jungtinės mokinių knygos bandomoji versija
TRANSCRIPT
1
Projektas
„Gamtos mokslų mokytojų kompetencijų biotechnologijos srityje kėlimo struktūros sukūrimas“
Jungtinės mokinių knygos bandomoji versija
Vilnius
2012
2
Jungtinės mokinių knygos bandomosios versijos turinys Įvadas Biologijos užduotys Chemijos užduotys Fizikos užduotys Papildomos sunkesnės integruotos užduotys Priedas: Užduočių taikymo lentelė
3
Įvadas
Šiame leidinyje pateikiamos 46 išplėstinės biotechnologijos tematikos užduotys, skirtos Lietuvos bendrojo
lavinimo mokyklų 9-12 klasių mokiniams. Šias užduotis mokytojai gali naudoti iliustruojant gamtos mokslų
ugdymo programos turinį pateikiamu biotechnologiniu kontekstu, taip pat pateikiamos ir sudėtingesnės
užduotys aukštesnių gebėjimų mokiniams. Kiekvieną užduotį sudaro užduoties lapas, kurį tiesiogiai galima
pateikti mokiniui. Greta leidinyje pateikiami siūlomi sprendimai, kuriuos mokytojams rekomenduojame
taikyti kūrybiškai ir skatinti mokinius atrasti netikėtus, užduočių autorių nenumatytus sprendimus.
Mokytojų patogumui sprendimų dalyje pateikiama informacija apie rekomenduojamą užduoties taikymą
ugdymo procese, ugdomus gebėjimus bei nuorodą į konkretų nagrinėjamą kontekstą iliustruojantį skyrių
mokytojams skirtoje jungtinėje metodinėje priemonėje biotechnologijų srityje. Šios užduotys yra tinkamos
vidutinių ir aukštesnių gebėjimų mokiniams darbui pamokoje, namuose, o kai kurias užduotis siūloma
išplėsti į tiriamąją veiklą.
Tai bandomoji šio jungtinio leidinio versija (2012 m. gruodis), kuri bus papildyta pačių biotechnologijos
kursą mokyklose išbandžiusių mokytojų kurtomis ir pritaikytomis užduotimis. Šios bandomosios užduotys
tik pavyzdys, kaip aktualius kasdieninius procesus ir aplinkos reiškinius galima paaiškinti gyvybės praktinio
panaudojimo žiniomis.
4
Užduotys biologijos daliai
Užduotis 1. Klonai
2012 metų rugsėjį laikraščiuose pasirodė straipsnis, kad Sibire, 100 m gylyje po žeme, rastos įšalusios
mamuto liekanos. Sustiprėjo viltis, kad žmogus vėl pamatys šį žinduolį gyvą – mokslininkai tikisi, kad
atrastos liekanos padės mamutą klonuoti. Prisidėkite prie šio tyrimo, atsakydami į klausimus.
1. Mokslininkų planas – paimti genetinę medžiagą iš mamuto ir įterpti į dramblio kiaušialąstę.
Kokios molekulės reikia ieškoti užšalusiose mamuto ląstelėse? _______________________
2. Mamutas – toli gražu ne vienintelis išnykęs gyvūnas, kurį žmonija norėtų atgaivinti klonuojant,
bet didžiausios viltys siejamos būtent su juo. Paaiškinkite, kaip mamuto buveinė padeda jo
klonavimo projektui.
3. Kodėl klonavimui netinka mamuto eritrocitai?
4. Kokios dar mamuto ląstelės negali būti panaudotos genetinės medžiagos paieškai? Kodėl?
Užuomina: pagalvokite, ar visos organizmo ląstelės turi tą patį genų rinkinį.
5. Kodėl pasirinkta dramblio, o ne kito gyvūno kiaušialąstė?
5
6. Kodėl negalima atkurti ląstelės vien iš genetinės medžiagos?
6
Užduotis 1. Klonai
Žinios ir supratimas:
2.7.6. Apibūdinti organizmų klonavimą, argumentuotai diskutuoti apie šios biotechnologijos naudą ir
galimus pavojus.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
9.7. Transgeninių organizmų kūrimo metodai, gyvūnų klonavimas
10.10. Nykstančių rūšių apsauga ir išnykusių organizmų atkūrimo galimybės
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias iš
įvairių biologijos sričių (nuo biochemijos iki kraujo sandaros), taigi užduotis tinkama biologijos kurso
medžiagos pakartojimui ir įtvirtinimui.
Užduotį galima praplėsti mokinius skatinant diskutuoti apie bioįvairovės saugojimo prasmę arba etines ir
socialines klonavimo tyrimų pasekmes.
Siūlomi atsakymai:
1. DNR. (nes ji perneša genetinę informaciją ir gali išlikti aplinkoje)
2. Mamutas gyveno Sibire, kur klimatas visada buvo šaltas. Tokioje aplinkoje ląstelės irgi užšąla ir
išsilaiko geriau, stabdomi puvimo procesai – didesnė tikimybė, kad pavyks rasti sveikos DNR.
3. Eritrocitai neturi branduolio, taigi iš jų negalima gauti didžiosios dalies mamuto DNR.
4. Lytinės ląstelės. Jos turi haploidinį genų rinkinį, taigi klonavimo metu iš jų negali atsikurti likusios
diplodinės ląstelės.
5. Dramblys – artimiausias išlikęs mamuto giminaitis, taigi ir jo ląstelės panašiausios į mamuto.
6. Genetinė medžiaga koduoja baltymus, bet nei baltymai, nei kiti ląstelės komponentai negali būti
susintetinti, jeigu nėra tam reikalingų ribosomų, fermentų.
7
Užduotis 2. Bitutė prieš poliomielitą
Paveikslėlyje matote 1963 metų reklaminį plakatą iš JAV. Bitutė, visuomenės sveikatą reklamuojantis
personažas, skatina pasiskiepyti nuo poliomielito. Ši liga XX amžiaus viduryje buvo nepaprastai paplitusi – ja
sirgo ir pats JAV prezidentas Franklinas D. Ruzveltas, taigi šios ligos tyrimai susilaukė daug finansavimo ir
visuomenės dėmesio. Skaičiuojama, kad šiuo tikslu įsteigta labdaros organizacija, vėliau pasivadinusi
“March of Dimes” (angl. „10 centų žygis“, dime – 10 JAV centų moneta), surinko 622 milijonus JAV dolerių iš
paprastų piliečių.
1. Deja, pirmieji skiepų bandymai nebuvo labai sėkmingi. Bandyta paskiepyti vaikus, suleidžiant jiems
iš antikūnų iš imunitetą turinčių žmonių kraujo, bet vaikai būdavo atsparūs ligai tik trumpam,
vidutiniškai apie 6 savaites. Įvardinkite, kokio tipo imunitetą turėjo paskiepyti vaikai:
a. Įgimtą, pasyvų.
b. Įgimtą, aktyvų.
c. Įgytą, pasyvų.
d. Įgytą, aktyvų.
Jūsų pasirinktas variantas: ____
2. Vėliau buvo sukurti kitokie skiepijimo metodai – jų sudėtyje buvo ne antikūnų, o antigenų. Kaip
tokie skiepai gaminami? Kodėl visuomenė galėjo nepasitikėti skiepijimu?
3. Kaip biotechnologijos palengvino skiepų gamybą? Ar šiuolaikiniai skiepai, gaminami taikant šias
technologijas, saugesni?
8
9
Užduotis 2. Bitutė prieš poliomielitą
Žinios ir supratimas:
2.8.2. Apibūdinti imunitetą kaip apsauginę kraujo funkciją ir nurodyti skiepų paskirtį.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
4.2. Žmogaus sveikata ir biotechnologija: užkrečiamų ligų kontrolė ir diagnostika, antibiotikai, genų terapija,
pagalbinis apvaisinimas, kamieninės ląstelės, transplantacija
10.2 Infekcinių ligų diagnostika ir prevencija, naujų vakcinų kūrimas
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
imuniteto susidarymą ir skiepų veikimą, taigi rekomenduojama ją atlikti aptarus šias temas per biologijos
pamoką.
Užduotį galima praplėsti aptariant Lietuvoje naudojamus skiepus arba plačiau įsigilinant į imuniteto
susidarymo principą.
Siūlomi atsakymai:
1. c.
2. Skiepai buvo gaminami iš susilpninto arba nužudyto ligos sukėlėjo. Visuomenė bijojo, kad
procedūros galėjo nepavykti ir skiepijant bus suleista nepažeisto, ligą sukeliančio viruso.
3. Galima gaminti didelius kiekius vieno baltymo, sukeliančio imuniteto atsaką, taigi nebereikia
naudoti pačių ligos sukėlėjų. Dabartiniai skiepai nėra pavojingi, nes nenaudoja viso ligos sukėlėjo, o
tik jo dalį.
10
Užduotis 3. Kaip mes keičiame atmosferą?
Paveikslėlis žemiau jums turbūt matytas: penki skirtingi skrituliai vaizduoja penkias skirtingas gyvųjų
organizmų karalystes. Tačiau šįkart įtraukėme ir šeštąjį atstovą – tai biotechnologijų tyrimams skirtas
pastatas, simbolizuojantis žmogaus gamybinę veiklą šioje srityje. Rodyklėmis pavaizduokite, kaip šie
objektai keičia CO2 kiekį atmosferoje: jei kurios nors karalystės atstovai CO2 kiekį atmosferoje didina,
brėžkite rodyklę nuo jų link centro, ir atvirkščiai. Gali būti, kad karalystėje yra ir CO2 naudojančių, ir
išskiriančių organizmų – tuomet brėžkite rodyklę į abi puses. Taip pat nurodykite ir biotechnologijos
pramonės įtaką atmosferinės anglies kiekiui.
11
Užduotis 3. Kaip mes keičiame atmosferą?
Žinios ir supratimas:
4.1.2. Naudojantis schemomis apibūdinti <…> anglies ir deguonies apytaką biosferoje.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
12.6. Anglies dioksido išsiskyrimas fermentacijos proceso metu ir jo įtaka terpei bei aplinkai
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje. Reikalingos žinios apie organizmų sistematiką ir medžiagų apykaitą yra
labai paprastos, taigi užduotį galima naudoti kaip įvadą prieš dėstant ekologijos temas.
Užduotį galima praplėsti kiekvieną objektą aptariant konkrečiau – moksleiviai gali išvardinti jiems žinomus
organizmų ar pramonės sričių pavyzdžius, kurie naudoja/išskiria CO2.
Siūlomi atsakymai:
12
Užduotis 4. GMO bylos
Dauguma žmogaus maistui naudojamų augalų turi ir laukinius giminaičius, tačiau per daugelį metų jie tapo
labai skirtingi. Tai natūralu – augalų genai ir taip nestovi vietoje, o alkano žmogaus įsikišimas tik paspartina
genetinės medžiagos kaitą. Tačiau paskutiniu metu visuomenė ėmė įtariai žiūrėti į genetiškai modifikuotus
organizmus. Visi norime įstatymų, kurie reguliuotų maisto produktų gamybą, įvežimą, panaudojimą. Bet
tam pirmiausia reikia atskirti, kuris maistas yra modifikuotas, o tai ne taip ir lengva! Žemiau pateiktas
nedidelis sąrašas maistui naudojamų augalų ir jų kilmė. Peržiūrėkite šių augalų „bylas“ ir nuspręskite, ar šie
augalai „kalti“ – t.y., ar juos reikėtų vadinti genetiškai modifikuotais – ar „nekalti“.
Pomidoras. Į augalą įterpta vieno geno iš to paties pomidoro atvirkščia kopija – tokiu atveju genas tampa neveiklus ir pomidorai noksta lėčiau.
Kvietrugis. Laboratorijoje sukurtas rugio ir kviečio hibridas, pasižymintis geriausiomis abiejų grūdinių augalų savybėmis.
Rapsas. Gamtoje randamas rapsas nėra tinkamas maistui. Veislės aliejaus gamybai buvo sukurtos kryžminimo ir selekcijos būdu, kol gauti mutantai, nebegaminantys žmogui nuodingų junginių.
Ryžiai. Įterpus vieną geną iš narcizo ir vieną – iš bakterijos, gauti karoteną gaminantys ryžiai.
Greipfrutas. Atsirado Centrinės Amerikos plantacijose, kai susikryžmino ten atvežti apelsinai ir didieji greipfrutai (pomelo).
13
Užduotis 4. GMO bylos
Žinios ir supratimas:
3.2.1. Nurodyti genetiškai modifikuotų maisto produktų kūrimą. Remiantis pavyzdžiais argumentuotai
diskutuoti apie šių produktų gerąsias ypatybes ir keliamus pavojus.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
1.7. Žinių apie DNR struktūrą ir funkcijas svarba šiuolaikinės biotechnologijos vystymuisi
1.8. Šiuolaikinės biotechnologijos produktai
4.2. Žmogaus sveikata ir biotechnologija: užkrečiamų ligų kontrolė ir diagnostika, antibiotikai, genų terapija,
pagalbinis apvaisinimas, kamieninės ląstelės, transplantacija
4.5. Maisto trūkumo problemų sprendimas biotechnologiniais būdais
Taikymo rekomendacijos
Užduotis diskusinio pobūdžio, rekomenduojama darbui klasėje (grupėmis ar su mokytoju) arba laisvos
formos rašiniui. Gilesnės žinios biologijos srityje nėra būtinos, taigi užduotį galima atlikti prieš aptariant
atitinkamas temas klasėje.
Užduotį galima praplėsti aptariant maisto produktų, gautų naudojant genetiškai modifikuotus organizmus,
žymėjimą.
Siūlomi atsakymai:
Vieną teisingą atsakymą nurodyti sunku. Vertinti reikėtų gebėjimą aiškiai reikšti savo nuomonę, argumentų
nuoseklumą, logiką ir nuomonei pagrįsti naudojamas biologijos žinias.
14
Užduotis 5. Nesėkmingiausias želatinos receptas
Ar kada atkreipėte dėmesį į desertus su vaisiais ir žele? Želatina gaminama iš kolageno ir kitų baltymų. Kai
kurie vaisiai, pavyzdžiui, ananasas, gamina baltymus skaidančius fermentus – ananasinio deserto su žele
nepasidarysite! Viename eksperimente buvo tiriama želatinos hidrolizė papainu – būtent ananasuose
randamu baltymus skaidančiu fermentu. Buvo matuojamas reakcijos greitis įvairiose temperatūrose,
rezultatai pateikti lentelėje:
Temperatūra, °C Santykinis reakcijos greitis
10 1.0
15 1.2
20 1.6
25 3.2
30 4.9
35 4.8
40 1.6
1. Nubrėžkite grafiką, vaizduojantį želatinos skaidymo greičio priklausomybę nuo temperatūros.
2. Kokia optimali papaino veikimo temperatūra? Paaiškinkite, kodėl reakcijos greitis mažesnis tiek
žemesnėse, tiek aukštesnėse už optimalią temperatūrose.
15
3. Kadaise želatina buvo naudojama mikrobiologijoje auginti bakterijoms, tačiau ją išstūmė kietesnės,
geriau sustingstančios terpės iš agaro. Šiais laikais panašios medžiagos naudojamos
biotechnologijoje, fermentų imobilizavimui. Tai procesas, kurio metu fermentai „įkalinami“
nedideliuose želatinos rutuliukuose ar plokštelėse – fermentas negali judėti, bet substratą pasiekia.
Kuo tai gali būti naudinga?
4. Ar želatina tiktų imobilizuoti papainui? Kodėl?
5. Ar papaino verta dėti į skalbimo miltelius? Pasiūlykite vieną argumentą už ir vieną prieš.
16
Užduotis 5. Nesėkmingiausias želatinos receptas
Žinios ir supratimas:
2.4.2. Apibūdinti virškinimo fermentus.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
2.7. Baltymų struktūra ir funkcijos, jų ryšys su cheminėmis aminorūgščių savybėmis
12.4.1. Fermentinė katalizė
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia kūrybingai pritaikyti
žinias apie fermentų veikimą.
Užduotį galima praplėsti aptariant kitas fermentų panaudojimo sritis biotechnologijoje.
Siūlomi atsakymai:
2. Optimali temperatūra 30 °C. Žeminant temperatūrą reakcijos lėtėja dėl mažesnio molekulių
judrumo, o keliant baltymas denatūruoja ir nebegali katalizuoti reakcijos.
3. Taip lengviau fermentus atskirti nuo substrato ir surinkti. Kadangi fermentai reakcijos metu
nesusinaudoja, imobilizuoti fermentai gali būti naudojami dar kartą (ekonominė nauda) arba
pašalinti iš reakcijos mišinio, kai nebėra reikalingi (pavyzdžiui, kad galutinis produktas nesukeltų
alerginių reakcijų).
4. Ne, nes papainas suskaidytų kolageną ir išsilietų į aplinkinę terpę.
5. Taip, nes tokie milteliai galėtų efektyviai naikinti baltymų dėmes, arba pašalinti baltyminės kilmės
toksinus ir alergenus. Ne, nes ant drabužių gali likti aktyvaus fermento, arba fermentas gali
suskaidyti kitus baltyminius skalbimo miltelių komponentus, arba išvis neveikti, jeigu skalbimo
temperatūra bus per aukšta.
17
Užduotis 6. Mikroorganizmai auga skirtingai
Mikroorganizmai naudojami įvairiuose biotechnologijų procesuose. Skirtingos organizmų rūšys pasižymi skirtingu deguonies poreikiu. Siekiant auginti bakterijas, pavyzdžiui, vyno gamybai, reikalingi didžiuliai fermentatoriai – tokie, kaip paveikslėlyje pavaizduotos 8300 litrų betoninės talpyklos, kainuojančios po 25 000 JAV dolerių. Nusipirkus tokį fermentatorių būtų nemalonu sužinoti, kad jūsų pasirinkti mikroorganizmai auga tik pačiame jo paviršiuje, ar ne? Tam atliktas žemiau pavaizduotas eksperimentas: 5 mėgintuvėliai su vienoda terpe užsėti 5 skirtingų rūšių bakterijomis. Mėgintuvėliai nejudinant laikyti 24 valandas. Ištraukus ir apžiūrėjus mėgintuvėliai atrodė taip:
1. Pagal matomą kolonijų pasiskirstymą nustatykite, kokios bakterijos auga kiekviename
nejudinamame mėgintuvėlyje:
Bakterijos, nesugebančios panaudoti O2 __ Mikroaerofilai (išgyvena tik esant nedideliam O2 kiekiui) __ Fakultatyviniai aerobai (deguonis joms nedaro žalos) __ Obligatiniai aerobai (gyvena tik aerobinėmis sąlygomis) __ Obligatiniai anaerobai (gyvena tik anaerobinėmis sąlygomis) __
2. Jeigu į aptartą talpyklą pasėtume vieną pakelį sausų mielių (10 g), kurios dvigubėja kas valandą, po
kiek laiko talpykla būtų pilna mielių? Laikykite, kad talpykla prisipildo, kai ląstelių koncentracija –
1011 ląstelių/L. Vienos ląstelės masė yra 60 pikogramų (piko – 10-12).
18
Po _____ valandų.
3. Ar realybėje mielių augimo greitis visą tą laiką yra pastovus? Kokios sąlygos tam turi įtakos?
19
Užduotis 6. Mikroorganizmai auga skirtingai
Žinios ir supratimas:
3.4.4. <…> Remiantis mikroorganizmų naudojimo biotechnologijose pavyzdžiais paaiškinti, kuo svarbi šių
organizmų įvairovė.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
4 skyrius, 12 skyrius
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui namuose, kadangi kai kurie skaičiavimai reikalauja laiko ir atidumo. Sprendžiant
užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie mikroorganizmų dauginimąsi ir matematikos gebėjimus.
Užduotį galima praplėsti aptariant nepageidaujamų bakterijų augimą; galima paskatinti mokinių diskusiją,
kaip reikėtų laikyti maistą, siekiant išvengti mikroorganizmų.
Siūlomi atsakymai:
1. a-5; b-4; c-3; d-1; e-2.
2. 13 h. (Pilnoje talpykloje bus 8300*1011 ląstelių = 830*60 g = 49800 g. Mielių turi padaugėti 49800 g
/ 10 g = 4980 kartų. Per 12 valandų padaugėja 212 = 4096 kartus, per 13 – 8192. Jeigu laikome, kad
mielės gali daugintis nesinchronizuotai, teisingas atsakymas yra log24980 = 12,3 valandos.)
3. Ne. Iš pradžių greitis mažas, nes yra nedaug besidalinančių ląstelių. Kai talpykla pilnėja, ląstelėms
pasidaro sunkiau rasti maisto ir augimas lėtėja (populiacija artėja prie aplinkos talpos).
20
Užduotis 7. Fermento paieškos
Polimerazės grandininė reakcija (PGR) – fermentinis metodas, leidžiantis padauginti norimą geną ar jo dalį.
Ši reakcija plačiai naudojama kriminalistikoje, medicinoje, genų inžinerijoje ir kitose biotechnologijose.
Tačiau iš pradžių ši reakcija nebuvo populiari. Jai vykti reikalinga temperatūrų kaita, o karščiui neatsparūs
fermentai denatūruodavo jau reakcijos pradžioje, ir reikėjo jų pastoviai pildyti. Perversmas įvyko 1986 m.,
kai imta naudoti fermentus iš karščiui atsparių bakterijų.
Grafike pateikti santykiniai reikiamų fermentų, išskirtų iš 5 skirtingų bakterijų ir archėjų rūšių,
aktyvumai. Pabandykite pakartoti mokslininkų darbą: remdamiesi duotomis reakcijos sąlygomis ir
fermentų aktyvumo kreivėmis, išrinkite rūšį, kurios fermentai bus tinkamiausi PGR.
Sąlyga 1: fermentas turi būti neaktyvus (<20% santykinio aktyvumo) 50 °C temperatūroje.
Sąlyga 2: fermentas turi būti kuo aktyvesnis 70 °C temperatūroje.
1. Tinkamiausia rūšis: ________________________________________________
2. Kokiame biotope (buveinėje) ieškotumėte organizmo Sulfolobus acidocaldarius?
Kol Sulfolobus ląstelės prisitaikė prie ekstremalios aplinkos, reikėjo daug pokyčių. Turėjo pasikeisti ne tik čia
aptarti fermentai, bet ir kiti ląstelės komponentai, pavyzdžiui, membranos. Šis procesas reikalavo ir laiko, ir
energijos – didėjant fermentų stabilumui aukštoje temperatūroje, krito reakcijų efektyvumas žemoje
įprastomis sąlygomis.
