ลักษณะเฉพาะของรูปแบบชีวภาพสำหรับนักเรียนมัธยมต้น

การวาดภาพทางชีววิทยาเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่ได้รับการยอมรับในระดับสากลสำหรับการศึกษาวัตถุและโครงสร้างทางชีววิทยา มีบทเรียนดีๆ มากมายเกี่ยวกับเรื่องนี้

ตัวอย่างเช่น ในหนังสือสามเล่ม "ชีววิทยา" โดย Green, Stout, Taylor มีการกำหนดกฎต่อไปนี้สำหรับการวาดภาพทางชีววิทยา

1. จำเป็นต้องใช้กระดาษในการวาดความหนาและคุณภาพที่เหมาะสม ควรลบเส้นดินสอออกจากมันอย่างดี

2. ดินสอควรมีความคม ความแข็ง HB (ในระบบของเรา - TM) ไม่ใช่สี

3. ภาพวาดจะต้อง:

- ใหญ่พอ - ยิ่งองค์ประกอบประกอบเป็นวัตถุภายใต้การศึกษามากเท่าไหร่ ภาพวาดก็ควรจะใหญ่ขึ้นเท่านั้น
– ง่าย – รวมโครงร่างของโครงสร้างและอื่น ๆ รายละเอียดที่สำคัญเพื่อแสดงตำแหน่งและความสัมพันธ์ของแต่ละองค์ประกอบ
- วาดด้วยเส้นบางและชัดเจน - แต่ละบรรทัดต้องคิดออกแล้ววาดโดยไม่ยกดินสอออกจากกระดาษ อย่าฟักหรือทำสี
- จารึกควรสมบูรณ์ที่สุดเส้นที่มาจากพวกเขาไม่ควรตัดกัน เว้นที่ว่างไว้สำหรับคำอธิบายภาพรอบๆ ภาพวาด

4. สร้างภาพวาดสองภาพหากจำเป็น: แผนผังแสดงคุณสมบัติหลักและการวาดภาพชิ้นส่วนขนาดเล็กโดยละเอียด ตัวอย่างเช่น ที่กำลังขยายต่ำ ให้วาดแผนผังตัดขวางของพืช และด้วยกำลังขยายสูง โครงสร้างของเซลล์ที่มีรายละเอียด

5. คุณควรวาดเฉพาะสิ่งที่คุณเห็นเท่านั้น ไม่ใช่สิ่งที่คุณคิดว่าคุณเห็น และแน่นอน อย่าคัดลอกภาพวาดจากหนังสือ

6. ภาพวาดแต่ละภาพต้องมีชื่อเรื่อง ตัวบ่งชี้การขยายและการฉายภาพของกลุ่มตัวอย่าง

หน้าจากหนังสือ "Introduction to Zoology" (ฉบับภาษาเยอรมันช่วงปลายศตวรรษที่ 19)

เมื่อมองแวบแรก มันค่อนข้างง่ายและไม่คัดค้าน อย่างไรก็ตาม เราต้องแก้ไขวิทยานิพนธ์บางส่วน ความจริงก็คือว่าผู้เขียนคู่มือดังกล่าวพิจารณาลักษณะเฉพาะของการวาดภาพทางชีววิทยาในระดับสถาบันหรือชั้นเรียนระดับสูงของโรงเรียนพิเศษคำแนะนำของพวกเขาจะถูกส่งไปยังคนที่เป็นผู้ใหญ่ที่มีความคิดเชิงวิเคราะห์ (อยู่แล้ว) ในเกรดกลาง (เกรด 6-8) - ทั้งแบบธรรมดาและแบบชีววิทยา - สิ่งต่างๆไม่ง่ายนัก

บ่อยครั้งที่ภาพร่างในห้องปฏิบัติการกลายเป็น "การทรมาน" ร่วมกัน เด็ก ๆ เองไม่ชอบภาพวาดที่น่าเกลียดและเข้าใจยาก - พวกเขายังไม่ทราบวิธีการวาดหรือโดยครู - เพราะรายละเอียดเหล่านี้ของโครงสร้างเนื่องจากทุกอย่างเริ่มต้น เด็กส่วนใหญ่มักพลาด . โดยปกติแล้ว เด็กที่มีพรสวรรค์ทางศิลปะเท่านั้นที่รับมือกับงานดังกล่าวได้ (และอย่าเริ่มเกลียดพวกเขา!) ในระยะสั้นปัญหาคือมีวัตถุ แต่ไม่มีเทคนิคที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม ครูสอนการวาดภาพบางครั้งต้องเผชิญกับปัญหาตรงกันข้าม - มีเทคนิคและเป็นเรื่องยากในการเลือกวัตถุ บางทีเราควรรวมกัน?

ในโรงเรียนมอสโกแห่งที่ 57 ที่ฉันทำงานอยู่เป็นเวลานานและยังคงพัฒนาหลักสูตรการวาดภาพทางชีววิทยาแบบบูรณาการในชนชั้นกลางมาเป็นเวลานานและยังคงพัฒนาอยู่ในกรอบที่ครูชีววิทยาและการวาดภาพทำงานเป็นคู่ เราได้พัฒนาโครงการที่น่าสนใจมากมาย ผลงานของพวกเขาได้รับการจัดแสดงซ้ำแล้วซ้ำอีกในพิพิธภัณฑ์มอสโก - Zoological Moscow State University, Paleontological, Darwin ในงานเทศกาลต่างๆของความคิดสร้างสรรค์ของเด็ก ๆ แต่สิ่งสำคัญคือเด็กธรรมดาที่ไม่ได้เลือกเรียนวิชาศิลปะหรือชีววิทยา ยินดีที่จะทำงานออกแบบเหล่านี้ให้เสร็จ มีความภาคภูมิใจในงานของตนเอง และดูเหมือนว่าสำหรับเราแล้ว ก็เริ่มมองโลกของสิ่งมีชีวิต อย่างใกล้ชิดและรอบคอบมากขึ้น แน่นอนว่าไม่ใช่ทุกโรงเรียนที่มีโอกาสให้ครูสอนวิชาชีววิทยาและศิลปะทำงานร่วมกัน แต่ผลการวิจัยบางส่วนของเราน่าจะน่าสนใจและมีประโยชน์ แม้ว่าคุณจะทำงานภายใต้กรอบของโปรแกรมชีววิทยาเท่านั้น

แรงจูงใจ: อารมณ์ก่อน

แน่นอนเราวาดเพื่อการศึกษาและทำความเข้าใจมากขึ้น ลักษณะโครงสร้างเพื่อทำความคุ้นเคยกับความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นที่เราศึกษาในบทเรียน แต่ไม่ว่าคุณจะมอบหมายงานอะไร จำไว้ว่าสิ่งสำคัญมากสำหรับเด็กในวัยนี้ในการจับภาพความงามและความได้เปรียบทางอารมณ์ของวัตถุก่อนเริ่มทำงาน เราพยายามที่จะเริ่มทำงานในโครงการใหม่ด้วยความประทับใจที่สดใส คลิปวิดีโอสั้นหรือสไลด์ขนาดเล็ก (ไม่เกิน 7-10!) เหมาะที่สุดสำหรับสิ่งนี้ ความคิดเห็นของเรามุ่งไปที่ความไม่ธรรมดา ความงาม ความมหัศจรรย์ของวัตถุ แม้ว่าจะเป็นเรื่องธรรมดาก็ตาม ตัวอย่างเช่น เงาต้นไม้ในฤดูหนาวเมื่อศึกษาการแตกกิ่งก้านของยอด - พวกมันอาจดูเยือกเย็นและชวนให้นึกถึงปะการัง หรือเน้นกราฟิก - สีดำบนหิมะสีขาว การแนะนำไม่ควรยาว - เพียงไม่กี่นาที แต่เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับแรงจูงใจ

ความคืบหน้า: บิลด์เชิงวิเคราะห์

จากนั้นคุณไปยังการกำหนดของงาน ในที่นี้ สิ่งสำคัญคือต้องเน้นคุณลักษณะเหล่านั้นของโครงสร้างที่กำหนดรูปลักษณ์ของวัตถุก่อน และแสดงความหมายทางชีวภาพของวัตถุนั้น แน่นอน ทั้งหมดนี้ต้องเขียนบนกระดานและเขียนลงในสมุดจด อันที่จริง ตอนนี้คุณกำลังตั้งค่างานสำหรับนักเรียน - เพื่อดูและแสดง

จากนั้นในครึ่งหลังของกระดาน คุณอธิบายขั้นตอนของการสร้างภาพวาด เสริมด้วยไดอะแกรม เช่น อธิบายวิธีการและขั้นตอน โดยพื้นฐานแล้วคุณทำงานให้เสร็จอย่างรวดเร็วต่อหน้าเด็ก ๆ โดยดูแลโครงสร้างเสริมและระดับกลางทั้งหมดบนกระดาน

ในขั้นตอนนี้ เป็นการดีที่จะแสดงให้เด็ก ๆ วาดภาพเสร็จแล้ว ไม่ว่าโดยศิลปินที่วาดภาพวัตถุเดียวกันหรือโดยผลงานที่ประสบความสำเร็จของนักเรียนรุ่นก่อน ๆ จำเป็นต้องเน้นย้ำว่าดีและสวยงามอยู่เสมอ การวาดภาพทางชีววิทยาในสาระสำคัญมีการศึกษา - เช่น คำตอบสำหรับคำถามว่าวัตถุทำงานอย่างไร และเมื่อเวลาผ่านไป สอนให้เด็กกำหนดคำถามเหล่านี้ด้วยตนเอง

สัดส่วน เส้นเสริม รายละเอียด คำถามนำ

สร้างภาพวาด - และสำรวจวัตถุ! - คุณเริ่มต้นด้วยการหาสัดส่วน: อัตราส่วนของความยาวต่อความกว้าง ส่วนต่อทั้งหมด อย่าลืมกำหนดรูปแบบที่ค่อนข้างเข้มงวดสำหรับรูปภาพ เป็นรูปแบบที่จะกำหนดระดับของรายละเอียดโดยอัตโนมัติ: รายละเอียดจำนวนมากจะหายไปในรายละเอียดที่เล็ก ส่วนขนาดใหญ่จะต้องมีความอิ่มตัวของรายละเอียด ดังนั้น เวลาทำงานมากขึ้น คิดล่วงหน้าว่าอะไรสำคัญกว่าสำหรับคุณในแต่ละกรณี

