части человеческого тела или механика, не зная всех частей автомобиля. То же самое и в биологии.Даже если вы не планируете становиться биологом или не выбрали курс биологии, в котором находитесь сейчас, если вы хотите преуспеть в биологии, вам необходимо (1) обратить внимание на терминологию и (2) узнать его. Чтобы изучать биологию, вы должны понимать слова и термины, используемые для ее объяснения. Встречая незнакомые слова, запишите их, а затем найдите. Когда кажется, что у слов есть приставки или корни, найдите время, чтобы разбить их на части и понять их части.

Читайте эффективно… прочитайте с целью

Чтобы выучить биологию, нужно гораздо больше, чем просто бегать по главам или бегать глазами по страницам в поисках основных моментов. Успешные студенты-биологи атакуют каждое задание по чтению с карандашом в руке и записной книжкой, активно занимаются и читают целенаправленно. Каждый раз, когда вы беретесь за задание по чтению, записывайте в тетрадь важную информацию, включая словарный запас, процессы, концепции и объяснения. Записывание вещей (1) помогает обрабатывать и понимать сложный материал и (2) улучшает удержание.Ваши заметки также помогут вам подготовиться к экзаменам.

Делая заметки во время чтения, запишите следующее:

  • Терминология
    Заманчиво пропустить незнакомые термины и новую лексику. Сопротивляйтесь этому искушению. Запишите незнакомые термины и словарный запас в тетрадь, а затем найдите их. Это может показаться утомительным (потому что это так), но это необходимая часть изучения биологии.
  • Концепции
    Прочтите подробности, но прочтите, чтобы понять смысл.Прочитав о новой концепции, своими словами запишите в блокнот краткое изложение концепции. Это улучшит ваше понимание концепции и предоставит вам ценный инструмент для подготовки к экзамену.
  • Схемы и чертежи
    Мы не можем повторить, насколько эффективно использовать диаграммы и рисунки для изучения биологии. То же самое и при чтении текстов по биологии. Рисование картинок и разработка диаграмм для представления и описания процессов и систем, о которых вы читаете в своем учебнике по биологии, улучшат понимание и запоминание.

Научитесь запоминать

Биология является основой многих естественных наук и охватывает множество тем, от осмоса и диффузии до гомеостаза и клеточной биологии до вирусологии и иммунологии. Это действительно одна из самых разнообразных дисциплин, изучаемых в любой средней школе или крупном университете. (Неудивительно, что так много студентов находят изучение биологии временами непосильным.) Таким образом, изучение биологии требует большого количества запоминания, повторения и запоминания информации.Ниже приведены проверенные советы по запоминанию информации при изучении биологии.

  • Обучай
    Нет лучшего способа убедиться, что вы что-то понимаете, чем научить этому кого-то другого. Обучение биологии другим перемещает информацию из вашей краткосрочной памяти в долговременную. Каждую неделю выделяйте время, чтобы преподавать уроки, которые вы выучили, кому-то другому.
  • Использовать
    Биология полна терминологии и специальной лексики.Лучший способ выучить новую терминологию и запомнить ее — это использовать ее. Каждый раз, когда вы встречаете новый термин или слово, записывайте его, ищите и затем используйте в предложении. Если у вас есть одноклассник, с которым вы можете попрактиковаться, каждую неделю уделяйте некоторое время тому, чтобы читать вслух и обсуждать новую терминологию, с которой вы столкнулись.
  • Использовать мнемонические устройства
    По какой-то причине человеческий мозг любит отношения и ассоциации, особенно знакомые. Найдите время, чтобы связать сложные или незнакомые биологические термины и словарный запас со знакомыми словами и фразами, и вы запомните их навсегда.Например, чтобы запомнить K ingdom, P hylum, C lass, O rder, F amily, G enus, S pecies (порядок таксономии), вам просто нужно запомнить K ing P hillip C ame O ver F rom G reat S pain.
  • Флэш-карты
    Флэш-карты сегодня так же эффективны для изучения биологии, как и в 1950-х годах.Напишите термины и понятия, которые вы пытаетесь запомнить, на одной стороне карточки 3×5 дюймов, а их определения и описания — на другой стороне. Вы можете изучать биологию с помощью флеш-карточек самостоятельно или с другим одноклассником.

Подготовка к испытаниям

Ниже приведены некоторые из наиболее эффективных методов и стратегий подготовки к экзаменам по биологии.

  • Отзыв о прошлых экзаменах
    Биология как наука довольно конкретна. Хотя вы можете рассчитывать, что вас познакомят с новыми теориями, большинство основных биологических принципов и концепций, которые вы изучите в старших классах или студентах колледжа, уже доказаны.Таким образом, то, что преподаватели биологии и инструкторы обучают студентов, а затем проверяют на них, не сильно меняется из года в год. Очень эффективный способ подготовиться к экзаменам по биологии — это просмотреть вопросы, найденные на прошлых экзаменах по биологии, которые проводил ваш инструктор.

    Однако экзамены по биологии могут немного отличаться, поэтому важно не просто запоминать вопросы и ответы. Используйте прошлые экзамены, чтобы определить основные понятия, которые вы, вероятно, встретите на экзамене, и проверить свои знания этих понятий.Прошедшие экзамены также дадут вам представление о том, какие форматы вопросов следует ожидать (например, эссе, множественный выбор, истина / ложь и т. Д.). Просмотрите как можно больше прошлых экзаменов.

  • Лаборатории
    Просмотрите все свои лабораторные заметки. Если вы тратите время на изучение различных частей животной клетки в лаборатории, есть большая вероятность, что вам потребуется пометить различные структуры животной клетки и объяснить, что они делают.
  • Лекции
    Экзамен проводит ваш инструктор, поэтому обратите особое внимание на то, что он считает наиболее важным и интересным.Каким бы важным ни был ваш учебник, вы лучше сдадите экзамен, вернувшись и пересмотрев все, что ваш инструктор научил вас в классе и во время лабораторных работ.
  • Назначения
    Просмотрите все свои задания на семестр. Ваши задания охватывают темы, которые ваш преподаватель считает наиболее важными. Таким образом, вы можете поспорить, что найдете экзаменационные вопросы, которые исходят непосредственно из заданий, которые вы выполнили в течение семестра.

Прыгнуть обеими ногами

Если вы зашли так далеко, но все еще не поняли, то мы рекомендуем прочитать эту страницу еще раз.Чтобы преуспеть в биологии, нужно прыгать обеими ногами. Ставить одну ногу внутрь и одну ногу наружу не работает. В начале семестра, независимо от ваших основных личных интересов или антипатий, решите, что вы собираетесь отдать биологии все свое сердце. Сделайте это, и вы преуспеете на уроке биологии.

Ресурсы, руководства и учебные пособия, рекомендованные редактором и пользователями, помогут вам изучить биологию и улучшить свои учебные навыки.

Мероприятия первого дня

Я составлял этот список занятий на протяжении многих лет, поскольку в первый же день нахожу новые интересные занятия с детьми.Я часто не делаю одно и то же для каждого класса и могу варьировать деятельность в зависимости от того, сколько времени у нас на самом деле есть. Первые дни печально известны перерывами, изменениями расписания, потерянными детьми и непредсказуемым расписанием.

Этот список продолжает обновляться, поскольку я год за годом что-то меняю или нахожу новые занятия, чтобы попробовать со студентами. Я также провожу некоторые лабораторные занятия со старшими учениками, такие как «Таинственный порошок», но это требует настройки. Все перечисленные ниже мероприятия требуют минимального количества материалов и предварительного планирования.

1. Карты для записей

Я люблю раздавать карточки для записей собрать некоторую информацию о студентах. Я могу использовать их, чтобы немного узнать о мои ученики и быстрые короткие дискуссии. Например, я могу вытащить карту из кучи и скажите: «Джон рекомендует фильм« Трансформеры ». Затем я могу найти Джона и побудить его говорить, спросив: «Что тебе понравилось? об этом? »или« О чем это было? ». студент также поможет мне запомнить их имена, связав их с некоторыми лакомый кусочек информации.Я предпочитаю, чтобы мои вопросы были очень неличностными, чтобы избежать студенты начинают беспокоиться по поводу этого вопроса. Кроме того, если вы спросите о личном такие вопросы, как «чего вы больше всего боитесь», учащиеся тоже ответят долго думал над этим, что не является смыслом этого упражнения.

Другое, что я делаю, это начинаю сам отвечая на вопросы, чтобы класс мог немного узнать обо мне также.

Имя:
День рождения:

Назовите фильм, который вы хотите рекомендовать.
Назовите книгу, которую вы хотите порекомендовать.
Какие у вас домашние животные? (Какое домашнее животное вы бы хотели завести?):
Какого человека слишком много освещают на телевидении?
Какое телешоу вы всегда смотрите?
Назовите хорошее место, где можно поесть.

Студенты заполняют этот рисунок информацией о своих любимых фильмах, книгах, спорте и другими личными данными. Это задумано как единичная инвентаризация, хотя может быть интересно сопоставить данные и составить списки первой десятки.

3. Название игры

Это займет немного больше времени, но это хороший способ выучить имена студентов.В основном вы начинаете со студента и попросите его назвать свое имя и то, что он любит съесть, что начинается с та же буква, что и его имя. Например: «Грег любит виноград». Следующий человек должен повторять каждое из предшествующих ему слов, чтобы оно продолжало складываться. Я последний человек в списке, поэтому я должен назвать еду для всех в классе. Вы также можете попросить их назвать то, что они не хотят есть, если они застряли … бывший. «Мэри ненавидит грибы».

4. Верно или неверно

Еще один встречный ледокол, который может использоваться малыми классами.В этом задании учащихся просят записать три вещи о себе, две из которых должны быть правдой, а одна — ложью. Они читают три утверждения классу, и класс должен угадать, какое из утверждений является ложным. Начните с этого, сначала сделав три утверждения, постарайтесь выбрать что-нибудь, что удивит учащихся. Если у вас есть школьные доски, они могут использовать их, чтобы поделиться своими тремя фактами.

Пример:

1) У меня есть змейка в качестве домашнего питомца.2) Я сломал руку летом во время катания на скейтборде 3) Я был бойскаутом.

Распечатайте сетку стиля бинго с этой страницы, и учащиеся попытаются найти в классе людей, которые соответствуют таким критериям, как «играет на музыкальном инструменте» или «имеет кошку».

— обсудите в группах проблемы, стоящие перед миром сегодня, и предложите решения, научный руководитель

7. Проект малых групп — Listmania

Студенты собирают информацию в виде группа на основе заранее обозначенных категорий.Это задание помогает одноклассникам получить знать друг друга и работать в группе. Вы можете распечатать страницы со списками на них или просто попросите учащихся записать их на тетрадной бумаге.

LISTMANIA — назовите как можно больше вещей для каждой группы.

Типы автомобилей

Дикие животные, обитающие в вашем Государственный

Страны мира

Персонажи Диснея

Профессиональные футбольные команды

Породы собак

8.Проект малых групп — Башня проекта

Студенты получают стопку карточек и заданной длины малярного скотча и их задача — создать самый высокий отдельно стоящая башня. Вы даже можете вручить призы победившей группе. Это отличный проект для изучения того, насколько хорошо ваш класс будет сотрудничать. Вы можете заменить их другими предметами, например, спагетти или зубочистками.

Вы также можете заменить вызов башни спагетти (что дешевле).

Это требует предварительной настройки.Каждая группа из 3-5 человек получает 20 палочек спагетти, 1 метр малярной ленты и один зефир. Цель состоит в том, чтобы группа построила самое высокое отдельно стоящее здание за 15 минут (вы можете настроить время).

10. Проект для малых групп — соревнование по укладке чашек

Перед упражнением отрежьте 6 кусков веревки и прикрепите их к одной резиновой ленте, достаточно большой, чтобы поместиться вокруг пластиковой чашки. (Дизайн должен быть похож на солнце с шестью лучами веревки, длина веревки около 2-3 футов).Попросите каждую группу из шести человек сложить 10 чашек в пирамиду: 4 внизу, 3 в следующем ряду, затем 2 и 1 наверху. Они могут использовать только резиновую ленту, чтобы складывать чашки.

В этом популярном упражнении студентов просят придумать способ спасти мармеладного червя (Сэма) от утопления. Это делается группами по двое и требует сотрудничества и воображения, чтобы придумать способ получить спасательный жилет (липкий спасательный круг) вокруг Сэма (липкого червя), используя только скрепки.

12. Найди свою пару

Поместите слова на карточки или стикеры и оставьте их на партах, чтобы студенты могли пройти (или приклейте их к раздаточному материалу). У слов есть совпадение, и ученики встанут, найдут свое «совпадение», и это будет их партнером по лаборатории и назначением для сидения. (Это отлично работает, если у вас есть лабораторные столы вместо парт)

Примеры слов

детская — коляска | сиденье для унитаза | сотовый — телефон | зуб — щетка |
карманные — часы | руки — лосьон | теннис — обувь | космос — корабль |
телевизор — гид | яйцо — mcmuffin | глаза — тени | замороженный — йогурт |

Включите группы из 3 человек, если у вас нечетное число в вашем классе, но предупредите учащихся, что будет группа из 3 совпадений.

| собака — ошейник — горячий |
| фрукты — торт — морковь |

У вас могут быть ученики, которые не группируются, как ожидалось, но это нормально, ходите по комнате и предлагайте им поделиться своими совпадениями и своими аргументами в пользу этого пути. Вы также можете записать их имена на карточки для начала, старшие ученики иногда «жульничают», чтобы они могли посидеть со своими друзьями.

13. Групповая викторина

Подобно listmania, но вопросы более специфичны и связаны с наукой, студенты работают в группе, чтобы посмотреть, кто сможет дать правильные ответы.Может оцениваться в классе, и победившая команда может получить приз. Вы также можете распечатайте страницу или задайте вопросы устно.

1. Какая кость самая длинная в теле?
2. Что такое ботаника?
3. Сколько времени нужно Земле, чтобы сделать полный оборот вокруг Солнца?
4. Сколько ног у паука? Сколько ног у насекомого?
5. С каким ученым связано уравнение E = mc2?
6. Каково научное название человека?
7. Где обитает медведь панда?
8.Какова молекулярная формула воды?
9. Какого цвета радуга?
10. Назовите все планеты Солнечной системы, начиная с ближайшей. к солнцу.

* Tiebreaker вопрос: каково текущее население мира (или США), быть конкретной. Ближайшая догадка побеждает вничью. (используйте поп-часы чтобы найти ответ на этот вопрос).

Если вы хотите сразу погрузиться в науку, вы можете провести небольшую исследовательскую лабораторию, в которой ученики исследуют игрушку под названием «Рыба-предсказательница».«Учащиеся наблюдают, что происходит, когда вы держите рыбу в руке, и она скручивается. Предложите и проверьте причины, по которым рыба скручивается (вода, тепло и т. Д.).