3. Kokios jėgos skatina tokių ekstremofilinių organizmų atsiradimą ir išlikimą? Atsakykite išsamiai,
remdamiesi žiniomis iš ekologijos ir evoliucijos teorijos.
21
22
Užduotis 7. Fermento paieškos
Žinios ir supratimas:
3.4.4. Nurodyti, kad mikroorganizmų įvairovė taip pat yra evoliucijos rezultatas. Remiantis mikroorganizmų
naudojimo biotechnologijose pavyzdžiais paaiškinti, kuo svarbi šių organizmų įvairovė.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
2.7. Baltymų struktūra ir funkcijos, jų ryšys su cheminėmis aminorūgščių savybėmis
12 skyrius
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
fermentų veikimą, taigi rekomenduojama užduotį atlikti aptarus ląstelės biologijos temas.
Užduotį galima praplėsti skatinant moksleivius sugalvoti daugiau pavyzdžių, kaip mikroorganizmai gali būti
panaudojami moksle arba kasdienybėje.
Siūlomi atsakymai:
1. Thermus aquaticus.
2. Netoli ugnikalnių, karštųjų šaltinių, požeminėse karštosiose versmėse.
3. Ugnikalniai ir kitos karštos aplinkos buvo laisva ekologinė niša – kiti organizmai ten gyventi negalėjo
ir nesinaudojo ten randamais energijos šaltiniais. Organizmai, persikėlę į tokią aplinką, nerado
konkurencijos ir lengvai plito. Tos pačios rūšies atstovai, likę įprastoje aplinkoje, tapo silpnesni, nes
jų fermentai buvo mažiau efektyvūs nei konkurentų. Taip dėl natūralios atrankos rūšis ėmė nykti
įprastoje aplinkoje ir persikėlė į karštą.
23
Užduotis 8. Užšaldytos sėklos
Užšaldytų organizmų atgaivinimas primena mokslinės fantastikos filmus. Šiais laikais dauguma laboratorijų
turi -80 °C ar dar šaltesnius šaldiklius – juose saugomos ištisos dėžės ar stalčiai mėginių, kurių kiekviename
išsaugotas vis kitas mokslui svarbus pavyzdys. Įdomu, kad toks fantastinis metodas naudojamas ir rūšių
išsaugojimui – žmonės savęs atšildyti dar neišmoko, bet taip gali būti saugomos bakterijos, žiedadulkės,
augalų sėklos, net gyvūnų embrionai. Pats metodas atrodo paprastas, bet kodėl to neišmokome anksčiau?
1. Vienas iš šaldymo pavojų – pasikeitusi citoplazmoje ištirpusių medžiagų koncentracija. Pabaikite
sakinį, įrašydami “didėja”, “mažėja” arba “nesikeičia”.
Užšaldant ląsteles, laisvų vandens molekulių kiekis jose ________________, o tirpių druskų kiekis
__________________, todėl bendra tirpių junginių koncentracija ____________________.
2. Kuo dar ląstelėms pavojinga neigiama temperatūra?
3. Užšaldant augalo ląsteles į mėginį pateko augalus naikinančio grybo spora. Kas atsitiks mėginį
užšaldžius? Kas atsitiks jį atšildžius? Pagrįskite savo atsakymus.
4. Ar nykstančių rūšių saugojimas šaltyje yra in situ, ar ex situ metodas? Pagrįskite savo atsakymą.
24
Užduotis 8. Užšaldytos sėklos
Žinios ir supratimas:
2.1. <...> Susieti šių organinių junginių bei vandens reikšmę su organizmo gyvybinėmis funkcijomis.
7.8. Paaiškinti žmogaus veiklos įtaką vietinei aplinkai ir visam pasauliui.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
10.10. Nykstančių rūšių apsauga ir išnykusių organizmų atkūrimo galimybės
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
vandens agregatinių būsenų kitimą bei ląstelės struktūrą.
Užduotį galima praplėsti mokinius skatinant diskutuoti apie bioįvairovės išsaugojimos problemos
aktualumą, skatinti juos siūlyti alternatyvius sėklų saugojimo metodus, siejant juos su gyvybinių procesų
išlaikymu.
Siūlomi atsakymai:
1. Mažėja (nes šaldamos vandens molekulės susijungia į ledo kristalus); nesikeičia; didėja.
2. Susidaro ledo kristalai, kurie gali mechaniškai pažeisti membranas ir kitas ląstelių struktūras.
3. Užšaldžius, spora bus neaktyvi – gyvybiniai procesai nevyks ir grybas nesivystys. Atšildžius, grybas atgis
ir ims vystytis, nes priemonės, naudojamos apsaugoti augalo ląsteles nuo temperatūrinių pažeidimų,
apsaugo ir grybo sporą.
4. Ex situ. In situ metodai išsaugo augalus jų natūralioje buveinėje, o ex situ yra augalo atkūrimas (ar
išsaugojimas) apsaugotoje aplinkoje, pvz., laboratorijoje.
25
Užduotis 9. ABA – augalų pasaulio garsenybė
Žinoma, kad kai kurie augalai labai nukenčia, kai klimatas tampa karštas ir sausas. Kiti tokioje pat aplinkoje
augantys augalai per sausras irgi auga lėčiau, tačiau po pirmo lietaus greit atsigauna ir nežūva. Norint plėsti
žemės ūkį skurdesnėse pasaulio vietovėse, reikia nustatyti, kas lemia tokius augalų fiziologijos skirtumus, ir
pritaikyti gautas žinias agronomijoje.
1. Sausros metu augale padidėja hormono, vadinamo abscizine rūgštimi (ABA), gamyba. Ši rūgštis „liepia“
įvairiems organams taupyti vandenį ir energiją, kad augalas nežūtų iki kito lietaus. Kuriuos fiziologinius
pokyčius galėtų sukelti abscizinė rūgštis?
a. Žiedų išsiskleidimas.
b. Žiotelių užsivėrimas.
c. Šaknų sistemos augimas.
d. Įvairių pigmentų kaupimas.
e. Lapų metimas.
f. Lapų atsukimas plokštuma į Saulę.
g. Padidėjusi transpiracija.
h. Sumažėjęs vandens judėjimas mediena.
i. Padidėjusi sėklų gamyba.
Pasirinkti variantai: _________________________
2. Vis dar nėra žinoma, kaip ABA veikia ląsteles. Ji gali jungtis su receptoriumi plazminės membranos
išorėje arba pereiti membraną ir jungtis su receptoriumi kur nors ląstelės viduje. Žemiau pateiktas
sąrašas eksperimentų, kurių rezultatai šiuo klausimu prieštaringi. Įsivaizduokite, kad jūsų laboratorijos
vadovas liepė parašyti šališką straipsnį – turite pritarti jo nuomonei, kad ABA receptorius yra ląstelės
išorėje. Kuriais eksperimentais remsitės? Nurodykite tinkamų eksperimentų autorius ir metus.
Eksperimentas Rezultatas Autoriai Metai
ABA molekulė sulieta su dideliais baltymais, kurie membranos nepereina, gautas junginys pilamas ant ląstelių
Ląstelė reagavo į ABA Schultz ir Quatrano
1997
Mikroskopiniais įrankiais ABA įšvirkšta į ląstelės vidų
Ląstelė į ABA nereagavo
Gillroy ir Jones 1994
Į ląstelės vidų įšvirkšta neaktyvi ABA forma; apšvitinus ląsteles UV spinduliais, iš šios molekulės susidaro įprasta aktyvi ABA
Apšvitinimas sukėlė tokį pat poveikį, kaip ABA
Allan ir kiti 1994
ABA sujungta su molekule biotinu, gautas junginys pilamas ant ląstelių; tada pridedama baltymo, kuris jungiasi su biotinu ir švyti
Pradėjo švytėti plazminė membrana
Yamazaki ir kiti 2003
Mažinamas terpės pH, tada ant ląstelių patekusi ABA lengviau pereina membraną
Mažesnio pH terpėje ABA poveikis ryškesnis
Anderson ir kiti 1994
Pasirinktų eksperimentų autoriai ir metai:
26
3. Abscizinė rūgštis per membraną juda difuzijos būdu. Kodėl šis judėjimas priklauso nuo terpės pH?
4. Žemiau pateiktoje ABA formulėje apibraukite grupę, kuri labiausiai trukdo šiai molekulei difunduoti per
membraną.
27
Užduotis 9. ABA – augalų pasaulio garsenybė
Žinios ir supratimas:
4.3.3. Atliekant transpiracijos tyrimą, išsiaiškinti lapo paviršiaus ploto ir aplinkos sąlygų, pavyzdžiui,
temperatūros, vėjo ar drėgmės, įtaką vandens pernašai augaluose.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
10.12. Genetiškai modifikuotų augalų išskirtinės savybės, jų kūrimo istorijos ir naudojimo problemos
Taikymo rekomendacijos
Užduotis reikalauja atidaus įsiskaitymo ir duomenų analizės gebėjimų, taigi rekomenduojama darbui
namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti minimalias žinias apie augalų fiziologiją ir
organinės chemijos pagrindus, bet akcentuojami problemų sprendimo gebėjimai.
Užduotį galima praplėsti aptariant kitus augalų prisitaikymus vandeniui taupyti arba pateikti pavyzdžių, kaip
tai svarbu žemės ūkyje.
Siūlomi atsakymai:
1. b; e; h. (Kiti procesai nepadeda taupyti vandens arba negali prasidėti sausros metu.)
2. Schultz ir Quatrano, 1997; Gillroy ir Jones, 1994; Yamazaki ir kiti, 2003.
3. Neutraliame pH rūgštys disocijuoja į rūgšties liekaną ir vandenilio joną. Rūgšties liekana turi
neigiamą krūvį, o krūvį turinčios molekulės per lipidinę membraną difunduoja labai lėtai.
4. (Apibraukta karboksigrupė).
28
Užduotis 10. Genetikų pagalba ūkiui
Žemės ūkyje neretai auginamos monokultūros – taip vadinami vienodos rūšies ir veislės augalai, kasmet
auginami tame pačiame plote. Auginant monokultūras galima padidinti trumpalaikį pelną, kadangi visą
plotą galima skirti pelningiausiai veislei. Be to, darbui su įvairesniais augalais reikėtų daugiau žemės,
papildomų įgūdžių ar technikos. Tačiau toks požiūris neatsižvelgia į mokslo patarimus ir gali baigtis liūdnai.
Geriausiai žinomas pavyzdys – 1845 m. Airijoje prasidėjęs bulvių maras, kai vienu grybu užsikrėtė visos
šalies bulvių derlius ir iš bado mirė apie 1 milijonas gyventojų.
1. Kai natūralios populiacijos ima mažėti, padidėja kryžminimosi tarp artimų giminaičių tikimybė. Kuo tai
pavojinga?
2. Kuo šioje istorijoje svarbi genetinė įvairovė? Kas būtų pasikeitę, jei airių ūkininkai būtų auginę kelių
veislių bulves?
3. Kaip galima padidinti genetinę įvairovę, turint tik vienos veislės bulves?
29
Užduotis 10. Genetikų pagalba ūkiui
Žinios ir supratimas:
7.1.2. Susieti paveldimą kintamumą - naujų genų kombinacijų susidarymą ir mutacijas su organizmų
genetine įvairove.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
10.10. Pageidaujamų savybių augalų ir gyvūnų gavimas klasikinės selekcijos ir moderniosios
biotechnologijos metodais
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti genetikos
pagrindų žinias.
Užduotis nėra sukocentruota į kurią nors vieną temą, o greičiau į bendrą supratimą apie genetikos
principus. Ją galima praplėsti pateikiant moksleiviams išspręsti konkrečių genetinių uždavinių uždavinių.
Siūlomi atsakymai:
1. Artimi giminaičiai gali turėti tas pačias mutacijas, nes yra kilę iš tų pačių protėvių. Recesyvinės mutacijos
pasireiškia tik tada, kai individas turi jas abiejose geno kopijose. Kryžminantis giminaičiams, padidėja
tikimybė, kad jų palikuonys turės dvi recesyvines mutantinio alelio kopijas ir turės mutantinį fenotipą.
2. Kadangi bulvės buvo genetiškai vienodos, jos visos buvo vienodai pažeidžiamos ir parazitas galėjo vienu
metu sunaikinti didelius plotus derliaus. Sėjant įvairias veisles, labiau tikėtina, kad parazitas negalės
užkrėsti visų skirtingų augalų ir dalis derliaus bus išsaugota.
3. Galima bulves dauginti ne stiebagumbiais, o sėklomis.
30
Užduotis 11. Viskas apie antibiotikus
1. Prisiminkite, kada paskutinį kartą vartojote antibiotikus. Jei neprisimenate arba nevartojote,
paklausinėkite namiškių, draugų. Koks tai buvo antibiotikas? Kaip jis veikia? Internete paieškokite
informacijos, kada jis buvo sukurtas. Ar jau yra bakterijų, atsparių šiam vaistui?
2. Remdamiesi natūralios atrankos teorija, paaiškinkite, kodėl atsparumas antibiotikams plinta taip
greitai?
3. Neretai sergantieji pradeda gydytis antibiotikais, bet geria juos trumpiau, nei gydytojas nurodo, nes jau
jaučiasi sveiki. Kuo tai pavojinga visuomenei ir pačiam pacientui?
4. Antibiotikai taikosi pažeisti kurį nors vieną ligos sukėlėjo komponentą. Remdamiesi prokariotinės
ląstelės sandara, pasiūlykite taikinį antibiotikui, kuris naikintų tik bakterijas, bet nekenktų žmogui.
_______________________________
5. Grybai taip pat gali sukelti žmogaus ligas, tačiau antibiotikų prieš juos sukurta kur kas mažiau. Kodėl?
31
Užduotis 11. Viskas apie antibiotikus
Žinios ir supratimas:
5.4.6. Nagrinėti antibiotikų veikimo principą ir paaiškinti organizmo atsparumą antibiotikams.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
4.2. Žmogaus sveikata ir biotechnologija: užkrečiamų ligų kontrolė ir diagnostika, antibiotikai, genų terapija,
pagalbinis apvaisinimas, kamieninės ląstelės, transplantacija
10.2 Infekcinių ligų diagnostika ir prevencija, naujų vakcinų kūrimas
Taikymo rekomendacijos
Užduotis siejasi su praktiniais aplinkos tyrinėjimais – moksleivis skatinamas ieškoti informacijos ne tik
internete, bet ir namų aplinkoje, paklausinėti šeimos apie antibiotikus, galbūt paieškoti senų vaistų
pakuočių, vartojimo instrukcijos ar sudėties. Rekomenduojama užduotį skirti namų darbams.
Užduotį galima išplėsti iki stambesnio savarankiško projekto, kurio metu moksleiviai galėtų aprašyti
antibiotikų kūrimo procesą, pavyzdžiui, paprašę mokslininko pagalbos arba aplankę farmacijos laboratoriją.
Siūlomi atsakymai:
2. Nedidelė dalis bakterijų išvysto atsparumo antibiotikams geną dėl mutacijų ar kitais būdais. Pradėjus
plačiai naudoti vaistą, jų konkurentės žūsta, o bakterijos, kurios buvo geriau prisitaikiusios (atsparios
antibiotikui), dauginasi laisviau ir jų populiacija auga.
3. Nebaigus gydymo, vaistui atspariausios bakterijos gali išgyventi ir daugintis. Tai tik paspartina
atsparumo antibiotikams genų plitimą tarp bakterijų. Be to, pacientas, nebaigęs antibiotikų gydymo
periodo, gali vėl susirgti ta pačia liga, bet naudotam vaistui atsparia forma. Todėl jis turės būti gydomas
kitais, dažnai naujesniais ir brangesniais, antibiotikais.
4. Bakterinė ląstelės sienelė (gyvūnų ląstelės jos neturi). ARBA bakterinė ribosoma.
5. Grybų ląstelės eukariotinės, dėl to kur kas sunkiau rasti tokių taikinių antibiotikams, kurių nebūtų
žmogaus ląstelėse.
32
Užduotis 12. Vaistų patekimo problema
Farmacijos technologijos nuolat ieško būdų, kaip palengvinti vaistų patekimą į reikiamas ląsteles. Galbūt ko
nors išmoksime iš biologinių membranų? Kai pakankamai didelis kiekis fosfolipidų patenka į vandeninę
aplinką, iš jų gali susiformuoti įvairios struktūros. Tarp jų yra ir liposomų – tai sferos, susidariusios iš
dvimatės plėvelės, kurios kraštai susisuka ir susijungia.
1. Nuo kokių lipidų savybių priklauso toks susisukimas? Kodėl pati dvimatė plėvelė nėra stabili vandenyje?
2. Kaip ši dvisluoksnio savybė lemia biologinės membranos struktūrą?
3. Kaip ir kodėl pasikeistų vaistų patekimas į ląstelę, jei juos patalpintume liposomos viduje?
33
Užduotis 12. Vaistų patekimo problema
Žinios ir supratimas:
2.1.7. Apibūdinti fosfolipidų reikšmę biologinėms membranoms susidaryti.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
11.5.Lipidai, jų struktūros sąsajos su savybėmis ir funkcijomis gyvuosiuose organizmuose
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias iš
siauros srities apie biochemiją, todėl rekomenduojama užduotį skirti žinių įtvirtinimui aptarus šią temą
pamokoje.
Užduotį galima praplėsti plačiau aptariant biologinių membranų struktūrą, arba siūlant mokiniams namie
paieškoti informacijos, kokiais dar būdais sprendžiama vaistų patekimo į organizmą problema.
Siūlomi atsakymai:
1. Amfifiliškumo. Dauguma hidrofobinių uodegėlių dvisluoksnyje yra apsaugotos nuo vandens, tačiau
nesusisukusio dvisluoksnio kraštai nėra apsaugoti. Todėl ši struktūra yra nestabili ir akimirksniu susisuka
į daug stabilesnę formą.
2. Ląstelių membrana atkartoja liposomos struktūrą. Kadangi aplinkoje ir ląstelės viduje yra vandeninė
terpė, hidrofilinės fosfolipidų galvutės apsaugo uodegėles iš abiejų pusių.
3. Vaistai patenka lengviau. Įprastai vaistai, tirpūs vandenyje, membranas pereina sunkiai. Liposoma gali
lengvai susilieti su ląstelės membrana, o joje buvę vaistai išsipila į citoplazmą.
34
Užduotis 13. Baltymų pasaulis
Po žavų, įvairių formų ir sąveikų pilną makromolekulių pasaulį gali pasižvalgyti visi. Baltymų struktūrų
duomenų bazėje Protein data bank (PDB) šiuo metu saugoma apie 69 000 eksperimentiškai nustatytų
baltymų struktūrų ir kasdien jų daugėja. Ten galite rasti ne tik pavienių baltymų, bet ir biologiškai svarbių
baltymų–baltymų struktūrų, baltymų ir nukleorūgščių kompleksų struktūrų, taip pat baltymų ir įvairių
mažos molekulinės masės junginių (pavyzdžiui, monosacharidų) kompleksų struktūrų.
Apsilankykite PDB svetainėje www.pdbe.org. Pirmajame puslapyje pamatysite, kaip rasti jus dominančią
struktūrą ir kokios informacijos apie ją galite gauti. Paieškos langelyje (Search) įrašykite dominančio
baltymo tikslų pavadinimą (pavyzdžiui, haemoglobin) arba unikalų keturių simbolių kodą (PDB ID)
(pavyzdžiui, 1nt2), žymintį konkrečią tam tikro junginio (komplekso) struktūrą. Jei nežinote baltymo
pavadinimo, sistema gali parinkti visiškai atsitiktinę struktūrą arba atsitiktinę struktūrą su pasirinktu
požymiu (Find a random PDB entry...). Prie struktūros aprašymo matysite ir darbų, kuriuos galite su ja
atlikti, sąrašą. Pasirinkę Visualisation, galėsite pasirinkti struktūros vaizdavimo programas (Astex view, Open
Astex ir Jmol). Išbandykite jas visas. Kompiuterio ekrane esančią struktūrą pelės pagalba galima visaip
vartyti. Rasite galimybes keisti vaizdavimo būdą, pavyzdžiui, rodyti visus atomus ir ryšius (ball and stick), tik
stilizuotą polipeptidinės grandinės išsidėstymą (cartoon), visą atomų užimamą erdvę (sphere) ir kt. 1 pav.
a.
b.
c.
1 pav. Ta pati struktūra, pavaizduota skirtingais būdais: rodomi visi atomai ir ryšiai (ball and stick; a), tik
polipeptidinės grandinės išsidėstymas (cartoon; b), visa atomų užimama erdvė (sphere; c)
Siūlau panagrinėti struktūrą, žymimą kodu 5mht: matysite DNR, ją metilinantį baltymą ir mažą molekulę –
kofaktoriaus liekaną. Astex view vaizdavimo sistemoje pasirinkę Magic lens, galėsite lengvai surasti, kur yra
DNR, o kur kofaktoriaus liekana (2 pav.).
35
a.
b.
2 pav. Baltymo, DNR ir kofaktoriaus komplekso struktūra (a), DNR ir kofaktorius (b)
Pavienių baltymų ir jų kompleksų molekulės gali būti įvairios formos, pavyzdžiui, siūlų, rutulio, gėlės,
pasagos. Paieškokite, kokių formų dar gali būti. Kaip susijusi baltymų molekulių forma ir jų funkcijos?
Pasirinkę įrankį Chemistry, pamatysite, kokios aminorūgštys ir kokiais ryšiais sąveikauja su ligandais (DNR,
mažos molekulinės masės molekulėmis). Panagrinėkite:
kokios aminorūgštys sąveikauja su ligandu,
kas dažniau sudaro ryšius: pagrindinė ar šoninė aminorūgščių grandinė,
kiek aminorūgščių vidutiniškai sąveikauja su ligandu,
kaip atsakymai į pirmuosius tris klausimus priklauso nuo nagrinėjamo ligando pobūdžio (palyginkite
DNR, gliukozę ir (arba) savo pasirinktą junginį).
Smagaus apsilankymo gyvybės molekulių galerijoje!