1) วาดแกนสมมาตร

2) สร้างสี่เหลี่ยมสมมาตรสองคู่ - สำหรับปีกด้านบนและด้านล่าง (เช่นแมลงปอ) กำหนดสัดส่วนก่อน

3) พอดีกับสี่เหลี่ยมเหล่านี้เส้นโค้งของปีก

ข้าว. 1. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 หัวข้อ "ฝูงแมลง" หมึก ปากกาบนดินสอ จากผ้าซาติน

(ฉันจำเรื่องตลก เศร้า และเรื่องธรรมดาที่เกิดขึ้นเมื่อฉันทำงานนี้ครั้งแรกได้ เด็กชายชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 เข้าใจคำว่า "พอดี" เป็นครั้งแรกเนื่องจากง่ายต่อการใส่เข้าไปข้างในและวาดวงกลมโค้งภายในสี่เหลี่ยม - ทั้งสี่ต่างกัน! จากนั้น หลังจากการเตือนของฉัน สิ่งที่จะป้อน - หมายถึงการแตะเส้นเสริมเขานำผีเสื้อที่มีปีกสี่เหลี่ยมมาเรียบตรงมุมเล็กน้อยเท่านั้น และจากนั้น ฉันเดาว่าจะอธิบายให้เขาฟังว่าเส้นโค้งที่จารึกไว้สัมผัสกับแต่ละด้านของสี่เหลี่ยมที่ เพียงจุดเดียวเท่านั้น และเราต้องวาดรูปใหม่อีกครั้ง ...)

4) ... จุดนี้สามารถอยู่ตรงกลางด้านข้างหรือห่างจากมุมหนึ่งในสามและต้องกำหนดด้วย!

แต่เขามีความสุขเพียงใดเมื่อภาพวาดของเขาไปถึงนิทรรศการของโรงเรียน - เป็นครั้งแรก - มันได้ผล! และตอนนี้ฉันประกาศทุกขั้นตอนของการทรมานของเรากับเขาในคำอธิบายของ "ความก้าวหน้าของงาน"

รายละเอียดเพิ่มเติมของภาพวาดจะนำเราไปสู่การอภิปรายเกี่ยวกับความหมายทางชีววิทยาของคุณลักษณะหลายอย่างของวัตถุ ต่อด้วยตัวอย่างปีกแมลง (รูปที่ 2) เราคุยกันว่าเส้นเลือดคืออะไร พวกมันถูกจัดเรียงอย่างไร เหตุใดจึงต้องรวมเป็นเครือข่ายเดียว ธรรมชาติของเส้นโลหิตตีบแตกต่างกันอย่างไรในแมลงของกลุ่มที่เป็นระบบต่างๆ (เช่น ในสมัยโบราณ และปีกใหม่) เหตุใดหลอดเลือดดำส่วนหน้าจึงหนาขึ้น เป็นต้น และพยายามให้คำแนะนำส่วนใหญ่ของคุณในรูปแบบของคำถามที่เด็กต้องการหาคำตอบ

ข้าว. 2. "แมลงปอและมด" ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 หัวข้อ "ฝูงแมลง" หมึก ปากกาบนดินสอ จากผ้าซาติน

อย่างไรก็ตาม พยายามหยิบสิ่งของประเภทเดียวกันให้มากขึ้น ให้ทางเลือกแก่พวกเขา เมื่อจบงาน ชั้นเรียนจะเห็นทั้งความหลากหลายทางชีวภาพของกลุ่มและที่สำคัญ คุณสมบัติทั่วไปอาคารและในที่สุดความสามารถในการวาดภาพที่แตกต่างกันในเด็กจะไม่มีความสำคัญมากนัก

น่าเสียดายที่ครูในโรงเรียนไม่ได้มีวัตถุต่าง ๆ ในกลุ่มเดียวกันในปริมาณที่เพียงพอเสมอไป บางทีประสบการณ์ของเราจะเป็นประโยชน์กับคุณ: เมื่อเรียนเป็นกลุ่ม ขั้นแรกเราจะทำการวาดด้านหน้าของวัตถุที่เข้าถึงได้ง่ายจากชีวิต จากนั้นเป็นรายบุคคล - ภาพวาดของวัตถุต่างๆ จากภาพถ่ายหรือแม้แต่จากภาพวาดโดยศิลปินมืออาชีพ

ข้าว. 3. กุ้ง. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 หัวข้อ "ครัสเตเชียน" ดินสอจากธรรมชาติ

ตัวอย่างเช่น ในหัวข้อ “ครัสเตเชียน” ในห้องปฏิบัติการ “โครงสร้างภายนอกของครัสเตเชียน” อันดับแรก เราทุกคนจะวาดกุ้ง (แทนที่จะเป็นกั้ง) ที่ซื้อมาแช่แข็งในร้านขายของชำ (รูปที่ 3) จากนั้นหลังจากดูรายการสั้นๆ วิดีโอคลิปแยกกัน - ตัวอ่อนของสัตว์จำพวกครัสเตเชียนของแพลงก์ตอนที่แตกต่างกัน (รูปที่ 4) ปรากฎใน "ชีวิตของสัตว์": บนแผ่นขนาดใหญ่ (A3) ย้อมสีด้วยสีน้ำในโทนสีเทาเย็น, น้ำเงิน, เขียว; ชอล์คหรือ gouache สีขาว ทำงานอย่างละเอียดด้วยหมึกและปากกา (อธิบายวิธีถ่ายทอดความโปร่งใสของสัตว์จำพวกครัสเตเชียนจากแพลงก์ตอน เราสามารถนำเสนอแบบจำลองที่ง่ายที่สุด - เหยือกแก้วโดยมีวัตถุฝังอยู่ในนั้น)

ข้าว. 4. แพลงก์ตอน ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 หัวข้อ "ครัสเตเชียน" กระดาษปรับสี (รูปแบบ A3) ชอล์คหรือ gouache สีขาว หมึกสีดำ จากผ้าซาติน

ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 เมื่อศึกษาปลาในห้องปฏิบัติการ "โครงสร้างภายนอกของปลากระดูก" เราวาดแมลงสาบธรรมดาก่อนแล้วจึงวาดตัวแทนสีน้ำของคำสั่งปลาต่าง ๆ จากตารางสีที่สวยงาม "ปลาพาณิชย์" ที่ เรามีที่โรงเรียน

ข้าว. 5. โครงกระดูกของกบ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 หัวข้อ "สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ" ดินสอพร้อมอุปกรณ์การเรียน

เมื่อศึกษาสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำก่อน - งานห้องปฏิบัติการ"โครงสร้างของโครงกระดูกกบ" วาดใน ดินสอง่าย(รูปที่ 5). จากนั้นหลังจากชมคลิปวิดีโอสั้น ๆ ภาพวาดสีน้ำของกบปีนใบไม้ต่าง ๆ เป็นต้น (เราวาดจากปฏิทินด้วยภาพถ่ายคุณภาพสูง โชคดีที่ตอนนี้ไม่แปลกแล้ว)

ด้วยรูปแบบดังกล่าว ภาพวาดดินสอที่ค่อนข้างน่าเบื่อของวัตถุเดียวกันจึงถูกมองว่าเป็นขั้นตอนการเตรียมการปกติสำหรับงานที่สดใสและเป็นรายบุคคล

สำคัญ: เทคนิค

การเลือกเทคนิคมีความสำคัญมากสำหรับความสำเร็จของงาน ในเวอร์ชันคลาสสิกคุณควรใช้ดินสอและกระดาษขาวธรรมดา แต่ .... ประสบการณ์ของเราบอกว่าจากมุมมองของเด็ก ๆ ภาพวาดดังกล่าวจะดูไม่เสร็จพวกเขาจะไม่พอใจกับงาน

ในขณะเดียวกันก็เพียงพอแล้วที่จะทำสเก็ตช์ดินสอด้วยหมึกและแม้กระทั่งกระดาษย้อมสี (เรามักใช้กระดาษสีสำหรับเครื่องพิมพ์) - และผลลัพธ์จะถูกรับรู้ค่อนข้างแตกต่างออกไป (รูปที่ 6, 7) ความรู้สึกไม่สมบูรณ์มักเกิดขึ้นได้อย่างแม่นยำโดยขาดพื้นหลังที่มีรายละเอียด และวิธีที่ง่ายที่สุดในการแก้ปัญหานี้คือการใช้กระดาษย้อมสี นอกจากนี้ การใช้ชอล์คธรรมดาหรือดินสอสีขาว คุณสามารถสร้างเอฟเฟกต์แสงสะท้อนหรือความโปร่งใสเกือบจะในทันที ซึ่งมักจะจำเป็น

ข้าว. 6. เรดิโอลาเรีย เกรด 7 หัวข้อ "ง่ายที่สุด" กระดาษย้อมสี (รูปแบบ A3) สำหรับสีน้ำ (ที่มีพื้นผิวหยาบ) หมึก สีพาสเทล หรือชอล์ก จากผ้าซาติน

ข้าว. 7. ผึ้ง. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 หัวข้อ "ฝูงแมลง" หมึก ปากกาบนดินสอ ปริมาตร - ด้วยแปรงและหมึกเจือจาง รายละเอียดเล็กๆ ด้วยปากกา จากผ้าซาติน

หากเป็นการยากสำหรับคุณในการจัดระเบียบงานกับมาสคาร่า ให้ใช้อายไลเนอร์สีดำหรือโรลเลอร์บอล (ที่แย่ที่สุดคือปากกาเจล) ซึ่งให้ผลลัพธ์แบบเดียวกัน (รูปที่ 8, 9) การใช้เทคนิคนี้ ให้แน่ใจว่าได้แสดงปริมาณข้อมูลที่ได้รับโดยใช้เส้นที่มีความหนาและแรงกดต่างกัน - ทั้งเพื่อเน้นสิ่งที่สำคัญที่สุดและสร้างเอฟเฟกต์ของปริมาตร (เบื้องหน้าและพื้นหลัง) คุณยังสามารถใช้การแรเงาระดับปานกลางและแสงได้