14. Первый день анатомии — Кто знал

Учащиеся работают в группах, чтобы ответить на ряд вопросов о себе (любимый фильм, почему они идут в класс и т. Д.). Предназначен для знакомства студентов друг с другом, а для меня — для знакомства с ними. На слайдах Google есть места, где студенты могут отвечать через твиттер. Слайды можно изменять, просто загрузите копию на свой диск, чтобы добавить свои вопросы.

CURE-all: крупномасштабное внедрение аутентичных исследований по кодированию ДНК в учебную программу первого года обучения биологии

ВВЕДЕНИЕ

Участие в исследованиях на уровне бакалавриата (UR) широко рассматривается научным сообществом как одна из наиболее эффективных методов обучения студентов при подготовке к научной карьере и вызовам 21 века. Отражая эту точку зрения, национальные призывы к документам о реформе за предыдущие три десятилетия отстаивали широкомасштабное принятие аутентичных исследований в качестве элемента научного опыта колледжа для всех студентов (например.г., 1-4). В качестве масштабируемого и инклюзивного средства для вовлечения студентов в исследования программа бакалавриата на основе курсов (CUREs) становится все более популярной в качестве стандартной части учебной программы во все большем числе учебных заведений. Предыдущие исследования документально подтвердили широкий спектр результатов в качестве потенциальных преимуществ CURE для студентов, включая обогащение исследовательских навыков, более глубокое понимание процесса научных открытий и повышение интереса к карьере в STEM (5-8).Студенты, которые участвуют в программах CURE, также с большей вероятностью получат дипломы STEM, особенно студенты из групп, традиционно недостаточно представленных в этих областях (например, 9-10).

В свете такого потенциально положительного воздействия преподавателей и администраторов STEM поощряют включать ЛЕЧЕНИЕ, основанное на открытиях, в первые два года обучения в колледже; критический момент в наборе и удержании специальностей STEM (4). Хотя сообщалось о появляющемся каталоге моделей CURE (см. Https: // serc.carleton.edu/curenet/index.html), возможность масштабирования этих типов опыта для удовлетворения потребностей курсов первого года обучения с большим количеством учащихся может быть затруднена (1). Кроме того, обобщение и переносимость некоторых программ CURE, которые были успешно разработаны для крупных курсов первого года обучения, могут быть ограничены, если они сильно зависят от заочного финансирования, зависят от инвестиций преподавателей / исследователей первичного звена или требуют доступа к очень конкретному географическому региону. местоположение или организм. Чтобы преодолеть такие ограничения и лучше согласоваться с национальными усилиями по реформированию, мы разработали переносимый, масштабируемый и недорогой семестр (14 недель) исследовательский опыт, основанный на экспериментальном рабочем процессе по штрих-кодированию ДНК (рис. 1).

Штрих-кодирование ДНК

— это молекулярный метод, который может помочь неспециалистам определить таксономическую идентичность живых образцов с использованием коротких (~ 500 пар оснований) последовательностей ДНК или штрих-кодов (11). Точно так же, как штрих-код на коробке с хлопьями сообщает бакалейщику, что это за торговая марка, штрих-коды ДНК действуют как уникальные нуклеотидные последовательности, которые часто могут выявить род или видовую принадлежность биологического образца. Хотя и не совсем надежные, за последнее десятилетие штрих-коды ДНК были разработаны и проверены для широкого круга таксонов, что сделало их полезными для идентификации широкого круга организмов (11).В некоторых случаях штрих-кодирование ДНК может стать альтернативой традиционной таксономической идентификации, которая часто полагается на экспертный морфологический анализ целых образцов и способность различать тонкие различия между близкородственными видами. С другой стороны, штрих-коды ДНК могут быть идентифицированы с использованием ткани поврежденных или неполных образцов и позволяют пользователям, не являющимся экспертами, например студентам колледжей, надежно идентифицировать организмы, используя простой и повторяемый рабочий процесс.

Рабочий процесс штрих-кодирования ДНК требует извлечения ДНК из свежих, замороженных, поврежденных или обработанных биологических образцов.После экстракции ДНК области штрих-кодирования амплифицируются с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР), визуализируются с помощью гель-электрофореза и затем секвенируются с использованием таксон-специфичных праймеров (12). Затем последовательности ДНК могут быть проанализированы с помощью свободно доступного, удобного для пользователя программного обеспечения, которое использует тщательно отобранные базы данных известных организмов для определения таксономической идентичности последовательности штрих-кода. Поскольку штрих-кодирование ДНК может использоваться в тандеме с классическим морфологическим анализом для идентификации таксонов, оно имеет широкий спектр исследовательских приложений, включая оценку биоразнообразия (13), распознавание сложных комплексов видов (14) или обнаружение неправильной маркировки продукта (15).Это привело к появлению нескольких крупных инициатив по штрих-кодированию ДНК (http://www.ibol.org/phase1/about-us/campaigns/).

Предыдущие исследования также продемонстрировали эффективность штрих-кодирования ДНК как инструмента в образовании по биологии (16-19). Отчасти это связано с тем, что вышеупомянутый рабочий процесс штрих-кодирования является привлекательным, открытым, простым в реализации и гибким в вопросах, на которые он может ответить. Он также включает важные инструменты, технологии и концепции из широкого круга биологических дисциплин.Возможно, наиболее важно то, что штрих-кодирование ДНК позволяет относительно неопытным пользователям создавать надежные данные для более крупных научных исследований (16-19). По этим причинам уже существует несколько обучающих и информационных программ по кодированию ДНК.

Например, на уровне средней школы Центр изучения ДНК лаборатории Колд-Спринг-Харбор создал несколько внеклассных программ, которые отбирают и обучают небольшие группы старшеклассников и преподавателей документированию биоразнообразия Лонг-Айленда и пяти районов Нью-Йорка. Город с использованием штрих-кодирования ДНК (https: // www.dnabarcoding101.org/programs/). Точно так же Харрис и Беллино (16) разработали годичную учебную программу по штрих-кодированию ДНК, используемую учащимися старших классов для документирования биоразнообразия в Нью-Йорке и Белизе. В Канаде Barcoding Life’s Matrix (http://www.studentdnabarcoding.org) предоставляет ресурсы и семинары для обучения 11 учителей -го класса и 12 -го класса , которые проводят своих учеников через трехнедельный конвейер штрих-кодирования ДНК, кульминацией которого являются вклады в международная база данных штрих-кодов ДНК (17).Даже младшие школьники (в возрасте от 9 лет) участвуют в двухнедельной программе национального масштаба, в которой студенты используют ловушки Малеза для отлова насекомых, на которые нанесены штрих-коды Центром геномики биоразнообразия (CBG) при Университете Гвельфа, Онтарио (18) .

На уровне послесреднего образования студенты-биологи старших классов Калифорнийского университета в Сан-Диего кодируют местные организмы штрих-кодами в рамках двухнедельного модуля (http://sdbiodiversity.ucsd.edu), направленного на документирование местного биоразнообразия (19) .Точно так же студенты последнего семестра программы биотехнологии в муниципальном колледже Талсы в Оклахоме участвуют в трехнедельном модуле штрих-кодирования ДНК, в котором студенты идентифицируют местные организмы и представляют свои выводы сообществу (19).

Несмотря на это огромное количество ресурсов и программ, доступных в настоящее время для внедрения штрихкодирования ДНК в учебные классы, некоторые из этих программ специально нацелены на большое количество учащихся, вводные курсы первого года обучения для бакалавров.Эти курсы обычно не включают планы уроков, в которых прямо рассматриваются некоторые из основных концепций, лежащих в основе исследований штрих-кодирования ДНК, такие как экспериментальный дизайн, эволюция, чтение филогенетических деревьев и общий процесс научных открытий. В этой статье мы опираемся на доступные в настоящее время образовательные ресурсы по штрихкодированию ДНК, описывая дизайн, содержание и логистику масштабируемой семестровой (14-недельной) последовательности лабораторных модулей, специально разработанных для реализации в большом количестве учащихся в первый год обучения. бакалавриат по курсу биологии.

На этих уроках учащиеся используют штрих-кодирование ДНК для оценки биоразнообразия различных сред обитания в дендрарии кампуса. Студенты также изучают основные биологические концепции, такие как экспериментальный дизайн и чтение филогенетических деревьев. Эти модули должны служить в качестве адаптируемой модели для преподавателей, заинтересованных в добавлении подлинного исследовательского опыта в свои вводные курсы биологии или разработке CURE, чтобы помочь студентам первого курса собирать и интерпретировать данные штрих-кода ДНК для оценки биоразнообразия, таксономической идентификации или даже неправильной маркировки продукта.

Целевая аудитория

Эти уроки предназначены для вводных студентов-биологов в большом исследовательском университете, небольшом колледже, муниципальном колледже или для старшеклассников. В наших лабораториях студенты разделены на лабораторные секции по 24 студента, которые встречаются раз в неделю на два часа 50 минут в течение 14 недель. В каждой лабораторной секции есть инструктор и дополнительный ассистент бакалавриата. В зависимости от вида деятельности учащиеся работают индивидуально, в парах или в группах по четыре человека, но каждому учащемуся назначается отдельный организм для идентификации с помощью штрих-кодирования ДНК.

Требуемое время обучения

Этот курс представляет собой серию лабораторных занятий продолжительностью в семестр, включающую ~ 14 двух-трехчасовых еженедельных лабораторных заседаний (вспомогательный файл S0.1: Штрих-кодирование ДНК — образец Syllabus.docx).

Необходимые знания учащихся

Никаких предварительных знаний студента не требуется, но очень полезны базовые знания о ДНК, клетках и таксономии.

Необходимые знания учителя

Никаких предварительных знаний учителя не требуется, хотя предыдущие знания в области молекулярной биологии, естествознания и экологии, безусловно, полезны.Координатор лаборатории или ведущий организатор должен иметь опыт работы с основными методами молекулярной биологии (пипетирование, ПЦР, гель-электрофорез и подготовка соответствующих реагентов: праймеры, агароза, TE-буфер и т. Д.).

НАУЧНО-ПРЕПОДАВАТЕЛЬСКИЕ ТЕМЫ
Активное обучение

Для разработки учебных мероприятий и более широкого дизайна курса мы интегрировали пять основных параметров ЛЕЧЕНИЯ, определенных Auchincloss и другими (20).Эта структура предполагает значимое участие студентов в: 1: Множественные научные практики , которые отражают деятельность, сопоставимую с практикой сообщества, например, задавание вопросов, использование различных научных инструментов, сбор и анализ данных, навигация по беспорядку реальной жизни. — мировые данные и общение. 2: Discovery через новый исследовательский вопрос или проблему, которые могут продвинуть наше понимание мира природы. 3: Исследования, которые имеют отношение к , выходящие за рамки курса, с потенциалом развития научных знаний. 4: Сотрудничество с точки зрения взаимодействия ученика и ученика и ученика с преподавателем для решения проблем. 5: Итеративный , предоставляющий возможности для попыток, неудач и повторных попыток, что является центральным в процессе обучения, а также в личном развитии (21). Вдобавок, основываясь на литературе по исследованиям в бакалавриате, подобным ученикам (например, 22-23), акцент был сделан на предоставлении множества возможностей для научного общения 6: в устной и письменной формах, чтобы внести свой вклад в развитие исследовательской деятельности. и навыки на всю жизнь.

Учитывая характер структуры дизайна и связанных с ней курсовых мероприятий, студенты по своей сути вовлечены как активные ученики. Описанные уроки поощряют самостоятельность учащихся, поскольку они выполняют широкий спектр практических и умственных работ в лаборатории и в полевых условиях. Студенты работают как индивидуально, так и совместно в течение семестра, поскольку они получают доступ к дисциплинарным знаниям и исследовательским навыкам, необходимым для успешного завершения проекта штрих-кодирования ДНК, а также к более широкому характеру научного процесса.Для этого уроки разработаны с минимальным количеством лекций и строительных лесов, чтобы помочь студентам постепенно улучшать свое понимание и навыки, когда инструктор играет роль наставника лаборатории, обеспечивая достаточное руководство, чтобы держать студентов на правильном пути, при этом сохраняя дистанцию, которая способствует автономии и ответственности за проект. .

Оценка

Формирующие оценки: демонстрация навыков, связанных с исследованием (например, молекулярные методы, общение), рабочие листы до и после урока, индивидуальные и групповые письменные задания, упражнения в классе, обсуждения в классе, участие и поддержание лабораторная тетрадь.

Итоговые экзамены: контрольных опросов после уроков, научные плакаты, лабораторные отчеты и итоговый итоговый экзамен.

Саморефлексия: оценка вклада каждого члена группы в проекты и деятельность, включая их собственный вклад.

Подробная информация об этих оценках включена в содержание каждого еженедельного урока ниже. Кроме того, мы включили исчерпывающий список оценок, соответствующих общим целям курса (вспомогательный файл S0.2: Штрих-кодирование ДНК — согласование целей и оценок.docx).

Инклюзивное обучение

Ситуация и дизайн курса во многих отношениях способствуют созданию инклюзивной учебной среды. Во-первых, в качестве вводного курса биологии, необходимого для всех специальностей биологии и некоторых других программ, все наших студентов-биологов имеют равный доступ к подлинному исследовательскому опыту в начале своей академической карьеры. Во-вторых, долгосрочный проект штрих-кодирования сосредоточен на изучении природного разнообразия Дендрария JMU.Такие естественные среды обитания часто могут быть незнакомы учащимся, поэтому мы прилагаем большие усилия, чтобы сделать их доступными для всех учащихся, независимо от того, знакомы ли они с природой или чувствуют себя комфортно. Таким образом, эти лаборатории предоставляют возможность всем учащимся узнать об организмах и средах обитания на их собственном заднем дворе. Кроме того, студенты могут свободно выбирать организм, который они исследуют, который поддерживает студенческий комфорт, творческую автономию и ответственность за проект. Аналогичным образом, данные, генерируемые учащимися, добавляются в базу данных видов с открытым доступом, которую другие исследователи, сотрудники дендрария и широкая общественность могут использовать для исследований, информационно-пропагандистской деятельности, изучения естественной истории или в целях сохранения.Открытый доступ к этим данным, созданным студентами, не только повышает инклюзивность этих лабораторных работ, но также может повысить значимость этих лабораторных работ как для студентов, так и для пользователей, не являющихся студентами. Например, данные, полученные студентами JMU, использовались в исследованиях факультета для определения уникальных или трудно идентифицируемых видов жуков и личинок жуков. Студенты также предоставили данные для грибковых исследований, проведенных Американским микологическим обществом. Кроме того, студенты могут выбрать интересующий организм для исследования, который поддерживает творческую автономию и ответственность за проект.В-третьих, как упоминалось выше в качестве функции структуры дизайна, полевые и лабораторные работы являются совместными и требуют эффективной командной работы внутри и за пределами классной комнаты для успешного выполнения задач. В-четвертых, различные формы обучения, включенные в уроки, такие как практические задания, онлайн-модули, мини-лекции, обсуждения и демонстрации, учитывают предпочтения учащихся в обучении. Точно так же, как описано выше, различные формы формирующих и итоговых оценок используются для измерения траекторий обучения учащихся и руководства обучением.По возможности, задания оцениваются по критериям с использованием заранее подготовленных стандартизированных рубрик, чтобы четко обозначить ожидания учащихся (например, вспомогательный файл S6.5: Неделя 06 — Отчет лаборатории по биоразнообразию — Руководящие принципы, Рубрика и Шаблон.docx, но см. Описание плана урока ниже подробные вспомогательные файлы). Наконец, поскольку лабораторная деятельность осуществляется в трех различных областях обучения: экология, молекулярная биология, биоинформатика, она помогает общаться со студентами с различными интересами или склонностями.