36
Užduotis 13. Baltymų pasaulis
Žinios ir supratimas:
2.1.3. Nurodyti baltymus kaip iš aminorūgščių sudarytas organines medžiagas. Nurodyti baltymų struktūras
(pirminę, antrinę, tretinę ir ketvirtinę) ir atpažinti peptidinį ryšį.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
2.7. Baltymų struktūra ir funkcijos, jų ryšys su cheminėmis aminorūgščių savybėmis
11.2.Baltymų sandara ir cheminės šoninių grandinių savybės. Jų įtaka baltymų struktūrai ir funkcijai
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui namuose. Galima ją išplėsti iki projektinio darbo. Pavyzdžiui, moksleiviams duodama
užduotis išsirinkti vieną baltymą, kurio pakitimas sukelia kokią nors ligą ir aprašyti jo funkciją (naudojantis
įvairiais interneto šaltiniais) bei struktūrą (naudojantis PDB svetaine).
37
Užduotis 14. Baltymų biochemija
Baltymų sąveikos svarbos aiškinti nereikia: dauguma organizme vykstančių reakcijų priklauso nuo baltymų.
Išmokę išlankstyti iš baltymų norimas formas, galėtume ne tik išgydyti ligas, bet ir priversti fermentus
katalizuoti bet kokią mus dominančią reakciją. Apačioje pateikta supaprastinta polipeptido schema,
išskirtos kelių aminorūgščių šoninės grandinės, sudarančios įvairius ryšius.
1. Nurodykite kiekvienoje srityje (W-Z) susidariusių sąveikų tipą.
W __________________________
X ___________________________
Y ___________________________
Z ___________________________
2. Kurioje srityje pavaizduota sąveika yra stipriausia? ______
3. Pavaizduotos struktūros susidaro tada, kai baltymas yra fiziologinėje terpėje (ląstelėje), tačiau
tyrimai arba reakcijos laboratorijoje gali reikalauti kitokios aplinkos. Kurios srities (W-Z) struktūra
pasikeis, perkėlus baltymą į:
a. pH 10 terpę?
b. heksaną?
Pagrįskite savo atsakymus.
4. Schemoje nepavaizduota, kokie ryšiai jungia aminorūgščių karkasą (pirminę struktūrą).
Pavaizduokite tokį ryšį struktūrinėmis formulėmis, naudodamiesi dviem glicino molekulėmis
(H2NCH2COOH).
38
39
Užduotis 14. Baltymų biochemija
Žinios ir supratimas:
2.1.3. Nurodyti baltymus kaip iš aminorūgščių sudarytas organines medžiagas. Nurodyti baltymų struktūras
(pirminę, antrinę, tretinę ir ketvirtinę) ir atpažinti peptidinį ryšį.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
2.7. Baltymų struktūra ir funkcijos, jų ryšys su cheminėmis aminorūgščių savybėmis
11.2.Baltymų sandara ir cheminės šoninių grandinių savybės. Jų įtaka baltymų struktūrai ir funkcijai
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
baltymų struktūrą ir organinę chemiją.
Užduotį galima praplėsti skatinant mokinius padiskutuoti, kaip aptarti cheminiai reiškiniai ir baltymų
savybės pasireiškia kasdienybėje – kada stebimi denatūracijos procesai, kuo virškinimui svarbus pH ir t.t.
Siūlomi atsakymai:
1. W – vandenilinis ryšys; X – joninis ryšys; Y – hidrofobinė sąveika; Z – kovalentinis ryšys.
2. Z.
3. a. X. Šarminėje terpėje -NH3+ grupė deprotonizuosis ir nebegalės sudaryti joninio ryšio.
b. Y. Hidrofobinė sąveika susidaro tik vandenyje arba kituose vandenilinį ryšį sudarančiuose
tirpikliuose.
4.
40
Užduotis 15. Ligos ir chromosomos
1. Koks yra pagrindinis seserinių chromatidžių ir homologinių chromosomų skirtumas G1 stadijoje?
2. Kokio proceso metu susidaro seserinės chromatidės?
a. Susiliejus branduoliams.
b. DNR replikacijos metu.
c. Susijungus homologinėms chromosomoms.
d. Vykstant krosingoveriui.
Pasirinktas variantas: ____
3. Dauno sindromo priežastis – 21-os chromosomos trisomija. Šis genetinis sutrikimas atsiranda mejozės
metu – susidaro gametos, turinčios viena chromosoma per daug. Tiksliau, mejozės metu gali neišsiskirti
seserinės chromatidės arba neišsiskirti homologinės chromosomos. Nubraižykite dvi schemas,
vaizduojančias, kaip genetinė medžiaga pasiskirsto po ląsteles abiem atvejais (užtenka parodyti vienos,
21-osios, chromosomų poros pasiskirstymą). Nurodykite susidariusių gametų chromosomų rinkinį (n,
n+1 ar n-1).
4. Tarkime, kad abu aptarti procesai įvyksta vienodai dažnai. Kas labiau tikėtina – kad vaiko, sergančio
Dauno sindromu, tėvų ląstelėse įvyko chromosomų neišsiskyrimas, ar chromatidžių neišsiskyrimas?
Kodėl?
41
Užduotis 15. Ligos ir chromosomos
Žinios ir supratimas:
3.1.2. Susieti DNR dvigubėjimą su seserinių chromatidžių susidarymu.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
2.5. Replikacijos ir transkripcijos procesai
10.1 Paveldimų ligų ankstyva diagnostika, su tuo susijusios bioetinės problemos.
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
ląstelės ciklą ir chromosomas, taigi ji tiktų žinių įtvirtinimui aptarus šias temas per biologijos pamoką.
Užduotį galima praplėsti kitų genetinių ligų aptarimu, arba skatinant moksleivius padiskutuoti, kokios ligos
lemiamos genetinių veiksnių, o kokios – gyvenimo būdo.
Siūlomi atsakymai:
1. Seserinės chromatidės yra identiškos viena kitai, o homologinės chromosomos, nors ir turi tuos
pačius genus, gali turėti skirtingus jų alelius.
2. b.
3. Chromosomų neišsiskyrimas:
Chromatidžių neišsiskyrimas:
4. Chromosomų neišsiskyrimas, nes tada susidaro daugiau gametų su papildoma chromosoma ir
didesnė tikimybė susilaukti sergančio vaiko.
42
Užduotis 16. Eksperimentas su serbentais
Laboratorijoje serbento augalai buvo dauginami lytiniu ir vegetatyviniu būdais. Iš tėvų ir užaugusių
palikuonių buvo išskirta DNR ir du genai, plu1 bei rok, padauginti PGR metodu. Reakcijos rezultatai stebimi
elektroforezės gelyje. (M – DNR masių žymuo; P1 – tėvas; P2 – motina; L – lytiniu būdu gauti jų palikuonys;
NL – nelytiniu būdu gauti P1 palikuonys) Tėvų DNR takeliuose dvi viršutinės juostelės atitinka du skirtingus
plu1 geno alelius, dvi apatinės – rok geno alelius.
Užduotis: L ir NL takeliai gelyje palikti tušti. Juose pavaizduokite PGR produktus, gautus padauginus abu
genus iš lytiniu ir nelytiniu būdais gautų palikuonių. Savo atsakymus pagrįskite:
43
Užduotis 16. Eksperimentas su serbentais
Žinios ir supratimas:
3.4.1. Susieti augalų vegetatyvinį dauginimąsi su požymių pastovumu ir dauginimąsi sėklomis su požymių
kintamumu.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
10.10. Nykstančių rūšių apsauga ir išnykusių organizmų atkūrimo galimybės
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį reikia pritaikyti žinias apie organizmų
dauginimąsi ir elektroforezę, taigi rekomenduojama užduotį skirti mokiniams, bent kartą atlikusiems
elektroforezę praktinių darbų metu.
Užduotį galima išplėsti, pavyzdžiui, pasiūlant mokiniams užrašyti aptarto eksperimento kryžminimo
schemas genetiniais simboliais. Ir atvirkščiai, mokiniai gali pabandyti pavaizduoti įprastų kryžminimo
uždavinių rezultatus elektroforezės gelio pavidalu.
Siūlomi atsakymai:
Nelytiniu būdu gautas palikuonis savo genotipu turi būti identiškas tėviniam augalui P1. Lytiniu būdu gautas
palikuonis iš abiejų tėvų paveldėjo po vieną alelį, taigi PGR reakcijoje susidarys visi keturi produktai.
44
Užduotis 17. Atradimų istorija
DNR replikacijai apibūdinti buvo pasiūlyti trys modeliai: konservatyvus, pusiau konservatyvus ir
pasiskirstymo. Mokslininkai Metju Meselsonas (Matthew Meselson) ir Franklinas Stalis (Franklin Stahl)
atliko eksprerimentą, kuriuo remdamiesi įrodė, jog DNR replikacija vyksta pagal pusiau konservatyvų
modelį.
E. coli bakterijos buvo auginamos terpėje, kurioje visas azotas yra radioaktyviai žymėtas (15N). Po to jos buvo perkeltos į terpę su įprastu 14N azoto izotopu. Įvykus dviem DNR replikacijoms (atsiradus dviem naujoms bakterijų kartoms), genetinė medžiaga buvo išskirta iš bakterijų ir centrifuguota, kad pasiskirstytų pagal svorį.
1. Kokio tankio DNR buvo aptikta mėgintuvėlyje?
a. Viena mažo (turinti tik 14N) ir viena didelio tankio (tik 15N) DNR juosta.
b. Viena vidutinio tankio (turinti abiejų azoto izotopų) DNR juosta.
c. Viena vidutinio ir viena didelio tankio DNR juosta.
d. Viena vidutinio ir viena mažo tankio DNR juosta.
e. Viena mažo tankio DNR juosta.
Pasirinktas variantas: ___
2. Kokie būtų centrifugavimo rezultatai, jei bakterijos pirma būtų augintos terpėje su 14N, o tik po to
perkeltos į 15N terpę? Kodėl?
3. Kas lemia DNR grandinėje esančių bazių komplementarumą? (galimi keli variantai)
a. Vandeniliniai ryšiai, kurie gali susidaryti tik tarp atitinkamai A-T ir C-G.
b. Stūmos jėgos tarp teigiamų amino grupių neleidžia susidaryti ryšiams.
c. Kovalentiniai ryšiai tarp dviejų DNR grandžių karkasų.
d. A-G ir C-T porose bazės nutolusios per daug ir iškraipo DNR struktūrą.
Pasirinktas(-i) variantas(-ai): ___________
45
4. Apskaičiuokite dvigubos DNR grandinės masę (g), kurios ilgis ištiesus yra 320 000 km. DNR
molekulė, susidedanti iš 1000 bazių porų, sveria apie 1*10-18 g. Vienos bazių poros ilgis yra 3,4 *10-
19 nm.
Atsakymas: _______________________
46
Užduotis 17. Atradimų istorija
Žinios ir supratimas:
3.2.3. Apibūdinti replikacijos procesą. Apibūdinti komplementarumo reikšmę replikacijoje.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
2.5. Replikacijos ir transkripcijos procesai
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
DNR sandarą, taigi rekomenduojama ją atlikti aptarus šią temą per biologijos pamoką.
Užduotį galima praplėsti papasakojant apie kitus istorinius eksperimentus, kurie buvo svarbūs mokslo
vystymuisi, pavyzdžiui, kaip buvo sukurti skiepai, arba kaip atrasta, kad genetinę informaciją perneša DNR.
Siūlomi atsakymai:
1. d.
2. Jei būtų centrifuguojama įvykus tik vienai replikacijai, visa gauta DNR būtų vidutinio tankio. Įvykus
antrajai replikacijai ir nucentrifugavus DNR, matytume kad yra vienas vidutinio tankio DNR sluoksnis
ir, priešingai anksčiau aptartam atvejui, kitas sluoksnis būtų didelio tankio.
3. a.
4. 9,4 * 10-4 g = 0.00094 g
47
Užduotis 18. Mutantai!
DNR molekulėje yra saugoma informacija apie organizmą. Ji yra nuolat kopijuojama ir perduodama naujoms
ląstelėms. Kaip ir bet kokiame kitame procese, informacijos perdavime gali pasitaikyti klaidų – mutacijų.
Biotechnologus mutacijos domina tuo, kad tai puikus būdas tirti genus – radę organizmą su mutavusiu
genu, mokslininkai gali stebėti, kaip pasikeičia fenotipas, ir taip sužinoti to geno funkciją. Tačiau tokių
„patogių“ mutantų pasitaiko labai retai.
1. Kodėl ne visos mutacijos pasireiškia organizmo fenotipe? Įvardykite bent dvi priežastis.
2. Toliau pavaizduota DNR iš nemutavusio organizmo ir keli mutacijų tipai. Įvardykite juos ir,
naudodamiesi genetinio kodo lentele, nurodykite, kurios mutacijos pasireikš fenotipe.
48
49
Užduotis 18. Mutantai!
Žinios ir supratimas:
3.2.6. Apibūdinti genų ir chromosomų mutacijas ir jų atsiradimo priežastis.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
10.1 Paveldimų ligų ankstyva diagnostika, su tuo susijusios bioetinės problemos.
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
imuniteto susidarymą ir skiepų veikimą, taigi rekomenduojama ją atlikti aptarus šias temas per biologijos
pamoką.
Užduotį galima praplėsti aptariant Lietuvoje naudojamus skiepus arba plačiau įsigilinant į imuniteto
susidarymo principą.
Siūlomi atsakymai:
1. Įvykus taškinei mutacijai (pasikeitus tik vienam nukleotidui DNR sekoje), yra didelė tikimybė, kad net ir
mutavęs tripletas vis tiek koduos tą pačią aminorūgštį. Todėl baltymo struktūra nepasikeis ir tai
nepasireikš fenotipe.
Mutacijai įvykus nekoduojančiame ir neturinčiame reguliacinės funkcijos DNR fragmente (pvz. introne)
fenotipinio pokyčio nestebime.
Gali būti, kad mutavęs genas suaugusiam individui nebuvo reikalingas, t.y., jo raiška nevyko.
Mutacija galėjo būti recesyvinė – tokiu atveju vieno sveiko alelio užtenka geno funkcijai atlikti.
2. A) Įvyko tylioji taškinė mutacija, pakitęs tripletas vis tiek kodavo tą pačią aminorūgštį, tad fenotipinio
pokyčio nestebime.
B) Įvykus šiai taškinei mutacijai susidaręs tripletas koduoja kitą aminorūgštį, tad pasikeičia baltymo
sandara – stebimas fenotipinis pokytis.
C) Įvykusi taškinė mutacija iškart sustabdo baltymo sintezę. Nesusintetinus baltymo, fenotipinis pokytis
stebimas.
D) įsiterpęs papildomas nukleotidas sukelia rėmelio poslinkio mutaciją, kuri iškart sustabdo baltymo
sintezę. Stebimas fenotipinis pokytis.
E) Įsiterpęs nukleotidas sukelia rėmelio poslinkio mutaciją, baltymo sintezė nesustoja numatytoje
vietoje. Sintetinamas visiškai kitoks baltymas, tai pasireiškia fenotipe.
F) Ištrinamas visas nukleotidų tripletas, kuris koduoja aminorūgštį, baltymo seka sutrumpėja. Stebimas
fenotipinis pokytis.
50
Užduotis 19. Bakterijos ir jų genai
Plazmidė pBIOTECH koduoja du skirtingus genus, kurie lemia atsparumą antibiotikams penicilinui ir
tetraciklinui. Siekiant įterpti į bakterijas nežinomos funkcijos žmogaus geną, plazmidė hidrolizuojama
naudojant restrikcijos endonukleazę PstI. Šis fermentas kerpa plazmidę tik vienoje vietoje – atsparumą
penicilinui lemiančio geno viduryje. Po to gauta linijinė DNR yra suliguojama su žmogaus DNR ir įterpiama į
E. coli ląsteles.
1. Kokį antibiotiką piltumėte į agaro terpę, kad įsitikintumėte, jog bakterijos turi rekombinantinę
plazmidę?
Antibiotikas: ________________________
2. Kokių fenotipų kolonijų bus Petri lėkštelėje? (Atsparias tam tikram antibiotikui ląsteles žymėkite
tetR arba penR, o jautrias – tetS arba penS)
Fenotipai: ___________________________________
3. Koks fenotipas gali mums padėti įsitikinti, jog plazmidė turi žmogaus DNR fragmentą? Pagrįskite
pasirinktą atsakymą.
51
Užduotis 19. Bakterijos ir jų genai
Žinios ir supratimas:
3.3.1. Apibrėžti genotipą ir fenotipą. Apibūdinti genų ir chromosomų vaidmenį susidarant homozigotiniams
ir heterozigotiniams organizmams ir susieti su požymių paveldėjimu.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
2.2. Genai ir genomas – organizmų savitumą ir savybes lemiantys veiksniai
8.1. Organizmai ir jų požymių visuma: genominis požiūris
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje, aptariant ir su mokytojo pagalba išsiaiškinant rezultatus. Užduotis
nereikalauja daug genetikos žinių; ji skirta supažindinti mokinius su genų inžinerijos terminais ir
eksperimentų principais. Rekomenduojama ją skirti, kai mokiniai atliko bent vieną laboratorinį darbą su
mikroorganizmais – mokiniams bus lengviau suprasti tyrimo eigą ir kiekvieno žingsnio paskirtį.
Užduotį galima praplėsti mokinių pasiūlymais – kadangi bakterijų genetika ir genų inžinerija yra sudėtingos
temos, pabaigus šią užduotį rekomenduojama su mokiniais aptarti jiems kylančius klausimus ir neaiškumus.
Taip pat mokytojas gali iškelti klausimų diskusijai apie bakterijoms reikalingus genus, plazmidžių paskirtį ir
t.t.
Siūlomi atsakymai:
1. Tetraciklino.
2. tetR penR ir tetR penS.
3. tetR penS fenotipas rodo, jog penicilinui atsparumą suteikiantis genas buvo hidrolizuotas ir
suliguotas su žmogaus DNR fragmentu.
52
Užduotis 20. Tiriame baltymus
Penki baltymai su žinomomis molekulinėmis masėmis buvo analizuoti poliakrilamidinio gelio elektroforeze
(NDS-PAGE). Gauti rezultatai pavaizduoti lentelėje:
Baltymas Molekulinė
masė, Da
Santykinis baltymo
nukeliautas atstumas
Transferinas 77000 0,46
Žmogaus
albuminas 68000 0,51
Ovalbuminas 43000 0,67
Angliarūgštės
anhidrazė 29000 0,84
Mioglobinas 17200 1,0
Tuo pačiu eksperimentu norėta sužinoti dar vieno baltymo – laktato dehidrogenzės (LDH) santykinę
molekulinę masę. Atlikus tą pačią procedūrą su LDH, nustatyta, jog santykinis LDH nukeliautas atstumas yra
0,77.
1. Nubraižykite baltymų santykinio nukeliauto atstumo priklausomybę nuo jų molekulinės masės.
(Vieta grafikui brėžti pateikta toliau.)
53
2. Iš gauto grafiko nustatykite apytikslę LDH molekulinę masę.
Masė: _________________
3. Jeigu iš ląstelės išskirtos LDH molekulinė masė būtų 140 000 Da, kokias išvadas galėtumėte padaryti
apie šio baltymo ketvirtinę struktūrą?
54
Užduotis 20. Tiriame baltymus
Žinios ir supratimas:
2.1.9. Apibūdinti elektroforezę kaip baltymų ir DNR tyrimų metodą taikomą medicinoje, pvz., kraujo
cheminės sudėties nustatymui ir paveldimų ligų diagnozavimui.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
9.10. Elektroforezė
10.6. DNR tyrimo metodų panaudojimas teismo medicinoje
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Rekomenduojama ją skirti, kai mokiniai susipažino su
elektroforeze teoriškai – užduotis nereikalauja gilių žinių, bet patikrina bendrą supratimą apie šį metodą.
Užduotį galima praplėsti aptariant baltymų tyrimus – mokytojas gali supažindinti mokinius su šių tyrimų
prasme, pateikti Lietuvos mokslininkų darbų šioje srityje pavyzdžių.
Siūlomi atsakymai:
1. 2. 35000 Da.
3. Kadangi nustatyta vieno LDH polipeptido molekulinė masė yra 35 000 Da, o ląstelėje aptinkamo
baltymo – 140 000 Da (keturis kartus didesnė), vadinasi, baltymas susideda iš 4 vienodų
polipeptidų.
55
Užduotys chemijos daliai
Užduotis 1. Iš kur gauti vandenilio?
Paveikslėlyje pavaizduotas vandenilio kuro elementas.
Pasinaudodami šia schema atlikite šias užduotis ir atsakykite į
klausimus:
1. Kokios elemento dalys yra pažymėtos raidėmis X, Y ir Z?
2. Parašykite vykstančios reakcijos lygtį.
3. Kas šioje reakcijoje yra oksidatorius, ir kas – reduktorius?
Oksidatorius: ______________
Reduktorius: ______________
4. Kokia yra kuro elemento Y komponento paskirtis?
5. Kokios dujos kuro elementą palieka nesureagavusios?
Atsakymas: _________________
6. Biotechnologijoje tikimasi energijos gavybai pritaikyti dumblius. Kai kurie iš jų fotosintezės metu
gali gaminti vandenilį ir dar vieną šiam elementui reikalingą molekulę. Kokia tai molekulė?
Pratęskite schemą – pripieškite dumblių auginimo kamerą ir ją „prijunkite“ vamzdeliais prie
reikiamų elemento vietų.
56
Užduotis 1. Iš kur gauti vandenilio?
Žinios ir supratimas:
6.4.3. Paaiškinti kuro elementų veikimą, naudojantis duotais piešiniais ir užrašytomis reakcijų lygtimis.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
13.5. Kiti energetiškai vertingų cheminių junginių gavybos, panaudojant gyvuosius organizmus, būdai
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias iš
įvairių chemijos sričių, taigi užduotis tinkama chemijos kurso medžiagos pakartojimui ir įtvirtinimui.
Užduotį galima praplėsti mokinius skatinant diskutuoti apie biokuro problemas ir siūlyti alternatyvius
energijos šaltinius.