ข้าว. 8. ข้าวโอ๊ต ป.6 หัวข้อ "พันธุ์ไม้ดอกตระกูลซีเรียล" หมึก กระดาษสี จากโรงสมุนไพร

ข้าว. 9. หางม้าและตะไคร่น้ำ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 6 หัวข้อ " พืชสปอร์". หมึก กระดาษขาว จากหอสมุนไพร

นอกจากนี้ เรามักจะทำงานเป็นสีหรือใช้การปรับสีอ่อนเพื่อแสดงระดับเสียง (รูปที่ 10) ซึ่งแตกต่างจากภาพวาดทางวิทยาศาสตร์แบบคลาสสิก

ข้าว. 10. ข้อข้อศอก ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 หัวข้อ "ระบบกล้ามเนื้อและกระดูก" ดินสอ มีพลาสเตอร์ช่วย

เราใช้เทคนิคสีต่างๆ มากมาย เช่น สีน้ำ gouache สีพาสเทล และสุดท้ายก็ลงสีด้วยดินสอสีอ่อนๆ แต่ใช้กระดาษหยาบเสมอ หากคุณตัดสินใจลองใช้เทคนิคนี้ คุณควรคำนึงถึงสิ่งสำคัญสองสามประการ

1. หยิบดินสอเนื้อนุ่มคุณภาพดีจากบริษัทดีๆ อย่าง Kohinoor แต่อย่าให้เด็กมีสีที่หลากหลาย (พื้นฐานพอ): ในกรณีนี้พวกเขามักจะพยายามหยิบสีสำเร็จรูปซึ่งแน่นอน ล้มเหลว แสดงวิธีการได้เฉดสีที่เหมาะสมโดยผสม 2-3 สี ในการทำเช่นนี้คุณต้องทำงานกับจานสี - กระดาษที่พวกเขาเลือก ชุดค่าผสมที่ต้องการและแรงกดทับ

2. กระดาษหยาบจะช่วยอำนวยความสะดวกในการใช้งานสีอ่อนและเข้มได้อย่างมาก

3. จังหวะสั้นๆ เบาๆ ควรปั้นรูปร่างของวัตถุดังเช่นเดิม กล่าวคือ ทำซ้ำเส้นหลัก (และไม่ทาสี ตรงกันข้ามกับรูปร่างและรูปทรง)

4. จากนั้นคุณต้องมีจังหวะสุดท้ายที่ฉ่ำและแข็งแกร่งเมื่อเลือกสีที่เหมาะสมแล้ว การเพิ่มไฮไลท์มักจะคุ้มค่าซึ่งจะทำให้ภาพวาดมีชีวิตชีวาขึ้นอย่างมาก วิธีที่ง่ายที่สุดคือการใช้ชอล์คธรรมดาสำหรับสิ่งนี้ (บนกระดาษสี) หรือใช้ยางลบแบบนุ่ม (บนสีขาว) อย่างไรก็ตาม ถ้าคุณใช้เทคนิคหลวมๆ เช่น ชอล์คหรือสีพาสเทล คุณก็สามารถแก้ไขงานด้วยสเปรย์ฉีดผม

เมื่อเชี่ยวชาญเทคนิคนี้ คุณจะสามารถใช้งานได้ตามธรรมชาติโดยไม่มีเวลา "บนเข่าของคุณ" อย่างแท้จริง (อย่าลืมเกี่ยวกับแท็บเล็ต - เพียงแค่กระดาษแข็งที่บรรจุเพียงชิ้นเดียวก็เพียงพอแล้ว!)

และแน่นอน เพื่อความสำเร็จของงาน เราจัดนิทรรศการอย่างแน่นอน บางครั้งในห้องเรียน บางครั้งในทางเดินของโรงเรียน บ่อยครั้งที่รายงานของเด็ก ๆ ในหัวข้อเดียวกันถูกกำหนดเวลาให้กับนิทรรศการ - ทั้งแบบปากเปล่าและแบบเขียน โดยทั่วไปแล้ว โครงการดังกล่าวจะทำให้คุณและเด็กๆ รู้สึกได้ถึงงานที่ยอดเยี่ยมและสวยงาม ซึ่งคุ้มค่ากับการเตรียมตัว อาจด้วยการติดต่อและความสนใจร่วมกันกับครูสอนวาดภาพ คุณสามารถเริ่มทำงานในบทเรียนชีววิทยา: การวิเคราะห์ ขั้นเตรียมการศึกษาวัตถุ สร้างภาพร่างด้วยดินสอ และทำสำเร็จด้วยเทคนิคที่คุณเลือกร่วมกัน - ในบทเรียนของเขา

นี่คือตัวอย่าง พฤกษศาสตร์, หัวข้อ "หนี - ตา, แตกแขนง, โครงสร้างของหน่อ" กิ่งก้านที่มีดอกตูม - ใหญ่อยู่เบื้องหน้า ในพื้นหลัง - เงาของต้นไม้หรือพุ่มไม้ตัดกับพื้นหลังของหิมะสีขาวและท้องฟ้าสีดำ เทคนิค - หมึกดำ กระดาษขาว กิ่งไม้ - จากธรรมชาติ เงาของต้นไม้ - จากภาพถ่ายหรือภาพวาดหนังสือ ชื่อ "ต้นไม้ในฤดูหนาว" หรือ "ภูมิทัศน์ฤดูหนาว"

ตัวอย่างอื่น. เมื่อศึกษาหัวข้อ "ฝูงแมลง" เราทำผลงานสั้น ๆ "รูปร่างและปริมาตรของแมลงเต่าทอง" เทคนิคใด ๆ ที่สื่อถึง chiaroscuro และไฮไลท์ (สีน้ำ หมึกพร้อมน้ำ แปรง) แต่เป็นขาวดำ เพื่อไม่ให้เสียสมาธิจากการพิจารณาและภาพของแบบฟอร์ม (รูปที่ 11) ควรใช้ปากกาหรือปากกาเจลเก็บรายละเอียด (ถ้าคุณใช้แว่นขยาย อุ้งเท้าและหัวจะออกมาดีกว่า)

ข้าว. 11. ด้วง. หมึก ปากกาบนดินสอ ปริมาตร - ด้วยแปรงและหมึกเจือจาง รายละเอียดเล็กน้อยด้วยปากกา จากผ้าซาติน

ผลงานที่สวยงาม 1-2 ชิ้นในหนึ่งส่วนสี่ก็เพียงพอแล้ว และการวาดภาพสิ่งมีชีวิตจะทำให้ผู้เข้าร่วมทุกคนพอใจในกระบวนการที่ยากลำบากนี้

ชีววิทยา- ศาสตร์แห่งธรรมชาติที่มีชีวิต

ชีววิทยาศึกษาความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต โครงสร้างของร่างกายและการทำงานของอวัยวะ การสืบพันธุ์และการพัฒนาของสิ่งมีชีวิต ตลอดจนอิทธิพลของมนุษย์ที่มีต่อสัตว์ป่า

ชื่อของวิทยาศาสตร์นี้มาจากคำภาษากรีกสองคำ " bios" - "ชีวิตและ" โลโก้- "วิทยาศาสตร์คำ"

หนึ่งในผู้ก่อตั้งวิทยาศาสตร์สิ่งมีชีวิตคือนักวิทยาศาสตร์ชาวกรีกโบราณผู้ยิ่งใหญ่ (384 - 322 ปีก่อนคริสตกาล) เขาเป็นคนแรกที่สรุปความรู้ทางชีววิทยาที่มนุษย์ได้รับก่อนหน้าเขา นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอการจำแนกประเภทแรกของสัตว์ การรวมสิ่งมีชีวิตที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกันออกเป็นกลุ่มๆ และกำหนดสถานที่สำหรับบุคคลในนั้น

ต่อมามีนักวิทยาศาสตร์หลายคนที่ศึกษา ประเภทต่างๆสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในโลกของเรา

ครอบครัวชีววิทยาศาสตร์

ชีววิทยาเป็นศาสตร์แห่งธรรมชาติ สาขาวิชาการวิจัยของนักชีววิทยามีมากมาย เช่น จุลินทรีย์ พืช เชื้อรา สัตว์ (รวมถึงมนุษย์) โครงสร้างและการทำงานของสิ่งมีชีวิต ฯลฯ

ทางนี้, ชีววิทยาไม่ใช่แค่วิทยาศาสตร์ แต่เป็นทั้งครอบครัวที่ประกอบด้วยวิทยาศาสตร์ที่แยกจากกันมากมาย.

สำรวจแผนภูมิเชิงโต้ตอบเกี่ยวกับกลุ่มวิทยาศาสตร์ชีวภาพและค้นหาสาขาต่าง ๆ ของการศึกษาชีววิทยา

กายวิภาคศาสตร์- ศาสตร์แห่งรูปแบบและโครงสร้างของอวัยวะแต่ละระบบและร่างกายโดยรวม

สรีรวิทยา- วิทยาศาสตร์ของกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต ระบบ อวัยวะและเนื้อเยื่อ กระบวนการที่เกิดขึ้นในร่างกาย

เซลล์วิทยา- ศาสตร์แห่งโครงสร้างและกิจกรรมของเซลล์

สัตววิทยา เป็นศาสตร์ที่ศึกษาสัตว์

ส่วนของสัตววิทยา:

• กีฏวิทยาเป็นศาสตร์ของแมลง

มีหลายส่วนในนั้น: coleopterology (ด้วงศึกษา), lepidopterology (ผีเสื้อศึกษา), myrmecology (มดศึกษา)

• Ichthyology เป็นศาสตร์ของปลา
• วิทยาวิทยาเป็นศาสตร์แห่งนก
• Theriology เป็นศาสตร์แห่งสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

พฤกษศาสตร์ วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาพืช

เห็ดราวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเห็ด

Protistology วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาโปรโตซัว

ไวรัสวิทยา วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาไวรัส

แบคทีเรียวิทยา วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาแบคทีเรีย

ความสำคัญของชีววิทยา

ชีววิทยามีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับกิจกรรมภาคปฏิบัติของมนุษย์ในหลายๆ แง่มุม เช่น เกษตรกรรม อุตสาหกรรมต่างๆ และการแพทย์