ПЛАН УРОКА
Общий вид и логистика

В JMU эти лаборатории обычно набирают ~ 500-600 студентов за семестр. Студенты разделены на лабораторные секции по 24 студента, которые встречаются раз в неделю по два часа 50 минут в каждой из 14 недель. В каждой лабораторной секции есть инструктор и дополнительный ассистент бакалавриата. В каждом лабораторном разделе используется страница управления онлайн-курсом (мы используем Canvas), где публикуются еженедельные задания, хотя лаборатории могут легко работать без этого программного обеспечения.Разделы лаборатории связаны с лекцией, но содержание лаборатории не зависит от содержания лекции. В лаборатории студенты работают индивидуально, в парах и в группах по четыре человека, но каждый студент может штрих-кодировать свой собственный организм, который они выбирают. В некоторых упражнениях учащимся предлагается использовать общую цифровую записную книжку, и в этом случае мы используем документы Google, хотя можно использовать и другие типы записных книжек.

Работая вместе, студенты изучают основную теорию, концепции и методы, необходимые для понимания штрих-кодирования ДНК, а затем применяют эти знания для каталогизации биоразнообразия территорий, окружающих кампус (рис.1 и 2; вспомогательный файл S0.1: Штрих-кодирование ДНК — образец Syllabus.docx). Эти лабораторные работы предназначены для того, чтобы студенты сравнивали биоразнообразие окраинных и внутренних сред обитания близлежащего леса, но их можно легко адаптировать, чтобы студенты могли количественно определять биоразнообразие любой интересующей среды обитания, даже городских ландшафтов (https://www.dnabarcoding101.org) / программы /). Каждый студент собирает небольшой кусочек (диаметром ~ 1 см) свежей ткани неизвестного растения, беспозвоночного или грибка, который они выбирают, идентифицирует организм с помощью штрих-кодирования ДНК, затем добавляет его в общедоступную базу данных.Включены подробные протоколы сбора образцов (см. Вспомогательный файл S5.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 05 — Раздаточный документ КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА по биоразнообразию 1.docx; и Вспомогательный файл S5.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 05 — Примечания к подготовке биоразнообразия 1.docx), но как правило, хорошо подходит любой образец свежих, мягких, мясистых, не высушенных листьев, беспозвоночных или грибковых тканей.

В общих чертах, это серия лабораторий на основе запросов, предназначенных для обучения студентов базовым навыкам, содержательным знаниям и теории, необходимым для успешной идентификации неизвестного организма с помощью штрих-кодирования ДНК и обмена этими результатами (рис. 1).Эта лабораторная последовательность предназначена для интеграции концепций из различных научных дисциплин, включая экологию, эволюционную биологию, систематику, таксономию, молекулярную биологию и биоинформатику. Эти лаборатории также разработаны, чтобы способствовать повышению ответственности за проект, повысить уверенность студентов и самоидентификацию как ученого, а также заложить основу для научного письма и коммуникативных навыков. Более конкретная цель этих лабораторий — использовать штрих-кодирование ДНК для каталогизации и сравнения разнообразия видов на опушках леса и во внутренних местах обитания для решения более широкого вопроса о том, как тип среды обитания и деградация могут влиять на биоразнообразие.Студенты собирают образцы организмов с опушек леса и внутренних мест обитания в нашем дендрарии кампуса и собирают свои данные в общедоступной базе данных для сравнения этих местообитаний. Кроме того, по мере прохождения семестров и роста базы данных студенты и преподаватели будут иметь возможность добавлять дополнительные сайты или разрабатывать лаборатории для решения дополнительных вопросов, таких как временные тенденции, преемственность, кривые накопления видов или интродукция новых или неместных видов. В качестве альтернативы, если эти темы неосуществимы или не представляют интереса для вашего учреждения, эти лабораторные работы могут быть адаптированы для определения конкретных таксономических групп (например,комары), местообитания (например, городские парки) или вопросы, относящиеся к вашему географическому положению или исследовательским интересам факультета. Например, почетные отделы наших лабораторий занимались определением видов навозных жуков на фермах, идентификацией грибов, собранных Американским микологическим обществом, и идентификацией загадочных видов головастиков с Борнео. Более подробное обсуждение альтернативных реализаций этих лабораторных работ включено в раздел обсуждения обучения этой рукописи.

Независимо от типа реализации, этот 14-недельный семестровый опыт разбит на четыре основных блока: (1) Основы науки и биологии, (2) Экология, (3) Клеточная и молекулярная биология и (4) Биоинформатика (Таблица 1; Рисунок 1 и 2).Этот родительский документ и следующие за ним параграфы предоставляют общий обзор того, что происходит в течение каждой недели этих модулей. Детали, необходимые для проведения каждого еженедельного урока, представлены в качестве подтверждающих документов, сгруппированных по неделям. Эти подтверждающие документы включают планы уроков, заметки о подготовке к лаборатории для координатора (ов) лаборатории и инструктора (ов), слайды лекций, раздаточные материалы, рабочие листы и критерии оценки. Каждый из них подробно описан ниже.

Раздел 1: Основы естествознания и биологии
Обзор

Студенты проводят первые четыре недели семестра в модуле «Основы», проводя занятия, которые рассказывают о процессе научных открытий, проверке гипотез, дизайне исследования, таксономии, филогении и расхождении последовательностей ДНК.Эти мероприятия закладывают основу для понимания студентами фундаментальных идей, лежащих в основе их предстоящего семестрового проекта, который включает количественную оценку биоразнообразия на опушке леса по сравнению с внутренними средами обитания, штрих-кодирование ДНК и биоинформатический анализ.

Неделя 1 — Процесс научных открытий

Адаптировано с разрешения https://undsci.berkeley.edu/lessons/introduction_flow_hs.html

(Подробный план — Вспомогательный файл S1.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 01 — План урока по научным наукам.docx)

Этот урок, адаптированный из https://undsci.berkeley.edu/lessons/introduction_flow_hs.html, представляет собой ледокол, который знакомит студентов с процессом научных открытий. Студенты начинают с простой разминки, где они используют загадочные коробки (https: //undsci.berkeley.edu/search/lessonsummary.php? & Thisaudience = 9-12 & …) для проверки гипотез, проведения простых экспериментов и совместной работы с ними. друг друга (Вспомогательный файл S1.2: Штрих-кодирование ДНК — неделя 01 — Раздаточный материал процесса науки КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx), чтобы расшифровать, что находится внутри запечатанной коробки. После этого задания класс обсуждает, занимались ли они наукой, и определяет аспекты деятельности, которые делают ее научной. Затем учащихся знакомят с блок-схемой, разработанной преподавателями Калифорнийского университета в Беркли (https://undsci.berkeley.edu/lessons/pdfs/complex_flow_handout.pdf), которая отображает научный процесс (вспомогательный файл S1.3a: & вспомогательный файл S1 .3b: Штрих-кодирование ДНК — неделя 01 — Научный процесс (FLOWCHART.pdf). Затем студенты читают рассказ, в котором описывается, как геолог Уолтер Альварес собрал более чем 20-летние доказательства в поддержку гипотезы о том, что астероид был ответственен за вымирание динозавров (https: // undsci.berkeley.edu/lessons/pdfs/alvarez_hs.pdf). Учащиеся выделяют в рассказе фразы, которые указывают на то, что Альварес занимался наукой, и используют их, чтобы наметить путь Уолтера Альвареса через блок-схему научного процесса (вспомогательный файл S1.4: Штрих-кодирование ДНК — неделя 01 — Раздаточный материал процесса науки STUDENT.docx) . Студентов просят определить важные и часто неправильно понимаемые аспекты научного процесса (например, путь к открытиям часто бывает нелинейным, наука предполагает творчество и сотрудничество и т. Д.). Блок-схема научного процесса также служит пробным камнем для студентов, которые могут поразмышлять над своей собственной деятельностью в течение семестрового проекта по штрих-кодированию ДНК. Этот урок занимает около 1,5 часов и действует как хороший ледокол, который можно легко объединить с общим введением в курс (учебный план, лабораторная безопасность и т. Д.) И любыми другими лабораторными занятиями в семестре. Точно так же его легко могут составить те студенты, которые не зачисляются до второй недели занятий.

Подробный план урока (вспомогательный файл S1.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 01 — План урока по естественным наукам.docx), ключ инструктора (вспомогательный файл S1.2: Штрих-кодирование ДНК — неделя 01 — Раздаточный материал процесса науки КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx), раздаточный материал для учащихся (вспомогательный файл S1.4 : Штрих-кодирование ДНК — Неделя 01 — Раздаточный материал Process of Science STUDENT.docx), советы по обучению и подготовке (вспомогательный файл S1.5: Штрих-кодирование ДНК — неделя 01 — Process of Science Prep Notes.docx) и слайды лекций (вспомогательный файл S1.6 : Штрих-кодирование ДНК — Неделя 01 — Слайды лекций по процессу науки.pptx) доступны во вспомогательных материалах.

Неделя 2 — Проверка гипотез

(Подробный план — Вспомогательный файл S2.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 02 — План урока по проверке гипотез.docx)

Эта лаборатория предназначена для ознакомления студентов с экспериментальным дизайном. Раздаточный материал лабораторного руководства (Вспомогательный файл S2.2: Штрих-кодирование ДНК — неделя 02 — Раздаточный материал для проверки гипотез КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx) знакомит студентов с ключевыми терминами и концепциями, связанными с дизайном исследования и проверкой гипотез.Лаборатория начинается с интерактивной лекции PowerPoint (Вспомогательный файл S2.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 02 — Лекция по проверке гипотез Slides.pptx), в которой рассматриваются ключевые концепции, связанные с экспериментальным дизайном. Следуя вводным слайдам PowerPoint, учащиеся проводят от пяти до десяти минут, наблюдая и узнавая о живых насекомых-таблетках. Подробная информация о материалах и уходе за пилюльками включена в вспомогательные примечания к подготовке (Вспомогательный файл S2.4: Штрих-кодирование ДНК — неделя 02 — Примечания к подготовке к проверке гипотез.docx). После этого периода начального исследования продолжительностью от пяти до десяти минут всему классу предоставляется одно наблюдение: в журналах постоянно обнаруживаются микробы.Затем они генерируют гипотезы, чтобы объяснить это наблюдение, и делятся ими с классом. Затем студенты сужают предложенные гипотезы до тех, которые можно проверить с ограниченными ресурсами в лабораторной комнате (мы предоставляем лампы, фольгу, грелки, источники пищи, почву и т. Д.) И выявляют три гипотезы для проверки. Каждая гипотеза проверяется двумя группами, чтобы убедиться, что результаты воспроизводимы.

После того, как каждой группе назначена гипотеза, они планируют и проводят эксперимент для ее проверки. Во время этого упражнения студенты идентифицируют независимые / зависимые переменные, составляют схему своего эксперимента, создают таблицу данных и строят график своих прогнозов.После завершения сбора данных каждая группа создает плакат, чтобы представить свои выводы классу. Во время презентаций учащиеся в аудитории должны заполнить таблицу, приведенную в руководстве по лабораторной работе (Вспомогательный файл S2.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 02 — Раздаточный материал для проверки гипотез STUDENT.docx), в которой им предлагается определить, подтверждена ли гипотеза каждой группы их выводы. Наконец, учащиеся должны использовать свои выводы из своего первого раунда экспериментов для создания новой гипотезы и предложить второй эксперимент для ее проверки, предполагая неограниченные ресурсы, время и т. Д.Это последнее упражнение призвано продемонстрировать повторяющийся характер научных исследований.

Подробный план урока (Вспомогательный файл S2.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 02 — План урока по проверке гипотез.docx), раздаточный материал для учащихся (Вспомогательный файл S2.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 2 — Раздаточный материал для проверки гипотез STUDENT.docx), инструктор ключ (Вспомогательный файл S2.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 02 — Раздаточный материал для проверки гипотез КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx), советы по обучению и подготовке (Вспомогательный файл S2.4: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 02 — Примечания к подготовке к проверке гипотез.docx) и слайды лекций (Вспомогательный файл S2.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 02 — Слайды лекции по проверке гипотез.pptx) доступны во вспомогательных материалах.

Неделя 3 — Филогения 1

(Подробный план — Вспомогательный файл S3.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 03 — Филогения 1 План урока.docx)

Эта лаборатория предназначена для первого знакомства с таксономией и филогенией. Этот фон будет иметь жизненно важное значение, чтобы помочь студентам понять и интерпретировать результаты анализа штрих-кодов ДНК в последующих лабораторных работах.Перед тем, как прийти в лабораторию, студенты прочтут удобный учебник по таксономии, филогении и систематике в раздаточном материале лаборатории (Вспомогательный файл S3.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 3 — Раздаточный материал филогении КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx, Вспомогательный файл S3.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 03 — Раздаточный материал по филогении STUDENT.docx), а затем получите интерактивную лекцию PowerPoint (Вспомогательный файл S3.4: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 03 — Слайды лекции по филогении.pptx) в начале лабораторной работы, которая усиливает эти концепции. После этого введения ученикам предлагается построить простую филогению с пятью игральными картами (в группе) и внешней группой.Они также заполняют таблицу символов, связанную с их филогенезом, применяя термины «предковый» и «производный». Чтобы подчеркнуть, что филогении — это гипотезы, их затем просят построить дерево с другой топологией, используя те же шесть таксонов, но с новыми характеристиками. Затем учащиеся выполняют серию заданий, которые иллюстрируют отношения между таксономией и филогенезом, сопоставляя данные символы с соответствующими таксономическими группами и проверяя, соответствует ли их филогения текущей таксономии.Эти упражнения помогают студентам интерпретировать филогенетические деревья, которые они сгенерируют позже в семестре на основе штрих-кодов ДНК. Эти упражнения также помогают студентам понять, что таксономия должна отражать эволюционную историю организма, которая также может быть изображена на филогенетических деревьях. Подробные заметки о подготовке к лабораторной работе включены во вспомогательные материалы (вспомогательный файл S3.5: штрих-кодирование ДНК — неделя 03 — Phylogeny Prep Notes.docx) вместе с вышеупомянутыми файлами.