Siūlomi atsakymai:
1. X - katodas, Y - elektrolitas, Z – anodas
2. 2H2 + O2 -> 2H2O
3. H2 – reduktorius, O2 - oksidatorius.
4. Elektrolitas perneša vandenilio jonus, susidariusius prie anodo, iki katodo.
5. Kadangi į kuro elementą buvo pompuojamas oras, po reakcijos daugiausia liko N2, taip pat O2 ir CO2
pėdsakai.
6. O2.
57
Užduotis 2. Vyndarių paslaptys
Vynas išpilstomas į tamsius butelius ir brandinamas tamsiuose rūsiuose tam, kad būtų apsaugotas nuo
saulės šviesos. Ilgai saulėje laikytas vynas tampa rūgštus.
1. Dėl kokios medžiagos vynas tampa rūgštus? Kokios reakcijos metu ši medžiaga susidaro?
2. Kaip šis procesas gali būti panaudojamas biotechnologijoje?
3. Koks tarpinis produktas susidaro šios reakcijos metu?
Atsakymas: ________________
4. Kodėl šio tarpinio produkto nesusidaro daug?
5. Kokiu Jums žinomu būdu galima susintetinti šį tarpinį produktą?
58
Užduotis 2. Vyndarių paslaptys
Žinios ir supratimas:
7.3.2. Paaiškinti alkoholių, aldehidų ir karboksirūgščių gavimo vienas iš kito būdus naudojantis oksidacijos-
redukcijos reakcijomis.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
12.1 Fermentacija ir etanolio gamyba
12.2 Pienarūgštis rūgimas, cheminiai terpės pokyčiai, sukeliami mikroorganizmų
12.4 Biotechnologiniai cheminių medžiagų gavimo pavyzdžiai
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
aldehidų, alkoholių ir karboksirūgščių gavimo būdus, taigi užduotis gali būti naudojama patikrinti šios temos
gebėjimams arba žinioms įtvirtinti.
Užduotį galima praplėsti, kartu su mokiniais palyginant cheminius ir biotechnologinius aptartų medžiagų
gavimo būdus.
Siūlomi atsakymai:
1. Vynas tampa rūgštus dėl acto rūgšties, kuri susidaro oksiduojantis etanoliui.
2. Taip – susidaręs actas naudojamas maistui.
3. Etanalis.
4. Etanalis yra reaktyvus ir lengvai oksiduojasi iki acto rūgšties.
5. Etanalį galima sintetinti atsargiai parinkus oksidatorius arba naudojant stechiometrinį oksidatoriaus
kiekį ( santykį 1:1). Pirminius alkoholius iki aldehidų galima oksiduoti vario(II) oksidu.
59
Užduotis 3. Paslaptingoji rūgštis
Biotechnologijos produktai buvo žinomi kur kas anksčiau, nei išaiškinti jų cheminiai komponentai. Dėl to kai
kurie cheminių junginių pavadinimai kilo iš biologinių objektų. Naudodamiesi užuominomis, nustatykite, iš
kur atsirado butano pavadinimas. Kelių užuominų jums prireiks – o gal jau žinote atsakymą?
Užuomina 1. βούτυρο – žodis iš graikų kalbos, tariamas „butiro“. Panašus žodis reiškia tą patį ir anglų
kalboje.
***
Užuomina 2. Oksidavus butanolį, gaunama karboksirūgštis. Pagalvokite, koks jos trivialusis pavadinimas.
***
Užuomina 3. Butano rūgšties esterių randama gyvūnų riebaluose ir piene – senstant gyvuliniams
produktams, šie esteriai skyla ir susidaro laisva rūgštis, turinti nemalonų kvapą.
***
1. Taigi, iš kokio biotechnologijos produkto kilo butano pavadinimas?
Atsakymas: ______________________
2. Kokius dalinius krūvius karboksirūgšties grupėje turi anglies ir deguonies atomai? Kodėl?
3. Ar karboksirūgštys yra stiprios rūgštys? Paaiškinkite, remdamiesi šios funkcinės grupės sandara.
60
Užduotis 3. Paslaptingoji rūgštis
Žinios ir supratimas:
7.1.12. Apibūdinti karboksirūgščių funkcinę grupę. Sudaryti monokarboksirūgščių pavadinimus. Žinoti
trivialiuosius pavadinimus: skruzdžių rūgštis, acto rūgštis, stearino rūgštis.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
13.1. Biokuro gamyba iš įvairių šaltinių, jo panaudojimas transporto sektoriuje
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie karboksirūgščių
chemiją, taigi užduotis gali būti naudojama patikrinti šios temos gebėjimams arba žinioms įtvirtinti.
Užduotį galima praplėsti aptariant kitų karboksirūgščių svarbą šiuolaikiniam mokslui ir biotechnologijoms.
Siūlomi atsakymai:
1. Sviesto.
2. Karboksigrupėje anglis yra dalinai teigiama, o deguonis dalinai neigiamas, dėl skirtingų
elektroneigiamumų t.y. deguonis yra elektroneigiamesnis negu anglis.
3. Karboksirūgštys nėra stiprios rūgštys. Stipriose rūgštyse jungtis tarp vandenilio ir anijono yra silpna,
todėl ji lengvai skyla. Karboksigrupėje vienas šalia kito yra du elektroneigiami deguonies atomai,
kurie traukia į save elektronus. Deguonies atomas, kuris turi O-H jungtį, elektronus traukia ne tik iš
vandenilio, bet ir iš šalia esančios anglies, todėl prie vandenilio susidaro mažesnis dalinis teigiamas
krūvis ir jis atskyla sunkiai.
61
Užduotis 4. Šampūno etiketės tyrimas
1. Esteriai – svarbi natūralių kvapų sudedamoji dalis. Dabar chemijos ir biotechnologijos pramonė moka
esterius sintetinti, kad būtų galima gaminti maloniai kvepiančius higienos, skalbimo ir valymo
produktus. Kokiems organiniams junginiams reaguojant susidaro esteris?
2. Kiek skirtingų esterių galima sudaryti iš acto rūgšties, metanolio ir skruzdžių rūgšties? Pavadinkite juos
pagal IUPAC nomenklatūrą.
3. Perskaitykite žemiau pateiktą šampūno sudėtį ir pabandykite nustatyti, kurie iš paminėtų junginių yra
esteriai: (sodium – angl. natris)
62
Užduotis 4. Šampūno etiketės tyrimas
Žinios ir supratimas:
7.4.7. Užrašyti paprasčiausių esterių susidarymo ir jų hidrolizės lygtis, pavadinti reaguojančias ir
susidarančias medžiagas.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
13.1. Biokuro gamyba iš įvairių šaltinių, jo panaudojimas transporto sektoriuje
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
esterių chemiją ir nomenklatūrą, taigi užduotis gali būti naudojama patikrinti šios temos gebėjimams arba
žinioms įtvirtinti.
Užduotį galima praplėsti mokiniams siūlant išanalizuoti ir kitus etiketėje nurodytus komponentus. Taip pat
galima padiskutuoti, kokiais tikslais skirtingų klasių junginiai (esteriai, riebiųjų rūgščių druskos ir kt.)
naudojami kosmetikoje.
Siūlomi atsakymai:
1. Karboksirūgštims ir alkoholiams.
2. 2, metiletanoatas ir metilmetanoatas.
3. Glycol distearate, propylene glycol oleate, tocopheryl acetate, benzyl benzoate, benzyl salicylate.
63
Užduotis 5. Gyvybė ir vandenilio jonai
1. Kaip pasikeičia kraujyje esančių dujų tirpumas padidėjus pH? Sumažėjus pH?
2. Kokios biologinės molekulės yra jautrios pH pokyčiams? Kaip pH pokyčiai jas veikia?
3. Kaip vadinasi organizme vykstantis procesas, kurio viena iš funkcijų yra palaikyti stabilų pH kraujyje
ir kituose kūno skysčiuose?
4. Kokiuose Jums žinomuose biologiniuose procesuose pH yra svarbus energijos gavybai?
64
Užduotis 5. Gyvybė ir vandenilio jonai
Žinios ir supratimas:
5.3.6*. Paaiškinti vandenilio jonų koncentracijos svarbą gyvybiniams procesams.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
1.2. Istorinė biotechnologijos vystymosi perspektyva ir reikšmė žmogaus gyvenimui bei visuomenės raidai
nuo Egipto civilizacijos laikų iki šių dienų
13.4. Dumblių panaudojimas biokuro gamyboje
ir kiti skyriai
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias tiek iš
chemijos, tiek iš biologijos, taigi užduotį rekomenduojama naudoti abiejų pamokų medžiagos
apibendrinimui.
Užduotį galima praplėsti mokinius skatinant diskutuoti apie cheminės aplinkos palaikymą biologinėse
sistemose, pavyzdžiui, inkstų svarbą kraujo valymui arba buferines sistemas.
Siūlomi atsakymai:
1. Šiame klausime svarbiausios dujos yra CO2. CO2 yra rūgštinis oksidas, todėl sumažėjus pH jo tirpumas
didėja, o padidėjus – sumažėja.
2. Jautriausi pH pokyčiams yra baltymai. Pakitus pH jie praranda savo erdvinę struktūrą ir nebegali vykdyti
savo funkcijų, pvz.: pakitus fermentų erdvinei struktūrai, pasikeičia fermento aktyviojo centro struktūra
ir fermentai nebegali katalizuoti reakcijų.
3. Homeostazė.
4. Fotosintezėje, viduląsteliniame kvėpavime.
65
Užduotis 6. Apie baltymų jungtis
1. Tarp kokių funkcinių grupių susidaro peptidinis ryšys?
2. Kokia yra peptidinio ryšio geometrija? Kodėl ji tokia?
3. Kaip kitaip vadinamas peptidinis ryšys?
Atsakymas: __________________
4. Jei baltymų aminorūgštys jungtųsi ne peptidiniu ryšiu, o –N=C< dviguba jungtimi, kaip tai pakeistų kitas
baltymo struktūras?
66
Užduotis 6. Apie baltymų jungtis
Žinios ir supratimas:
8.2.4. Atpažinti peptidinį ryšį struktūrinėse baltymų formulėse.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
2.7. Baltymų struktūra ir funkcijos, jų ryšys su cheminėmis aminorūgščių savybėmis
11.2.Baltymų sandara ir cheminės šoninių grandinių savybės. Jų įtaka baltymų struktūrai ir funkcijai
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
baltymų chemiją, taigi taigi užduotis gali būti naudojama patikrinti šios temos gebėjimams arba žinioms
įtvirtinti.
Užduotį galima praplėsti aptariant kovalentinio ryšio reikšmę kitose biologinėse molekulėse.
Siūlomi atsakymai:
1. Peptidinis ryšys susidaro tarp amino ir karboksirūgšties grupių.
2. Peptidinė grupė yra plokščia, nes visi trys joje esantys atomai yra sp2 hibridizacijos.
3. Amidiniu ryšiu.
4. Negalėtų susidaryti antrinė struktūra (spiralės arba kilpos), nes ją palaiko vandeniliniai ryšiai,
kuriems reikalingi vandenilis iš aminogrupės ir deguonis iš karboksigrupės.
67
Užduotis 7. Dar šiek tiek apie baltymų struktūrą
1. Kas yra pirminė ir antrinė baltymų struktūros?
2. Dėl kokių ryšių susidaro antrinė baltymų struktūra?
3. Įvardinkite dvi pagrindines antrines baltymų struktūras.
__________________________________ ir __________________________________
4. Kuo ypatingos į pirminę baltymų sudėtį įeinančios aminorūgštys?
68
Užduotis 7. Dar šiek tiek apie baltymų struktūrą
Žinios ir supratimas:
8.2.5. Apibūdinti pirminę ir antrinę baltymų struktūras.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
2.7. Baltymų struktūra ir funkcijos, jų ryšys su cheminėmis aminorūgščių savybėmis
11.2.Baltymų sandara ir cheminės šoninių grandinių savybės. Jų įtaka baltymų struktūrai ir funkcijai
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
baltymų chemiją, taigi užduotis gali būti naudojama patikrinti šios temos gebėjimams arba žinioms įtvirtinti.
Užduotį galima praplėsti aptariant aukštesnio lygio baltymų struktūras ir aminorūgščių cheminių savybių
įtaką baltymo erdvinei formai.
Siūlomi atsakymai:
1. Pirminė baltymų struktūra – tai į baltymo sudėtį įeinančių aminorūgščių seka polipeptidinėje grandinėje.
Antrinė baltymų struktūra – tai erdvinė baltymo struktūra, susidariusi dėl baltyme esančių peptidinių
grupių.
2. Dėl vandenilinių ryšių tarp >C=O ir >N-H grupių.
3. α - spiralės ir β - klostės.
4. Jos visos yra L-α-aminorūgštys.
69
Užduotis 8. Katalizatoriai chemijoje ir biologijoje
Katalizatoriai – medžiagos, greitinančios reakcijas. Chemijos pramonėje naudojami katalizatoriai leidžia
stipriai sumažinti gamybos išlaidas bei sutrumpinti sintezės laiką. Pasidomėkite:
1. Išvardinkite visas Jums žinomas katalizatorių savybes.
2. Parašykite scheminę reakciją, kurioje naudojamas katalizatorius. Taip pat parodykite, kad reakcijai
katalizatorius būtinas (tarkime, be katalizatoriaus ji nevyksta). Reagentai: A, B. Produktas: AB.
Katalizatorius D.
3. Kiek daugiausiai kartų (apytikslis, orientacinis skaičius) reakcijas greitina 2-3 Jūsų pasirinkti
katalizatoriai. Užrašykite šių katalizatorių formules ir IUPAC pavadinimus.
4. Kokie katalizatoriai plačiausiai naudojami chemijos pramonėje?
5. Kokios yra katalizatorių rūšys?
6. Kokių trūkumų turi katalizatoriai?
7. Ar katalizatoriai amžini? Kodėl?
70
8. Kaip vadinama medžiaga, kurios poveikis atvirkščias nei katalizatoriaus?
Atsakymas: ___________________
Fermentai, dar kitaip vadinami biologiniais katalizatoriais, būtini daugelio organizmų veiklai, taip pat ir
žmogaus.
9. Grafiškai pavaizduokite fermento veikimo principą.
10. Kokios (bio)cheminės prigimties yra fermentai?
11. Kokiomis kitokiomis negu neorganiniai katalizatoriai savybėmis pasižymi fermentai?
12. Išvardinkite tris fermentus, kurie dalyvauja virškinime, taip pat nurodykite jų katalizuojamos
reakcijos vietą ir kokius junginius jie skaido.
13. Kodėl žmogui pavojinga aukšta kūno temperatūra?
14. Kodėl žymūs pH pokyčiai gali visiškai sutrikdyti tam tikro fermento veiklą? (Prisiminkite fermentų
prigimtį ir struktūrą.)
71
15. Kas nutiktų, jeigu žmogaus organizme staiga dingtų visi fermentai?
72
Užduotis 8. Katalizatoriai chemijoje ir biologijoje
Žinios ir supratimas:
4.1.7. Apibūdinti katalizatorių ir fermentų veikimą, pateikti jų naudojimo pavyzdžių.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
2.7. Baltymų struktūra ir funkcijos, jų ryšys su cheminėmis aminorūgščių savybėmis
11.2.Baltymų sandara ir cheminės šoninių grandinių savybės. Jų įtaka baltymų struktūrai ir funkcijai
12.4 Biotechnologiniai cheminių medžiagų gavimo pavyzdžiai
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui namuose, kadangi daliai klausimų atsakyti reikalingi papildomi informacijos šaltiniai.
Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias iš įvairių chemijos ir biochemijos sričių.
Užduotį galima praplėsti aptariant fermentų panaudojimą biotehcnologijos pramonėje.
Siūlomi atsakymai:
1. Neišsieikvoja (reakcijos metu sunaudojamas ir regeneruojamas). Po kiek laiko užsiteršia, bet galima
atnaujinti. Reikalingi santykinai maži kiekiai. Reakcijas greitina nuo dešimčių iki tūkstančių kartų, bet
nekeičia reakcijos pusiausvyros.
2. A + B C (nevyksta)
4. A + D AD
5. AD + B ABD
6. ABD AB + D
4. Geležis su K2O, CaO, SiO arba Al2O3 amoniako sintezei.
7. V2O5 sieros rūgšties gamybos procese, sieros dioksido oksidacijos iki sieros trioksido reakcijoje.
8. Platina arba Renėjaus nikelis amoniako oksidacijoje iki azoto monoksido azoto rūgšties gamybos
procese.
9. Zeolitas naftos krekinge.
10. Platina su zeolitu pentano ir heksano izomerizacijai iki šakotų izomerų.
11. Sieros rūgštis benzeno nitrinimo reakcijoje.
12. H3PO4 eteno hidratacijoje iki etanolio.
13. Konc. sieros rūgštis esterifikacijos iš alkoholių ir karboksirūgščių reakcijose.
14. Sidabras eteno epoksidinimo reakcijoje.
15. FeCl3 halogeno prijungimo prie benzeno reakcijoje.
5. Heterogeniniai, homogeniniai, elektrokatalizatoriai, organiniai katalizatoriai, biokatalizatoriai
(fermentai).
6. Daugelis brangūs. Užsiteršia. Po reakcijos juos reikia „išimti“ iš produktų arba kurti sistemas, kur
katalizatoriai su produktais nesimaišo.
7. Ne amžini. Kaip atsakyta aukščiau, jie užsiteršia, ne visus ir ne visada 100 proc. jų galima regeneruoti.
Taip pat dalis gali „iškeliauti“ su produktais arba į atliekas.
8. Slopiklis (inhibitorius).
73
9. 10. Baltyminės.
11. Stiprūs pH pokyčiai ir aukšta temperatūra skatina fermentų denatūraciją. Kiekvienas fermentas
geriausiai veikia tam tikrame pH intervale. Kylant temperatūrai fermentų aktyvumas didėja, nes didėja
tikimybė, kad substratas susidurs su fermentu, bet per aukštoje temperatūroje fermentas tampa
nebeaktyvus dėl denatūracijos. Daug fermentų yra labai specifiški: katalizuoja tik labai siauro substratų
spektro virsmus. Kai kurie fermentai yra enantioselektyvūs (katalizuoja tik vieno iš enentiomerų
virsmus), todėl yra paklausūs brangių chiralinių junginių pramoninėje sintezėje.
12. Burna/seilės – amilazė – skaido angliavandenius.
16. Skrandis – tripsinas – skaido baltymus.
17. Žarnynas – lipazės – skaido riebalus.
13. Aukštoje temperatūroje (40 °C ir daugiau) įvairūs baltymai (be abejo, ir fermentai) denatūruoja,
praranda savo struktūrą arba yra negrįžtamai pažeidžiami. Nukritus temperatūrai dalis baltymų
renatūruoja – atgauna pradinę struktūrą ir funkcijas, dalis – nebe.
14. Tretinei baltymų struktūrai įtakos turi joninės jungtys tarp –COO- ir –NH3+ galų. Pakitus pH šių galų
jonizacija gali keistis, ryšys nutrūkti, baltymas prarasti savo tretinę struktūrą bei aktyvumą. H+ jonai taip
pat trukdo susidaryti vandenilinėms jungtims, nes „užima“ deguonies elektronų porą.
15. Daugelis organizme vykstančių reakcijų labai sulėtėtų arba sustotų, sutriktų medžiagų pernaša,
skaidymas ir šalinimas (nepašalinus nebereikalingų medžiagų, ląstelės apsinuodija), DNR replikacija (tuo
pačiu ir ląstelių atsinaujinimas ir gamyba), sutriktų raumenų ir smegenų darbas, galiausiai organizmas
mirtų.
74
Užduotis 9. Paprasčiausi organiniai junginiai
Metanas, etenas, etinas, benzenas – chemijos pramonei labai svarbūs angliavandeniliai. Jie skiriasi
struktūra, sudėtimi, cheminėmis bei fizikinėmis savybėmis.
1. Iš kur gaunami šie angliavandeniliai? Parašykite kuo daugiau ir kuo įvairesnių gavimo būdų.
2. Parašykite šių angliavandenilių struktūrines formules.
3. Kaip įvykdyti šiuos kitimus:
a. Etinas benzenas.
b. Etinas etenas.
c. Etenas etinas.
a. b. c.
4. Kokiomis fizikinėmis savybėmis pasižymi šie junginiai? (Nurodykite garavimo ir lydymosi
temperatūras, tirpumą vandenyje bei neorganiniuose tirpikliuose, spūdumą, būseną n.s., spalvą).
5. Kokiomis cheminėmis savybėmis pasižymi šie junginiai? Kuri bendra angliavandenilių cheminė
savybė praktikos požiūriu pati svarbiausia?
75
6. Kur naudojamas kiekvienas iš šių angliavandenilių?
7. Kodėl buitiniai dujų balionai užpildomi propano-butano mišiniu, o ne grynu metanu, butanu arba
propanu? (Atkreipkite dėmesį į virimo temperatūras).
8. Kuris iš šių angliavandenilių geriausiai dega? Kuris labiausiai rūksta?
9. Kuo pavojingos propano-butano dujos, jas naudojant dujinei viryklei namuose, ypač nuosavuose
namuose, ne daugiabučiuose?
76
Užduotis 9. Paprasčiausi organiniai junginiai
Žinios ir supratimas:
7.2.1. Paaiškinti metano, eteno, etino, benzeno fizines ir chemines savybes, nurodyti gavimo būdus ir
naudojimo galimybes.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
13.1. Biokuro gamyba iš įvairių šaltinių, jo panaudojimas transporto sektoriuje
4.4. Atsinaujinančių anglies šaltinių panaudojimas įvairių žaliavų ir energijos (etanolio, metano, vandenilio)
gamybai biotechnologijos metodais
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui namuose, kadangi kai kuriems klausimams atsakyti reikalingi papildomi informacijos
šaltiniai. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie baltymų chemiją, taigi užduotis gali būti
naudojama patikrinti šios temos gebėjimams arba žinioms įtvirtinti.
Užduotį galima praplėsti aptariant angliavandenilių poveikį aplinkai ir jų skaidymą biotechnologiniais
būdais.
Siūlomi atsakymai:
1. Metanas – gamtinės dujos, nafta, metanogenezė (vyksta anaerobiniuose mikroorganizmuose),
Sabatier reakcijas (CO2 + 4H2 CH4 + 4H2O).
2. Etinas – laboratorijoje C2H5OH C2H4 + H2O (dehidratacija sieros rūgštimi),
3. pramonėje iš gamtinių ir naftos dujų garų krekingo metu (750-950 °C).