การพัฒนาการเกษตรที่ประสบความสำเร็จในปัจจุบันส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับนักชีววิทยา-พ่อพันธุ์แม่พันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับการปรับปรุงที่มีอยู่และการสร้างพันธุ์พืชที่ปลูกใหม่และสายพันธุ์ของสัตว์เลี้ยง

ต้องขอบคุณความสำเร็จของชีววิทยา อุตสาหกรรมทางจุลชีววิทยาได้ถูกสร้างขึ้นและพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จ ตัวอย่างเช่น kefir นมเปรี้ยว โยเกิร์ต ชีส kvass และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ อีกมากมายที่บุคคลได้รับเนื่องจากกิจกรรมของเชื้อราและแบคทีเรียบางชนิด ด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่ องค์กรต่างๆ จึงผลิตยา วิตามิน สารเติมแต่งอาหาร ผลิตภัณฑ์ป้องกันพืชจากศัตรูพืชและโรค ปุ๋ย และอื่นๆ อีกมากมาย

ความรู้เกี่ยวกับกฎหมายของชีววิทยาช่วยรักษาและป้องกันโรคของมนุษย์

ทุกปีผู้คนใช้ทรัพยากรธรรมชาติมากขึ้นเรื่อยๆ เทคโนโลยีอันทรงพลังกำลังเปลี่ยนแปลงโลกอย่างรวดเร็วจนแทบไม่มีมุมเหลืออยู่บนโลกด้วยธรรมชาติที่ไม่มีใครแตะต้อง

เพื่อรักษาสภาพปกติสำหรับชีวิตมนุษย์ จำเป็นต้องฟื้นฟูสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติที่ถูกทำลาย เฉพาะผู้ที่รู้กฎของธรรมชาติดีเท่านั้นที่สามารถทำได้ ความรู้ด้านชีววิทยาและวิทยาศาสตร์ชีวภาพ นิเวศวิทยาช่วยเราแก้ปัญหาในการรักษาและปรับปรุงสภาพชีวิตบนโลกใบนี้

ทำงานแบบโต้ตอบให้เสร็จ -

เป้าหมาย

• ทางการศึกษา: เพื่อดำเนินการสร้างความรู้เกี่ยวกับชีววิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ ให้แนวคิดเกี่ยวกับส่วนหลักของชีววิทยาและวัตถุที่ศึกษา
• การพัฒนา: เพื่อสร้างทักษะในการทำงานกับแหล่งวรรณกรรม การก่อตัวของทักษะในการเชื่อมโยงการวิเคราะห์
• ทางการศึกษา: เปิดโลกทัศน์ให้กว้างขึ้น สร้างการรับรู้แบบองค์รวมของโลก

งาน

1. เปิดเผยบทบาทของชีววิทยาท่ามกลางวิทยาศาสตร์อื่น ๆ
2. เพื่อเปิดเผยความเชื่อมโยงของชีววิทยากับศาสตร์อื่นๆ
3. กำหนดสาขาต่าง ๆ ของชีววิทยากำลังศึกษา
4. กำหนดบทบาทของชีววิทยาในชีวิต มนุษย์ .
5. วาด ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจที่เกี่ยวข้องกับหัวข้อจากวิดีโอที่นำเสนอในบทเรียน

ข้อกำหนดและแนวคิด

• ชีววิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนซึ่งวัตถุของการศึกษาคือสิ่งมีชีวิตและการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม
• ชีวิตคือรูปแบบการดำรงอยู่ของสสาร ในแง่ที่สูงกว่ารูปแบบการดำรงอยู่ทางกายภาพและทางเคมี ชุดของกระบวนการทางกายภาพและทางเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์ ซึ่งช่วยให้เมตาบอลิซึมและการแบ่งตัวได้
• วิทยาศาสตร์เป็นขอบเขตของกิจกรรมของมนุษย์ที่มุ่งพัฒนาและจัดระบบตามทฤษฎีของความรู้ตามวัตถุประสงค์เกี่ยวกับความเป็นจริง

ระหว่างเรียน

อัพเดทความรู้

จำสิ่งที่ชีววิทยาศึกษา
ตั้งชื่อสาขาชีววิทยาที่คุณรู้จัก
ค้นหาคำตอบที่ถูกต้อง:
1. การศึกษาพฤกษศาสตร์:
แต่) พืช
ข) สัตว์
B) เฉพาะสาหร่าย
2. การศึกษาเห็ดเกิดขึ้นภายใต้กรอบของ:
ก) พฤกษศาสตร์
B) ไวรัสวิทยา;
B) เชื้อราวิทยา
3. ในทางชีววิทยา มีหลายอาณาจักรที่มีความโดดเด่น กล่าวคือ:
ก) 4
ข) 5
AT 7
4. บุคคลอ้างถึงในชีววิทยาเพื่อ:
ก) อาณาจักรสัตว์
B) สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชั้นย่อย;
ค) สกุล Homo sapiens

ด้วยความช่วยเหลือของรูปที่ 1 โปรดจำไว้ว่ากี่อาณาจักรที่มีความโดดเด่นทางชีววิทยา:

ข้าว. 1 อาณาจักรของสิ่งมีชีวิต

การเรียนรู้วัสดุใหม่

เป็นครั้งแรกที่คำว่า "ชีววิทยา" ถูกเสนอโดยศาสตราจารย์ชาวเยอรมัน T. Ruzom ในปี พ.ศ. 2340 แต่เริ่มมีการใช้งานอย่างแข็งขันในปี พ.ศ. 2345 หลังจากใช้สิ่งนี้ ระยะ J-B. ลามาร์คในผลงานของเขา

ทุกวันนี้ ชีววิทยาเป็นศาสตร์ที่ซับซ้อนซึ่งสร้างสาขาวิชาวิทยาศาสตร์อิสระที่เกี่ยวข้องกับวัตถุแห่งการศึกษาบางประเภท

ในบรรดา "สาขา" ของชีววิทยา เราสามารถตั้งชื่อวิทยาศาสตร์เช่น:
- พฤกษศาสตร์ - วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาพืชและส่วนย่อย: mycology, lichenology, briology, geobotany, paleobotany;
- สัตววิทยา- วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาสัตว์และส่วนย่อย: วิทยาวิทยา, อารยาวิทยา, วิทยาวิทยา, ชาติพันธุ์วิทยา;
- นิเวศวิทยา - ศาสตร์แห่งความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม
- กายวิภาคศาสตร์ - ศาสตร์แห่งโครงสร้างภายในของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด
- สัณฐานวิทยา - วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาโครงสร้างภายนอกของสิ่งมีชีวิต
- Cytology - วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเซลล์
- เช่นเดียวกับจุลชีววิทยา พันธุศาสตร์ สรีรวิทยา จุลชีววิทยาและอื่น ๆ

โดยทั่วไป คุณสามารถเห็นจำนวนรวมของวิทยาศาสตร์ชีวภาพในรูปที่ 2:

ข้าว. 2 วิทยาศาสตร์ชีวภาพ

ในเวลาเดียวกัน วิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่งถูกแยกออกจากกัน ซึ่งเกิดขึ้นจากการปฏิสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดของชีววิทยากับวิทยาศาสตร์อื่น ๆ และเรียกว่าบูรณาการ วิทยาศาสตร์เหล่านี้สามารถนำมาประกอบได้อย่างปลอดภัย: ชีวเคมี ชีวฟิสิกส์ ภูมิศาสตร์ชีวภาพ เทคโนโลยีชีวภาพ รังสีชีววิทยา ชีววิทยาอวกาศและอื่น ๆ รูปที่ 3 แสดงวิทยาศาสตร์บูรณาการหลักกับชีววิทยา

ข้าว. 3. วิทยาศาสตร์ชีวภาพเชิงบูรณาการ

ความรู้ทางชีววิทยาเป็นสิ่งสำคัญสำหรับบุคคล
ภารกิจที่ 1: พยายามกำหนดตัวเองว่าอะไรคือสิ่งสำคัญ ความรู้ทางชีววิทยาสำหรับคน?
กิจกรรมที่ 2: ชมวิดีโอต่อไปนี้เกี่ยวกับวิวัฒนาการและพิจารณาว่าความรู้ทางวิทยาศาสตร์ชีวภาพใดที่จำเป็นในการสร้าง

และตอนนี้เราจำได้ว่าความรู้ประเภทใดและทำไมคนถึงต้องการ:
- สำหรับกำหนด โรคต่างๆสิ่งมีชีวิต การรักษาและการป้องกันของพวกเขาต้องการความรู้เกี่ยวกับร่างกายมนุษย์ ซึ่งหมายถึงความรู้เกี่ยวกับ: กายวิภาคศาสตร์ สรีรวิทยา พันธุศาสตร์ เซลล์วิทยา ขอบคุณความสำเร็จของชีววิทยา อุตสาหกรรมเริ่มผลิตยา วิตามิน และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ

ในอุตสาหกรรมอาหารจำเป็นต้องรู้พฤกษศาสตร์ ชีวเคมี สรีรวิทยาของมนุษย์
- ความรู้ทางการเกษตรเกี่ยวกับพฤกษศาสตร์และชีวเคมีเป็นสิ่งจำเป็น ต้องขอบคุณการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตพืชและสัตว์ มันจึงเป็นไปได้ที่จะสร้าง วิธีการทางชีววิทยาการควบคุมศัตรูพืช ตัวอย่างเช่น ความรู้อันซับซ้อนของพฤกษศาสตร์และสัตววิทยามีให้เห็นในการเกษตร และสามารถเห็นได้ในวิดีโอสั้นๆ

และนี่เป็นเพียงรายการสั้นๆ ของ "บทบาทที่เป็นประโยชน์ของความรู้ทางชีววิทยา" ในชีวิตมนุษย์
วิดีโอต่อไปนี้จะช่วยให้คุณเข้าใจบทบาทของชีววิทยาในชีวิตได้ดีขึ้น

เป็นไปไม่ได้ที่จะลบความรู้ทางชีววิทยาออกจากความรู้ที่จำเป็น เนื่องจากชีววิทยาศึกษาชีวิตของเรา ชีววิทยาให้ความรู้ที่ใช้ในชีวิตส่วนใหญ่

