В анонсах события которые происходят в Лидер-ИД, можно столкнуться с неожиданными вещами.
Например, мастер-класс по выделению молекул ДНК, для которого достаточно «оборудования» и «реактивов», которые найдутся на любой кухне.
Этот эксперимент можно провести вместе с детьми – погрузить их, так сказать, в мир биологии и химии.
В основу поста лег рассказ Юлии Зайцевой, кандидата биологических наук факультета биологии и экологии Ярославского Демидовского университета (ЯрГУ).
Если вы предпочитаете видеоформат, он здесь .
Прежде чем мы приступим к смешиванию ингредиентов, несколько слов о ДНК, ее структуре и роли в биологических процессах.
А также о том, как так получилось, что эту молекулу можно наблюдать невооруженным глазом.
Если вы все это знаете, переходите сразу к пошаговой инструкции.
Структура ДНК
С химической точки зрения дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, представляет собой длинную полимерную молекулу, состоящую из блоков, называемых нуклеотидами.Каждый нуклеотид включает в себя:
- остаток фосфорной кислоты
- сахар – дезоксирибоза,
- и одно из четырех азотистых оснований.
Азотистые основания – это гетероциклические органические соединения, производные пиримидина и пурина.
В ДНК обнаружено четыре типа азотистых оснований.
Для удобства они обозначены буквами:
- аденин (А),
- гуанин (Г),
- тимин (Т),
- цитозин (С).
Аденин образует связь с тимином.
И гуанин с цитозином.
В результате молекула ДНК состоит из двух цепочек нуклеотидов, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу.
Такая двухцепочечная молекула закручена по спирали.
Эту структуру ошибочно называют спиралью, но на самом деле это двойной винт.
Роль молекулы ДНК
С биологической точки зрения ДНК — это макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов.Биологическая информация в ДНК хранится в виде генетического кода, состоящего из последовательности четырех типов нуклеотидов.
Поскольку нуклеотиды различаются только азотистыми основаниями, их называют по основаниям:
Размер молекулы ДНК
Перейдем к математике – посчитаем длину ДНК человека.Общее количество нуклеотидов в геноме человека составляет 3,2 миллиарда.
Линейная длина одного нуклеотида составляет 0,34 нанометра.
Перемножив эти показатели, получим следующее:
Что общая длина молекул ДНК в одной клетке составляет около двух метров (общая длина цепей в двухцепочечной молекуле).А размер ее ядра, в котором находится молекула ДНК, в несколько раз меньше.При этом линейная длина самой клетки составляет всего 30 микрон.
Как два метра ДНК умещаются в клетке, диаметр которой почти в 70 тысяч раз меньше? Это отвечает за особый механизм сворачивания ДНК в клетке, называемый компактизацией.
ДНК, как нить, намотана на катушку особых белков – гистонов.
«Витки» сближаются друг с другом, образуя структуру, напоминающую бублики на нитке.
И тогда эта «нитка с катушками» образует сложные петли.
При таком расположении длина молекулы ДНК уменьшается в 100 тысяч раз.
Если бы мы осуществили такое уплотнение в макромире, мы могли бы засунуть в спичечный коробок нить длиной с Останкинскую башню (~500 метров).
Длина молекул ДНК в организме человека
Всего в нашем организме учёные насчитывают около 70 триллионов клеток (своих и чужих — здесь не забываем про микробиом).Самая короткая длина молекулы ДНК составляет 1,5 м.
Если умножить это на количество клеток, то окажется, что общая длина цепочек ДНК в организме человека составляет более 100 триллионов метров.Это огромная сумма! Это почти в 1000 раз превышает расстояние от Земли до Солнца (150 миллионов километров).
Пошаговая инструкция по выделению молекул ДНК
Для эксперимента подойдет любой растительный материал.Легче работать с тем, что легче измельчить, например с мякотью банана.