Неделя 4 — Филогения 2 Caminalcules

По материалам Gendron R.P. 2000. Классификация и эволюция Caminalcules. Американский учитель биологии 62: 570-573. (Подробный план — Вспомогательный файл S4.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 04 — План урока Caminalcules.docx)

В этом упражнении, адаптированном из Гендрона (24), студенты реконструируют эволюционную историю набора воображаемых организмов, называемых каминалькулами. Сама лаборатория состоит из четырех заданий (A-D), в которых студенты используют различные типы данных для интерпретации взаимоотношений этих организмов: морфология живых caminalcules; морфология ископаемых каминалькул и последовательности штрих-кода ДНК как живых, так и ископаемых каминалькул.Логистика заполнения Частей AD подробно объясняется в инструкциях раздаточного материала для учащихся, включенного во вспомогательные материалы (Вспомогательный файл S4.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 04 — Раздаточный материал Caminalcules STUDENT.docx) и в примечаниях инструктора (вспомогательный файл S4). .3: Штрих-кодирование ДНК — неделя 04 — Caminalcules — Раздаточный ключ ИНСТРУКТОРА.docx).

Студенты начинают с построения иерархической классификации 14 живых (так называемых дошедших до нас) куминакул, основанной на сходствах и различиях в их морфологии.Затем они должны нарисовать кладограмму (дерево) без корней, соответствующую их таксономии. Затем учащимся представлены морфологические данные окаменелостей, которые они используют для уточнения ранее выдвинутой ими системы классификации. Наконец, последовательности ДНК или штрих-коды (вспомогательный файл S4.4: штрих-кодирование ДНК — неделя 04 — Caminalcules DNA Barcodes.pptx) предоставляются для подмножества caminalcules, которые учащиеся используют для построения молекулярной филогении на основе расхождения последовательностей (вспомогательный файл S4 .5: Штрих-кодирование ДНК — неделя 04 — Caminalcules — таблица выравнивания MYA.pptx). Затем учащиеся сравнивают свое молекулярное дерево с ранее созданным деревом, используя морфологические характеристики. Эта лабораторная работа помогает студентам понять, как таксономия связана с филогенезом (и наоборот). Это также помогает студентам понять, как расхождение последовательностей может использоваться для оценки эволюционных отношений организмов, что будет важно для студентов, чтобы понять, как работают штрих-коды ДНК. Полезные слайды лекций (Вспомогательный файл S4.6: штрих-кодирование ДНК — неделя 04 — слайды лекций Caminalcules.pptx) и подробные заметки о подготовке к лаборатории (вспомогательный файл S4.7: штрих-кодирование ДНК — неделя 04 — Caminalcules Prep Notes.docx) включены во вспомогательные материалы.

Раздел 2: Экология
Обзор

Во втором разделе, «Экология», учащиеся проводят пятую и шестую недели, изучая ценность биоразнообразия и способы ее количественной оценки. В этом разделе подчеркиваются концепции экологии и экспериментального дизайна, а также навыки полевой работы, сбора данных, использования программного обеспечения для работы с электронными таблицами, построения графиков и письма.Студенты также собирают, фотографируют и геотегируют организм, чтобы идентифицировать его с помощью штрих-кодирования ДНК. Хотя эти лаборатории предназначены для оценки и сравнения биоразнообразия на опушках леса и в лесных недрах, их можно легко адаптировать для изучения различных типов сред обитания, таксонов или вопросов, которые более актуальны для преподавателей или региональных проблем сохранения (см. Обсуждение в обучении для получения более подробной информации и идеи для переделок).

Неделя 5 — Биоразнообразие

(Подробный план — вспомогательный файл S5.1: Штрих-кодирование ДНК — неделя 05 — План урока 1 по биоразнообразию.docx)

Это первая неделя двухнедельной лабораторной работы. На этой первой неделе студенты сравнивают биоразнообразие опушек леса и внутренних лесов. Каждый студент также собирает организм для идентификации в последующих лабораториях с использованием штрих-кодирования ДНК. Класс начинается с того, что учащиеся работают в небольших группах над разработкой исследования для проверки гипотезы о том, что опушки леса уменьшили биоразнообразие по сравнению с менее нарушенными внутренними лесными средами обитания. Они также определяют ключевые элементы своего исследования, включая гипотезу, независимую и зависимую переменную (ы).После этого задания класс разрабатывает окончательный план исследования и прорабатывает логистику того, как группы студентов будут разделены, а также как будут собираться и распространяться данные. Эти подробности представлены в вспомогательных лабораторных материалах пятой недели (Вспомогательный файл S5.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 05 — Раздаточный материал по биоразнообразию 1 КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx) и подготовительных заметках (Вспомогательный файл S5.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 05 — Биоразнообразие 1 Prep Notes.docx) и слайды лекций (Вспомогательный файл S5.6: штрих-кодирование ДНК — неделя 05 — биоразнообразие 1 слайды лекций.pptx). Затем студенты и преподаватели отправляются на опушку леса и внутренние участки леса и используют трансекты для сбора данных о количестве различных видов растений, беспозвоночных и грибов в каждом из этих двух мест в таблице сбора данных, которую мы предоставляем (вспомогательный файл S5.4. : Штрих-кодирование ДНК — неделя 05 — Лист сбора данных о биоразнообразии.docx). В течение этого времени каждый студент также собирает небольшой кусочек (~ 1 см в диаметре) свежей ткани растения, беспозвоночного или грибка по своему выбору для идентификации с использованием штрих-кодирования ДНК (в последующих лабораториях).Включены подробные протоколы сбора образцов (Вспомогательный файл S5.2: Штрих-кодирование ДНК — неделя 05 — Раздаточный материал КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА по биоразнообразию 1.docx; Вспомогательный файл S5.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 05 — Примечания к подготовке биоразнообразия 1.docx), но обычно любые образец свежей, мягкой, мясистой, не высушенной ткани листа, беспозвоночных или грибковой ткани подойдет. Каждый ученик сфотографирует свой организм в поле, а затем принесет образец своей ткани в лабораторию для хранения в морозильной камере. На следующей неделе студенты анализируют свои данные о биоразнообразии с помощью программного обеспечения Excel и пишут лабораторный отчет.В последующие недели они используют штрих-кодирование ДНК, чтобы идентифицировать собранный ими организм, а затем загружать его в растущую базу данных о лесных опушках и внутренних лесах. Материально-технические детали и советы по обучению доступны в лабораторных раздаточных материалах пятой недели (Вспомогательный файл S5.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 05 — Раздаточный материал по биоразнообразию 1 STUDENT.docx), слайды лекций (Вспомогательный файл S5.6: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 05 — Биоразнообразие 1 Lecture Slides.pptx) и подготовительные заметки (Вспомогательный файл S5.3: Штрих-кодирование ДНК — неделя 05 — Биоразнообразие 1 Prep Notes.docx).

Неделя 6 — Биоразнообразие 2

(Подробный план — Вспомогательный файл S6.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — План урока по биоразнообразию 2.docx)

Это вторая неделя двухнедельной лабораторной работы. На этой второй неделе студенты используют программное обеспечение Excel для анализа и построения графиков данных, собранных ими на предыдущей неделе (неделя 5). Студенты также делают подробные высококачественные фотографии собранных ими организмов для штрих-кодирования ДНК. Учащиеся загружают свои фотографии и результаты анализа данных в общую цифровую лабораторную записную книжку (сведения о записи включены в: Вспомогательный файл S6.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — Раздаточный материал 2 по биоразнообразию — СТУДЕНТ), который будет оцениваться в соответствии с рубрикой (Вспомогательный файл S6.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — Рубрика записной книжки лаборатории биоразнообразия). Мы рекомендуем использовать Google docs для создания цифровых записных книжек для групп из четырех студентов, которыми они смогут поделиться в Интернете (краткое руководство по созданию и совместному использованию документов Google можно найти по адресу https://www.youtube.com/watch?v=haKzqSULaPs). Студентам предоставляется краткая лекция (Вспомогательный файл S6.4: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — Слайды лекций по биоразнообразию 2.pptx) о структуре и содержании отчета научной лаборатории, который должен быть представлен на следующей неделе (Вспомогательный файл S6.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — Отчет лаборатории биоразнообразия — Руководящие принципы, Рубрика и Шаблон.docx). В последующие недели студенты используют штрих-кодирование ДНК, чтобы идентифицировать собранный ими организм. В лабораторный раздаточный материал для студентов включен рабочий лист после лабораторной работы (Вспомогательный файл S6.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — Материалы по биоразнообразию 2 — STUDENT.docx). Также на следующей неделе должен быть представлен официальный лабораторный отчет (вспомогательный файл S6.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — Отчет лаборатории биоразнообразия — Руководящие принципы, Рубрика и Шаблон.docx). Преподаватели должны использовать ответы студентов на рабочий лист после лабораторной работы, чтобы решить любые оставшиеся проблемы в их понимании. Дополнительные логистические детали и советы по обучению доступны на шестой неделе вспомогательных файлов, которые включают шаблон данных (вспомогательный файл S6.6: штрих-кодирование ДНК — неделя 06 — шаблон данных биоразнообразия 2.xlsx), ключ лабораторных материалов (вспомогательный файл S6.7: ДНК Штриховое кодирование — Неделя 06 — Раздаточный материал «Биоразнообразие 2» — КЛЮЧ ДЛЯ ИНСТРУКТОРА.docx) и подготовительные примечания (Вспомогательный файл S6.8: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — Подготовительные примечания к биоразнообразию 2.docx).

Блок 3: Клеточная и молекулярная биология
Обзор

Следующий блок, «Клеточная и молекулярная биология», знаменует начало конвейера штрих-кодирования ДНК. В этом разделе студенты узнают о структуре ДНК, пипетировании, центрифугировании, экстракции ДНК, полимеразной цепной реакции (ПЦР), гель-электрофорезе и секвенировании ДНК. Студенты применяют эти знания для извлечения и амплификации ДНК из своих образцов и отправки успешно амплифицированных образцов на секвенирование.Отведено время для двух раундов экстракции ДНК и амплификации ПЦР, чтобы студенты могли усовершенствовать свою технику и устранить неполадки в реакциях ПЦР. Преподаватели, которые заинтересованы только во включении штрих-кодирования ДНК в свои курсы, а не в ранее описанных лабораторных работах, могут пропустить предыдущие разделы и попросить студентов начать здесь. Однако в этом случае студентам нужно будет самостоятельно собирать образцы тканей вне класса, следуя рекомендациям по отбору образцов лекции пятой недели (Вспомогательный файл S5.4: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 05 — Слайды лекции 1 по биоразнообразию.pptx).

Неделя 7 — Пипетирование и выделение ДНК

(Подробный план — Вспомогательный файл S7.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 07 — План урока по пипетированию и извлечению ДНК.docx)

В этой лаборатории студенты учатся пользоваться пипетками, а затем применяют эти навыки для извлечения ДНК из образцов тканей, которые они ранее собрали. Сначала студентам предоставляется общая справочная лекция по пипетированию и центрифугированию (вспомогательный файл S7.2: Штрих-кодирование ДНК — 7-я неделя — Лекция по пипетированию и извлечению ДНК (Slides.pptx). После предварительной лекции студенты сначала практикуют основные методы дозирования и центрифугирования. Затем класс снова собрался вместе, чтобы получить дополнительную информацию об извлечении ДНК (Вспомогательный файл S7.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 07 — Пипетирование и извлечение ДНК, лекция Slides.pptx). Студенты работают индивидуально, чтобы извлечь ДНК из ткани организма, которую они ранее собрали. Эти образцы ДНК хранятся при -20 ° C до следующей лаборатории, когда они будут амплифицированы с помощью ПЦР.После лабораторной работы каждый студент также выполнит пост-лабораторное упражнение, оценивающее свои навыки дозирования и центрифугирования (подробности см. В вспомогательном файле S7.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 07 — Раздаточный материал по дозированию и извлечению ДНК — STUDENT.docx). Дополнительные логистические детали и советы по обучению доступны в файлах поддержки 7-й недели: раздаточном документе лаборатории (Вспомогательный файл S7.4: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 07 — Раздаточный материал по пипетированию и извлечению ДНК — КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx) и подготовительные примечания (вспомогательный файл S7.5 : Штрих-кодирование ДНК — Неделя 07 — Примечания к подготовке к пипетированию и экстракции ДНК.docx).

Неделя 8 — Полимеразная цепная реакция (ПЦР)

(Подробный план — вспомогательный файл S8.1: штрих-кодирование ДНК — неделя 08 — план урока ПЦР.docx)

В этой лаборатории студенты узнают, как провести полимеразную цепную реакцию, используя ДНК, которую они извлекли на предыдущей неделе. Сначала студентам предоставляется короткая лекция (Вспомогательный файл S8.2: штрих-кодирование ДНК — неделя 08 — лекция по ПЦР slides.pptx) о ПЦР, праймерах, используемых при штрих-кодировании ДНК, и важных деталях, касающихся лабораторных протоколов.После предварительной лекции студенты используют электронную таблицу мастер-микса (вспомогательный файл S8.3: штрих-кодирование ДНК — неделя 08 — шаблон калькулятора мастер-микса.xlsx) для расчета объема реагентов, необходимых для их ПЦР. После заполнения этой таблицы студенты работают в группах по четыре человека, чтобы подготовить мастер-микс для ПЦР с использованием праймеров, специфичных для таксонов, затем с помощью ПЦР амплифицируют каждый из их образцов вместе с положительным и отрицательным контролем (всего шесть образцов на группу из четырех студентов). Затем студенты заполняют лабораторную записную книжку, в которой фиксируются образцы, в каких пробирках с их ПЦР-полосками, какие праймеры использовались и какие условия цикла ПЦР использовались (вспомогательный файл S8.4: Штрих-кодирование ДНК — неделя 08 — рубрика оценивания в лабораторной тетради.docx). Запись в лабораторной записной книжке также должна включать снимок экрана с расчетами мастер-микса в Excel. Наконец, студенты заполняют рабочий лист после лабораторных работ (Вспомогательный файл S8.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 08 — Раздаточный материал ПЦР — STUDENT.docx), в котором оценивается понимание учащимися мастер-миксов, элементов управления и почему определенные области генома были выбраны для создания штрих-кодов ДНК . Логистические соображения и детали для подготовки лабораторных материалов и реагентов для ПЦР включены в сопроводительные примечания к подготовке (вспомогательный файл S8.6: Штрих-кодирование ДНК — неделя 08 — Примечания к подготовке к ПЦР.docx) вместе с ключом инструктора к лаборатории (вспомогательный файл S8.7: Штрих-кодирование ДНК — неделя 08 — Раздаточный материал ПЦР — КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx).