ภารกิจที่ 3 อธิบายว่าทำไม ชีววิทยาสมัยใหม่เรียกว่าวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อน

การรวบรวมความรู้

1. ชีววิทยาคืออะไร?
2. ตั้งชื่อส่วนย่อยของพฤกษศาสตร์
3. ความรู้เกี่ยวกับกายวิภาคศาสตร์มีบทบาทอย่างไรในชีวิตมนุษย์?
4. ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่จำเป็นสำหรับการแพทย์คืออะไร?
5. ใครเป็นผู้ระบุแนวคิดของชีววิทยาก่อน?
6. ดูรูปที่ 4 และพิจารณาว่าวิทยาศาสตร์ใดกำลังศึกษาวัตถุที่ปรากฎ:

รูปที่ 4 วิทยาศาสตร์อะไรศึกษาวัตถุนี้

7. ศึกษารูปที่ 5 ตั้งชื่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมดและวิทยาศาสตร์ที่ศึกษา

ข้าว. 5. สิ่งมีชีวิต

การบ้าน

1. ประมวลผลเนื้อหาตำราเรียน - วรรค 1
2. เขียนลงในสมุดบันทึกและเรียนรู้เงื่อนไข: ชีววิทยา ชีวิต วิทยาศาสตร์
3. เขียนลงในสมุดบันทึกทุกส่วนและส่วนย่อยของชีววิทยาเป็นวิทยาศาสตร์โดยสังเขปโดยสังเขป

ปลาที่ไม่มีตา Phreaticthys andruzzii ถูกค้นพบเมื่อเร็ว ๆ นี้อาศัยอยู่ในถ้ำใต้ดินซึ่งนาฬิกาภายในไม่ได้ตั้งไว้ที่ 24 (เหมือนในสัตว์อื่น ๆ ) แต่ถึง 47 ชั่วโมง การกลายพันธุ์คือการตำหนิสำหรับสิ่งนี้ซึ่งปิดตัวรับที่ไวต่อแสงทั้งหมดในร่างกายของปลาเหล่านี้

จำนวนสปีชีส์ทางชีววิทยาทั้งหมดที่อาศัยอยู่บนโลกของเรานั้นประมาณโดยนักวิทยาศาสตร์ที่ 8.7 ล้าน และเปิดเผยและจำแนกจากพวกมันบน ช่วงเวลานี้ไม่เกิน 20% ของจำนวนนี้

ปลาน้ำแข็งหรือปลาไวต์ฟิชอาศัยอยู่ในน่านน้ำของทวีปแอนตาร์กติกา นี่เป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังชนิดเดียวที่ไม่มีเซลล์เม็ดเลือดแดงและฮีโมโกลบินในเลือด ดังนั้นเลือดของปลาน้ำแข็งจึงไม่มีสี เมแทบอลิซึมของพวกเขาขึ้นอยู่กับออกซิเจนที่ละลายในเลือดโดยตรงเท่านั้น

คำว่า "ลูกครึ่ง" มาจากคำกริยา "ผิดประเวณี" และเดิมหมายถึงเฉพาะลูกหลานนอกกฎหมายของสัตว์พันธุ์แท้ เมื่อเวลาผ่านไป ในทางชีววิทยา คำนี้ถูกแทนที่ด้วยคำว่า "ลูกผสม" แต่กลายเป็นคำที่ไม่เหมาะสมในความสัมพันธ์กับผู้คน

รายการแหล่งที่ใช้

1. บทเรียน "ชีววิทยา - ศาสตร์แห่งชีวิต" Konstantinova E. A. อาจารย์วิชาชีววิทยาโรงเรียนมัธยมหมายเลข 3 ตเวียร์
2. บทเรียน "บทนำ ชีววิทยาเป็นศาสตร์แห่งชีวิต” Titorov Yu.I. อาจารย์วิชาชีววิทยาผู้อำนวยการ Kemerovo CL
3. บทเรียน "ชีววิทยา - ศาสตร์แห่งชีวิต" Nikitina O.V. ครูสอนชีววิทยา MOU "โรงเรียนมัธยมหมายเลข 8, Cherepovets
4. Zakharov V.B. , Kozlova T.A. , Mamontov S.G. "ชีววิทยา" (ฉบับที่ 4) -L.: Academy, 2011.- 512s
5. Matyash N.Yu. , Shabatura N.N. ชีววิทยาเกรด 9 - K.: Geneza, 2009. - 253 p.

แก้ไขและส่งโดย Borisenko I.N.

ทำงานในบทเรียน

Borisenko I.N.

คอนสแตนติโนว่า E.A.

Titorova Yu.I.

Nikitina O.V.

วิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตกำลังเคลื่อนจากใหญ่ไปเล็ก เมื่อเร็ว ๆ นี้ ชีววิทยาอธิบายเฉพาะลักษณะภายนอกของสัตว์ พืช แบคทีเรีย อณูชีววิทยาศึกษาสิ่งมีชีวิตในระดับปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลแต่ละโมเลกุล ชีววิทยาโครงสร้าง - ศึกษากระบวนการในเซลล์ในระดับอะตอม หากคุณต้องการเรียนรู้วิธี "มองเห็น" อะตอมแต่ละตัว ชีววิทยาเชิงโครงสร้างทำงานอย่างไร และ "ชีวิต" และเครื่องมือใดที่มันใช้ คุณมาอยู่ที่นี่แล้ว!

พันธมิตรทั่วไปของวงจรคือบริษัท: ซัพพลายเออร์ที่ใหญ่ที่สุดของอุปกรณ์ รีเอเจนต์ และ เสบียงเพื่อการวิจัยและการผลิตทางชีววิทยา

หนึ่งในภารกิจหลักของ "ชีวโมเลกุล" คือการไปถึงรากเหง้า เราไม่เพียงแค่บอกข้อเท็จจริงใหม่ที่นักวิจัยค้นพบ แต่เราพูดถึงวิธีที่พวกเขาค้นพบ เราพยายามอธิบายหลักการของวิธีการทางชีววิทยา คุณจะเอายีนออกจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งและแทรกเข้าไปในอีกสิ่งมีชีวิตได้อย่างไร? จะติดตามชะตากรรมของโมเลกุลเล็ก ๆ สองสามตัวในเซลล์ขนาดใหญ่ได้อย่างไร? จะกระตุ้นเซลล์ประสาทกลุ่มเล็ก ๆ กลุ่มหนึ่งในสมองขนาดใหญ่ได้อย่างไร?

ดังนั้นเราจึงตัดสินใจที่จะพูดคุยเกี่ยวกับวิธีการทางห้องปฏิบัติการอย่างเป็นระบบมากขึ้น เพื่อรวบรวมวิธีการทางชีววิทยาที่สำคัญที่สุดและทันสมัยที่สุดมาไว้ในรูบริกฉบับเดียว เพื่อให้น่าสนใจและชัดเจนยิ่งขึ้น เราได้แสดงบทความอย่างละเอียด และเพิ่มแอนิเมชั่นที่นี่และที่นั่น เราต้องการให้บทความของรูบริกใหม่มีความน่าสนใจและเข้าใจได้ง่ายแม้กับผู้สัญจรไปมา และในทางกลับกัน พวกเขาควรมีรายละเอียดมากจนแม้แต่มืออาชีพก็สามารถค้นพบสิ่งใหม่ๆ ในตัวพวกเขาได้ เราได้รวบรวมวิธีการต่างๆ ออกเป็น 12 กลุ่มใหญ่ และกำลังจะจัดทำปฏิทินชีวมิติตามวิธีการเหล่านี้ รอการอัพเดท!

ทำไมต้องชีววิทยาโครงสร้าง?

อย่างที่คุณทราบ ชีววิทยาเป็นศาสตร์แห่งชีวิต เธอปรากฏตัวใน ต้นXIXศตวรรษและร้อยปีแรกของการดำรงอยู่เป็นเพียงการพรรณนา งานหลักของชีววิทยาในเวลานั้นคือการค้นหาและกำหนดลักษณะของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และหลังจากนั้นเล็กน้อย - เพื่อระบุความสัมพันธ์ในครอบครัวระหว่างพวกเขา เมื่อเวลาผ่านไปและด้วยการพัฒนาด้านวิทยาศาสตร์อื่น ๆ หลายสาขาที่มีคำนำหน้า "โมเลกุล" เกิดขึ้นจากชีววิทยา: อณูพันธุศาสตร์, อณูชีววิทยาและชีวเคมี - วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาสิ่งมีชีวิตในระดับโมเลกุลของแต่ละบุคคลและไม่เป็นไปตาม รูปร่างสิ่งมีชีวิตหรือตำแหน่งสัมพัทธ์ อวัยวะภายใน. ในที่สุด ไม่นานมานี้ (ในทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ผ่านมา) สาขาวิชาความรู้ดังกล่าวปรากฏเป็น ชีววิทยาโครงสร้าง- ศาสตร์ที่ศึกษากระบวนการของสิ่งมีชีวิตในระดับการเปลี่ยนแปลง โครงสร้างเชิงพื้นที่โมเลกุลเดี่ยว อันที่จริง ชีววิทยาเชิงโครงสร้างอยู่ที่จุดตัดของสามศาสตร์ที่แตกต่างกัน ประการแรก นี่คือชีววิทยา เนื่องจากวิทยาศาสตร์ศึกษาวัตถุที่มีชีวิต ประการที่สอง ฟิสิกส์ เนื่องจากมีการใช้คลังแสงที่กว้างที่สุดของวิธีการทดลองทางกายภาพ และประการที่สาม เคมี เนื่องจากการเปลี่ยนโครงสร้างของโมเลกุลเป็นเป้าหมายของวินัยเฉพาะนี้

ชีววิทยาโครงสร้างศึกษาสารประกอบสองกลุ่มหลัก - โปรตีน ( "ร่างกายที่ทำงาน" หลักของสิ่งมีชีวิตที่รู้จักทั้งหมด) และกรดนิวคลีอิก (โมเลกุล "ข้อมูล" หลัก) ต้องขอบคุณชีววิทยาเชิงโครงสร้างที่เรารู้ว่า DNA มีโครงสร้างเกลียวคู่ ที่ tRNA ควรจะแสดงเป็นตัวอักษรโบราณ "G" และไรโบโซมนั้นมีหน่วยย่อยขนาดใหญ่และเล็ก ซึ่งประกอบด้วยโปรตีนและ RNA ในรูปแบบที่แน่นอน .

