Jungtinės mokinių knygos bandomoji versija

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


2.8.2. Apibūdinti imunitetą kaip apsauginę kraujo funkciją ir nurodyti skiepų paskirtį.


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


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?


4.1.2. Naudojantis schemomis apibūdinti <…> anglies ir deguonies apytaką biosferoje.


12.6. Anglies dioksido išsiskyrimas fermentacijos proceso metu ir jo įtaka terpei bei aplinkai


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


3.2.1. Nurodyti genetiškai modifikuotų maisto produktų kūrimą. Remiantis pavyzdžiais argumentuotai

diskutuoti apie šių produktų gerąsias ypatybes ir keliamus pavojus.


1.7. Žinių apie DNR struktūrą ir funkcijas svarba šiuolaikinės biotechnologijos vystymuisi

1.8. Šiuolaikinės biotechnologijos produktai



4.5. Maisto trūkumo problemų sprendimas biotechnologiniais būdais


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


2.4.2. Apibūdinti virškinimo fermentus.


2.7. Baltymų struktūra ir funkcijos, jų ryšys su cheminėmis aminorūgščių savybėmis

12.4.1. Fermentinė katalizė


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


3.4.4. <…> Remiantis mikroorganizmų naudojimo biotechnologijose pavyzdžiais paaiškinti, kuo svarbi šių

organizmų įvairovė.


4 skyrius, 12 skyrius


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


3.4.4. Nurodyti, kad mikroorganizmų įvairovė taip pat yra evoliucijos rezultatas. Remiantis mikroorganizmų

naudojimo biotechnologijose pavyzdžiais paaiškinti, kuo svarbi šių organizmų įvairovė.



12 skyrius



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


2.1. <...> Susieti šių organinių junginių bei vandens reikšmę su organizmo gyvybinėmis funkcijomis.

7.8. Paaiškinti žmogaus veiklos įtaką vietinei aplinkai ir visam pasauliui.





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


4.3.3. Atliekant transpiracijos tyrimą, išsiaiškinti lapo paviršiaus ploto ir aplinkos sąlygų, pavyzdžiui,

temperatūros, vėjo ar drėgmės, įtaką vandens pernašai augaluose.


10.12. Genetiškai modifikuotų augalų išskirtinės savybės, jų kūrimo istorijos ir naudojimo problemos


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


7.1.2. Susieti paveldimą kintamumą - naujų genų kombinacijų susidarymą ir mutacijas su organizmų

genetine įvairove.


10.10. Pageidaujamų savybių augalų ir gyvūnų gavimas klasikinės selekcijos ir moderniosios

biotechnologijos metodais


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


5.4.6. Nagrinėti antibiotikų veikimo principą ir paaiškinti organizmo atsparumą antibiotikams.




10.2 Infekcinių ligų diagnostika ir prevencija, naujų vakcinų kūrimas


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


2.1.7. Apibūdinti fosfolipidų reikšmę biologinėms membranoms susidaryti.


11.5.Lipidai, jų struktūros sąsajos su savybėmis ir funkcijomis gyvuosiuose organizmuose



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.).

http://www.pdbe.org/

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


2.1.3. Nurodyti baltymus kaip iš aminorūgščių sudarytas organines medžiagas. Nurodyti baltymų struktūras

(pirminę, antrinę, tretinę ir ketvirtinę) ir atpažinti peptidinį ryšį.



11.2.Baltymų sandara ir cheminės šoninių grandinių savybės. Jų įtaka baltymų struktūrai ir funkcijai


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


2.1.3. Nurodyti baltymus kaip iš aminorūgščių sudarytas organines medžiagas. Nurodyti baltymų struktūras

(pirminę, antrinę, tretinę ir ketvirtinę) ir atpažinti peptidinį ryšį.






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


3.1.2. Susieti DNR dvigubėjimą su seserinių chromatidžių susidarymu.


2.5. Replikacijos ir transkripcijos procesai

10.1 Paveldimų ligų ankstyva diagnostika, su tuo susijusios bioetinės problemos.



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


3.4.1. Susieti augalų vegetatyvinį dauginimąsi su požymių pastovumu ir dauginimąsi sėklomis su požymių

kintamumu.




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


3.2.3. Apibūdinti replikacijos procesą. Apibūdinti komplementarumo reikšmę replikacijoje.


2.5. Replikacijos ir transkripcijos procesai



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!


3.2.6. Apibūdinti genų ir chromosomų mutacijas ir jų atsiradimo priežastis.


10.1 Paveldimų ligų ankstyva diagnostika, su tuo susijusios bioetinės problemos.



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


3.3.1. Apibrėžti genotipą ir fenotipą. Apibūdinti genų ir chromosomų vaidmenį susidarant homozigotiniams

ir heterozigotiniams organizmams ir susieti su požymių paveldėjimu.


2.2. Genai ir genomas – organizmų savitumą ir savybes lemiantys veiksniai

8.1. Organizmai ir jų požymių visuma: genominis požiūris


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


2.1.9. Apibūdinti elektroforezę kaip baltymų ir DNR tyrimų metodą taikomą medicinoje, pvz., kraujo

cheminės sudėties nustatymui ir paveldimų ligų diagnozavimui.


9.10. Elektroforezė

10.6. DNR tyrimo metodų panaudojimas teismo medicinoje


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?