Неделя 9 — Гель-электрофорез

(Подробный план — Вспомогательный файл S9.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 09 — План урока по гель-электрофорезу.docx)

В этой лаборатории студенты используют гель-электрофорез для интерпретации результатов ПЦР на предыдущей неделе. В начале этой лабораторной работы слушателям предоставляется вводная презентация о том, как работает гель-электрофорез, и важные логистические детали лабораторных протоколов (вспомогательный файл S9.2: Штрих-кодирование ДНК — неделя 09 — лекция по гель-электрофорезу slides.pptx). Поскольку большинство студентов раньше не запускали гель, инструкторы объясняют соответствующую технику загрузки геля, а затем дают студентам возможность попрактиковаться, пока они не почувствуют уверенность в нагрузке. Когда студенты готовы загрузить свой гель, инструкторы демонстрируют, как собрать гелевый аппарат и отлить гели. Пока гель застывает, студенты готовят свои продукты ПЦР к загрузке. После затвердевания гелей инструкторы демонстрируют, как загружать образцы в гель, а студенты по очереди загружают свои продукты ПЦР в гель.Затем учащиеся работают в группах по 3-4 человека, чтобы запустить, окрашивать и визуализировать свои гели. Пока гели работают, студентов спрашивают, как интерпретировать их результаты (Вспомогательный файл S9.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 09 — Лекция по гель-электрофорезу slides.pptx). Затем учащиеся используют предоставленный шаблон (Вспомогательный файл S9.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 09 — Шаблон изображения геля.pptx) для маркировки своих изображений геля, которые переносятся в свои лабораторные записные книжки (Вспомогательный файл S9.4: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 09 — Раздаточный материал для гель-электрофореза — СТУДЕНТ.docx). После завершения лабораторной работы студенты работают в парах, чтобы записать результаты своих гелей (Вспомогательный файл S9.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 09 — Рубрика по гель-электрофорезу.docx). Это задание дает студентам возможность попрактиковаться в форматировании цифр, составлении отчетов о результатах и ​​определении необходимого анализа и интерпретации геля. Логистические соображения и детали для подготовки лабораторных материалов и химикатов включены в вспомогательные примечания к подготовке (Вспомогательный файл S9.6: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 09 — Примечания к подготовке к гель-электрофорезу.docx) вместе с ключом инструктора к лаборатории (вспомогательный файл S9.7: штрих-кодирование ДНК — неделя 09 — раздаточный материал для гель-электрофореза — КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx).

Неделя 10 — выделение ДНК и ПЦР 2

(Подробный план — Вспомогательный файл S10.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 10 — План урока по выделению ДНК и ПЦР II.docx)

В этой лаборатории студентам, которые не смогли успешно амплифицировать ДНК в предыдущие недели, предоставляется вторая возможность извлечь и амплифицировать ДНК с помощью ПЦР из собранных ими образцов.Учащиеся могут использовать результаты гель-электрофореза, проведенного на прошлой неделе, для устранения неполадок и решения, хотят ли они собрать новый организм для штрих-кода ДНК или попробовать новый протокол выделения ДНК для своего исходного образца (вспомогательный файл S10.2: Штрих-кодирование ДНК — неделя 10 — Альтернативный протокол экстракции ДНК растений.docx). Студенты с новыми образцами сфотографируют свои образцы, а затем все студенты будут работать индивидуально, чтобы извлечь ДНК из своих образцов. Затем студенты работают в группах над созданием мастер-микса ПЦР с использованием электронной таблицы (вспомогательный файл S10.3: Штрих-кодирование ДНК — неделя 10 — калькулятор основной смеси Template.xlsx). Затем студенты готовят мастер-микс для ПЦР как группа, и ПЦР усиливает свои образцы вместе с положительным и отрицательным контролем. Студенты документируют свои настройки ПЦР, фотографии и методы экстракции в своей лабораторной тетради (Вспомогательный файл S10.4: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 10 — Выделение ДНК и раздаточный материал ПЦР II — СТУДЕНТ.docx), которые могут быть оценены в соответствии с предоставленной нами рубрикой ( Вспомогательный файл S10.5: Штрих-кодирование ДНК — неделя 10 — Выделение ДНК и лабораторная оценка результатов ПЦР II.docx). Логистические соображения и детали для подготовки лабораторных материалов и реагентов включены в вспомогательные примечания к подготовке (Вспомогательный файл S10.6: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 10 — Извлечения ДНК и Примечания к подготовке к ПЦР 2.docx) вместе с ключом инструктора от лаборатории ( Вспомогательный файл S10.7: Штрих-кодирование ДНК — неделя 10 — Выделение ДНК и раздаточный материал ПЦР II — КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx).

Неделя 11 — гель 2 и секвенирование ДНК

(Подробный план — Вспомогательный файл S11.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 11 — Гели 2 и план урока по секвенированию ДНК.docx)

В этой лаборатории студенты выполняют второй раунд гель-электрофореза, а затем успешно отправляют продукты, амплифицированные с помощью ПЦР, на объект для секвенирования. Студенты, повторяющие анализ гель-электрофорезом, приходят в класс в обычное время и сразу же собирают лотки для литья и выливают расплавленную агарозу. Пока агароза затвердевает, студенты готовят свои продукты ПЦР, затем загружают, запускают, окрашивают и создают изображения своих гелей. Остаток лабораторного периода доступен для всех студентов, чтобы настроить свои реакции секвенирования ДНК.На этом этапе все студенты должны присутствовать в лаборатории, чтобы сделать учетные записи на веб-сайте DNA Subway и получить краткое введение в синюю линию DNA Subway (вспомогательный файл S11.2: штрих-кодирование ДНК — неделя 11 — гель 2 и лекция по секвенированию ДНК .pptx), удобный веб-инструмент, который будет использоваться в лабораторной работе на следующей неделе для создания и анализа последовательностей штрих-кодов ДНК учащихся.

После заполнения гелей учащиеся получают инструкции о том, как подготовить успешно амплифицированные образцы для секвенирования по Сэнгеру (вспомогательный файл S11.2: штрих-кодирование ДНК — неделя 11 — гель 2 и лекция по секвенированию ДНК.pptx). Учащиеся используют результаты гель-электрофореза, чтобы определить, какие амплифицированные продукты ПЦР подходят для отправки на секвенирование, затем загружают свои образцы в предварительно промаркированные пробирки для секвенирования, которые доставляются в центр секвенирования, который в электронном виде возвращает файлы данных последовательности в течение 24 часов. Студенты, которые не смогли успешно амплифицировать ДНК ни в одном из двух предыдущих раундов ПЦР, помогают другим членам группы, читая протоколы, записывая, какие образцы были секвенированы, и записывая серийные номера пробирок для секвенирования в свои лабораторные тетради.В оставшееся время в классе учащиеся, которым необходимо, могут комментировать фотографии геля в своих лабораторных тетрадях. После лабораторной работы студенты, выполнившие второй гель, должны предоставить заполненную лабораторную запись в записной книжке, в которой подробно описаны результаты их второго геля и секвенирования ДНК (вспомогательный файл S11.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 11 — Раздаточный материал для геля 2 и секвенирования ДНК — STUDENT.docx ). Логистические соображения и детали для подготовки лабораторных материалов и реагентов включены в сопроводительные примечания к подготовке (вспомогательный файл S11.4: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 11 — Prep Notes.docx) вместе с ключом инструктора к лаборатории (Вспомогательный файл S11.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 11 — Гель 2 и раздаточный материал по секвенированию ДНК — INSTRUCTOR KEY.docx).

Раздел 4: Биоинформатика
Обзор

В последнем разделе, «Биоинформатика», студенты проводят 12-13 недели, анализируя свои последовательности ДНК с помощью бесплатной удобной веб-платформы под названием DNA Subway Blue Line. Это программное обеспечение позволяет студентам таксономически идентифицировать образцы, собранные ими на пятой неделе, путем сравнения их последовательностей с другими в обширной онлайн-базе данных.Затем студенты загружают свои образцы фотографий, последовательность штрих-кода ДНК, информацию о местоположении / среде обитания и таксономическую принадлежность в общедоступную онлайн-базу данных iNaturalist (www.inaturalist.org). Чтобы завершить свой проект, ученики создают плакат, суммирующий свои результаты. Последняя неделя лабораторного курса заканчивается комплексным заключительным экзаменом, который охватывает концепции и методы, изученные в течение семестра.

Неделя 12 — Метро ДНК

(Подробный план — вспомогательный файл S12.1. Штрих-кодирование ДНК — неделя 12 — Биоинформатика — План урока DNA Subway.docx)

Цель этого задания — помочь учащимся использовать биоинформатический анализ в сочетании с фотографиями, картами ареалов и здравым смыслом, чтобы сделать выводы о таксономической идентичности образца, который они собрали на пятой неделе. Студенты используют сетевой набор биоинформатического программного обеспечения DNA Subway Blue Line (https://dnasubway.cyverse.org/) для анализа штрих-кодов ДНК, созданных из образцов, которые они ранее собрали.Перед тем, как приступить к анализу собственных последовательностей, студентам предоставляется удобная презентация PowerPoint под руководством инструктора (Вспомогательный файл S12.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 12 — Лекция в метро DNA.pptx), в котором показано, как анализировать две последовательности демонстрационного штрих-кода S12.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 12 — 1-растение-pos-fall15F_PREMIX_J43474_3, вспомогательный файл S12.4: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 12-1 — растение — pos — fall15R _ PREMIX _ J43475 _ 4) с использованием синей линии ДНК метро . После этой демонстрации студенты следуют указаниям в их лабораторном руководстве (вспомогательный файл S12.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 12 — Раздаточный материал по метрополитену ДНК — STUDENT.docx) для анализа собственных последовательностей с использованием синей линии. Это включает: 1) очистку и сборку исходных данных последовательности в правильно отформатированный штрих-код ДНК; 2) Определение идентичности их последовательности ДНК с помощью так называемого анализа BLAST; и 3) Изучение взаимосвязи их штрих-кода ДНК с другими последовательностями ДНК с использованием выравнивания MUSCLE и филогенетических деревьев, созданных в DNA Subway. Эти анализы записываются студентами, отвечая на вопросы в своих лабораторных материалах (вспомогательный файл S12.5: Штрих-кодирование ДНК — неделя 12 — Раздаточный материал по метрополитену ДНК — STUDENT.docx), а также запись информации в их лабораторную записную книжку (см. Подсказки в вспомогательном файле S12.5: Штрих-кодирование ДНК — неделя 12 — Раздаточный материал по метро ДНК — STUDENT.docx). Затем учащиеся используют эти данные вместе с фотографиями и картами ареалов, чтобы определить, есть ли достаточные доказательства для определения таксономической принадлежности их экземпляров на уровне рода или вида. После лабораторной работы студенты заполняют рабочий лист после лабораторной работы (см. Конец: Вспомогательный файл S12.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 12 — Раздаточный материал по метро ДНК — СТУДЕНТ.docx) об их анализах ДНК Subway Blue Line, которые собираются инструкторами в конце урока, чтобы учащиеся сделали точные выводы относительно идентичности их образца.

Это одна из самых сложных и информативных лабораторий как для студентов, так и для преподавателей, поэтому мы пошли на большие меры, включив в нее множество полезных материалов, разработанных так, чтобы они были доступны даже самым непосвященным пользователям, практически не имеющим опыта в биоинформатике. . Одним из наиболее полезных из них является дополнительный PowerPoint (вспомогательный файл S12.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 12 — Лекция по метро ДНК.pptx), который включает обширную анимацию и заметки под каждым слайдом, которые объясняют каждый этап Метро ДНК в очень удобной для пользователя форме. Мы настоятельно рекомендуем инструкторам проводить время перед занятием, используя эти слайды в сочетании с демонстрационными последовательностями (Вспомогательный файл S12.3: штрих-кодирование ДНК — неделя 12 — 1-plant-pos-fall15F_PREMIX_J43474_3, вспомогательный файл S12.4: штрих-кодирование ДНК — неделя 12 — 1 — растение — pos — fall15R _ PREMIX _ J43475 _ 4) перед встречей со студентами.Видеоурок по метро ДНК доступен по адресу https://www.youtube.com/watch?v=7WF—Ba2P10. Дополнительные руководства и ресурсы также доступны на https://www.dnabarcoding101.org. Другие логистические соображения и детали для подготовки лабораторных материалов включены в вспомогательные примечания к подготовке (вспомогательный файл S12.6: штрих-кодирование ДНК — неделя 12 — Prep Notes.docx) вместе с ключом инструктора к лаборатории (вспомогательный файл S12.7: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 12 — Раздаточный материал по метро ДНК — КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx) и критерии оценки для записных книжек студенческих лабораторий (вспомогательный файл S12.8: Штрих-кодирование ДНК — неделя 12 — лабораторная тетрадь DNA Subway (rubric.docx).

Неделя 13 — iNaturalist и плакаты

(Подробный план — Вспомогательный файл S13.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — План урока плакатов iNaturalist и DNA Subway, docx)

После короткой презентации в PowerPoint, в которой излагаются цели и протоколы лаборатории (Вспомогательный файл S13.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — iNaturalist и плакаты — Lecture.pptx), студенты загружают фотографии, штрих-коды ДНК и таксономическую информацию о собранном ими организме и определены для iNaturalist — бесплатной, удобной в использовании веб-базы данных, предназначенной для обмена геолокационными и таксономическими данными о организмах, сфотографированных в природе.Затем эти наблюдения добавляются к текущему курсовому проекту в iNaturalist, который собирает все организмы, собранные на опушках леса и внутренних местах обитания. Курсовый проект, который мы создали на iNaturalist, предназначен для JMU и нашего исследовательского вопроса, поэтому другим учреждениям необходимо будет создать свои собственные проекты iNaturalist для своего региона и / или исследовательских вопросов, которые они решают. Мы включили дополнительный рабочий лист (Вспомогательный файл S13.8: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — Количественная оценка биоразнообразия в iNaturalist.docx), который учит студентов извлекать данные из базы данных iNaturalist. Студенты (и преподаватели) могут использовать это упражнение для сравнения общего биоразнообразия опушек леса с типами внутренней среды обитания или для других сравнений, которые более актуальны для исследовательских вопросов их курса (см. Последнюю страницу вспомогательного файла S13.8: Штрих-кодирование ДНК — неделя 13 — Подробную информацию о биоразнообразии можно найти в iNaturalist.docx). Затем студенты используют свои лабораторные раздаточные материалы (Вспомогательный файл S13.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — iNaturalist и раздаточный материал для плакатов — СТУДЕНТ.docx) и подключенный к Интернету компьютер для проведения в классе исследований естественной истории организма, который они закодировали. Выполнив это задание, студенты изучают основы форматирования плаката для научной презентации (Вспомогательный файл S13.4: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — iNaturalist и плакаты — Ссылки на материалы по дизайну плакатов.docx), а затем загружают ДНК шаблон плаката со штрих-кодированием (Вспомогательный файл S13.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — iNaturalist и плакаты — Шаблон плаката.pptx), который они используют для остальной части лаборатории или в качестве домашнего задания для завершения своего плаката со штрих-кодированием ДНК.Этот плакат будет представлен для оценки (Вспомогательный файл S13.6: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — Рубрика оценки плаката по штрих-кодированию ДНК.docx). Материально-технические соображения и детали для подготовки лабораторных материалов на этой неделе включены в вспомогательные примечания к подготовке (Вспомогательный файл S13.7: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — iNaturalist и плакаты — Примечания к подготовке.docx).