เป้าหมายระดับโลกชีววิทยาเชิงโครงสร้างก็เหมือนกับวิทยาศาสตร์อื่นๆ คือการ "เข้าใจว่าสิ่งต่างๆ ทำงานอย่างไร" ห่วงโซ่โปรตีนพับในรูปแบบใดซึ่งทำให้เซลล์แบ่งตัว บรรจุภัณฑ์ของเอนไซม์เปลี่ยนแปลงอย่างไรในระหว่างกระบวนการทางเคมีที่ดำเนินการ ฮอร์โมนการเจริญเติบโตและตัวรับมีปฏิสัมพันธ์กันที่ตำแหน่งใด - นี่คือคำถามที่วิทยาศาสตร์นี้ตอบ . นอกจากนี้ เป้าหมายที่แยกจากกันคือการรวบรวมข้อมูลปริมาณมากที่สามารถตอบคำถามเหล่านี้ (สำหรับวัตถุที่ยังไม่ได้ศึกษา) บนคอมพิวเตอร์ได้โดยไม่ต้องอาศัยการทดลองที่มีราคาแพง

ตัวอย่างเช่น คุณต้องเข้าใจว่าระบบเรืองแสงทางชีวภาพทำงานอย่างไรในหนอนหรือเชื้อรา - พวกมันถอดรหัสจีโนม โดยอาศัยข้อมูลเหล่านี้ พวกเขาพบโปรตีนที่ต้องการและทำนายโครงสร้างเชิงพื้นที่ของมันพร้อมกับกลไกการทำงาน จริงอยู่ เป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การตระหนักว่าจนถึงตอนนี้ วิธีการดังกล่าวมีอยู่ในวัยทารกเท่านั้น และยังเป็นไปไม่ได้ที่จะทำนายโครงสร้างของโปรตีนอย่างแม่นยำ โดยมีเพียงยีนของมันเท่านั้น ในทางกลับกัน ผลลัพธ์ของชีววิทยาเชิงโครงสร้างมีการนำไปใช้ในด้านการแพทย์ ตามที่นักวิจัยหลายคนหวังว่า ความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างของชีวโมเลกุลและกลไกการทำงานของพวกเขาจะช่วยให้สามารถพัฒนายาใหม่ ๆ ได้อย่างมีเหตุมีผล ไม่ใช่จากการลองผิดลองถูก เสร็จแล้ว และนี่ไม่ใช่นิยายวิทยาศาสตร์: มียาหลายชนิดที่สร้างหรือปรับให้เหมาะสมโดยใช้ชีววิทยาเชิงโครงสร้าง

ประวัติชีววิทยาโครงสร้าง

ประวัติของชีววิทยาโครงสร้าง (รูปที่ 1) ค่อนข้างสั้นและเริ่มต้นในช่วงต้นทศวรรษ 1950 เมื่อ James Watson และ Francis Crick จากข้อมูลจาก Rosalind Franklin เกี่ยวกับการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์บนผลึก DNA ประกอบแบบจำลองของคู่ที่รู้จักกันในขณะนี้ เกลียวจากดีไซเนอร์วินเทจ ก่อนหน้านี้เล็กน้อย Linus Pauling ได้สร้างแบบจำลองที่น่าเชื่อถือตัวแรกของเกลียว ซึ่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบพื้นฐานของโครงสร้างรองของโปรตีน (รูปที่ 2)

ห้าปีต่อมาในปี 1958 ได้มีการกำหนดโครงสร้างโปรตีนแรกของโลก - myoglobin (โปรตีนของเส้นใยกล้ามเนื้อ) ของวาฬสเปิร์ม (รูปที่ 3) แน่นอนว่ามันไม่ได้ดูสวยงามเท่าโครงสร้างสมัยใหม่ แต่เป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาวิทยาศาสตร์สมัยใหม่

รูปที่ 3b. โครงสร้างเชิงพื้นที่แรกของโมเลกุลโปรตีน John Kendrew และ Max Perutz สาธิตโครงสร้างเชิงพื้นที่ของ myoglobin ที่ประกอบจากตัวสร้างพิเศษ

สิบปีต่อมา ในปี พ.ศ. 2527-2528 โครงสร้างแรกได้รับการระบุโดยสเปกโตรสโคปีเรโซแนนซ์เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ นับตั้งแต่ช่วงเวลานั้นเป็นต้นมา มีการค้นพบที่สำคัญหลายอย่างเกิดขึ้น: ในปี 1985 พวกเขาได้รับโครงสร้างของคอมเพล็กซ์แรกของเอนไซม์ที่มีตัวยับยั้ง ในปี 1994 พวกเขาได้กำหนดโครงสร้างของ ATP synthase ซึ่งเป็น "เครื่องจักร" หลักของโรงไฟฟ้าของเซลล์ของเรา (ไมโตคอนเดรีย) และในปี 2543 พวกเขาได้รับ "โรงงาน" โครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีน - ไรโบโซมซึ่งประกอบด้วยโปรตีนและ RNA (รูปที่ 6) ในศตวรรษที่ 21 การพัฒนาของชีววิทยาเชิงโครงสร้างได้เกิดขึ้นอย่างก้าวกระโดด ตามมาด้วยจำนวนโครงสร้างเชิงพื้นที่ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โครงสร้างของโปรตีนหลายคลาสได้รับมา: ตัวรับฮอร์โมนและไซโตไคน์, ตัวรับ G-โปรตีนควบคู่, ตัวรับที่เหมือนโทร, โปรตีน ระบบภูมิคุ้มกันและอื่น ๆ อีกมากมาย.

ด้วยการถือกำเนิดของเทคโนโลยีใหม่สำหรับการบันทึกและประมวลผลภาพของกล้องจุลทรรศน์ไครโออิเล็กตรอนในปี 2010 โครงสร้างที่ซับซ้อนจำนวนมากของโปรตีนเมมเบรนปรากฏขึ้นในความละเอียดสูงพิเศษ ความก้าวหน้าของชีววิทยาเชิงโครงสร้างยังไม่มีใครสังเกต: 14 รางวัลโนเบลได้รับรางวัลสำหรับการค้นพบในพื้นที่นี้ โดยห้ารางวัลในศตวรรษที่ 21

วิธีการทางชีววิทยาโครงสร้าง

การวิจัยในสาขาชีววิทยาโครงสร้างดำเนินการโดยใช้วิธีการทางกายภาพหลายวิธี ซึ่งมีเพียงสามวิธีเท่านั้นที่ทำให้ได้โครงสร้างเชิงพื้นที่ของชีวโมเลกุลในความละเอียดของอะตอม วิธีการทางชีววิทยาโครงสร้างขึ้นอยู่กับการวัดปฏิกิริยาของสารทดสอบกับ หลากหลายชนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรืออนุภาคมูลฐาน เทคนิคทั้งหมดต้องใช้ทรัพยากรทางการเงินจำนวนมาก - ต้นทุนของอุปกรณ์มักจะน่าทึ่ง

ในอดีต วิธีแรกของชีววิทยาโครงสร้างคือการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) (รูปที่ 7) ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 พบว่าตามรูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์บนคริสตัล เราสามารถศึกษาคุณสมบัติของพวกมันได้ เช่น ประเภทของสมมาตรของเซลล์ ความยาวของพันธะระหว่างอะตอม เป็นต้น อย่างไรก็ตาม หากอย่างไรก็ตาม , มี สารประกอบอินทรีย์จากนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะคำนวณพิกัดของอะตอมและด้วยเหตุนี้โครงสร้างทางเคมีและเชิงพื้นที่ของโมเลกุลเหล่านี้ นี่คือที่มาของโครงสร้างของเพนิซิลลินในปี 1949 และในปี 1953 โครงสร้างของเกลียวคู่ของ DNA

ดูเหมือนว่าทุกอย่างเรียบง่าย แต่มีความแตกต่าง

ประการแรก จำเป็นต้องได้รับคริสตัล และขนาดของมันต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอ (รูปที่ 8) หากโมเลกุลที่ไม่ซับซ้อนมากสามารถทำได้ (โปรดจำไว้ว่าเกลือแกงหรือกรดกำมะถันสีน้ำเงินตกผลึกอย่างไร!) การตกผลึกของโปรตีนเป็นงานที่ยากมากซึ่งต้องใช้ขั้นตอนการค้นหาที่ไม่ชัดเจน เงื่อนไขที่เหมาะสมที่สุด. ตอนนี้เสร็จสิ้นด้วยความช่วยเหลือของหุ่นยนต์พิเศษที่ปรุงอาหารและตรวจสอบหลายร้อย โซลูชั่นต่างๆในการค้นหาผลึกโปรตีน "แตกหน่อ", . อย่างไรก็ตาม ในช่วงแรก ๆ ของผลึกศาสตร์ การได้รับผลึกโปรตีนอาจใช้เวลาอันมีค่านานหลายปี

ประการที่สอง บนพื้นฐานของข้อมูลที่ได้รับ ("รูปแบบการเลี้ยวเบน" ดิบ รูปที่ 8) จำเป็นต้อง "คำนวณ" โครงสร้าง นี่ก็เป็นงานประจำเช่นกัน แต่เมื่อ 60 ปีที่แล้ว ในยุคของเทคโนโลยีหลอดไฟและการ์ดเจาะรู มันไม่ได้ง่ายขนาดนั้น

ประการที่สาม แม้ว่าจะเป็นไปได้ที่จะเติบโตเป็นผลึก แต่ก็ไม่จำเป็นเลยที่โครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีนจะถูกกำหนด: ด้วยเหตุนี้ โปรตีนจะต้องมีโครงสร้างที่เหมือนกันในทุกจุดที่มีโครงข่าย ซึ่งอยู่ห่างไกลจาก กรณี.