6.4.3. Paaiškinti kuro elementų veikimą, naudojantis duotais piešiniais ir užrašytomis reakcijų lygtimis.


13.5. Kiti energetiškai vertingų cheminių junginių gavybos, panaudojant gyvuosius organizmus, būdai



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


7.3.2. Paaiškinti alkoholių, aldehidų ir karboksirūgščių gavimo vienas iš kito būdus naudojantis oksidacijos-

redukcijos reakcijomis.


12.1 Fermentacija ir etanolio gamyba

12.2 Pienarūgštis rūgimas, cheminiai terpės pokyčiai, sukeliami mikroorganizmų

12.4 Biotechnologiniai cheminių medžiagų gavimo pavyzdžiai



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


7.1.12. Apibūdinti karboksirūgščių funkcinę grupę. Sudaryti monokarboksirūgščių pavadinimus. Žinoti

trivialiuosius pavadinimus: skruzdžių rūgštis, acto rūgštis, stearino rūgštis.


13.1. Biokuro gamyba iš įvairių šaltinių, jo panaudojimas transporto sektoriuje


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


7.4.7. Užrašyti paprasčiausių esterių susidarymo ir jų hidrolizės lygtis, pavadinti reaguojančias ir

susidarančias medžiagas.





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


5.3.6*. Paaiškinti vandenilio jonų koncentracijos svarbą gyvybiniams procesams.


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


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


8.2.4. Atpažinti peptidinį ryšį struktūrinėse baltymų formulėse.






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


8.2.5. Apibūdinti pirminę ir antrinę baltymų struktūras.






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


4.1.7. Apibūdinti katalizatorių ir fermentų veikimą, pateikti jų naudojimo pavyzdžių.






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


7.2.1. Paaiškinti metano, eteno, etino, benzeno fizines ir chemines savybes, nurodyti gavimo būdus ir

naudojimo galimybes.



4.4. Atsinaujinančių anglies šaltinių panaudojimas įvairių žaliavų ir energijos (etanolio, metano, vandenilio)

gamybai biotechnologijos metodais


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


7.4.3*. Paaiškinti metanolio, etanolio ir etandiolio poveikį organizmui, nurodyti šių alkoholių taikymą

chemijos pramonėje ir buityje.


12.3 Fermentuoti maisto produktai, jų savybės



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


8.5.1. Pateikti įvairių maisto priedų ir papildų pavyzdžių.




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.

http://curezone.com/foods/enumbers.asp

http://curezone.com/foods/enumbers.asp

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


8.3.4*. Apibūdinti fotosintezės svarbą gliukozės sintezei ir deguonies regeneracijai.


13.4. Dumblių panaudojimas biokuro gamyboje


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?


7.5.4*. Paaiškinti gamtosaugines problemas, susijusias su plastikų naudojimu, pateikti šių problemų

sprendimo būdus.


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


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


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.


7.5 Biomimetika

7.6 Biotechnologinė nanodalelių sintezė



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


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.




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


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.


7.1 Nanorobotikos pagrindai

7.2 Molekuliniai mechaniniai komponentai, biomolekulių nanomašinos



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


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.


5.6.6. Pateikti šviesos banginių savybių pasireiškimo gamtoje, taikymo technikoje pavyzdžių, apibūdinti

difrakcinės gardelės veikimą.


7.4 Nanodalelės, jų fizikinės savybės ir taikymas biomoksluose


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“



1.4.4. Apibūdinti mokslinių atradimų reikšmę žmonijai. Pateikti pavyzdžių, įrodančių, kad būtina mokslo ir

technologijų laimėjimus vertinti darnios plėtros požiūriu.


6.1 Nagrinėti oksidacijos- redukcijos procesus.


7.4 Nanodalelės, jų fizikinės savybės ir taikymas biomoksluose



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



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.


6.1. Erdvinės biomolekulių struktūros ir sąveikos, lemiančios jų susidarymą



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


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.


6.1. Erdvinės biomolekulių struktūros ir sąveikos, lemiančios jų susidarymą



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


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.


6.4. Molekulinės fizikos metodai. Chromatografija.



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


5.6.4. Apibūdinti optinių prietaisų (fotoaparato, mikroskopo, teleskopo, šviesolaidžių) veikimą.

5.6.5. Nusakyti šviesos interferenciją, difrakciją ir dispersiją.


6.6 Optiniai biomolekulių sąveikos tyrimai.


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


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.


6.6 Optika. Sklaida

6.7. Spektroskopijos metodai: sugerties, fluorescencijos spektroskopija



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“






9.11. Restrikcinė (DNR hidrolizės) analizė ir jos taikymas



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?


3.5.2. Nurodyti rekombinantinės DNR svarbą genų technologijoje.


3.3. DNR modifikuojantys baltymai – įrankiai, leidžiantys manipuliuoti DNR seka ir kurti naujų savybių

turinčius baltymus

9.4. Restrikcijos endonukleazių ir DNR ligazių panaudojimas


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


3.5.2. Nurodyti rekombinantinės DNR svarbą genų technologijoje.



turinčius baltymus

9.4. Restrikcijos endonukleazių ir DNR ligazių panaudojimas

9.11. Restrikcinė (DNR hidrolizės) analizė ir jos taikymas


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






turinčius baltymus




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?






turinčius baltymus




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.

Documents

Jungtinės mokinių knygos bandomoji versija