, неделя 14: заключительный экзамен

Последняя неделя лабораторной работы отведена для итогового итогового экзамена. В целях безопасности наш экзамен не включен в эту публикацию, но мы включили учебное пособие, в котором излагаются все основные темы, связанные с нашим финалом (вспомогательный файл S14.1: Штрих-кодирование ДНК — неделя 14 — Учебное пособие для заключительного экзамена.docx).

ПРЕПОДАВАТЕЛЬСКАЯ ДИСКУССИЯ

Преимущества программ CURE хорошо задокументированы, но возможность масштабирования этих курсовых мероприятий для удовлетворения потребностей большого количества учащихся, начальных курсов бакалавриата может быть затруднена. Представленная здесь серия семестровых лабораторных модулей по штрих-кодированию ДНК является первой половиной годовой программы CURE по штрих-кодированию ДНК, которая была успешно реализована в нашем первогоднем курсе Основы биологии в Университете Джеймса Мэдисона для большого числа студентов.В первый семестр этого курса зачисляется около 500 студентов в семестр, а лабораторные работы ограничиваются 24 студентами в каждой секции. По состоянию на сентябрь 2018 года курс находится на пятом семестре реализации. Студенты этих лабораторий создали более 1500 уникальных последовательностей штрих-кодов ДНК и задокументировали более 300 уникальных видов растений, грибов и беспозвоночных. Эти лаборатории обслужили около 2500 студентов JMU с различными академическими специальностями, включая биологию, биотехнологию, медицинские науки, экономику, химию и другие, демонстрируя способность этих лабораторий по штрих-кодированию ДНК удовлетворять потребности курсов первого года обучения с большим числом учащихся (рис.3).Кроме того, большинство разделов этой лаборатории возглавляли преподаватели, работающие по совместительству, и магистранты, у которых практически не было опыта преподавания или исследований, что свидетельствует о том, что преподаватели могут успешно проводить эти уроки без начального технического или педагогического опыта.

Мы использовали несколько методов, чтобы оценить, насколько хорошо эти лаборатории достигли наших учебных целей в нашей первой когорте студентов в осеннем семестре 2016 года (n = 474; исследование одобрено Институтом наблюдательного совета JMU для людей № 17-0307).Во-первых, эффективность курса оценивалась с использованием баллов студентов по основным заданиям, которые были сопоставлены с целями обучения. Студенты по всем 20 разделам (n = 474) в среднем набрали 78,9% (SD = 9,1) на итоговом кумулятивном экзамене (вспомогательный файл S14.1: Штрих-кодирование ДНК — Учебное руководство для заключительного экзамена.docx), предназначенного для оценки концептуального и технического понимания каждого курса цель обучения (вспомогательный файл S0.2: штрих-кодирование ДНК — согласование целей и оценок.docx). Учеба студентов также оценивалась с использованием рубрик (вспомогательный файл S13.6: ДНК-штрих-кодирование — 13-я неделя — ДНК-штрих-кодирование Плакат оценивания Rubric.docx) финальные плакаты, в которых учащиеся в среднем набрали 86,2% (SD = 9,6, n = 474). Эти данные предоставляют первоначальное свидетельство удовлетворительного знания содержания курса для достижения наших целей обучения, однако в будущем потребуется дальнейшая оценка, сравнивающая результаты выполнения этих заданий до и после курса, чтобы более точно определить, улучшают ли наши уроки успеваемость учащихся по сравнению с их результатами. базовый уровень до завершения этих лабораторных работ.Во-вторых, в добровольном опросе, проведенном в последний день курса,> 60% студентов сообщили о повышенном уровне комфорта с концепциями из экологии, молекулярной биологии и биоинформатики по сравнению с началом семестра, в то время как <4 % студентов сообщили о меньшем комфорте (Рисунок 4, n = 430).

Аналогичным образом, 70% студентов сообщили о повышении комфорта при использовании методов и приемов, связанных с экологией, молекулярной биологией и биоинформатикой, по завершении курса, в то время как <4% студентов сообщили о меньшем комфорте (Рисунок 5, n = 430).Наконец, в том же опросе 90% студентов согласились, что эти лаборатории были хорошим способом изучения науки, а 80% указали, что опыт повысил их интерес к науке. Эти ответы и показатели эффективности показывают, что эта серия лабораторных работ эффективна в обучении концепциям и методам в области экологии, молекулярной биологии и биоинформатики, а также в стимулировании интереса студентов первого курса к науке. Хотя в настоящее время проводится более глубокое исследование того, как студенты извлекают пользу из этого исследовательского опыта (25-26), конвергенция данных опроса самоотчетов с вышеупомянутыми прямыми измерениями (т.е. результаты на выпускном экзамене и плакаты) служат первоначальным свидетельством того, что этот курс соответствует целям обучения (вспомогательный файл S0.2: Штрих-кодирование ДНК - согласование целей и оценок.docx).

Вызовы

Расходы, связанные с молекулярными методами, такими как ПЦР-амплификация и секвенирование ДНК, могут быть серьезным препятствием для реализации этих лабораторий, однако, ограничив каждого студента штрих-кодированием одного образца, мы смогли сохранить расходы на расходные материалы, включая наконечники для пипеток, Реагенты для ПЦР и геля, а также секвенирование ДНК на уровне, равном нашему предыдущему бюджету до внедрения этих лабораторий.По нашим оценкам, затраты, связанные с молекулярной лабораторией (7–12 недели), составят ~ 13 долларов на студента в семестр, включая затраты на секвенирование, которые составляют 4,50 доллара за чтение (см. Вспомогательный файл S0.3: Штрих-кодирование ДНК — оборудование для штрих-кодирования ДНК list.xls). Эти оценки не включают первоначальные инвестиции в оборудование длительного пользования, такое как микропипетки, микроцентрифуги, вортексеры, циклические устройства для ПЦР, гелевые боксы и оборудование для визуализации гелей (см. Вспомогательный файл S0.3: Штрих-кодирование ДНК — список оборудования для штрих-кодирования ДНК.xls для получения исчерпывающего материала. список).Если стоимость является проблемой, существует множество способов адаптировать части этих лабораторий для сокращения затрат. Например, инструкторы могут снабдить студентов ранее полученными последовательностями штрих-кода ДНК и сосредоточиться в первую очередь на биоинформатических аспектах этих лабораторий, тем самым резко сократив расходы. Варианты альтернативных реализаций обсуждаются ниже.

Еще одна важная проблема — это вероятность того, что студенты успешно создадут уникальные штрих-коды ДНК. Хотя наши протоколы доказали свою надежность для различных таксонов и типов образцов, успехи студентов в извлечении и амплификации ДНК из образцов, которые они собирают, различаются.Отчасти эта вариабельность может быть результатом неопытности студентов, выполняющих молекулярные методы, однако результаты студенческих гелей предполагают, что трудности с выделением и очисткой ДНК, по-видимому, являются одним из самых больших препятствий для создания исходных последовательностей штрих-кода. Вариабельность показателей успеха также может быть связана с отбором образцов. Высушенные, мясистые и / или восковидные образцы сложно извлечь и очистить ДНК независимо от уровня квалификации ученика. Чтобы помочь учащимся добиться успеха в создании штрих-кодов ДНК, мы предоставляем подробные инструкции по сбору образцов, которые могут повысить вероятность успешного выделения и амплификации ДНК (вспомогательный файл S5.6: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 05 — Слайды лекции 1 по биоразнообразию.pptx). Опытные инструкторы с хорошо оборудованными лабораториями и доступом к микрообъемным спектрофотометрам (например, ThermoFisher Nanodrop) могут захотеть измерить содержание ДНК и чистоту экстрактов ДНК учащихся перед ПЦР на восьмой и десятой неделях. Это может помочь снизить затраты на неудачные реакции ПЦР. Что еще более важно, у студентов есть выделенное лабораторное время (10-11 недели) для проведения второго набора экстракций ДНК, ПЦР и гель-электрофореза в случае, если их первые попытки потерпят неудачу на любом из этих этапов.По нашим оценкам, с итерацией около 80% наших студентов могут успешно создать последовательность штрих-кода ДНК из организмов, которые они собирают. Учащимся, которые не могут успешно амплифицировать ДНК с первой попытки (7-9 недели), обычно направляют собрать новый или другой образец для второй попытки на 10-й неделе и / или попробовать новый протокол выделения ДНК (вспомогательный файл S10.2. : Штрих-кодирование ДНК — неделя 10 — Альтернативный протокол экстракции ДНК растений.docx). Тем, кто не может успешно амплифицировать ДНК при обеих попытках, предоставляются резервные копии неизвестных последовательностей (https: // tinyurl.com / ybnwn9gp) или последовательность другого учащегося для анализа. Таким образом, способность студента выполнять лабораторные работы не зависит исключительно от создания уникального штрих-кода ДНК из их собственного образца. Кроме того, мы видим, что случайные неудачи в создании штрих-кодов ДНК являются сильной стороной лаборатории (26). Он предоставляет возможности для повторения, устранения неполадок и усовершенствования молекулярных методов. Это также демонстрирует, что исследования и методы не всегда работают так, как планировалось, одновременно обеспечивая безопасность последовательностей резервного копирования, чтобы гарантировать, что все студенты могут выполнить каждое лабораторное задание.

Альтернативные реализации

Мы обрисовали в общих чертах 14-недельную серию лабораторных модулей, проводимых в течение семестра в лабораторных условиях, предназначенных для студентов первого курса бакалавриата естественных наук. В то время как множество литературы демонстрирует положительное влияние семестровых ЛЕЧЕНИЙ на курсах биологии первого года (5), мы признаем, что реализация этих модулей в таком масштабе не всегда практична, поскольку требует значительной финансовой и идеологической поддержки со стороны администрации университета и преподавателей, а также обширные усилия преподавателей, реализующих курс.Кроме того, на пятой и шестой неделях этих лабораторий требуется доступ в лес, что непрактично для многих школ. В свете этих препятствий это может помешать полномасштабной реализации вышеуказанных модулей; альтернативные или сокращенные реализации этих лабораторных работ, несомненно, могут быть использованы в различных контекстах.

Одним из решений является выборочная реализация ограниченного подмножества этих лабораторных модулей для выделения определенных концепций или методологий, основанных на различных потребностях курса и группах студентов.Например, инструктор может выбрать для своего курса реализацию только конвейера штрих-кодирования ДНК (недели 7–12). В качестве альтернативы, весь конвейер штрих-кодирования ДНК (Wk. 7 — Wk. 12) можно настроить так, чтобы его можно было запустить всего за два-три собрания класса. Например, предыдущие итерации этих рабочих процессов штрих-кодирования ДНК были успешно скомпонованы для двух-трехдневных семинаров и летних лагерей, организованных JMU, для учащихся старших классов и студентов бакалавриата. Чтобы упростить ускоренные модули, студенты обычно приносят в класс ранее собранные образцы, либо ранее собранные образцы предоставляются инструкторами лаборатории.Последний подход может быть особенно эффективным при концентрации усилий класса на анализе отдельной группы образцов. Например, этот подход был успешно развит в продолжающееся продольное исследование Центра генома и метагенома JMU (CGEMS), характеризующее местные популяции комаров в кампусе JMU и окружающей долине Шенандоа. Кроме того, полностью компьютеризированный модуль, делающий упор на биоинформатический анализ ранее полученных данных штрих-кода ДНК, доступен для реализации в одном 120-минутном модуле (27).Этот модуль настроен специально для повсеместного использования, требуя только компьютер и подключение к Интернету для участия студентов в лекции или лабораторных условиях.

Если сравнение биоразнообразия на опушках леса и внутренних территорий невозможно или представляет интерес, центральный вопрос и введение в экологические лаборатории на пятой и шестой неделе можно изменить, чтобы студенты могли сравнивать почти любые два места обитания. Например, учащиеся могут сравнить биоразнообразие на северных и южных склонах холмов, высоких и высоких.городские парки с низкой посещаемостью, пруды с рыбой или без рыбы или любые два места обитания, где можно собирать живые организмы. Студенты могут даже выбрать сравнение, которое они хотели бы провести. В качестве альтернативы, экологические лаборатории (пятая и шестая недели) могут быть адаптированы или заменены, чтобы подготовить студентов к выборке конкретных таксономических групп (например, комаров) или ответить на вопросы, относящиеся к исследовательским программам в вашем учреждении. Например, отделы почетных званий наших лабораторий в JMU занимались выявлением видов навозных жуков на фермах, идентификацией грибов, собранных Американским микологическим обществом, и идентификацией загадочных видов головастиков, в то время как другие программы были разработаны для выявления неправильной маркировки суши (28) или травяные продукты (29).Учитывая широкий спектр анализа штрих-кодирования ДНК, представленные здесь модули могут быть реализованы в нескольких альтернативных версиях в зависимости от наличия ресурсов, исследовательских интересов преподавателей, доступа к лесам, количества студентов и времени.

Заключение

Появляется все больше свидетельств, подтверждающих преимущества, которые исследовательский опыт бакалавриата может дать студентам STEM (5–9), особенно в начале их карьеры в бакалавриате (10). К сожалению, у многих традиционных исследовательских программ бакалавриата отсутствует возможность масштабирования для удовлетворения потребностей большого числа учащихся на курсах первого года обучения.Здесь мы предоставили проверенный в классе, масштабируемый и переносимый семестр исследовательский опыт бакалавриата, основанный на штрих-кодировании ДНК, который показал себя многообещающим в качестве модели для преподавания основных концепций биологии, а также для вовлечения студентов в подлинные, открытые исследования, документирующие видовое разнообразие с использованием штрих-кодирования ДНК. Эти лаборатории также предоставляют возможность преподавателям, заинтересованным в документировании местного биоразнообразия, включать студентов первого курса в свои исследовательские программы. Мы надеемся, что эти лаборатории могут служить моделью для учебных заведений для проведения аутентичных исследований, основанных на штрих-кодировании ДНК, в их собственных курсах первого года обучения в бакалавриате.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Вспомогательные материалы сгруппированы по неделям. Каждую неделю есть план урока, который содержит обзор урока, подробные заметки по подготовке, слайды лекций, рабочие листы, распечатку лабораторного руководства и любые дополнительные файлы, необходимые для успешного завершения урока.