และประการที่สี่ คริสตัลอยู่ไกลจากสภาพธรรมชาติของโปรตีน การศึกษาโปรตีนในผลึกก็เหมือนกับการศึกษาผู้คนโดยการบรรจุสิบตัวในครัวเล็กๆ ที่มีควัน คุณจะพบว่าผู้คนมีแขน ขา และหัว แต่พฤติกรรมอาจไม่เหมือนกันในสภาพแวดล้อมที่สะดวกสบาย อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์เป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุดในการกำหนดโครงสร้างเชิงพื้นที่ และ 90% ของเนื้อหาของ PDB ได้มาโดยใช้วิธีนี้

SAR ต้องการแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่ทรงพลัง - เครื่องเร่งอิเล็กตรอนหรือเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ (รูปที่ 9) แหล่งข้อมูลดังกล่าวมีราคาแพง - หลายพันล้านเหรียญสหรัฐ - แต่โดยทั่วไปแล้ว แหล่งเดียวถูกใช้โดยกลุ่มหลายร้อยหรือหลายพันกลุ่มทั่วโลกโดยมีค่าธรรมเนียมเพียงเล็กน้อย ไม่มีแหล่งที่มาที่มีประสิทธิภาพในประเทศของเรา ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่จึงเดินทางจากรัสเซียไปยังสหรัฐอเมริกาหรือยุโรปเพื่อวิเคราะห์ผลึกที่ได้รับ คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการศึกษาเรื่องรัก ๆ ใคร่ ๆ เหล่านี้ได้ในบทความ " ห้องปฏิบัติการวิจัยขั้นสูงเกี่ยวกับโปรตีนเมมเบรน: จากยีนสู่อังสตรอม» .

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ต้องการแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่ทรงพลัง ยิ่งแหล่งกำเนิดมีพลังมากเท่าใด ขนาดของคริสตัลก็จะยิ่งเล็กลงเท่านั้น และนักชีววิทยาด้านความเจ็บปวดและวิศวกรด้านพันธุศาสตร์ที่เจ็บปวดน้อยลงจะต้องอดทนพยายามเพื่อให้ได้คริสตัลที่โชคร้าย รังสีเอกซ์หาได้ง่ายที่สุดโดยการเร่งลำแสงอิเล็กตรอนในซินโครตรอนหรือไซโคลตรอน - เครื่องเร่งวงแหวนขนาดยักษ์ เมื่ออิเล็กตรอนประสบความเร่ง มันจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความถี่ที่ต้องการ เมื่อเร็ว ๆ นี้แหล่งกำเนิดรังสีที่มีพลังพิเศษใหม่ได้ปรากฏขึ้น - เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ (XFEL)

หลักการทำงานของเลเซอร์นั้นค่อนข้างง่าย (รูปที่ 9) อย่างแรก อิเล็กตรอนจะถูกเร่งให้มีพลังงานสูงโดยใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด (ความยาวของคันเร่งคือ 1-2 กม.) จากนั้นพวกมันจะเคลื่อนผ่านสิ่งที่เรียกว่าลูกคลื่น - ชุดแม่เหล็กที่มีขั้วต่างกัน

รูปที่ 9 หลักการทำงานของเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระลำอิเล็กตรอนจะถูกเร่ง เคลื่อนผ่านแกนหมุน และปล่อยรังสีแกมมาที่ตกบนตัวอย่างทางชีววิทยา

อิเล็กตรอนเริ่มเบี่ยงเบนไปจากทิศทางของลำแสงเป็นระยะ โดยผ่านตัวกระเพื่อมและปล่อยรังสีเอกซ์ออกมา เนื่องจากอิเล็กตรอนทั้งหมดเคลื่อนที่ในลักษณะเดียวกัน การแผ่รังสีจึงถูกขยายขึ้นเนื่องจากการที่อิเล็กตรอนลำอื่นเริ่มดูดซับและปล่อยคลื่นเอ็กซ์เรย์ที่มีความถี่เดียวกันออกมาอีกครั้ง อิเล็กตรอนทั้งหมดปล่อยรังสีออกมาพร้อมกันในรูปของแสงวาบที่มีพลังมหาศาลและสั้นมาก (ด้วยระยะเวลาน้อยกว่า 100 femtoseconds) พลังของลำแสงเอ็กซ์เรย์นั้นสูงมากจนแฟลชสั้น ๆ หนึ่งครั้งเปลี่ยนคริสตัลขนาดเล็กให้เป็นพลาสมา (รูปที่ 10) อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่เฟมโตวินาทีในขณะที่คริสตัลไม่บุบสลาย ได้ภาพที่มีคุณภาพสูงสุดเนื่องจาก ความเข้มสูงและการเชื่อมโยงกันของลำแสง ค่าใช้จ่ายของเลเซอร์ดังกล่าวอยู่ที่ 1.5 พันล้านดอลลาร์และมีเพียงสี่แห่งที่ติดตั้งในโลก (ตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกา (รูปที่ 11) ญี่ปุ่นเกาหลีและสวิตเซอร์แลนด์) ในปีพ. ศ. 2560 มีการวางแผนที่จะนำเลเซอร์ที่ห้า - ยุโรปมาใช้ในการก่อสร้างซึ่งรัสเซียเข้าร่วมด้วย

รูปที่ 10 การแปลงโปรตีนเป็นพลาสมาใน 50 fs ภายใต้การกระทำของพัลส์เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ Femtosecond = 1/1000000000000000 วินาที

โครงสร้างเชิงพื้นที่ประมาณ 10% ในฐานข้อมูล PDB ถูกกำหนดโดยใช้ NMR spectroscopy รัสเซียมีสเปกโตรมิเตอร์ NMR ที่มีความไวต่องานหนักหลายตัวซึ่งใช้สำหรับงานระดับโลก ห้องปฏิบัติการ NMR ที่ใหญ่ที่สุดไม่เพียงแต่ในรัสเซีย แต่ทั่วทั้งพื้นที่ทางตะวันออกของกรุงปรากและทางตะวันตกของกรุงโซล ตั้งอยู่ที่สถาบันเคมีชีวภาพ Russian Academy of Sciences (มอสโก)

สเปกโตรมิเตอร์ NMR เป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมของชัยชนะของเทคโนโลยีเหนือเหตุผล ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว ต้องใช้สนามแม่เหล็กแรงสูงเพื่อใช้วิธี NMR spectroscopy ดังนั้นหัวใจของอุปกรณ์จึงเป็นแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด ซึ่งเป็นขดลวดโลหะผสมพิเศษที่แช่อยู่ในฮีเลียมเหลว (−269 ° C) จำเป็นต้องใช้ฮีเลียมเหลวเพื่อให้ได้ความเป็นตัวนำยิ่งยวด เพื่อป้องกันไม่ให้ฮีเลียมระเหยออกไป จึงมีการสร้างถังขนาดใหญ่ที่มีไนโตรเจนเหลว (−196 °C) ขึ้น แม้ว่าจะเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ก็ไม่ใช้ไฟฟ้า: ขดลวดตัวนำยิ่งยวดไม่มีความต้านทาน อย่างไรก็ตาม แม่เหล็กจะต้อง "ป้อน" อย่างต่อเนื่องด้วยฮีเลียมเหลวและไนโตรเจนเหลว (รูปที่ 15) ถ้าคุณไม่ปฏิบัติตาม "ดับ" จะเกิดขึ้น: ขดลวดจะร้อนขึ้น ฮีเลียมจะระเหยอย่างระเบิดและอุปกรณ์จะแตก ( ซม.วิดีโอ) สิ่งสำคัญคือสนามในตัวอย่างที่มีความยาว 5 ซม. ต้องมีความสม่ำเสมออย่างยิ่ง ดังนั้นอุปกรณ์จึงมีแม่เหล็กขนาดเล็กจำนวนสองโหลที่จำเป็นในการปรับสนามแม่เหล็กอย่างละเอียด

วีดีโอ. "ดับ" ตามแผนของสเปกโตรมิเตอร์ NMR 21.14-tesla

ในการวัด คุณต้องมีเซ็นเซอร์ - คอยล์พิเศษที่สร้างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและบันทึกสัญญาณ "ย้อนกลับ" - การสั่น โมเมนต์แม่เหล็กตัวอย่าง. เพื่อปรับปรุงความไวขึ้น 2-4 เท่า เซ็นเซอร์จะถูกทำให้เย็นลงถึง -200 °C ซึ่งจะช่วยขจัดสัญญาณรบกวนจากความร้อน การทำเช่นนี้พวกเขาสร้างเครื่องจักรพิเศษ - แพลตฟอร์มไครโอซึ่งทำให้ฮีเลียมเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ต้องการและปั๊มไว้ใกล้กับเครื่องตรวจจับ

มีวิธีการทั้งหมดตามปรากฏการณ์การกระเจิงของแสง รังสีเอกซ์ หรือคานนิวตรอน ขึ้นอยู่กับความเข้มของการแผ่รังสี/การกระเจิงของอนุภาคในมุมต่างๆ วิธีการเหล่านี้ทำให้สามารถกำหนดขนาดและรูปร่างของโมเลกุลในสารละลายได้ (รูปที่ 16) การกระเจิงไม่สามารถกำหนดโครงสร้างของโมเลกุลได้ แต่สามารถใช้เป็นตัวช่วยเมื่อใช้วิธีการอื่น เช่น NMR spectroscopy เครื่องมือวัดการกระเจิงของแสงนั้นค่อนข้างถูก โดยมีราคา "เพียง" ประมาณ 100,000 ดอลลาร์ ในขณะที่วิธีการอื่นๆ ต้องใช้เครื่องเร่งอนุภาคในมือที่สามารถสร้างลำแสงนิวตรอนหรือลำแสงรังสีเอกซ์อันทรงพลังได้