4. Benzenas – pramonėje dauguma gaunama iš naftos pramonės, katalitinis reformingas (heksano –
oktano mišinys veikiamas vandenilio garais ir platino chloridu 500 °C temperatūroje 8-50 atm.
slėgyje. Alifatiniai angliavandeniliai formuoja žiedus ir dehidratuojasi. Benzenas gryninamas
naudojant įvairius tirpiklius.
a. 3 C2H2 C6H6 (aukštoje temperatūroje).
b. 3 C2H2 C6H6 (aukštoje temperatūroje).
c. C2H2 + H2 C2H4
18. Teoriškai C2H4 C2H2 + H2O (su [O] virš rodyklės), bet praktiškai nelabai įmanoma.
5. Visi dega. Visus galima chlorinti (brominti) chloru (bromu) švitinant UV. Visi nesotūs ir galima
redukuoti, bet benzenui reikia šiurkščių sąlygų. Etenas nesunkiai polimerizuojasi. Benzenui
būdingos SEAr, EA, acilinimo, sulfoninimo, nitrinimo reakcijos. Ir kt. Svarbiausia – degimo reakcija.
6. Etinas – suvirinimui, metalų pjaustymui, vaisių nokinimui. Etenas – vienas pagrindinių pradinių
reagentų cheminei sintezei. Benzenas – daugybės aromatinių darinių (tarp jų ir dažų) sintezei.
7. Metaną suskystinti labai sunku, nes virimo temperatūra labai žema (-164° C). Propano – butano
dujų mišinio vir. t. apie -20 °C, todėl suskystinti daug lengviau. Grynas propanas (vir.t. -42 °C)
nenaudojamas dėl tos pačios priežasties, kaip ir metanas. O grynas butanas žiemą būtų skystos
agregatinės būsenos, todėl nebūtų įmanoma naudoti kaip kuro dujinėms viryklėms.
8. Geriausiai dega etinas. Labiausiai rūksta benzenas.
77
9. Propano-butano dujos sunkesnės už orą, todėl gali kauptis namų rūsiuose ir esant kibirkščiai ar
atvirai liepsnai detonuoti.
78
Užduotis 10. Alkoholiai ir žmonės
Metanolis, etanolis ir etandiolis – alkoholių grupės dariniai.
1. Kodėl suvartojus atitinkamą kiekį etanolio draudžiama vairuoti automobilį, važiuoti dviračiu bei joti
arkliu?
2. Pagal kokią charakteristiką nustatomas girtumo laipsnis?
3. Kaip etanolis patenka į atitinkamą organizmo dalį, iš kurios keliauja į alkotesterį?
4. Išdėstykite šiuos tris alkoholius nuodingumo mažėjimo tvarka.
5. Koks vienas pirmųjų stiprus apsinuodijimo metanoliu požymių?
6. Kuo pavojingas etandiolis? (Paskaitykite ir pagalvokite apie jo fizikines savybes, skonį ir kvapą.)
7. Kodėl apsinuodijus metanoliu į kraują leidžiamas etanolis?
8. Kam buityje naudojamas etanolis? (Pagalvokite apie etanolio ir vandenilio peroksido paskirtį ir kitus
atvejus).
79
9. Kaip šie trys alkoholiai gaunami ir kam naudojami pramonėje?
80
Užduotis 10. Alkoholiai ir žmonės
Žinios ir supratimas:
7.4.3*. Paaiškinti metanolio, etanolio ir etandiolio poveikį organizmui, nurodyti šių alkoholių taikymą
chemijos pramonėje ir buityje.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
12.3 Fermentuoti maisto produktai, jų savybės
13.1. Biokuro gamyba iš įvairių šaltinių, jo panaudojimas transporto sektoriuje
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui namuose, kadangi kai kuriems klausimams atsakyti reikalingi papildomi informacijos
šaltiniai. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie alkoholių chemiją, taigi užduotis gali
būti naudojama patikrinti šios temos gebėjimams arba žinioms įtvirtinti.
Užduotį galima praplėsti aptariant alkoholius kaip alternatyvų energijos šaltinį – jų gavimo būdus, skirtumus
nuo iškastinio kuro ir vis dar neišspręstas problemas.
Siūlomi atsakymai:
1. Etanolis, o tiksliau jo oksiduotas produktas etanalis (aldehidas) veikia centrinę nervų sistemą,
dalinai blokuoja nervų darbą, trikdo nervinių signalų sklidimą, todėl lėtėja reakcija, sutrinka
motorika, sunkiau įvertinti atstumus ir formas, padidėja avarijos tikimybė.
2. Pagal etanolio garų procentinį kiekį iškvepiamame ore.
3. Iš virškinimo sistemos keliauja į kraują, o iš jo – į plaučius.
4. Metanolis, etandiolis, etanolis.
5. Apakimas.
6. Etandiolis saldaus skonio, todėl nekyla įtarimo, kad gali būti nuodas.
7. Tiek metanolis, tiek etanolis nuodingas tik tada, kai būna oksiduojamas iki aldehido formos. Juos
abu oksiduoja tas pats fermentas. Todėl fermentui duodama „darbo“ oksiduoti etanolį, bet
neoksiduoti metanolio. Etanolį oksiduoja daug kartų greičiau. Todėl formaldehido taip greitai
nesusidaro, organizmas gali lengviau jį pašalinti, taip pat laimima laiko skrandžio praplovimui.
8. Dezinfekavimui nusibrozdinus. Trauktinei.
9. Etandiolis gaminamas iš etileno, jį oksiduojant iki etileno oksido, po to veikiant vandeniu.
19. Metanolis: CO + 2 H2 CH3OH; iš biomasės.
20. Etanolis: hidratuojant etileną; fermentuojant gliukozę, sacharozę;
21. Naudojami: etanolis: kurui; alkoholiniams gėrimams; cheminėms sintezėms; kaip sanitarinė
priemonė; tirpiklis.
22. Metanolis: cheminėms sintezėms; kurui; tirpiklis; neužšąlantis skystis.
23. Etandiolis: neužšąlantis skystis; šilumos pernešėjas šaldymo/šildymo sistemose; cheminėms
sintezėms.
81
24. Užduotis 11.Chemijos technologijos maiste
Esant nesubalansuotai mitybai arba tam tikrų ligų atveju dažnai vartojami maisto papildai. Tai gali būti
pavieniai vitaminai, jų mišiniai, kompleksiniai baltymai, sočiosios bei nesočiosios riebalų rūgštys,
mikroelementai ir kt. Daugelį galima nusipirkti vaistinėse, kai kuriuos paskiria gydytojas.
1. Apibūdinkite kuo daugiau vitaminų bei kitokių maisto papildų, nurodydami jų paskirtį (naudą).
2. Kurio vitamino organizmas pasigamina pats būnant Saulės šviesoje?
Vitamino ______.
3. Kuris(-ie) vitaminas(-ai) naudingas Jūsų akims ir iš kur jo(-ų) gaunate?
4. Kurio mikroelemento Jums reikia, kad kaulai būtų stiprūs, o dantys balti ir gražūs? Iš kur dar be
pieno (kai kurie mokslininkai teigia, kad iš pieno šio mikroelemento neįsisaviname) galime jo gauti?
Maisto priedų yra labai daug ir įvairių: konservantai, skonio, kvapo stiprikliai, formos palaikymo
medžiagos, saldikliai, dažikliai, antioksidantai, rūgštingumą reguliuojančios medžiagos, užpildai,
stabilizatoriai ir kt. Vyrauja daug skirtingų nuomonių apie kiekvieno iš maisto priedų (daugelis jų žymimi
pagal E standartą, pvz.: E300 (askorbo rūgštis)) naudą ir žalą organizmui.
5. Suraskite 5 maisto priedus, kurių reikėtų labiausiai vengti, žymimus E standartu.
6. Suraskite 5 natūraliai randamus maiste maisto priedus, žymimus E standartu.
82
7. Kodėl per gausus kai kurių (ypač vengtinų) maisto priedų vartojimas yra nerekomenduojamas?
8. Kuris organas yra pažeidžiamiausias vartojant per daug tam tikrų medžiagų?
Atsakymas: __________________
9. Pasidomėkite, kokius maisto priedus valgote kasdien.
Beveik kiekvienuose namuose plačiai vartojami maisto priedai yra cukrus (sacharozė) ir druska (natrio
chloridas).
10. Parašykite sacharozės ir natrio chlorido empirines formules.
11. Iš kur gaunami sacharozė ir natrio chloridas?
12. Kokia rekomenduojama natrio chlorido suvartojimo paros norma – nekenksminga organizmui?
Atsakymas: _______
13. Ar natrio chloridas būtinas mūsų organizmui, ar vartojamas tik kaip prieskonis ir skonio stipriklis?
Jeigu būtinas, tai kokiai organizmo veiklai?
14. Kokia grėsmė kyla ilgą laiką vartojant per daug natrio chlorido?
83
15. Ar sacharozė būtina mūsų organizmui, ar vartojama tik kaip saldiklis? Jeigu būtina, tai kokiai
organizmo veiklai?
16. Kokia grėsmė kyla vartojant per daug sacharozės?
17. Kas organizmui naudingesnis – sacharozė ar medus? Kodėl?
84
Užduotis 11.Chemijos technologijos maiste
Žinios ir supratimas:
8.5.1. Pateikti įvairių maisto priedų ir papildų pavyzdžių.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
12.4 Biotechnologiniai cheminių medžiagų gavimo pavyzdžiai
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui namuose, nes kai kuriems klausimams atsakyti reikalingi papildomi informacijos
šaltiniai. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias iš įvairių chemijos ir biologijos sričių, taigi
užduotis tinkama abiejų pamokų medžiagos pakartojimui ir įtvirtinimui.
Užduotį galima praplėsti mokinius skatinant palyginti cheminiu ir biologiniu būdu gautų maisto
komponentų saugumą ir trūkumus.
Siūlomi atsakymai:
2. Vitamino D.
3. Vitaminas A. Iš morkų, brokolių, moliūgų, kiaušinių, papajų, žirnių.
4. Kalcio. Pupelės. Migdolai. Sezamo sėklos. Sardinės. Lašišos. Ryžiai. Brokoliai. Apelsinai.
5. Galima naudotis http://curezone.com/foods/enumbers.asp arba atitinkamomis lietuviškomis
svetainėmis.
6. Galima naudotis http://curezone.com/foods/enumbers.asp arba atitinkamomis lietuviškomis
svetainėmis.
7. Organizmas nuodijamas, trikdomos biocheminės reakcijos, nespėja tų priedų skaidyti ir pašalinti,
greičiausiai pakenkia smegenims, inkstams, kepenims.
8. Smegenys.
10. C12H22O11. NaCl.
11. Sacharozė iš cukranendrių; cukrinių runkelių; kukurūzų. NaCl iš jūros vandens; iškasamas.
12. 3,5 – 5,5 g į dieną.
13. Būtinas. Druskos rūgšties gamybai skrandyje.
14. Vartojant per daug NaCl gali pasireikšti mėšlungis, svaigulys, širdies problemos, aukštas kraujo
spaudimas, skrandžio vėžys.
15. Organizmui reikia energijos, dalis jos turi būti gaunama iš angliavandenių, todėl jeigu vartojama
pakankamai kitų angliavandenių, iš esmės sacharozė nėra būtina.
16. Sacharozė yra gana kaloringa, todėl jos vartojant per daug, organizme skaidoma gliukozė verčiama
riebalais, kurių perteklius trikdo įvairių organų darbą, padidina širdies ir kraujagyslių bei kitų organų
ligų riziką.
17. Medus. Nors jo glikeminis indeksas (kaip greitai įsisavinami angliavandeniai) didesnis nei sacharozės
(didelis glikeminis indeksas organizmui nėra gerai), bet meduje gausu vitaminų ir kitų naudingų
medžiagų.
85
Užduotis 12. Fotosintezės chemija ir biologija
Supaprastinta fotosintezės schema:
CO2 + H2O → C6H12O6 + O2.
1. Išlyginkite reakcijos lygtį.
CO2 + H2O → C6H12O6 + O2
2. Koks elementas (komponentas) būtinas, kad vyktų fotosintezė?
Atsakymas: ________________________
3. Ar fotosintezė vyktų augalą apšviečiant kaitrine lempute? Halogenine lempa?
Atsakymai: _______________; _________________.
4. Kuo ypatingas kvėpavimo – fotosintezės ciklas?
5. Kokiose augalų dalyse ir ląstelės organoiduose vyksta fotosintezė?
6. Kas dar be augalų vykdo fotosintezę?
7. Kokie fotosintezės privalumai?
8. Kokie fotosintezės trūkumai?
86
9. Ar išrovus augalą, jis vis dar vykdo fotosintezę?
10. Nuo ko priklauso fotosintezės greitis?
11. Kaip galima padidinti fotosintezės greitį? Pagalvok kūrybiškai.
12. Iš kur augalas gauna fotosintezei reikalingų anglies dioksido ir vandens?
13. Kur augalas „padeda“ susidariusį deguonį?
14. Kur augalas „padeda“ susidariusią gliukozę?
87
Užduotis 12. Fotosintezės chemija ir biologija
Žinios ir supratimas:
8.3.4*. Apibūdinti fotosintezės svarbą gliukozės sintezei ir deguonies regeneracijai.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
13.4. Dumblių panaudojimas biokuro gamyboje
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui namuose, nes kai kuriems klausimams atsakyti reikalingos biologijos žinios. Žinoma,
jeigu klasėje yra mokinių, kurie mokosi biologijos išplėstiniu lygiu, kiti mokiniai gali atlikti užduotis su jų
pagalba. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias iš įvairių chemijos ir biologijos sričių, taigi
užduotis tinkama abiejų pamokų medžiagos pakartojimui ir įtvirtinimui.
Užduotį galima praplėsti mokinius skatinant palyginti cheminiu ir biologiniu būdu gautų maisto
komponentų saugumą ir trūkumus.
Siūlomi atsakymai:
1. 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2.
2. Saulės šviesa, o labiausiai mėlyni ir raudoni spinduliai.
3. Vyktų. Vyktų.
4. Tai yra užbaigtas anglies ciklas. Saulės energija per augalus perduodama organizmams vartotojams.
Gaminamas beveik visai gyvybei būtinas molekulinis deguonis.
5. Lapuose, kote. Chloroplastuose.
6. Dumbliai. Kai kurios bakterijos, į kurias įterptas chlorofilas.
7. Gaminama gliukozė ir celiuliozė. Naudojama Saulės energija, kurios Žemę pasiekia labai daug.
Atmosfera valoma nuo CO2.
8. Ne visi organizmai gali ją vykdyti. Nevyksta tamsoje. Debesuotomis dienoms vyksta sunkiai.
9. Kurį laiką dar vykdo.
10. Nuo Saulės šviesos, pasiekiančios augalą, intensyvumo.
11. Galima augalą apstatyti veidrodžiais ir taip į jį nukreipti daugiau Saulės šviesos.
12. Anglies dioksido iš oro. Vandens iš dirvožemio per šaknis.
13. Per žioteles išskiria į aplinką.
14. Kaupia šaknyse, vaisiakūniuose. Verčia celiulioze ir naudoja augimui.
88
Užduotis 13. Kaip atsikratyti plastiko?
Plastikas yra labai plačiai vartojamas visame pasaulyje įvairiose ūkio šakose, pradedant nuo įpakavimo iki
statybinių medžiagų ar stiklo pakaitalo. Bet platus plastiko naudojimas kelia vis didesnį susirūpinimą
žmonijai, dėl didelio gamtos užterštumo, sąvartynuose užima daug vietos, o suirti natūraliai plastikiniams
gaminiams gali prireikti nuo 500 iki 1000 metų! Be to jie yra tik veikiami saulės skleidžiamų ultravioletinių
spindulių. Bet nei vienas pasaulio biologas negali pasakyti tikro polietileno suirimo laiko. Taigi, toksinės
medžiagos iš plastiko kaupiasi mūsų organizmuose. Net ir išmestos plastiko pakuotės yra kenksmingos, nes
plastikas veikiamas saulės ultravioletinių spindulių, išskiria chemines medžiagas, kurios patekusios į
gruntinius vandenis, juos užteršia ir kelia grėsmę gyvybei.
Plastiko kenksmingas poveikis stipriai jaučiamas ir gyvūnijos pasaulyje. Tūkstančius kvadratinių kilometrų
vandenyno paviršiaus vietomis yra padengę paprasčiausi panaudoti plastikiniai buteliai ir įpakavimo
medžiagos. Per metus apie 100 000 jūros gyvūnų uždūsta arba prariję (vėžliai) suserga nuo plastikinių
maišelių, kurie naudojami prekybos centruose. JTO duomenimis dėl plastiko kasmet žūva daugiau nei
milijonas vandens paukščių.
1. Ką, Jūsų nuomone, reikia daryti, norint išsaugoti žemę ateities kartoms?
89
2. Kaip galima būtų išspręsti plastiko problemą, pritaikius biotechnologijų pasiekimus?
3. Kaip galime išmetamą plastiką panaudoti tikslingai, pvz. alternatyviai energetikai? Ar turite kokių
idėjų?
90
Užduotis 13. Kaip atsikratyti plastiko?
Žinios ir supratimas:
7.5.4*. Paaiškinti gamtosaugines problemas, susijusias su plastikų naudojimu, pateikti šių problemų
sprendimo būdus.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
4.4. Atsinaujinančių anglies šaltinių panaudojimas įvairių žaliavų ir energijos (etanolio, metano, vandenilio)
gamybai biotechnologijos metodais
12.2 Pienarūgštis rūgimas, cheminiai terpės pokyčiai, sukeliami mikroorganizmų
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui namuose, kadangi reikalauja laiko, kūrybingumo ir papildomos informacijos šaltinių.
Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti bendras žinias apie žmogaus poveikį aplinkai Ir
biotechnologijas.
Užduotį galima praplėsti mokinius skatinant siūlyti būdus, kaip kiekvienas pilietis gali prisidėti prie plastiko
taršos mažinimo.
Siūlomi atsakymai:
1. Norint išsaugoti žemę ateities kartoms, reikia kurti ir skleisti naujas - aplinkai palankias technologijas,
būtina keisti visuomenės vartotojišką elgseną, racionaliai naudoti gamtinius išteklius, mažinti atliekų ir
taršos kiekius, bei jų kenksmingą poveikį gamtai.
2. Galima būtų priversti bakterijas sintetinti biodegraduojantį plastiką, pvz. viena iš tokių bakterijos kultūrų
yra Alcaligenes eutrophus, kuri sintetina lengvai biodegraduojantį poli-β-hidroksibutiratą.
3. Čia mokiniams turėtų būti suteikta laisvė kurti ir mąstyti, kaip praktiškai ir tikslingai mes galime pritaikyti
plastiką alternatyviai energetikai. Viena iš idėjų yra panaudoti kurui, elektrai laidžių polimerų sintezei.
91
Užduotys fizikos daliai
Užduotis 1. Nanodalelių biotechnologija
Jaunas ir labai tingus nanobiotechnologas susimastė, ar galima vietoje to, kad pačiam sintetinti
nanomedžiagas naudojant brangius reagentus perleisti šią užduotį kam nors kitam, pvz. motulei gamtai? Ir
iš tiesų, galima pasinaudoti tuo, kaip mums reikalingi objektai savaime atsiranda gamtoje arba išnaudoti
gyvus organizmus nanomedžiagų kūrimui.
Kokios jūsų naudojamos technologijos sukurtos pagal gamtos reiškinius? Kokius žinote biotechnologinius
būdus gauti nanodaleles - pateikite keletą pavyzdžių kaip galima panaudoti mikroorganizmus ar kitus gyvus
organizmus nanomedžiagų kūrimui.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
92
Užduotis 1. Nanodalelių biotechnologija
Žinios ir supratimas:
1.1. Paaiškinti moksle vartojamus fizikinius terminus.
1.4. Paaiškinti fizikos mokslo atradimų reikšmę ir mokslo žinių absoliutumo ir sąlygiškumo aspektus.
3.5.6. Apibūdinti nanotechnologijas. Pateikti nanotechnologijų taikymo pavyzdžių.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
7.5 Biomimetika
7.6 Biotechnologinė nanodalelių sintezė
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
biomiemtikos pavyzdžius, t.y. kaip gamtoje vykstantys procesai pritaikomi žmogaus reikmėms. Reikėtų
turėti bazinių žinių apie nanodaleles, nanodalelių ir biomolekulių biosintezę, oksidacijos-redukcijos
procesus.
Užduotį galima praplėsti mokinius skatinant diskutuoti apie kitus gamtos procesų pritaikymus žmogaus
ūkinėje veikloje, sugalvoti savo biotechnologijos pavyzdžių. Galima jų paklausti, kaip vyksta vienas ar kitas
konkretus procesas, pvz. druskų jonų virtimas kristaline medžiaga. Žinoma, kad bakterijos geba versti
metalų druskas metalų nanodalelėmis. Mokiniai galėtų įvardinti, koks fizikocheminis vyksmas (redukcija) ir
kaip vyksta šios sintezės metu.
Siūlomi atsakymai:
Pačius biopolimerus - baltymus, nukleo rugštis ir kt. galima formaliai priskirti prie nanomedžiagų. Juos taip
pat galima panaudoti konstruojant nanodydžio objektus.
Galima bakterijas ar mikroorganizmus "primaitinti" reikiama medžiaga, kurią jie panaudos savo struktūrinių
elementų gamybai, pvz., kai kurios bakterijos turi magnetosomas, ir geba gaminti magnetines nano ir
mikrodaleles, diatominiai dumbliai sugeba formuoti sudėtingos geometrijos ypatingai tvirtus
nanostruktūrinius šarvus.
Taip pat galima naudoti gyvus organizmus kaip matricą sintetinių medžiagų kūrimui, pvz., drugio sparną
galima padengti plonu sluoksniu aliuminio oksido ir vėliau gautą is aliuminio oksido sparno tekstūrą
panaudoti fotonikoje kaip fotoninį kristalą. Tabako mozaikos virusą dengia auksu, o vėliau jį pašalina
93
pagamindami tuščiavidurius aukso nanokiautus, kurie yra užpildomi vaistais ir panaudojami selektyviam
vaistų transportavimui i navikines ląsteles. Taip pat galima panaudoti ir baltymus, pvz., šaperonus, kaip
matricas skirtingų nanodalelių formų kūrimui. Bet koks racionalus atsakymas yra sveikintinas.