  • S0.1: Штрих-кодирование ДНК — образец учебной программы.docx
  • S0.2: Штрих-кодирование ДНК — согласование целей и оценок.docx
  • S0.3: DNA Barcoding — перечень оборудования для штрих-кодирования ДНК.xls

Неделя 01 — Научный процесс

  • S1.1: Штрих-кодирование ДНК — неделя 01 — План урока по научному процессу.docx
  • S1.2: Штрих-кодирование ДНК — неделя 01 — Раздаточный материал для научных исследований КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx
  • S1.3a: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 01 — Научный процесс, черно-белый FLOWCHART.pdf
  • S1.3b: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 01 — Научный процесс FLOWCHART.pdf
  • S1.4: Штрих-кодирование ДНК — неделя 01 — Раздаточный материал по научному процессу STUDENT.docx
  • S1.5. Штрих-кодирование ДНК — неделя 01 — Примечания к процессу подготовки научных кадров.docx
  • S1.6: Штрих-кодирование ДНК — неделя 01 — Лекция о процессе науки Slides.pptx

Неделя 02 — Проверка гипотез

  • S2.1: Штрих-кодирование ДНК — неделя 2 — План урока по проверке гипотез.docx
  • S2.2: Штрих-кодирование ДНК — неделя 2 — Раздаточный материал для проверки гипотез КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx
  • S2.3: Штрих-кодирование ДНК — неделя 2 — Лекция по проверке гипотез Slides.pptx
  • S2.4: Штрих-кодирование ДНК — неделя 02 — Примечания к подготовке к проверке гипотез.docx
  • S2.5: Штрих-кодирование ДНК — неделя 2 — Раздаточный материал для проверки гипотез STUDENT.docx

Неделя 03 — Филогения 1

  • S3.1: Штрих-кодирование ДНК — неделя 03 — Филогения 1 план урока.docx
  • S3.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 03 — Раздаточный материал по филогении КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx
  • S3.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 03 — Раздаточный материал по филогении STUDENT.docx
  • S3.4: Штрих-кодирование ДНК — неделя 03 — слайды лекции по филогении.pptx
  • S3.5: Штрих-кодирование ДНК — неделя 03 — Примечания к подготовке к филогенезу.docx

Неделя 04 — Филогения 2 Caminalcules

  • S4.1: Штрих-кодирование ДНК — неделя 04 — План урока Caminalcules.docx
  • S4.2: Штрих-кодирование ДНК — неделя 04 — Раздаточный материал Caminalcules STUDENT.docx
  • S4.3: Штрих-кодирование ДНК — неделя 04 — Caminalcules — Раздаточный КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx
  • S4.4: Штрих-кодирование ДНК — неделя 04 — Штрих-коды ДНК Caminalcules.pptx
  • S4.5: Штрих-кодирование ДНК — неделя 04 — Caminalcules — лист выравнивания MYA.pptx
  • S4.6. Штрих-кодирование ДНК — неделя 04 — слайды лекции Caminalcules.pptx
  • S4.7: Штрих-кодирование ДНК — неделя 04 — Примечания к подготовке Caminalcules.docx

Неделя 05 — Биоразнообразие 1

  • S5.1: Штрих-кодирование ДНК — неделя 05 — План урока 1 по биоразнообразию.docx
  • S5.2: Штрих-кодирование ДНК — неделя 05 — Биоразнообразие 1 Раздаточный материал КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx
  • S5.3: Штрих-кодирование ДНК — неделя 05 — Биоразнообразие 1 Подготовительные заметки.docx
  • S5.4: Штрих-кодирование ДНК — неделя 05 — Лист сбора данных о биоразнообразии.docx
  • S5.5: Штрих-кодирование ДНК — неделя 05 — Раздаточный материал по биоразнообразию 1 STUDENT.docx
  • S5.6: Штрих-кодирование ДНК — неделя 05 — лекция по биоразнообразию 1 Slides.pptx

Неделя 06 — Биоразнообразие 2

  • S6.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — План урока 2 по биоразнообразию.docx
  • S6.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — Раздаточный материал 2 по биоразнообразию — STUDENT.docx
  • S6.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — Записная книжка лаборатории биоразнообразия Rubric.docx
  • S6.4: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — Слайды лекций 2 «Биоразнообразие».pptx
  • S6.5: штрих-кодирование ДНК — неделя 06 — отчет лаборатории биоразнообразия — руководящие принципы, рубрика и шаблон.docx
  • S6.6: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — Шаблон данных о биоразнообразии 2.xlsx
  • S6.7: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — Раздаточный материал 2 по биоразнообразию — КЛЮЧ ДЛЯ ИНСТРУКТОРА.docx
  • S6.8: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 06 — Подготовительные заметки по биоразнообразию 2.docx

Неделя 07 — Пипетирование и экстракция ДНК

  • S7.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 07 — План урока по пипетированию и экстракции ДНК.docx
  • S7.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 07 — Слайды лекции по пипетированию и экстракции ДНК.pptx
  • S7.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 07 — Раздаточный материал по пипетированию и экстракции ДНК — STUDENT.docx
  • S7.4: Штрих-кодирование ДНК — 07 неделя — Раздаточный материал по пипетированию и экстракции ДНК — КЛЮЧ ДЛЯ ИНСТРУКТОРА.docx
  • S7.5: Штрих-кодирование ДНК — 7-я неделя — Примечания к подготовке к пипетированию и экстракции ДНК.docx

8 неделя — ПЦР

  • S8.1: Штрих-кодирование ДНК — неделя 08 — План урока ПЦР.docx
  • S8.2: Штрих-кодирование ДНК — неделя 08 — лекция по ПЦР slides.pptx
  • S8.3: Штрих-кодирование ДНК — неделя 08 — Шаблон калькулятора мастер-смеси.xlsx
  • S8.4: Штрих-кодирование ДНК — неделя 08 — Рубрика оценивания в лабораторной записной книжке.docx
  • S8.5: Штрих-кодирование ДНК — неделя 08 — Раздаточный материал ПЦР — STUDENT.docx
  • S8.6: Штрих-кодирование ДНК — неделя 08 — Примечания к подготовке к ПЦР.docx
  • S8.7: Штрих-кодирование ДНК — неделя 08 — Раздаточный материал ПЦР — КЛЮЧ ДЛЯ ИНСТРУКТОРА.docx

неделя 09 — гель-электрофорез

  • S9.1. Штрих-кодирование ДНК — неделя 09 — план урока гель-электрофореза.docx
  • S9.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 09 — Лекция по гель-электрофорезу slides.pptx
  • S9.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 09 — Шаблон изображения геля.pptx
  • S9.4: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 09 — Раздаточный материал для гель-электрофореза — STUDENT.docx
  • S9.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 09 — Рубрика по гель-электрофорезу.docx
  • S9.6: Штрих-кодирование ДНК — неделя 09 — Примечания к подготовке к гель-электрофорезу.docx
  • S9.7: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 09 — Раздаточный материал для гель-электрофореза — КЛЮЧ ДЛЯ ИНСТРУКТОРА.docx

Неделя 10 — Выделение ДНК и ПЦР 2

  • S10.1: Штрих-кодирование ДНК — неделя 10 — План урока по выделению ДНК и ПЦР II.docx
  • S10.2: Штрих-кодирование ДНК — неделя 10 — Альтернативный протокол экстракции ДНК растений.docx
  • S10.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 10 — Шаблон калькулятора мастер-смеси.xlsx
  • S10.4: Штрих-кодирование ДНК — неделя 10 — Выделение ДНК и раздаточный материал ПЦР II — STUDENT.docx
  • S10.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 10 — Экстракции ДНК и лабораторная оценка ПЦР II.docx
  • S10.6: Штрих-кодирование ДНК — неделя 10 — Извлечение ДНК и примечания к подготовке к ПЦР 2.docx
  • S10.7: Штрих-кодирование ДНК — неделя 10 — Выделение ДНК и раздаточный материал ПЦР II — КЛЮЧ ДЛЯ ИНСТРУКТОРА.docx

Неделя 11 — Гель 2 и секвенирование ДНК

  • S11.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 11 — Гели 2 и план урока по секвенированию ДНК.docx
  • S11.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 11 — Лекция по гель 2 и секвенированию ДНК.pptx
  • S11.3: Штрих-кодирование ДНК — неделя 11 — Гель 2 и раздаточный материал по секвенированию ДНК — СТУДЕНТ.docx
  • S11.4: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 11 — Примечания к подготовке.docx
  • S11.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 11 — Раздаточный материал для геля 2 и секвенирования ДНК — КЛЮЧ ДЛЯ ИНСТРУКТОРА.docx

Неделя 12 — Биоинформатика: Метро ДНК

  • S12.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 12 — Биоинформатика — План урока DNA Subway.docx
  • S12.2: Штрих-кодирование ДНК — неделя 12 — Лекция в метро DNA.pptx
  • S12.3: ДНК-штрих-кодирование — 12-я неделя — 1 растение после осени 15F_PREMIX_J43474_3
  • S12.4. Штрих-кодирование ДНК — неделя 12 — 1 растение после осени 15R_PREMIX_J43475_4
  • S12.5: Штрих-кодирование ДНК — неделя 12 — Раздаточный материал DNA Subway — STUDENT.docx
  • S12.6: Штрих-кодирование ДНК — неделя 12 — Примечания к подготовке.docx
  • S12.7: Штрих-кодирование ДНК — неделя 12 — Раздаточный материал ДНК-метро — КЛЮЧ ИНСТРУКТОРА.docx
  • S12.8: Штрих-кодирование ДНК — неделя 12 — Записная книжка лаборатории метро DNA Rubric.docx

Неделя 13 — iNaturalist и плакаты

  • S13.1: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — План урока iNaturalist и плакаты метро ДНК.docx
  • S13.2: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — iNaturalist и плакаты — Lecture.pptx
  • S13.3: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — Раздаточный материал iNaturalist и плакаты — STUDENT.docx
  • S13.4: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — iNaturalist и плакаты — Ссылки на материалы по дизайну плакатов.docx
  • S13.5: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — iNaturalist и плакаты — Шаблон плаката.pptx
  • S13.6: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — Рубрика оценки плаката по штрих-кодированию ДНК.docx
  • S13.7: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — iNaturalist и плакаты — Подготовительные примечания.docx
  • S13.8: Штрих-кодирование ДНК — Неделя 13 — Количественная оценка биоразнообразия в iNaturalist.docx

Неделя 14 — Заключительный экзамен

  • S14.1. Штрих-кодирование ДНК — неделя 14 — Учебное пособие по заключительному экзамену.docx

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы хотели бы поблагодарить всех преподавателей и сотрудников биологического факультета JMU, которые участвовали в разработке, внедрении и обучении лабораторного курса по штрих-кодированию ДНК. Мы благодарим студентку JMU Эмили Миллер (советник Дж.Harsh) за ее роль в анализе данных опроса студентов. Мы также благодарим Дэвида Миклоса и вспомогательный персонал Центра изучения ДНК лаборатории Колд-Спринг-Харбор за их советы по широкомасштабному внедрению методологий штрих-кодирования ДНК. Кроме того, мы благодарим Джейсона Уильямса и обслуживающий персонал CyVerse за обучение на месте и дистанционное обучение с использованием инструментов DNA Subway. Эта работа была поддержана финансированием Университета Джеймса Мэдисона 4-VA, а также грантом Burroughs Wellcome Fund № 1017506, присужденным R.A.E, Геопространственный минигрант JMU, присужденный R.A.E, E.A.D. и O.J.H, Национальный научный фонд, Грант № 1821657 на улучшение высшего образования в области STEM, присужденный R.A.E и O.J.H, а также Колледжу естественных и математических наук JMU. Все опросы студентов проводились с предварительного одобрения Институционального наблюдательного совета JMU для людей № 17-0307.

10 Выводы | Как люди учатся: мозг, разум, опыт и школа: расширенное издание

лежащих в основе когнитивных процессов и целей успеваемости, которые имеет в виду учитель.С четко сформулированными целями и пониманием соответствия между характеристиками задачи и познавательной деятельностью, содержание и требования к процессам задач приводятся в соответствие с целями производительности.

Эффективные учителя видят возможности оценивания в текущих учебных ситуациях в классе. Они постоянно пытаются узнать о мышлении и понимании учащихся и сделать это актуальным для текущих учебных задач. Они проводят много онлайн-мониторинга как групповой работы, так и индивидуальных выступлений, и они пытаются связать текущую деятельность с другими частями учебной программы и с повседневным жизненным опытом учащихся.

Учащиеся всех уровней, но по мере прохождения оценок все больше сосредотачивают свое внимание и энергию на оцениваемых частях учебной программы. Фактически, искусство быть хорошим учеником, по крайней мере, в смысле получения хороших оценок, связано со способностью предвидеть то, что будет проверяться. Это означает, что проверяемая информация имеет наибольшее влияние на обучение студентов. Если учителя подчеркивают важность понимания, а затем проверяют запоминание фактов и процедур, ученики сосредоточат внимание именно на последних.Во многих оценках, разработанных учителями, чрезмерный упор делается на память о процедурах и фактах; опытные учителя, напротив, согласовывают свои методы оценивания со своими учебными целями, касающимися глубины понимания.

Обучение и связь с сообществом

Помимо формальной школьной среды, дети учатся во многих учреждениях, способствующих их обучению. Для некоторых из этих учреждений содействие обучению является частью их целей, включая внеклассные программы, как в таких организациях, как ассоциации мальчиков и девочек и клубы 4 – H, музеи и религиозное образование.В других учреждениях или на других мероприятиях обучение носит более случайный характер, но, тем не менее, обучение происходит. Такой учебный опыт имеет фундаментальное значение для жизни детей и взрослых, поскольку они встроены в культуру и социальные структуры, которые организуют их повседневную деятельность. Однако ни один из перечисленных ниже пунктов о важности внешкольных учебных заведений не следует рассматривать как преуменьшение центральной роли школ и видов информации, которые можно наиболее эффективно и результативно преподавать в них.

Ключевой средой обучения является семья. В Соединенных Штатах многие семьи проводят учебную программу для своих детей и ищут возможности для их детей использовать навыки, идеи и информацию в своих сообществах. Даже когда члены семьи не сосредотачиваются сознательно на учебных ролях, они предоставляют ресурсы для обучения детей, которые имеют отношение к школе и внеклассным идеям, через семейные мероприятия, средства

Ответы на тематическое исследование по биологии

Кто мы.Scholar Assignments — это ваш универсальный магазин для всех ваших потребностей в помощи с заданиями. Мы включаем команду писателей, которые имеют большой опыт и тщательно проверены, чтобы гарантировать как их опыт, так и профессиональное поведение.