Для извлечения ДНК из ядра растительной клетки нам необходимо:
- ступка и пестик, можно использовать в домашних условиях блендер;
- воронка;
- стеклянная посуда: колба, стакан, пробирка – или любая другая прозрачная емкость, которая найдется у вас на кухне;
- фильтровальная бумага или марля;
- хлорид натрия (поваренная соль) – 1,5 г;
- гидрокарбонат натрия (сода) – 5 г;
- весы, позволяющие взвешивать от одного до нескольких граммов; при отсутствии весов для соли и соды можно воспользоваться мерными ложками – здесь главное соблюдать пропорции ингредиентов;
- моющее средство (лат. dergio — мою) — разновидность поверхностно-активного вещества, снижающего поверхностное натяжение воды и способствующего ее проникновению в поры и между волокнами; моющие средства помогают удалить грязь с чего угодно; дома в качестве моющего средства можно использовать мыло, средство для мытья посуды или шампунь;
- вода дистиллированная – 120 мл;
- 95% этиловый спирт.
Шаг 1. Приготовьте буферный раствор.
Буферные растворы с определенной стабильной концентрацией ионов водорода называются буферными растворами.
Проще говоря, pH такого раствора практически не меняется, даже если мы добавим в него кислоту или щелочь.
Чтобы приготовить буферный раствор для нашего опыта, налейте в колбу 120 мл дистиллированной воды и добавьте к ней 1,5 грамма хлорида натрия.
Дома можно использовать поваренную соль; это, конечно, не химически чистый NaCl, но для нашей миссии он пригоден.
Далее взвешиваем и добавляем в раствор 5 граммов бикарбоната натрия (в домашних условиях используем соду).
Если у вас дома нет приспособлений для взвешивания 1,5 г соли и 5 г соды, можно приготовить больший объем буферного раствора, сохранив пропорции ингредиентов.
В этом случае для последующих шагов мы берем только часть решения.
После добавления содержимое колбы перемешивают до полного растворения.
Если у вас вдруг нет такой замечательной магнитной мешалки, воспользуйтесь ложкой (тут был подмигивающий смайлик, но модератор его удалил)
Шаг 2. Смешайте буферный раствор с моющим средством.
В качестве моющего средства мы используем средство для мытья посуды.
Нам будет достаточно 50–60 мл.
Добавьте его в буфер и перемешивайте полученную смесь в течение трех минут. 
Шаг 3. Подготовка сырья для выделения ДНК.
Мякоть банана тщательно измельчите до однородной массы.
Дома это удобнее делать с помощью блендера.
Шаг 4. Разрушение клеточных стенок
«Полученная жижа…» В смысле, к полученной массе добавляем холодную смесь буферного раствора с моющим средством.
Тщательно перемешайте.
Детергент разрушает клеточные мембраны и оболочки ядер клеток.
Таким образом, нити ДНК будут свободно плавать.
Шаг 5. Получение молекул в растворе
Разрушив стенки ячеек, удаляем их: для этого процеживаем раствор в течение 10–15 минут с помощью воронки с фильтром.В нашем случае мы используем фильтровальную бумагу, но в домашних условиях можно использовать ткань или даже марлю.
Шаг 6. Визуализация
К полученному фильтрату осторожно вливают охлажденный в морозилке 95%-й спирт этиловый по стенке сосуда под острым углом, чтобы он не смешивался с содержимым.Добавляем столько, сколько нам не жалко.
Но в целом количества, равного половине присутствующего в колбе фильтрата, будет достаточно.
Предвосхищая вопрос из зала, скажу сразу – нет, водка здесь не подойдет. 
И здесь, на границе двух жидкостей, мы наблюдаем, как постепенно появляются белые нити ДНК.
Из всех клеточных компонентов только ДНК быстро осаждается в спирте, образуя видимые глазу белые нити.
Все остальные компоненты остаются в водной фазе.
С помощью этого метода ДНК можно выделить из любого растительного материала.
На практике хорошие результаты получаются с луком, чесноком, бананами и помидорами.
В целом дети будут счастливы.
Теги: #Популярная наука #Химия #Биотехнология #ДНК #банан #банан
-
Онлайн-Запись: Можно Ли Заработать Деньги?
19 Oct, 24 -
Аспия 0.2.1
19 Oct, 24