94
Užduotis 2. Rakto elektrochemija
Patyręs nanobiotechnologas išplėtojęs savo nanobiotechnologijų imonę ir uždirbęs nemažai pinigų, nutarė
pinigus įdėti i banko saugyklą. Iš banko jis gavo kvadratinės formos auksinį raktą, kurio pagalba galima buvo
atidaryti saugyklos duris. Jo draugas kuriam prastai sekėsi verslas, nutarė jį apiplėšti. Tačiau vogti rakto jis
nesiryžo, todėl sumastė pagaminti jo dublikatą. Pradžioje jis nutarė, ant reikiamos formos varinio rakto
(masė 70 g, plotis 2 mm) užnesti sidabro sluoksnį. Tam tikslui jis prijungė varinį raktą prie mobilaus
„iPhone“ telefono baterijos, kurios talpa 700 mAh, Pamerkęs jį į sidabro nitrato tirpalą, nusodino sidabrą iki
pilnai išsikrovė mobilaus baterija. Vario tankis – 8,92 g/cm3, sidabro – 10,491 g/cm3, aukso 19,32 g/cm3.
1. Nustatykite nusodinto sidabro sluoksnio storį, jei nusodinimo procesas truko 2 val.
36.
37.
38.
39.
40.
2. Kiek laiko užtruktų nusodinimo procesas, jei būtų užnešamas 100 nm storio sidabro sluoksnis?
41.
42.
43.
44.
45.
3. Kai padengimas sidarbu buvo baigtas, jis raktą patalpino i NaAuCl4 tirpalą, kad padengtų jį 10nm storio
auksine plėvele. Kiek mL NaAuCl4 tirpalo, kurio koncentracija 10-4 mol/L, jam prireikė šiam padengimui
atlikti?
95
46.
47.
48.
49.
50.
51.
96
Užduotis 2. Rakto elektrochemija
Žinios ir supratimas:
1.4.3. Nusakyti savitus mikropasaulio dėsningumus ir jų ryšį su makroskopiniais reiškiniais.
3.6. Taikyti termodinamikos dėsnius įvairių vidinės energijos virsmų atveju.
4.1. Analizuoti elektros krūvių sąveiką per elektrinį lauką, taikyti įelektrintus kūnus ir elektrinį lauką
apibūdinančius dydžius sprendžiant uždavinius.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
elektrochemiją, oksidaciją-redukciją, Omo dėsnį, Faradėjaus formulę, reikia žinoti kaip apskaičiuojamos
molinė ir masės koncentracijos.
Užduotį galima praplėsti pakeitus sąlygos duomenis, pvz., paimti kito oksidacijos laipsnio metalą (Al3+, Cu+,
Cu2+), kad mokiniai įsasavintų kiek elektronų reikia kiekvienam jonui redukuoti. Kiekvienam mokiniui galima
parinkti jo mobiliojo telefono baterijos talpą. Galima padiskutuoti apie priešingą procesą, t.y. metalo
virtimą jonais, kaip galimą jį sukelti. Taip pat siūloma padiskutuoti, ar mokiniai žino, kokiais būdais galima
įvertinti medžiagos grynumą (pagal tankį, lydymosi temperatūrą, varžą, kitas fizikines savybes).
Siūlomi atsakymai:
1. Nusodinto sidabro masę paskaičiuosim pagal Faradėjaus formulę:
m = Mr*I*t/z*F = 108*0,7*3600/1*96484 = 2,82 (g)
čia Mr = molekulinė masė (g mol-1), I – srovės stiprumas, t - laikas, z - jonų valentingumas, F = 96485 C mol-1
yra Faradėjaus konstanta.
Tuomet sidarbo tūris yra lygus:
V(Ag) = m/ρ = 2,82/10,491 = 0,269 (сm3)
Rakto tūris:
V = m/ρ = 70/8,92 = 7,8 (сm3)
Rakto plotas:
S = V/h = 7,8/0,2 = 39 (сm2)
97
Tuomet nusodinto sidabro sluoksnio storis:
h = V(Ag)/S = 0,0069 (сm) = 69 µm.
2. Kadangi nusodinimo procesas truko dvi valandas, o norint surasti, per kiek laiko bus užneštas 100 nm
storio sidabro sluoksnis, sudarome tokią proporciją:
7200s – 69000 nm
x – 100 nm
x= 10,43 s
3. Aukso tūris:
V(Au) = S*h = 39*10-6 = 3,9*10-5 (сm3)
Tuomet aukso masė m=7,53*10-4 g
Aukso medžiagos kiekis n=m/Mr= 3,82*10-6 mol.
Tuomet NaAuCl4 tirpalo tūris:
V= n/C = 3,82*10-6/10-4 = 38,2 ml
98
Užduotis 3. Nanoroboto mechaninis judėjimas
Nanorobotas bėga judančiu nanoeskalatoriumi. Bėgdamas pirmą sykį jis suskaičiavo 50 laiptelių, o antrą
sykį, judėdamas trigubai didesniu greičiu, jis suskaičiavo 75 laiptelius.
1. Kiek laiptelių jis suskaičiuotų nejudančiame nanoeskalatoriuje?
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60.
61.
62.
63.
64.
65.
66.
67.
68.
69.
70.
71.
72.
99
73.
74.
75.
100
Užduotis 3. Nanoroboto mechaninis judėjimas
Žinios ir supratimas:
2.1. Taikyti žinias apie mechaninį judėjimą ir jo reliatyvumą nagrinėjant judėjimo pavyzdžius, sprendžiant
uždavinius, analizuoti judėjimo grafikus.
2.1.6. Apibūdinti mechaninio judėjimo ir rimties reliatyvumą, paaiškinti Galilėjaus greičių sudėties taisyklę.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
7.1 Nanorobotikos pagrindai
7.2 Molekuliniai mechaniniai komponentai, biomolekulių nanomašinos
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
mechaninį judėjimą ir jo reliatyvumą (Galilėjaus greičių sudėties teorema).
Siūlomi atsakymai:
Pradžioje sudėkime greičius. Tarkime nanoroboto judejimo greitis nanoeskalatoriaus atžvilgiu yra V12, o
nanoeskalatoriaus greitis žemės atžvilgiu V2. Sprendžiant šį uždavinį laikysime, kad nanoroboto poslinkis
žemės atžvilgiu yra visais atvejais vienodas ir gali būti žymimas S. Atstumas nuo laiptelio iki laiptelio l0. Tegu
nanorobotas eina eskalatoriaus judėjimo kryptimi. Pasirinkime ašį OX eskalatoriaus judėjimo kryptimi.
Sudėjus greičius rasime nanoroboto greitį žemės atžvilgiu.
V1= V12+ V2, OX: V1x= V12x+V2x.
Taip pat surašykime nanoroboto greitį, po to kai jis pradėjo judėti trigubai greičiau:
V1'=3× V12+ V2, OX: V1x'=3× V12x+ V2x
Tuomet judėjimo laikas nanoroboto judančio greičiu V12 - t, o judancio greiciu 3V12 - t'.
Išreikšime nanoroboto poslinkį žemės atžvilgiu per laiką ir greitį:
Sx=V1x×t, S= (V12+V2) ×t,
Sx=V1x'×t', S= (3V12+V2) ×t',
(V12+V2) ×t=(3V12+V2) ×t'.
Išreikšime nanoroboto poslinkį eskalatoriaus atžvilgiu, kuomet jis suskaiciavo n1 ir n2 laipteliu skaičių.
101
S12=n1×l0, S12'=n2×l0.
S12=V12×t, S12'=3×V12×t'.
n1×l0=V12×t, n2×l0=3×V12×t'.
l0= (V12×t)/ n1, n2× (V12×t)/ n1=3×V12×t',
t=(3 n1/ n2) × t'.
Sx=V1x×t, S= (V12+V2) ×(3 n1/ n2) × t',
Sx=V1x'×t', S= (3V12+V2) ×t',
(V12+V2) ×(3 n1/ n2) × t'=(3V12+V2) ×t',
V2= V12×(3(1- n1/ n2)/( 3 n1/ n2-1)).
Laiptelių skaičius nejudančiame eskalatoriuje yra lygus santykiui nanoroboto poslinkio žemės atžvilgiu S ir
atstumui tarp laiptelių l0
S/S12
S/ n1×l0= ((V12+V2) ×t)/ V12×t,
S/l0= n1×(1+ V2/ V12).
N= S/l0= n1×(1+( V12×(3×(1- n1/ n2)/((3× n1/ n2)-1))/ V12))=
= n1×(1+(3×(1- n1/ n2)/ ((3× n1/ n2)-1))),
N=50×(1+(3×(1-50/75)/((3×50/75)-1)))=100.
102
Užduotis 4. Nanodalelės ląstelėse
Pastaruoju metu geriausiuose tarptautiniuose žurnaluose spausdinamos publikacijos, susijusios su
viduląstelinių procesų tyrimais gyvose ląstelėse, nekenkiant jų gyvybingumui. Šių procesų tyrimams
naudojami šiuolaikiniai optiniai metodai ir įvairios nanodalelės (tauriųjų žemės metalų, kvantiniai taškai),
kurios kaupiasi ląstelių viduje. Šie metodai tinkami ne tik navikinių lastelių diagnostikai, bet ir terapijai.
Vienas iš trūkumų vaizdinimo yra tai, kad nanodalelės būdamos lastelių viduje linkusios "nusėsti" į gilesnius
ląstelės sluoksnius ir dėl to silpsta optinis atsakas, o nanodalelės sunkiau detektuojamos optiniais metodais.
Suprantama, kad tai sudėtingai aprašomas procesas ir ląstelė nėra vandens lašas. Tačiau pabandykime
pritaikyti supaprastintą fizikinį modelį. Tarkime, kad gyva ląstelė yra sferinės formos apie 10 mikrometrų
storio ir jos viduje yra taip pat sferinė aukso nanodalelė.
1. Apskačiuokite šios aukso nanodalelės spindulį, laikant kad ji "sėda" pastoviu greičiu nuo lastelės "viršaus"
iki "dugno" per 10 valandų.
76.
77.
78.
79.
80.
81.
82.
83.
84.
103
Pastaba: Įvertinkite tai, kad kai sferinė nanodalelė pradeda judėti link ląstelės "dugno", ją papildomai veikia
pasipriešinimo jėga, kuri pagal Stokso dėsnį yra lygi:
F = -6πrηv; kur r - nanodalelės spindulys, v- nanodalelės sėdimo greitis, η - vandens kinematine klampa lygi
10-3 Pa*s, Aukso tankis 19 621 kg/m3.
104
Užduotis 4. Nanodalelės ląstelėse
Žinios ir supratimas:
2.3.1. Formuluoti I, II, III Niutono, Huko ir gravitacijos dėsnius.
2.3.2. Apibūdinti jėgų atstojamąją.
2.3.3. Nusakyti vertikaliai judančio kūno svorio priklausomybę nuo pagreičio.
3.5.6. Apibūdinti nanotechnologijas. Pateikti nanotechnologijų taikymo pavyzdžių.
5.6.6. Pateikti šviesos banginių savybių pasireiškimo gamtoje, taikymo technikoje pavyzdžių, apibūdinti
difrakcinės gardelės veikimą.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
7.4 Nanodalelės, jų fizikinės savybės ir taikymas biomoksluose
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti dinamikos
dėsnius nagrinėjant nanodalelės judėjimą ląstelėje. Užduotį galima pakeisti pakeitus sąlygos duomenis pvz.
paimti kitas tauriųjų metalų nanodaleles (Ag, Pt, ir t.t.) arba pakeisti nanodalelės formą. Galima
padiskutuoti su mokiniais apie galimybę matyti tokias nanodaleles optiniais metodais. Ar optinio
(fluorescencinio, konfokalinio) mikroskopo skyros pakaktų, kad „pamatyti“ 2.6 nm nanodalelę ląstelės
viduje. Kitas uždavinys būtų susijęs su šių mikroskopų skiriamąja geba. Taip pat siūloma padiskutuoti, ar
mokiniai žino, kitus budus leidžiančius „pamatyti“ nanodalelę ląstelėse.
Siūlomi atsakymai:
Pradžioje nejudančią nanodalelę veiks dvi jėgos: sunkio jėga P=mg, kur g - laisvojo kritimo pagreitis, m -
nanodalelės masė ir Archimedo jėga FA=ρwgV, kur ρw - vandens tankis, o V – nanodalelės tūris. Kai tik
nanodalelė pradeda judėti link ląsteles "dugno", ją papildomai pradeda veikti vidinės trinties (klampos)
jėga, kurią aprašo Stokso formulė:
F = 6πrηv kur r - nanodalelės spindulys, v- nanodalelės sėdimo greitis, η - vandens kinematinė klampa lygi
10-3 Pa*s,
Nanodalelės "sėdimo" greitis yra pastovus ir yra lygus lastelės storio ir laiko, per kurį nanodalelė nusėda iki
ląstelės "dugno", santykiui. Laikome, kad m=ρV, aukso nanodalelė sferinė t.y V =4/3πr3.
Pritaikius antrąjį Niutono dėsnį (jėgų superpozicijos principą) gautume:
mg- ρwgV-6πrηv=0 (1)
105
arba 4/3 πρgr3 - 4/3πρwgr3- 6πrηv = 0 (2)
kur ρ - medžiagos (aukso), iš kurios pagaminta nanodalelė, tankis.
Supaprastinus antrą lygtį ir atlikus formalius pakeitimus, t.y užrašant Δρ=ρ-ρw, gauname nanodalelės
spindulio išraišką, įstatę skaitines vertes, suskaičiuojame:
r = šaknis iš (9ηv/2Δρg) = 2,6 nm
106
Užduotis 5. „Viduramžių vitražai, arba Kaip Mikė Pūkuotukas spalvotą stiklą gamino“
Šiuo metu yra nustatyta, kad viduramžio baznyčias puošiančių vitražų spalvas nulemia skirtingo dydžio
nanodalelės, esančios stikle. Mikė Pūkuotukas, matydamas šį grožį, nutarė pagaminti kažką panašaus.
Tačiau jis nežinojo, kaip tai padaryti, todėl paprašė savo draugų pagalbos. "Ko reikia įdėti į vandenį, kad
gautųsi violetinės spalvos tirpalas" - paklausė jis. "Kalio permanganato" - pasakė Knysliukas. Mikė
Pūkuotukas paklausė Knysliuko patarimo ir į lydyto stiklo masę įpylė kalio permanganato tirpalo. Jis
maloniai nustebo, kai stiklas įgyjo purpurinį - violetinį atspalvį. Tam, kad išgauti žydrą stiklą Mikė
Pūkuotukas pasiėmė mėlynus vario sulfato kristalėlius, o tam, kad pagaminti geltoną stiklą - geltonus
kadmio sulfido ir seleno miltelius. Sidabrines spalvos stiklas buvo pagamintas pridedant sidabro nitrato
kristalų.
Deja, visa šią istoriją mums nupasakojo išmintinga pelėda, kuri kaip visada susipainiojo vardindama stiklų
spalvas.
Raskite teisybę, nurodydami, kurias stiklo spalvas nulemia konkrečios nanodalelės. Tam užpildykite lentelę,
paaiškindami savo sprendimą:
Reagentas Stiklo spalva Nudažymo priežastis
KMnO4
CuSO4
107
CdS + Se
AgNO3
108
Užduotis 5. „Viduramžių vitražai, arba Kaip Mikė Pūkuotukas spalvotą stiklą gamino“
Žinios ir supratimas:
1.4.3. Nusakyti savitus mikropasaulio dėsningumus ir jų ryšį su makroskopiniais reiškiniais.
1.4.4. Apibūdinti mokslinių atradimų reikšmę žmonijai. Pateikti pavyzdžių, įrodančių, kad būtina mokslo ir
technologijų laimėjimus vertinti darnios plėtros požiūriu.
3.5.6. Apibūdinti nanotechnologijas. Pateikti nanotechnologijų taikymo pavyzdžių.
6.1 Nagrinėti oksidacijos- redukcijos procesus.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
7.4 Nanodalelės, jų fizikinės savybės ir taikymas biomoksluose
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
oksidacijos-redukcijos procesus.
Siūlomi atsakymai:
Reagentas Stiklo spalva Nudažymo priežastis
KMnO4 Purpurinė, violetinė Dėl Mn3+ jonų, kurie susidaro
skylant kalio permanganatui.
Jie ir yra stabilizuojami
silikatinės stiklo matricos.
CuSO4 Žydra Dėl Cu2+ jonu. Vario sulfatas
skyla iki vario oksido (II).
Redukcinėje atmosferoje
įmanoma redukuoti varį iki
varinių nanodalelių, kurios
stiklui suteikia raudoną spalva
su violetiniu atspalviu. (vario
rubinas)
CdS + Se Raudona Susidaro seleno rubinas –
stiklas, kurio sudėtyje yra
CdSe nanodalelės,
atsiradusios dėl paprastos
reakcijos CdS+Se = CdSe +S
109
AgNO3 Ryškiai geltona Sidabro nitratas skyla iki
sidabro. Susidaro stiklas su
sidabro nanodalelemis.
110
Užduotis 6. Biomolekulių polimerai
1. Susiekite atitinkamus biomolekulių monomerus su jų sudaromais polimerais ir priskirkite jų atliekamas
funkcijas:
Monomeras Polimeras Funkcija ląstelėje
Cukrūs DNR Genetinės informacijos apie
baltymo struktūrą perdavimas iš
branduolio į citoplazmą
Amino rūgštis Krakmolas Sudėtinė ląstelių sienelių dalis
Glicerolis Keratinas Sudėtinė ląstelių membranų dalis
Nukleotidai Fosfolipidas Sudėtinė plauko medžiaga
Riebalų rūgštis Celiuliozė O2 ir CO2 pernaša kraujyje
Cholesterolis Hemoglobinas Energetinė maisto medžiaga
mRNR Genetinės informacijos
saugojimas
2. Celiuliozė ir krakmolas yra polimerai sudaryti iš tų pačių cukrų (gliukozės) monomerų, tačiau ryšių tarp šių
monomerų erdvinė orientacija yra skirtinga (žr. pav.). Tai labai įtakoja šių medžiagų fizikines savybes. Kuris
polimeras yra mechaniškai patvaresnis celiuliozė ar krakmolas? Kur susiduriate su šiomis medžiagomis
buityje?
111
3. Kuo skiriasi “α 1-4 jungtis” nuo “β 1-4 jungties”? Ką žymi šios graikiškos raidės ir arabiški skaičiai?
4. Ar krakmolas ir celiuliozė yra polinės molekulės ir ar šios molekulės tirpios? Kokios funkcinės grupės tai
sąlygoja? Kokias nepolines biomolekules žinote?
112
Užduotis 6. Biomolekulių polimerai
Žinios ir supratimas:
1.4.3. Nusakyti savitus mikropasaulio dėsningumus ir jų ryšį su makroskopiniais reiškiniais.
2.2. Klasifikuoti jėgas pagal jų prigimtį ir pasireiškimą, analizuoti jėgų dydžio priklausomybę nuo skirtingų
veiksnių.
4.1.1. Paaiškinti elektrinio lauko ir krūvio sąvokas, krūvio tvermės bei Kulono dėsnius.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
6.1. Erdvinės biomolekulių struktūros ir sąveikos, lemiančios jų susidarymą
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
biomolekules, jų kovalentinius ir nekovalentinius ryšius, prisiminti elektrostatiką.
Užduotis galima plėtoti fizikos linkme diskutuojant apie sąveikas tarp molekulių (kovalentinę, hidrofobinę,
vandenilinę, Van der Valso), jų poliariškumą bei tirpumą. Siūloma paklausti kaip molekulės cheminė sudėtis
ir struktūra susijusi su jų fizikinėmis savybėmis, pvz. kas lemia medžiagos tirpumą, kaip riebalų molekulės
sąveikauja su vandeniu, kaip detergentai ištirpina riebalus ir pan.
Siūlomi atsakymai:
1. Cukrūs (pvz., gliukozė) formuoja krakmolą ir celiuliozę. Krakmolas yra energetinė maisto medžiaga, o
celiuliozė sudaro augalinių ląstelių sienelę (svarbu: sienelė ir membrana yra skirtingos ląstelės dalys).
Amino rūgštys formuoja baltymus. Čia baltymai yra keratinas ir hemoglobinas. Keratinas sudaro mūsų
plaukus, o hemoglobinas kraujyje perneša dujas.
Glicerolis ir riebalų rūgštys sudaro lipidus, konkrečiu atveju – fosfolipidus, kurie yra sudėtinė ląstelių
membranų dalis. Būtina atskirti membranas, kurias turi visi organizmai ir sieneles, kurios yra papildomas
ląstelių dangalas ir būdingas augalams, grybams ir kai kuriems mikroorganizmams.
Nukleotidai formuoja nukleorūgštis – DNR ir mRNR. DNR atsakinga už genetinės informacijos saugojimą
branduolyje, o mRNR yra DNR atkarpos kopija, kuri nešama į citoplazmą ir pagal ją vėliau sintetinamas
baltymas.
Cholesterolis yra lipidas, tačiau jis nesudaro polimero. Jis sudaro tvirtesnius fragmentus (lipidinius
plaustelius) ląstelių membranose.
113
Iš principo visos medžiagos gali būti panaudojamos kaip energetinė maisto medžiaga. Kritiniu atveju, kai
trūksta angliavandenių ląstelės pradeda skaidyti riebalus, kai trūksta ir šių, tuomet skaido baltymus, o
kraštutiniu atveju net ir nukleo rūgštis.
2. Celiuliozės jungtys tarp gliukozės monomerų yra stipresnės ir sąlygoja linijinę polimero struktūrą. Beta 1-
4 jungtys taip pat sunkiau skyla veikiant angliavandenius skaidantiems fermentams, todėl celiuliozė yra tiek
mechaniškai, tiek chemiškai patvaresnė. Celiuliozė yra daugumos augalų ląstelių sienelėse, iš jos sudarytas
popierius, mediena ir kt. Krakmolas yra augalų energetinė maisto atsarga, todėl nusėdusį krakmolą galima
stebėti bulvių tarkyje. Jis taip naudojamas kleisteryje, pvz. klijuojant tapetus.