Добавление подножек к Toyota Hoghlander

Пример управления: проблемы запуска информационной службы по молекулярной биологии и генетике Барбара А. Эпштейн, MSLS, AHIP, директор Библиотечной системы медицинских наук, Университет Питтсбурга, 200 Scaife Hall, 3550 Terrace Street, Pittsburgh, Pennsylvania 15261 Проведение исследования — первый и самый увлекательный шаг на пути исследователя.Если вы в настоящее время находитесь на этом этапе своего пути к публикации, подпишитесь и узнайте о передовых методах, которые помогут пройти этот этап и подготовиться к успешной публикации.

Аварийная посадка на вас ep 17 eng sub

Bf 109 реплика

Ресурсы для изучения биологии. Нужна помощь по биологии? В Course Hero есть учебные ресурсы, включая учебные пособия, опытных наставников и ответы на вопросы по биологии. Найдите необходимую вам помощь по биологии и освоите любой предмет.

Samsung otg adapter

Пошаговые решения всех ваших домашних заданий по биологии — Slader.ПРЕДМЕТЫ Математика верхнего уровня. математика средней школы. наука. социальные науки. литература и английский …

Меркурий в 11-м доме в карте навамса

Studybay — это платформа для фрилансеров. Вы можете выбрать эксперта, с которым хотите работать. В отличие от других компаний, вы будете работать со своим писателем напрямую, без агентов или посредников, что приведет к более низким ценам в разделе «Что не так с Тимоти.

Еще один замечательный ресурс с тематическими исследованиями поддерживается Университетом Буффало.Это Национальный центр изучения практических примеров в науке. Доступ к тематическим исследованиям доступен всем. Однако вы должны зарегистрироваться, чтобы получить ответы на вопросы в тематических исследованиях. Тематические исследования организованы по научным темам.

Добро пожаловать в Farmtown 2 пчелы

На диаграмме ниже указаны доходы1

Cabi fall 2020 previewZoom фильтры на chromebook

Autohotkey wow bot

Мульчирующая машина

2018 dodge demon на продажу ebay

Kars x fem reader2

Maze speed phone sim card2

Шляпа для ловушки ошибок2

Видео о вязке собак1

Печать по требованию, возврат policy1

Наука (Сэр Джон А.Макдональда средней школы)

Мы любим преподавать науку, потому что вместе с вами можем исследовать чудеса природы. Наши курсы предоставят вам навыки и знания, необходимые для достижения успеха в этот технологический век, а также побудят вас задаться вопросом о социальных последствиях технологий. Мы предлагаем широкий выбор курсов, включая биологию, химию, физику, науку о Земле и космосе.

Ищете студента-репетитора, который поможет с математикой или естественными науками?
Щелкните ссылку ниже, чтобы подписаться на SJAM MASH!

МАРКА 9
SNC1LB (наука, быстрая перемотка вперед)

Этот научный курс делает упор на закреплении и укреплении связанных с наукой знаний и навыков, включая научные исследования, критическое мышление и отношения между наукой, обществом и окружающей средой.Этот курс также готовит студентов к успеху в повседневной жизни и на рабочем месте.

Единицы обучения:

  • Раздел 1: Научное исследование: наука в повседневной жизни
  • Раздел 2: Химия: свойства обычных материалов
  • Раздел 3: Физика: электрические схемы
  • Раздел 4: Биология: выжить
  • Раздел 5: Принятие личных решений

SNC1PI (Наука, прикладная)

Этот курс позволяет студентам развить понимание основных понятий в биологии, химии, науках о Земле и космосе и физике, а также применять свои научные знания в повседневных ситуациях.Им также предоставляется возможность развивать практические навыки, связанные с научными исследованиями. Студенты будут планировать и проводить исследования практических проблем и вопросов, связанных с воздействием человеческой деятельности на экосистемы; строение и свойства элементов и соединений; освоение космоса и компонентов Вселенной; статическое и текущее электричество.

Единицы обучения:

  • Раздел 1: Физика: Астрономия
  • Раздел 2: Химия: Исследования
  • Раздел 3: Физика: электрические приложения
  • Раздел 4: Биология: Экология

SNC1DI (наука, академическая наука)

Этот курс позволяет студентам развить понимание основных понятий в биологии, химии, науках о Земле и космосе и физике, а также связать науку с технологиями, обществом и окружающей средой.На протяжении всего курса студенты будут развивать свои навыки в процессах научных исследований. Студенты получат понимание научных теорий и проведут исследования, связанные с устойчивыми экосистемами; атомные и молекулярные структуры и свойства элементов и соединений; изучение Вселенной, ее свойств и компонентов; и принципы электричества.

Единицы обучения:

  • Раздел 1: Химия: атомы и: элементы
  • Раздел 2: Наука о Земле и космосе: исследование Вселенной
  • Раздел 3: Физика: Характеристики электричества
  • Раздел 4: Биология: устойчивые экосистемы

КЛАСС 10
SNC2LB (наука, быстрая перемотка вперед)

Этот научный курс охватывает материал, который важен для повседневной жизни и для многих рабочих мест.Мы научимся мыслить как ученые и принимать решения на основе данных, собранных в результате тщательно разработанных экспериментов. Мы будем укреплять и укреплять связанные с наукой знания и навыки, включая научные исследования, критическое мышление и отношения между наукой, обществом и окружающей средой. Предварительное условие: SNC1LB.

SNC2PI (Наука, прикладная)

Этот курс позволяет студентам развить более глубокое понимание концепций биологии, химии, науки о Земле и космосе и физики, а также применить свои знания в реальных ситуациях.Студентам предоставляется возможность развивать дальнейшие практические навыки в области научных исследований. Студенты будут планировать и проводить исследования повседневных проблем и вопросов, связанных с человеческими клетками и системами организма; химические реакции; факторы, влияющие на изменение климата; и взаимодействие света и материи. Предварительное условие: SNC1PI или SNC1DI.

Единицы обучения:

  • Раздел 1: Химия — химические реакции и их практическое применение
  • Раздел 2: Физика — Свет и приложения оптики
  • Раздел 3: Биология — ткани, органы и системы
  • Раздел 4: Наука о Земле и космосе — Динамический климат Земли

SNC2DI (наука, академическая наука)

Этот курс позволяет студентам углубить понимание концепций биологии, химии, науки о Земле и космосе и физики, а также взаимосвязей между наукой, технологиями, обществом и окружающей средой.Студентам также предоставляется возможность дальнейшего развития своих навыков научных исследований. Студенты будут планировать и проводить исследования и развивать свое понимание научных теорий, касающихся связей между клетками и системами у животных и растений; химические реакции, с особым вниманием к кислотно-основным реакциям; силы, влияющие на климат и изменение климата; и взаимодействие света и материи. Предпосылка: SNC1DI (или SNC1PI по рекомендации учителя).

Единицы обучения:

  • Раздел 1: Биология — ткани, органы и системы живых тканей
  • Раздел 2: Химия — Химические реакции
  • Раздел 3: Физика — свет и геометрическая оптика
  • Раздел 4: Наука о Земле и космосе — Изменение климата

КЛАСС 11
SBI3CI (Биология, Колледж) — работает попеременно с SCh5CI, доступен в 2022-23 гг.

Этот курс фокусируется на процессах, вовлеченных в биологические системы.Студенты будут изучать концепции и теории, проводя исследования в области клеточной биологии, микробиологии, анатомии и физиологии животных, строения и физиологии растений, а также наук об окружающей среде. Акцент будет сделан на практическом применении концепций и навыках, необходимых для дальнейшего обучения в различных областях наук о жизни и смежных областях. Предварительное условие: SNC2PI или SNC2DI.

Единицы обучения:

  • Раздел 1: Клеточная биология
  • Раздел 2: Микробиология
  • Раздел 3: Анатомия и физиология животных
  • Раздел 4: Строение и физиология растений
  • Раздел 5: Генетика

SBI3UI (Биология, Университет)

Этот курс помогает студентам лучше понять процессы, происходящие в биологических системах.Студенты будут изучать клеточные функции, генетическую преемственность, внутренние системы и регуляцию, разнообразие живых существ, а также анатомию, рост и функции растений. Курс фокусируется на теоретических аспектах изучаемых тем и помогает студентам совершенствовать навыки, связанные с научными исследованиями. Предварительный компонент: SNC2DI

Единицы обучения:

  • Раздел 1: Разнообразие живых существ
  • Блок 2: Генетические процессы
  • Блок 3: Эволюция
  • Раздел 4: Животные: структура и функции
  • Раздел 5: Растения: анатомия, рост и функции

SCh4UI / * SCh4UW (Химия, Университет / * Pre-AP)

Этот курс посвящен концепциям и теориям, которые составляют основу современной химии.Студенты будут изучать поведение твердых тел, жидкостей, газов и растворов; исследовать изменения и взаимосвязи в химических системах; и изучить, как химия используется при разработке новых продуктов и процессов, влияющих на нашу жизнь и окружающую среду. Также будет подчеркнуто значение химии в других областях науки. Предварительное условие: SNC2DI.

SCh4UW (pre-AP Chemistry) требует заявления студента в феврале.

Единицы обучения:

  • Блок 1: Введение, смысл и его свойства
  • Блок 2: Химическая связь, номенклатура и типы реакций
  • Блок 3: Количества в химических реакциях
  • Блок 4: Растворы и растворимость
  • Раздел 5: Газы и химия атмосферы
  • Блок 6: Углеводороды и термодинамика

SPh4UI / * SPh4UW (Физика, Университет / * Pre-AP)

Этот курс развивает у студентов понимание основных понятий физики.Студенты будут изучать законы динамики и изучать различные виды сил, количественную оценку и формы энергии (механическую, звуковую, световую, тепловую и электрическую), а также способы преобразования и передачи энергии. Они будут развивать навыки научного исследования, проверяя принятые законы и решая как поставленные проблемы, так и проблемы, возникающие в результате их исследований. Студенты также проанализируют взаимосвязь между физикой и технологией и рассмотрят влияние технологических приложений физики на общество и окружающую среду. Предварительное условие: SNC2DI.

SPh4UW (pre-AP Physics) требует заявления студента в феврале.

Единицы обучения:

  • Блок 1: кинематика
  • Часть 2: Силы
  • Раздел 3: Энергия и общество
  • Блок 4: Волны и звук
  • Блок 5: Электричество и магнетизм

КЛАСС 12
SBI4UI (Биология, Университет)

Этот курс предоставляет студентам возможность углубленного изучения концепций и процессов, связанных с биологическими системами.Студенты будут изучать теорию и проводить исследования в области метаболических процессов, молекулярной генетики, гомеостаза, эволюции и динамики популяции. Акцент будет сделан на получении подробных знаний и отточенных навыков, необходимых для дальнейшего обучения в различных отраслях наук о жизни и смежных областях. Необходимое условие: SBI3UI.

SCh5CI (Химия, Колледж) — работает попеременно с SBI3CI, доступен в 2021-22 гг.

Этот курс позволяет студентам развить понимание химии посредством изучения материи и качественного анализа, органической химии, электрохимии, химических расчетов и химии в том, что касается качества окружающей среды.Студенты будут использовать различные лабораторные методы, развивать навыки сбора данных и научного анализа, а также сообщать научную информацию, используя соответствующую терминологию. Акцент будет сделан на роли химии в повседневной жизни и влиянии технологических приложений и процессов на общество и окружающую среду. Предварительное условие: SNC2PI или SNC2DI.

СЧ5УИ / * СЧ5УВ Химия, ВУЗ / * АП)

Этот курс позволяет студентам углубить свое понимание химии путем изучения органической химии, изменений энергии и скорости реакции, химических систем и равновесия, электрохимии, а также атомной и молекулярной структуры.Студенты будут и дальше развивать навыки решения проблем и лабораторные работы по мере изучения химических процессов, в то же время совершенствуя свою способность передавать научную информацию. Особое внимание будет уделено важности химии в повседневной жизни и оценке воздействия химических технологий на окружающую среду. Этот курс предназначен для тех, кто хочет изучать научные и инженерные программы на университетском уровне. Предпосылка: SCh4UI / 3UW.

SCh5UW (AP Chemistry) требует заявления студента в феврале.

Темы:

  • Структура и свойства веществ
  • Органическая химия
  • Изменения энергии
  • Скорость реакции
  • Химическое равновесие
  • Равновесие растворимости
  • Кислотно-основное равновесие

SES4UI (Наука о Земле и космосе, Университет)

Этот курс посвящен Земле как планете, а также основным концепциям и теориям науки о Земле и их значению в повседневной жизни.Студенты изучат место Земли в солнечной системе и после общего введения в науку о Земле более подробно изучат материалы Земли, ее внутренние и поверхностные процессы, а также ее историю. Курс опирается на астрономию, биологию, химию, математику и физику при рассмотрении геологических процессов, которые можно наблюдать напрямую или выводить из других данных. Предварительное условие: SNC2DI.

Единицы обучения:

  • Раздел 1: Астрономия: наука о Вселенной
  • Блок 2: Земля как планета
  • Блок 3: Внутреннее строение и процессы Земли
  • Раздел 4: История Земли
  • Блок 5: Поверхностные процессы Земли
  • Блок 6: Земляные материалы

Примечание. Возможность двойного кредита — соответствующие студенты могут использовать этот курс в качестве кредита за половину первого года по наукам о Земле, если они поступают на научную программу в Университете Ватерлоо.

SNC4MI (Наука, университет / колледж)

Этот курс позволяет студентам, в том числе учащимся, обучающимся по программам послесреднего образования помимо естественных наук, улучшить свое понимание науки и современных социальных и экологических проблем в областях, связанных со здоровьем. Студенты будут изучать различные медицинские технологии, патогены и болезни, науку о питании, вопросы общественного здравоохранения и биотехнологии. Курс фокусируется на теоретических аспектах изучаемых тем и помогает улучшить навыки научных исследований студентов. Пререквизиты: естественные науки, 10 класс, академический или любой университет, университет / колледж или курс подготовки к 11 классу по естествознанию

SPh5UI / * SPh5UW (Физика, Университет / * AP)

Этот курс позволяет студентам углубить свое понимание концепций и теорий физики. Студенты будут дальше изучать законы динамики и преобразования энергии, а также изучать электрические, гравитационные и магнитные поля; электромагнитное излучение; и граница раздела энергии и материи.Они будут и дальше развивать исследовательские навыки, узнавая, например, как интерпретация экспериментальных данных может предоставить косвенные доказательства в поддержку разработки научной модели. Студенты также рассмотрят влияние технологических приложений физики на общество и окружающую среду. Предварительное условие: SPh4UI / 3UW.

SPh5UW (AP Physics) требует заявления студента в феврале.

Единицы обучения:

  • Блок 1: Динамика и специальная теория относительности = 24 класса
  • Блок 2: Энергия и импульс = 20 классов
  • Блок 3: Электричество, гравитация и магнетизм = 17 классов
  • Блок 4: Волновая оптика = 17 классов
  • Раздел 5: Квантовая механика = 4 класса

.