3. „α“ ir „β“ žymi -OH grupės prie pirmojo anglies atomo C1 orientaciją lyginant su –CH2OH prie penktojo
anglies atomo C5 orientacija molekulės plokštumos atžvilgiu. Jei abi šios grupės nukreiptos priešingomis
kryptimis, tai bus žymima „β“ (paveiksle, –CH2OH pavaizudota į viršų, o –OH žemyn), jei ta pačia kryptimi,
tai bus žymima „α“ (paveiksle, abi grupės nukreiptos į viršų). Skaičiai žymi anglies atomų numerius
molekulėje. „1-4” reiškia, kad vienos gliukozės molekulės pirmasis anglies atomas C1 jungiasi, su kitos
molekulės ketvirtuoju C4.
4. Abiems polimerams poliškumą suteikia –OH grupės dėl didelio deguonies atomo elektroneigiamumo.
Šios grupės turi dalinai neigiamą krūvį, todėl pakankamai stipriai sąveikauja su vandens molekulėmis. Visgi
dėl molekulės dydžio, jos yra per sunkios, kad išsilaikytų tirpale, t.y. jos netirpios (krakmolas išsėda bulvių
tarkyje). Nepolinės biomolekulės: nepolinės amino rūgštys ir iš jų sudaryti hidrofobiniai baltymai (pvz.
ląstelių membranose), lipidai (riebalai, cholesterolis, fosfolipidai) ir kt.
114
Užduotis 7. Baltymų struktūra.
Tema: Erdvinės biomolekulių struktūros ir sąveikos (14.1)
1. Surikiuokite šias sąveikas stiprėjimo tvarka ir nurodykite jų prigimtį. Pateikite po vieną pavyzdį, kur jos pasireiškia biomolekulėse: elektrostatinė, Van der Valso, kovalentinė, hidrofobinė, vandenilinė.
2. Kuri baltymo struktūra (pirminė, antrinė, tretinė, ketvirtinė) yra stipriausia ir kodėl? Kuri suirs pirmiausiai, pvz., denatūruojant baltymą aukšta temperatūra (verdant mėsą).
3. Paveiksle pavaizduotas cheminio plaukų ištiesinimo principas. Trumpai nupasakokite, kas vyksta cheminio ištiesinimo metu ir įvardinkite, kurioje pusėje (A ar B) pavaizduotas garbanoto ir lygaus plauko struktūra. Palikite teisingą reakcijos kryptį rodančią rodyklę.
115
4. Kokio baltymo ir kokia struktūra yra sudaroma/suardoma šio proceso metu? Kokį dar poveikį (be
plaukų tiesumo) gali turėti ši kosmetologinė procedūra plaukams ir odai?
116
Užduotis 7. Baltymų struktūra
Žinios ir supratimas:
2.2. Klasifikuoti jėgas pagal jų prigimtį ir pasireiškimą, analizuoti jėgų dydžio priklausomybę nuo skirtingų
veiksnių.
4.1.1. Paaiškinti elektrinio lauko ir krūvio sąvokas, krūvio tvermės bei Kulono dėsnius.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
6.1. Erdvinės biomolekulių struktūros ir sąveikos, lemiančios jų susidarymą
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
baltymų struktūrą, kovalentinius ir nekovalentinius molekulių.
Užduotis galima plėtoti diskutuojant kaip susidaro (kokios jėgos dalyvauja) pirminė ir aukštesnės eilės
struktūros tiek baltymuose, tiek kitose biomolekulėse, pvz., DNR. Kokias erdvines struktūras vaikai žino.
Galima paklausti kokia yra biologinė prasmė erdvinę struktūrą stabilizuoti silpnomis sąveikomis (tam kad
molekulė galėtų keisti formą atlikdama savo funkciją).
fizikos linkme diskutuojant apie sąveikas tarp molekulių (kovalentinę, hidrofobinę, vandenilinę, Van der
Valso), jų poliariškumą bei tirpumą.
Siūlomi atsakymai:
1. Van der Valso < elektrostatinė < vandenilinė < hidrofobinė < kovalentinė.
Hidrofobinė sąveika. Hidrofobinės medžiagos (pvz., riebalai) neturi polinių grupių, kurios poliniame
tirpiklyje (pvz., vandenyje) galėtų sąveikauti su tirpiklio molekulėmis. Todėl hidrofobinės molekulės yra
sustumiamos, kad jų paviršius būtų mažiausiai eksponuojamas tirpiklio molekulėms. Taigi hidrofobinės
molekulės sulimpa ir tokia padėtis yra energetiškai stabiliausia. Hidrofobinė sąveikos jėga priklauso nuo
molekulės dydžio (dažniausiai tai anglies atomų skaičius), molekulės formos bei temperatūros. Ji yra labai
svarbi biologijoje ir lemia visų ląstelių fosfolipidinių membranų vientisumą, baltymų struktūrą ir pan.
Pasireiškia lipiduose bei baltymuose tarp hidrofobinių amino rūgščių formuojant erdvinę struktūrą.
Vandenilinė sąveika. Susidarant kovalentiniam ryšiui, pvz., C=O arba O-H, elektronų pora yra stipriau
traukiama elektroneigiamesnio elemento branduolio link (dažniausiai link O), todėl prie jo susidaro dalinis
neigiamas krūvis. Tuo tarpu prie kito elemento susidaro dalinis teigiamas krūvis ir tarp tokių dalinių
priešingų polių pasireiškia elektrostatinė traukos jėga. Šis ryšys susidaro vandens molekulėse tarp gretimų O
ir H atomų, amino rūgštyse tarp karboksi ir amino grupių bei kitose biomolekulėse.
117
Elektrostatinė sąveika. Amino rūgštys ir kitų makromolekulių monomerai turi daug polinių grupių, kurios
priklausomai nuo pH gali įgyti krūvį, pvz. COO-, NH3+. Priešingo krūvio grupės sąlygoja trauką tarp
makromolekulės fragmentų, kuriuose jos yra (4 pav.). Vienarūšiai krūviai sukuria stūmos jėgą.
Van der Valso sąveika. Ji aiškinama laikinais ar pastoviais elektronų tankio netolygumais atomuose ir dėl to
susidarančiais elektriniais dipoliais. Tarp atskirose molekulėse dipoliais virtusių atomų atsiranda traukos
jėgos. Ši sąveika atsiranda tarp polinių molekulių (dipolinės jėgos), tarp polinių ir nepolinių (indukcinės
jėgos) ir tarp nepolinių molekulių (dispersinės jėgos). Vienoje medžiagoje gali veikti vienos rūšies arba kelios
van der Valso traukos jėgos. Svarbu tai, kad sąveikos jėga labai priklauso nuo atstumo tarp atomų (F ~ r-6).
Pasireiškia praktiškai visose molekulėse.
2. Stipriausia yra pirminė, nes tai yra kovalentiškai sujungtos amino rūgštys. Pirmiausiai suirs silpniausioji,
t.y. ketvirtinė ir tretinė struktūra, nes jos dažniausiai susidaro dėl Van der Valso, elektrostatinių ir
hidrofobinių sąveikų. Antrinė strktūra sąlygota didelio vandenilinių jungčių kiekio, tad ji patvaresnė.
3. A - lygus, B – garbanotas. Kryptis iš B į A. Garbanotų plaukų keratinas yra susuktas į spiralę dėl disulfidinių
jungčių skirtingose baltymo vietose, kurios ir palaiko spiralinę struktūra. Veikiant cheminiais reagentais
(pvz. šarmais), ši jungtis yra suardoma ir nutraukiama jėga, laikiusi plaukus. Galima išvesti analogiją su
susuktu siūlu: laikant jį už galo jis išsivinioja, nes nėra kam palaikyti erdvinės struktūros ir medžiaga užima
mažiausios potencinės energijos būseną. Lygiai taip pat išsitiesina ir plaukai.
4. Baltymas – keratinas. Tai ketvirtinė struktūra, nes disulfidiniai tilteliai jungia skirtingas polipeptidines
grandines. Iš dalies gali būti ir tretinė struktūra, nes disulfidinės jungtys gali susidaryti ir tarp to paties
polipeptido skirtingų vietų, jei jis pakankamai ilgas.
118
Užduotis 8. Rašalo chromatografija.
Mokiniai nupiešė ant filtrinio popieriaus du skritulius skirtingais rašikliais, kurie iš pirmo žvilgsnio atrodė
labai panašių spalvų (pav., kairėje). Visgi, popierių pamerkus į vandenį po kurio laiko visas popierius sušlapo,
skrituliai išsiliejo ir atsirado skirtingų spalvų juostos (pav., dešinėje).
1. Paaiškinkite kas įvyko. Kodėl sušlapo visas lapas, nors buvo įmerktas tik popieriaus kraštas.
2. Kodėl juodas rašalas išsiskyrė į kelias spalvas ir kodėl jos nuėjo skirtingą kelią per tą patį laiką?
119
Užduotis 8. Rašalo chromatografija
Žinios ir supratimas:
3.4.1. Apibūdinti skysčių paviršiaus įtempimo, drėkinimo ir kapiliarumo reiškinius ir paaiškinti jų reikšmę
gamtai ir žmogui.
3.4.2. Pateikti drėkinimo, skysčių paviršiaus įtempimo ir kapiliarinių reiškinių pasireiškimo pavyzdžių
gamtoje, buityje ir technikoje.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
6.4. Molekulinės fizikos metodai. Chromatografija.
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
molekulių poliškumą, tirpumą, kapiliarines jėgas, paviršių drėkinimą.
Užduotis galima plėtoti diskutuojant apie kapiliarines jėgas, drėkinamus ir nedrėkinamus paviršius, kaip
paviršių savybės priklauso nuo jų cheminės sudėties. Taip pat galima paplėtoti optikos klausimus apie
spalvas, kokios yra pagrindinės, sudėtinės spalvos, kas yra monochromatinė spinduliuotė ir pan. Siūloma
pakalbėti, kodėl medžiagos turi spalvą (dėl sugertis, atspindžio, sklaidos), paaiškinti aplinkoje matomų
objektų spalvas.
Siejant su biotechnologija verta pakalbėti apie chromatografiją, jos taikymus biomolekulių išskyrimui pagal
įvairias molekulių fizikines savybes: krūvį, dydį, hidrofiliškumą ir kt.
Siūlomi atsakymai:
1. Vandens molekulės yra polinės, todėl jos sąveikauja traukos jėgomis su popieriaus molekulėmis
(celiuliozė taip pat yra polinė medžiaga). Tokiu būdu susidaro kapiliarinės jėgos, dėl kurių skystis drėkina
paviršių ir juo kyla į viršų. Rašalas yra tirpus, todėl kartu su vandens molekulėmis kylą aukštyn filtriniu
popieriumi.
2. Juodas rašalas yra skirtingų spalvų medžiagų mišinys. Kiekviena jų sugeria dalį regimojo spektro, o visos
kartu sugeria visą spektrą (todėl rašalas atrodo juodas). Šių rašalo komponentų fizikinės savybės skirtingos:
skiriasi jų dydis, poliškumas ir tirpumas, todėl jos kyla skirtingais greičiais, pvz mažos molekulės juda
greičiau ir per tą patį laiką pakylą aukščiau negu didelės ir sunkios molekulės. Migracijos greičiui taip pat
įtakos turi medžiagų tirpumas ir sąveika su paviršiumi. Galbūt vienos stipriau susijungia su celiuliozės
molekulėmis ir dėl to lėčiau kyla paviršiumi.
Paveiksle “1” ir “2” pažymėtos rašalo dėmės rezultate išsiskirsto į skirtingus „piešinius“ dėl skirtingos jų
sudėties. Kaip matome tą pačia spalvą suteikiantys komponentai, pvz. geltoni, atsiduria skirtinguose
120
aukščiuose. Vadinasi tai yra skirtingos medžiagos. Taigi nors abu rašalo tipai yra juodi, jie pagaminti iš
skirtingų medžiagų mišinio.
121
Užduotis 9. Fluorescencinė mikroskopija
Įprastoje plataus lauko fluorescencinėje mikroskopijoje skiriamoji geba yra ženkliai prastesnė negu
konfokalinėje mikroskopijoje. Pastarasis metodas netgi leidžia keičiant bandinio plokštumą, gauti vaizdą iš
skirtingų plokštumų, tuo tarpu įprastoje fluorescencinėje mikroskopijoje keičiant bandinio plokštumą,
vaizdas paprasčiausiai išsilieja.
1. Paaiškinkite kuo iš esmės skiriasi šios dvi mikroskopijos rūšys ir kodėl gaunama tokia aukšta skiriamoji
geba konfokalinėje mikroskopijoje?
2. Skiriamoji geba priklauso ir nuo naudojamos spinduliuotės bangos ilgio λ. Šią šviesos savybę subjektyviai
suvokiame kaip šviesos spalvą. Kokio mažiausio bangos ilgio šviesą reiktų naudoti norint išskirti 200 nm
dydžio ląstelės organeles, jei turime x60 didinimo objektyvą, kurio skaitinė apertūra (NA) yra 1,4?
3. Ar šias organeles galėsime išskirti naudodami regimąją spinduliuotę su x20 didinimo objektyvu, kurio
NA=0,5 ?
Mažiausias išskiriamas atstumas išreiškiamas pagal Relėjaus formulę: δ = 0,51*λ/NA.
122
Užduotis 9. Fluorescencinė mikroskopija
Žinios ir supratimas:
5.6.4. Apibūdinti optinių prietaisų (fotoaparato, mikroskopo, teleskopo, šviesolaidžių) veikimą.
5.6.5. Nusakyti šviesos interferenciją, difrakciją ir dispersiją.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
6.6 Optiniai biomolekulių sąveikos tyrimai.
Taikymo rekomendacijos
Šia užduotį labiau rekomenduojama atlikti pamokoje, diskusijos forma, nes savarankiškai suvokti
konfokalinės mikroskopijos principus gali būti sudėtinga. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti
žinias apie elektronų energetinius lygmenis, molekulių fluorescenciją ir mikroskopiją.
Užduotis rekomenduojama nagrinėti pradedant nuo paprastos šviesaus lauko mikroskopijos, tada aptarti
fluorescencijos reiškinį ir susieti fluroescencinio mikroskopo sandara su šiuo fizikiniu vyksmu. Užduotį
galima plėtoti diskutuojant kokius filtrus reiktų parinkti atsižvelgiant į fluorescencinio dažiklio (ar
endogeninio fluoroforo) sugerties ir fluorescencijos spektrus. Galima pateikti pavyzdį, kad norime nudažyti
ląstelės branduolį mėlynu, membraną – žaliu, o mitochondrijas – raudonu dažu, ir paklausti kokių filtrų
reiktų šiam eksperimentui.
Taip pat galima plėtoti difrakcijos temą diskutuojant kaip ekrane stebimas taškinio šaltinio atvaizdas,
aptarti, kad nuo spinduliuotės bangos ilgio priklauso interferencijos žiedų matmenys ir pan. Tai galima
susieti su mikroskopo skiriamąją geba ir jos riba.
Siūlomi atsakymai:
1. Fluorescencinė mikroskopija yra plataus lauko mikroskopijos rūšis (kaip ir mokomieji prašvietimo
mikroskopai), todėl vienu metu yra apšviečiamas visas stebimas bandinio plotas. Objektyvu neįmanoma
surinkti šviesos iš be galo plono bandinio sluoksnio, todėl visada ateina šviesa iš tam tikro bandinio gylio Δz,
t.y. stebime vaizdą ne iš ploto, bet iš tam tikro tūrio. Kuo didenis šis storis Δz , tuo daugiau pašalinės šviesos
pasiekia detektorių ir sąlygoja išplaukusį vaizdą.
Tuo tarpu konfokalinėje mikroskopijoje vienu metu yra apšviečiamas tik mažas bandinio plotas ir atliekamas
rastrinis („pataškinis“) bandinio ploto skenavimas. Taip pat konfokalinio mikroskopo optiniame kelyje yra
papildoma diafragma, kuri praleidžia šviesą iš siauros optinės plokštumos (Δz mažesnis negu plataus lauko
fluor. mikr.), o iš aukščiau bei žemiau esančių bandinio plokštumų šviesa yra atkertama ir į detektorių
nepatenka. Tokiu būdu konfokalinėje mikroskopijoje gaunama šviesa iš vienos (siauresnės) ploštumos ir
stebimas ryškesnis vaizdas, t.y. pagerėja skiriamoji geba. Rekomenduojama aiškinant naudoti iliustraciją
(6.63 pav. iš 6.6 metodinės medžiagos skyriaus).
123
2. Mažiausias išskiriamas atstumas išreiškiamas pagal Relėjaus formulę: δ = 0,51*λ/NA. Reikia rasti λ.
Išreiškiame ieškomą dydį: λ= δ* NA/0,51.
Įrašome skaitines vertes ir apskaičiuojame:
λ=200*10-9 m *1,4/0,51=5,49*10-9 m= 549 nm
3. Reikia rasti didžiausią bangos ilgį, su kuriuo dar galima išskirti 200 nm dydžio objektus. Naudojame tą
pačia formulę, kaip ir 2 klausime:
λ= δ* NA/0,51=200*10-9 m *0,5/0,51=196 nm. Tai atitinka ultravioletinės spinduliuotės sritį. Todėl
atsakymas: ne. Svarbu paminėti, kad įprastai konfokalinėje mikroskopijoje naudojami tik regimosios ir
infraraudonosios spinduliuotės lazeriai ir tai riboja optinės mikroskopijos skiriamąją gebą.
124
Užduotis 10. Gamtos spalvos
1. Visi žinome, kad saulė spinduliuoja skaisčią baltą šviesą. Paaiškinkite, kodėl tuomet dangus yra mėlynas, o saulėtekio bei saulėlydžio metu saulė pasipuošia raudonais drabužiais?
2. Žemiau esančiame paveiksle pavaizduoti keli augalinių ir pigmentų gyvūninių spektrai. Įvardinkite jų
pavadinimus ir susiekite jų spalvas su jų sugerties spektrais.
125
3. Remiantis pateiktais sugerties spektrais paaiškinkite, kodėl arterinio ir veninio kraujo spalva skiriasi.
126
Užduotis 10. Gamtos spalvos
Žinios ir supratimas:
5.6.5. Nusakyti šviesos interferenciją, difrakciją ir dispersiją.
6.1. Palyginti šviesos kvantines ir bangines savybes, paaiškinti šviesos emisiją ir sugertį, šiuolaikinių šviesą
spinduliuojančių įrenginių fizikinius principus.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
6.6 Optika. Sklaida
6.7. Spektroskopijos metodai: sugerties, fluorescencijos spektroskopija
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Sprendžiant užduotį mokiniams reikia pritaikyti žinias apie
šviesos sugertį, atspindį ir sklaidą.
Užduotį nesunku praplėsti diskutuojant apie aplinkinių objektų spalvas, kas ją sąlygoja. Galima pakalbėti
apie šviesių ir tamsių objektų sugertį ir įšilimą (pvz., purvino ir švaraus sniego tirpimas), šviesos slėgį
(pateikti pavyzdį apie optinius pincetus iš metodinės medžiagos 6.3 skyriaus). Siūloma pasvarstyti kokie
procesai vyskta medžiagoje, jai sugėrus šviesos kvantą (įšilimas, fluorescencija, krūvio atplėšimas,
molekulinių jungčių susidarymas ar skilimas). Chlorofilo sugertį rekomenduojama susieti su fotosintezės
procesais.
Siūlomi atsakymai:
1. Relėjaus sklida pasireiškia, kuomet sklaidančiosios dalelės yra ženkliai mažesnės už šviesos bangos ilgį.
Ore esančios dujų molekulės yra <1nm dydžio, o regimoji spinduliuotė yra 400-700 nm srityje. Relėjaus
sklaidos intensyvumas atvirkščiai proporcingas šviesos bangos ilgiui 4 laispnyje: IR 1/λ4. Todėl kuo mažesnis
bangos ilgis tuo spinduliuotė yra labiau sklaidoma, t.y. mėlyna spalva sklaidoma labiausi, o raudona
mažiausiai. Šviesą iš dangaus skliauto mus pasiekia būtent dėl saulės šviesos sklaidos (kitaip jis būtų juodas
kaip naktį). Tuo tarpu žiūrint į saulę stebime tiesiogiai mus pasiekiančius spindulius, o ne išsklaidytus. Taigi
matome kaip tik priešingą efektą. Kai saulė siekia horizontą, jos spinduliai skriedami link mūsų akių kerta
atmosferą žemės paviršių ne statmenai, o įstrižai, todėl spindulių įveikiamas atmosferos dujų storis
padidėja ir šviesos sugertis bei sklaida pasireišia daug stipriau negu dieną.
2. A) Kraujyje esančio baltymo hemoglobino spektrai. Yra dvi jo formos: prisijungus deguonį –
oksihemoglobinas (HbO2) ir neprisijungus – deoksihemoglobinas (Hb). Šie pigmentai ( kartu ir kraujas) yra
raudoni, nes jie stipriai sugeria trumpabangėje regimojo spektro dalyje yapč apie 400 nm (mėlyna spalva).
Didėjant bangos ilgiui, optinis tankis (sugertis) išlieka pakankamai didelis iki maždaug 600nm, toliau stipriai
127
krenta. Raudona šviesą subjektyviai suvokiame kaip tik nuo >600 nm. Taigi Hb sugeria beveik viso regimojo
spinduliuotės spektro šviesą išskyrus raudoną, kurią atspindi arba praleidžia.
B) Žalios kreivės rodo dviejų chlorofilo pigmentų sugerties spektrus: tamsiai žalia – chlorofilo a, šviesiai žalia
– chlorofilo b. Geltona kreivė – karotenoidų sugertis. Chlorofilai sugeria mėlyną ir raudoną spinduliuotę, o
žaliso ne. Apšvietus augalo lapus balta šviesa, kraštinės spektro dedamosios bus sugertos, o žalia spalva
atsispindės. Karotenoidai sugeria mėlyną ir dalį žalios spalvos, todėl jie yra geltonų, oranžinių spalvų.
3. Arterinis kraujas teka iš plaučių po visą organizmą, todėl jame gausu deguonies, t.y. didžioji dalis
hemoglobino prisijungusi deguonį (HbO). Tuo tarpu veninis kraujas teka iš audinių ir yra atidavęs ląstelėms
deguonį (Hb), o iš jų išnešantis anglies dvideginį.
HbO turi ženkliai mažesnę sugertį raudonoje spektro dalyje, jo sugertis ties 600 nm mažėja staigiau einant į
ilgabangę pusę. Todėl šios formos hemoglobinas mažiau sugeria raudoną spalvą, o labiau ją atspindi. Todėl
arterinis kraujas atrodo šviesesnis, skaisčiau raudonas. O veninis yra tamsesnis, atrodo mėlynesnis, net
juosvas.
128
Užduotis 1. DNR „žirklės“
Apačioje pateiktas DNR elektroforezės agarozės gelyje rezultatas. 2-as, 3-ias ir 4-as stulpeliai vaizduoja
fragmentus, gautus sukarpius žiedinę DNR molekulę atitinkamai EcoRI restriktaze, BamHI restriktaze ir
abiem fermentais. Remdamiesi šia informacija, atsakykite į žemiau pateiktus klausimus ir atlikite užduotis.
1. Paveikslėlyje pažymėkite, kuri gelio pusė buvo nukreipta į teigiamą polių, kuri – į neigiamą.
2. Paveikslėlyje mėlynai apibraukite trumpiausią fragmentą.
3. Paveikslėlyje raudonai apibraukite ilgiausią fragmentą.
4. Paveikslėlyje žaliai apibraukite vienodo ilgio fragmentus.
5. Ar EcoRI restriktazė ir BamHI restriktazė turi bent vieną bendrą kirpimo vietą? Kaip nustatėte?
129
Užduotis 1. DNR „žirklės“
Žinios ir supratimas:
2.1.9. Apibūdinti elektroforezę kaip baltymų ir DNR tyrimų metodą taikomą medicinoje, pvz., kraujo
cheminės sudėties nustatymui ir paveldimų ligų diagnozavimui.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
9.10. Elektroforezė
9.11. Restrikcinė (DNR hidrolizės) analizė ir jos taikymas
10.6. DNR tyrimo metodų panaudojimas teismo medicinoje
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Rekomenduojama ją skirti, kai mokiniai teoriškai ir praktiškai
susipažino su elektroforeze ir restrikcijos fermentais. Užduotimi galima įtvirtinti mokinių žinias arba
patikrinti, kaip jie įsisavino išdėstytą temą.
Užduotį galima praplėsti aptariant DNR tyrimus – mokytojas gali supažindinti mokinius su šių tyrimų
paskirtimi (tiek moksle, tiek kitose srityse), privalumais ir trūkumais.
Siūlomi atsakymai:
1-4.
5. Taip. BamHI kerpa molekulę dviejose vietose (du fragmentai), EcoRI irgi, abi kartu kerpa trijose vietose
(trys fragmentai).
130
Užduotis 2. Kaip atskirti bakterijas?
Žemiau pateikta DNR grandinė buvo išskirta iš pavojingos bakterijų rūšies. Kad ją detaliau ištyrinėtų,
mokslininkai nori sukarpyti grandinę į smulkesnes dalis. Renkantis restrikcijos fermentą, jie nusprendė, jog
šis neturėtų palikti lipniųjų galų, nes DNR molekulė nebus liguojama su kita.
5’-GAAAAGGCCACAAGGCCGTCGACTTTTAAAAGGCCACATG-3’
3’-CTTTTCCGGTGTTCCGGCAGCTGAAAATTTTCCGGTGTAC-5’
Restrikcijos fermentai
Kirpimo vietos
5’→3’
3’←5’
EcoRI G↓AATTC
CTTAA↑G
HaeIII
GG↓CC
CC↑GG
PstI CTGCA↓G
G↑ACGTC
SmaI CCC↓GGG
GGG↑CCC
HindIII A↓AGCTT
TTCGA↑A
BamHI G↓GATCC
CCTAG↑G
1. Kuo skiriasi „lipnūs“ ir „buki“ galai?
2. Nuspręskite, koks fermentas geriausiai atitiktų minėtas sąlygas. Kiek fragmentų gautumėte po
karpymo pasirinkta restriktaze?
131
3. Naudodami restriktazę EcoRI žemiau pavaizduotai grandinei sukarpyti, pavaizduokite, kokius
fragmentus ir lipniuosius galus gausite.
5‘-T T T G A A T T C A G A T-3‘
3‘-A A A C T T A A G T C T A-5‘
4. Paaiškinkite, kodėl bakterijos, iš kurių išskiriami restrikcijos fermentai, nesukarpo savo DNR
molekulių?
132
Užduotis 2. Kaip atskirti bakterijas?
Žinios ir supratimas:
3.5.2. Nurodyti rekombinantinės DNR svarbą genų technologijoje.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
3.3. DNR modifikuojantys baltymai – įrankiai, leidžiantys manipuliuoti DNR seka ir kurti naujų savybių
turinčius baltymus
9.4. Restrikcijos endonukleazių ir DNR ligazių panaudojimas
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Rekomenduojama ją skirti, kai mokiniai susipažino su
elektroforeze teoriškai – užduotis nereikalauja gilių žinių, bet patikrina bendrą supratimą apie šį metodą.
Užduotį galima praplėsti aptariant baltymų tyrimus – mokytojas gali supažindinti mokinius su šių tyrimų
prasme, pateikti Lietuvos mokslininkų darbų šioje srityje pavyzdžių.
Siūlomi atsakymai:
1. „Bukos“ DNR grandinės galuose abi vijos yra vienodo ilgio, tai yra, nei viena vija neišsikiša. „Lipnus“
galas – tai kelių nukleotidų iškyša vienos vijos gale.
2. HaeIII; 4 fragmentus.
85. 5’-T T T G A A T T C A G A T-3‘
86. 3‘-A A A C T T A A ir G T
C T A-5‘
3. Bakterijos, turinčios restriktazių, kartu turi ir fermentų (metiltransferazių), kurios užmetilina (prikabina
metilo grupes) tas DNR sekas, kurias gali atpažinti restriktazės. Taip bakterijų DNR yra apsaugoma nuo
sukarpymo.
133
Užduotis 3. Žemėlapis
Nežinoma bakterijos plazmidė (žiedinė DNR) buvo sukirpta trimis restrikcijos fermentais, po vieną ir
poromis. Rezultatai buvo išanalizuoti agarozės gelyje, gautų fragmentų ilgiai jums pateikti. Remdamiesi
duomenimis iš lentelės, nubraižykite tirtos plazmidės restrikcijos žemėlapį, pažymėkite restrikcijos
fermentų kirpimo vietas bei atstumus tarp jų.
134
Užduotis 3. Žemėlapis
Žinios ir supratimas:
3.5.2. Nurodyti rekombinantinės DNR svarbą genų technologijoje.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
3.3. DNR modifikuojantys baltymai – įrankiai, leidžiantys manipuliuoti DNR seka ir kurti naujų savybių
turinčius baltymus
9.4. Restrikcijos endonukleazių ir DNR ligazių panaudojimas
9.11. Restrikcinė (DNR hidrolizės) analizė ir jos taikymas
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Užduočiai atlikti mokiniams reikia suprasti restrikcijos
fermentų veikimo principą.
Užduotį galima praplėsti aptariant plazmides – jų funkcijas natūraliomis sąlygomis, pernešamus genus ir
panaudojimą biotechnologijoje.
Siūlomi atsakymai:
135
Užduotis 4. Nusikaltėlių paieška
Jūs esate laboratorijos, kuri tiria įvairius nusikaltimus, mokslininkas. Jūsų užduotis yra nustatyti nežinomo
plauko, rasto nusikaltimo vietoje, savininką ir kaltininką. Iš folikulo išskirta DNR buvo panaudota kaip
matrica polimerazės grandininėje reakcijoje (PGR). Siekta padauginti vieną lokusą, tikėtinas produkto ilgis –
1400 bp. PGR rezultatai stebimi elektroforezės gelyje.
X raide pažymėtas takelis su padauginta nežinomo
plauko DNR, A – aukos plauko DNR, o 1-9 takeliai
rodo devynių įtariamųjų plaukų DNR.
Teigiama ir neigiama kontrolės – tai žinomi DNR
pavyzdžiai, atitinkamai turintys arba neturintys 1400
bp lokuso. Jums reikia išanalizuoti rezultatus ir
atsakyti į klausimus.
1. Kokių ilgių fragmentai gauti?
Ilgiai: ______________________________
2. Kuris(-ie) įtariamasis(-ieji) yra neteisingai apkaltintas(-i)? Kodėl?
3. Ar yra reikalingas papildomas eksperimentas kurio nors įtariamojo nekaltumui ar kaltumui įrodyti?
Jei taip, kas ir kodėl turėtų būti pakartota?
4. Kokią įtaką jūsų išvadoms turi teigiama ir neigiama kontrolės?
5. Ar galite nustatyti kaltininką? Kaip manote, kodėl kriminalistikoje tiriama ne vienas, o apie 12
lokusų?
136
137
Užduotis 4. Nusikaltėlių paieška
Žinios ir supratimas:
2.1.9. Apibūdinti elektroforezę kaip baltymų ir DNR tyrimų metodą taikomą medicinoje, pvz., kraujo
cheminės sudėties nustatymui ir paveldimų ligų diagnozavimui.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
3.3. DNR modifikuojantys baltymai – įrankiai, leidžiantys manipuliuoti DNR seka ir kurti naujų savybių
turinčius baltymus
9.10. Elektroforezė
10.6. DNR tyrimo metodų panaudojimas teismo medicinoje
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Užduoties atlikimui reikia gerai suprasti elektroforezės ir PGR
principus.
Užduotį galima praplėsti aptariant PGR ir elektroforezės naudojimą mokslo tikslais. Mokiniai gali pabandyti
sugalvoti, ką norėtų ištirti, jei vadovautų tokius tyrimus atliekančiai laboratorijai.
Siūlomi atsakymai:
1. 1400 bp ir 600 bp.
2. 5 ir 9, nes jie neturi 1400 bp ilgio fragmento, kuris yra X bandinyje ir teigiamoje kontrolėje.
3. Šeštojo įtariamojo rezultatai nerodo 1400 bp ir 600 bp juostelių, o pastaroji yra net ir neigiamoje
kontrolėje. Gali būti, kad reakcija iš viso neįvyko, todėl apie 6-ąjį įtariamąjį negalima daryti jokių
išvadų. Reikėtų pakartoti reakciją.
4. Teigiama kontrolė reikalinga, kad galėtumėm būti tikri, jog reakcija tikrai įvyko ir kad būtų galima
palyginti rezultatus pagal gautus dydžius. Lyginimas su neigiama kontrolė rodo, jog mėginio DNR yra
nespecifiškai susijungusi su kitomis reakcijos molekulėmis.
5. Tiriant tik šį lokusą, plauko savinininko nustatyti negalima – galima tik paleisti kelis įtariamuosius.
Ištyrus daugiau lokusų, galima atmesti daugiau įtariamųjų ir tvirčiau pasakyti, kad įtariamojo DNR
sutampa su įkalčiu. Kai lokusų 12, tikimybė, kad atsitiktinai sutaps dviejų žmonių dvylikos PGR
produktai, labai maža.
138
Užduotis 5. Ką gali DNR tyrimai?
Žemiau aprašytos situacijos parodo, kaip šiuolaikinės biotechnologijos pritaikomos socialinėms problemoms
spręsti. Kiekvienu atveju iš tiriamųjų buvo paimti DNR mėginiai, PGR metodu padauginti tam tikri genetinai
žymenys, o gauti produktai išskirstyti elektroforezės gelyje. Šių gelių nuotraukos jums ir pateikiamos, kad
padėtų išspręsti problemas.
1. Ponai Petraičiai (XY ir XX) neseniai susilaukė dvynukų. Deja, seselė netyčia užklijavo ne tuos duomenis ant 6 naujagimių, tarp jų ir dvynukų, lovų. Gydytojai nusprendė ištirti kiekvieno vaiko DNR. Kurie du iš šešių vaikų yra Petraičių? Ar dvynukai buvo monozigotiniai?
2. Policininkas Tomas tiria nusikaltimą, kurio metu liko kraujo dėmių. Ištyrus ant aukos (A) likusius įkalčius ir trijų įtariamųjų (S1, S2 ir S3) DNR, kuris iš įtariamųjų yra tikrasis kaltininkas?
3. Motina (M) pagimdė vaiką (V), tačiau nežino, kuris tėvas yra tikrasis (T1 ar T2). Abu savanoriškai davė DNR mėginius. Kuris vyriškis yra tikrasis vaiko tėvas?
T1
M V
T2
S2 A S3 S1
XY
isis
isis
1
1 XX
2 3 4 5 6
139
4. Neseniai miręs milijonierius ponas Petraitis paliko žmoną, dukrą ir didelį palikimą. Po mirties atsirado du vyrai, teigiantys, jog jie yra Petraičio nesantuokiniai sūnūs. Dabartinė žmona žino, jog Petraitis buvo neištikimas. DNR mėginiai buvo paimti iš Petraičio žmonos (Ž), dukros (D) bei dviejų tariamų sūnų (S1 ir S2). Ar kuris nors iš vyrų nemeluoja? Jei taip, kuris?
Ž S1 D S2
140
Užduotis 5. Ką gali DNR tyrimai?
Žinios ir supratimas:
2.1.9. Apibūdinti elektroforezę kaip baltymų ir DNR tyrimų metodą taikomą medicinoje, pvz., kraujo
cheminės sudėties nustatymui ir paveldimų ligų diagnozavimui.
Sąsaja su metodiniu leidiniu:
3.3. DNR modifikuojantys baltymai – įrankiai, leidžiantys manipuliuoti DNR seka ir kurti naujų savybių
turinčius baltymus
9.10. Elektroforezė
10.6. DNR tyrimo metodų panaudojimas teismo medicinoje
Taikymo rekomendacijos
Užduotis skirta darbui pamokoje ar namuose. Užduočiai atlikti reikia bendrų žinių apie elektroforezės ir PGR
principus, taigi užduotis nesunki ir tinkama patikrinti mokinių žinioms pamokos metu.
Užduotį galima praplėsti skatinant mokinių diskusiją apie etinius ir teisinius DNR tyrimų aspektus,
pavyzdžiui, kada galima imti DNR mėginius, ar galima šiuos rezultatus atskleisti visuomenei ir t.t.
Siūlomi atsakymai:
1. 1 ir 5. Ne, nes jų genetiniai žymenys šiek tiek skiriasi.
2. S2.
3. T2.
4. S1 gali būti sūnus, nes turi 4 panašumus su (D), kurių neturi (Ž).
141
Priedas. Užduočių taikymo lentelė
Biologijos žinios ir supratimas Užduotis
2.1.* <...> Susieti šių organinių junginių bei vandens reikšmę su organizmo gyvybinėmis funkcijomis. Biologija 8
2.1.3. Nurodyti baltymus kaip iš aminorūgščių sudarytas organines medžiagas. Nurodyti baltymų struktūras (pirminę, antrinę, tretinę ir ketvirtinę) ir atpažinti peptidinį ryšį. Biologija 13, 14
2.1.7. Apibūdinti fosfolipidų reikšmę biologinėms membranoms susidaryti. Biologija 12
2.1.9. Apibūdinti elektroforezę kaip baltymų ir DNR tyrimų metodą taikomą medicinoje, pvz., kraujo cheminės sudėties nustatymui ir paveldimų ligų diagnozavimui.
Biologija 20 Sudėtingesnė užduotis 1, 4, 5
2.4.2.* Apibūdinti virškinimo fermentus. Biologija 5
2.7.6.* Apibūdinti organizmų klonavimą, argumentuotai diskutuoti apie šios biotechnologijos naudą ir galimus pavojus. Biologija 1
2.8.2.* Apibūdinti imunitetą kaip apsauginę kraujo funkciją ir nurodyti skiepų paskirtį. Biologija 2
3.1.2. Susieti DNR dvigubėjimą su seserinių chromatidžių susidarymu. Biologija 15
3.2.1.* Nurodyti genetiškai modifikuotų maisto produktų kūrimą. Remiantis pavyzdžiais argumentuotai diskutuoti apie šių produktų gerąsias ypatybes ir keliamus pavojus. Biologija 4
3.2.3. Apibūdinti replikacijos procesą. Apibūdinti komplementarumo reikšmę replikacijoje. Biologija 17
3.2.6. Apibūdinti genų ir chromosomų mutacijas ir jų atsiradimo priežastis. Biologija 18
3.3.1. Apibrėžti genotipą ir fenotipą. Apibūdinti genų ir chromosomų vaidmenį susidarant homozigotiniams ir heterozigotiniams organizmams ir susieti su požymių paveldėjimu. Biologija 19
3.4.1. Susieti augalų vegetatyvinį dauginimąsi su požymių pastovumu ir dauginimąsi sėklomis su požymių kintamumu. Biologija 16
3.4.4.* Nurodyti, kad mikroorganizmų įvairovė taip pat yra evoliucijos rezultatas. Remiantis mikroorganizmų naudojimo biotechnologijose pavyzdžiais paaiškinti, kuo svarbi šių organizmų įvairovė. Biologija 6, 7
3.5.2. Nurodyti rekombinantinės DNR svarbą genų technologijoje. Sudėtingesnė užduotis 2, 3
4.1.2.* Naudojantis schemomis apibūdinti <…> anglies ir deguonies apytaką biosferoje. Biologija 3
4.3.3.* Atliekant transpiracijos tyrimą, išsiaiškinti lapo paviršiaus ploto ir aplinkos sąlygų, pavyzdžiui, temperatūros, vėjo ar drėgmės, įtaką vandens pernašai augaluose. Biologija 9
5.4.6. Nagrinėti antibiotikų veikimo principą ir paaiškinti organizmo atsparumą antibiotikams. Biologija 11
7.1.2. Susieti paveldimą kintamumą - naujų genų kombinacijų susidarymą ir mutacijas su organizmų genetine įvairove. Biologija 10
7.8.* Paaiškinti žmogaus veiklos įtaką vietinei aplinkai ir visam pasauliui. Biologija 8
142
Chemijos žinios ir supratimas Užduotis
4.1.7. Apibūdinti katalizatorių ir fermentų veikimą, pateikti jų naudojimo pavyzdžių. Chemija 8
5.3.6. Paaiškinti vandenilio jonų koncentracijos svarbą gyvybiniams procesams. Chemija 5
6.4.3. Paaiškinti kuro elementų veikimą, naudojantis duotais piešiniais ir užrašytomis reakcijų lygtimis. Chemija 1
7.1.12. Apibūdinti karboksirūgščių funkcinę grupę. Sudaryti monokarboksirūgščių pavadinimus. Žinoti trivialiuosius pavadinimus: skruzdžių rūgštis, acto rūgštis, stearino rūgštis. Chemija 3
7.2.1. Paaiškinti metano, eteno, etino, benzeno fizines ir chemines savybes, nurodyti gavimo būdus ir naudojimo galimybes. Chemija 9
7.3.2. Paaiškinti alkoholių, aldehidų ir karboksirūgščių gavimo vienas iš kito būdus naudojantis oksidacijos-redukcijos reakcijomis. Chemija 2
7.4.3. Paaiškinti metanolio, etanolio ir etandiolio poveikį organizmui, nurodyti šių alkoholių taikymą chemijos pramonėje ir buityje. Chemija 10
7.4.7. Užrašyti paprasčiausių esterių susidarymo ir jų hidrolizės lygtis, pavadinti reaguojančias ir susidarančias medžiagas. Chemija 4
7.5.4. Paaiškinti gamtosaugines problemas, susijusias su plastikų naudojimu, pateikti šių problemų sprendimo būdus. Chemija 13
8.2.4. Atpažinti peptidinį ryšį struktūrinėse baltymų formulėse. Chemija 6
8.2.5. Apibūdinti pirminę ir antrinę baltymų struktūras. Chemija 7
8.3.4. Apibūdinti fotosintezės svarbą gliukozės sintezei ir deguonies regeneracijai. Chemija 12
8.5.1. Pateikti įvairių maisto priedų ir papildų pavyzdžių. Chemija 11
143
Fizikos žinios ir supratimas Užduotis
1.4.3. Nusakyti savitus mikropasaulio dėsningumus ir jų ryšį su makroskopiniais reiškiniais. Fizika 2, 5, 6
1.4.4. Apibūdinti mokslinių atradimų reikšmę žmonijai. Pateikti pavyzdžių, įrodančių, kad būtina mokslo ir technologijų laimėjimus vertinti darnios plėtros požiūriu. Fizika 5
2.1.6. Apibūdinti mechaninio judėjimo ir rimties reliatyvumą, paaiškinti Galilėjaus greičių sudėties taisyklę. Fizika 3
2.3.1. Formuluoti I, II, III Niutono, Huko ir gravitacijos dėsnius. Fizika 4
2.3.2. Apibūdinti jėgų atstojamąją. Fizika 4
2.3.3. Nusakyti vertikaliai judančio kūno svorio priklausomybę nuo pagreičio. Fizika 4
3.4.1. Apibūdinti skysčių paviršiaus įtempimo, drėkinimo ir kapiliarumo reiškinius ir paaiškinti jų reikšmę gamtai ir žmogui. Fizika 8
3.4.2. Pateikti drėkinimo, skysčių paviršiaus įtempimo ir kapiliarinių reiškinių pasireiškimo pavyzdžių gamtoje, buityje ir technikoje. Fizika 8
3.5.6. Apibūdinti nanotechnologijas. Pateikti nanotechnologijų taikymo pavyzdžių. Fizika 1, 4, 5
3.6. Taikyti termodinamikos dėsnius įvairių vidinės energijos virsmų atveju. Fizika 2
4.1.1. Paaiškinti elektrinio lauko ir krūvio sąvokas, krūvio tvermės bei Kulono dėsnius. Fizika 6, 7
5.6.4. Apibūdinti optinių prietaisų (fotoaparato, mikroskopo, teleskopo, šviesolaidžių) veikimą. Fizika 9
5.6.5. Nusakyti šviesos interferenciją, difrakciją ir dispersiją. Fizika 9, 10
5.6.6. Pateikti šviesos banginių savybių pasireiškimo gamtoje, taikymo technikoje pavyzdžių, apibūdinti difrakcinės gardelės veikimą. Fizika 4
* Nurodytos žinios ir supratimas pagal pagrindinio ugdymo programą.