อีกวิธีหนึ่งที่ไม่สามารถกำหนดโครงสร้างได้ แต่สามารถรับข้อมูลที่สำคัญบางอย่างได้คือ การถ่ายโอนพลังงานเรืองแสงเรโซแนนซ์(เฟรต). วิธีนี้ใช้ปรากฏการณ์เรืองแสง - ความสามารถของสารบางชนิดในการดูดซับแสงที่มีความยาวคลื่นหนึ่งโดยเปล่งแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน เป็นไปได้ที่จะเลือกสารประกอบคู่หนึ่ง ซึ่งหนึ่งในนั้น (ผู้บริจาค) แสงที่ปล่อยออกมาระหว่างการเรืองแสงจะสอดคล้องกับความยาวคลื่นการดูดกลืนลักษณะเฉพาะของวินาที (ตัวรับ) ฉายรังสีผู้บริจาคด้วยเลเซอร์ของความยาวคลื่นที่ต้องการและวัดการเรืองแสงของตัวรับ ผลกระทบของ FRET ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างโมเลกุล ดังนั้น หากคุณแนะนำผู้ให้และตัวรับสารเรืองแสงเข้าไปในโมเลกุลของโปรตีนสองชนิดหรือโดเมนที่แตกต่างกัน (หน่วยโครงสร้าง) ของโปรตีนหนึ่งตัว คุณสามารถศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนหรือการจัดเรียงโดเมนร่วมกัน ในโปรตีน การลงทะเบียนดำเนินการโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล ดังนั้น FRET จึงเป็นวิธีการที่มีราคาถูก แม้ว่าจะไม่ได้ข้อมูล ซึ่งการใช้งานนี้เกี่ยวข้องกับความยากลำบากในการตีความข้อมูล

ในที่สุด เป็นไปไม่ได้ที่จะไม่พูดถึง "วิธีการฝัน" ของนักชีววิทยาเชิงโครงสร้าง - การสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ (รูปที่ 17) แนวคิดของวิธีนี้คือการใช้ความรู้สมัยใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างและพฤติกรรมของโมเลกุลเพื่อจำลองพฤติกรรมของโปรตีนในแบบจำลองคอมพิวเตอร์ ตัวอย่างเช่นโดยใช้วิธีการพลวัตของโมเลกุลสามารถติดตามการเคลื่อนไหวของโมเลกุลหรือกระบวนการของโปรตีน "การประกอบ" (พับ) แบบเรียลไทม์สำหรับ "แต่": เวลาสูงสุดที่คำนวณได้ไม่เกิน 1 ms ซึ่งสั้นมาก แต่ยิ่งไปกว่านั้น ต้องใช้ทรัพยากรการคำนวณมหาศาล (รูปที่ 18) เป็นไปได้ที่จะศึกษาพฤติกรรมของระบบเป็นเวลานาน มีเพียงสิ่งนี้เท่านั้นที่ทำได้โดยสูญเสียความแม่นยำที่ยอมรับไม่ได้

การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ใช้ในการวิเคราะห์โครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีน การเทียบท่าจะใช้เพื่อค้นหายาที่มีศักยภาพซึ่งมีแนวโน้มที่จะโต้ตอบกับโปรตีนเป้าหมายสูง ในขณะนี้ ความแม่นยำของการคาดคะเนยังต่ำ แต่การเทียบท่าสามารถจำกัดช่วงของสารที่อาจออกฤทธิ์ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการทดสอบเพื่อพัฒนายาตัวใหม่ได้อย่างมีนัยสำคัญ

ฟิลด์หลัก การใช้งานจริงผลลัพธ์ของชีววิทยาเชิงโครงสร้างคือการพัฒนายาหรือการออกแบบยาในปัจจุบันที่ทันสมัย มีสองวิธีในการพัฒนายาตามข้อมูลโครงสร้าง: คุณสามารถเริ่มจากแกนด์หรือจากโปรตีนเป้าหมาย หากรู้จักยาหลายชนิดที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับโปรตีนเป้าหมายและได้รับโครงสร้างของสารเชิงซ้อนของโปรตีนและยาก็เป็นไปได้ที่จะสร้างแบบจำลองของ "ยาในอุดมคติ" ตามคุณสมบัติของ "กระเป๋า" ของการผูกมัด บนพื้นผิวของโมเลกุลโปรตีน เน้นคุณสมบัติที่จำเป็นของยาที่มีศักยภาพ และค้นหาจากสารประกอบธรรมชาติทั้งหมดที่รู้จักกันดีและไม่ใช่เช่นนั้น คุณยังสามารถสร้างความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติของโครงสร้างของยากับกิจกรรมของยาได้ ตัวอย่างเช่น หากโมเลกุลมีคันธนูอยู่ด้านบน กิจกรรมของโมเลกุลนั้นจะสูงกว่าโมเลกุลที่ไม่มีคันธนู และยิ่งยิงธนูมากเท่าไหร่ ยาก็จะยิ่งได้ผลดีเท่านั้น ดังนั้น จากโมเลกุลที่รู้จักทั้งหมด คุณต้องหาสารประกอบที่มีคันธนูที่มีประจุที่ใหญ่ที่สุด

อีกวิธีหนึ่งคือการใช้โครงสร้างเป้าหมายบนคอมพิวเตอร์เพื่อค้นหาสารประกอบที่อาจโต้ตอบกับสารประกอบนั้นได้ในตำแหน่งที่ถูกต้อง ในกรณีนี้มักใช้คลังเศษชิ้นส่วน - สารชิ้นเล็ก ๆ หากคุณพบเศษเล็กเศษน้อยที่โต้ตอบกับเป้าหมายใน ที่ต่างๆแต่อยู่ใกล้กัน สามารถสร้างยาจากเศษชิ้นส่วนได้โดยการ "เย็บ" เข้าด้วยกัน มีตัวอย่างมากมายของการพัฒนายาที่ประสบความสำเร็จโดยใช้ชีววิทยาเชิงโครงสร้าง กรณีแรกที่ประสบความสำเร็จเกิดขึ้นในปี 2538 เมื่อดอร์โซลาไมด์ซึ่งเป็นยารักษาโรคต้อหินได้รับการอนุมัติให้ใช้

แนวโน้มทั่วไปในการวิจัยทางชีววิทยากำลังโน้มเอียงไปทางไม่เพียงแต่เชิงคุณภาพเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคำอธิบายเชิงปริมาณของธรรมชาติด้วย ชีววิทยาโครงสร้างเป็นตัวอย่างที่สำคัญของเรื่องนี้ และมีเหตุผลทุกประการที่เชื่อว่าจะเกิดประโยชน์ต่อไปไม่เพียงแค่ วิทยาศาสตร์พื้นฐานแต่ยังรวมถึงยาและเทคโนโลยีชีวภาพ

ปฏิทิน

จากบทความของโครงการพิเศษ เราตัดสินใจจัดทำปฏิทิน "12 วิธีทางชีววิทยา" สำหรับปี 2019 บทความนี้แสดงถึงเดือนมีนาคม

วรรณกรรม

1. การเรืองแสง: การฟื้นคืนชีพ;
2. ชัยชนะของวิธีการทางคอมพิวเตอร์: การทำนายโครงสร้างของโปรตีน
3. Heping Zheng, Katarzyna B Handing, Matthew D Zimmerman, Ivan G Shabalin, Steven C Almo, Wladek Minor (2015).

ชีววิทยาคืออะไร? ชีววิทยาเป็นศาสตร์แห่งชีวิต สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บนโลก

ภาพที่ 3 จากการนำเสนอ "วิทยาศาสตร์"สู่บทเรียนชีววิทยาในหัวข้อ "ชีววิทยา"

ขนาด: 720 x 540 พิกเซล, รูปแบบ: jpg. ดาวน์โหลดรูปภาพได้ฟรี วิชาชีววิทยาให้คลิกขวาที่รูปภาพแล้วคลิก "บันทึกรูปภาพเป็น..." หากต้องการแสดงรูปภาพในบทเรียน คุณยังสามารถดาวน์โหลดงานนำเสนอทั้งหมด "Science.ppt" พร้อมรูปภาพทั้งหมดในไฟล์ zip ได้ฟรี ขนาดไฟล์เก็บถาวร - 471 KB

ดาวน์โหลดงานนำเสนอ

ชีววิทยา

"วิธีการวิจัยทางชีววิทยา" - ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาชีววิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ การวางแผนการทดลอง การเลือกวิธีการ แผนการสอน: เพื่อแก้ปัญหาใดของมนุษยชาติทั่วโลก ความรู้ด้านชีววิทยาเป็นสิ่งจำเป็น? หัวข้อ: สาขาวิชาขอบเขต: งาน: สัณฐานวิทยา กายวิภาคศาสตร์ สรีรวิทยา ระบบซากดึกดำบรรพ์. ความหมายของชีววิทยา ชีววิทยาเป็นเรื่องเกี่ยวกับชีวิต

"นักวิทยาศาสตร์ Lomonosov" - เน้นความสำคัญของการสำรวจเส้นทางทะเลเหนือการพัฒนาของไซบีเรีย 19 พฤศจิกายน 2254 - 15 เมษายน 2308 (อายุ 53 ปี) 10 มิถุนายน 1741 การค้นพบ เขาได้พัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับอะตอมและโมเลกุลเกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร ไอเดีย. ไม่รวม phlogiston จากจำนวนสารเคมี งาน. ในฐานะที่เป็นผู้สนับสนุนเทวนิยม ถือว่าปรากฏการณ์ของธรรมชาติเป็นวัตถุนิยม

"นักพฤกษศาสตร์ Vavilov" - สถาบันพฤกษศาสตร์ประยุกต์ทั้งหมด ในปี 1906 Vavilov Nikolai Ivanovich ในปี 1924 เสร็จสมบูรณ์โดย: Roxana Babicheva และ Lyudmila Zhdanova นักเรียนชั้น 10 B. อำนาจของ Vavilov ในฐานะนักวิทยาศาสตร์และผู้จัดงานด้านวิทยาศาสตร์เติบโตขึ้น ใน Merton (อังกฤษ) ในห้องปฏิบัติการทางพันธุกรรมของสถาบันพืชสวน N.I. Vavilov เกิดเมื่อวันที่ 26 พฤศจิกายน พ.ศ. 2430 ที่กรุงมอสโก

"กิจกรรมโครงการ" - Alekseeva E.V. แผนการบรรยาย ครูกลายเป็นผู้เขียนโครงการ ภาพรวมของแหล่งข้อมูลเพิ่มเติม เทคโนโลยีของแบบจำลองข้อมูลของกระบวนการศึกษา การออกแบบบทเรียนชีววิทยา กิจกรรมโครงการ. ทฤษฎีและการปฏิบัติ (วิธีการออกแบบ). ขั้นตอนการทำงานของครู ทฤษฎีและการปฏิบัติ บล็อกพื้นฐานในโครงการ

"วิทยาศาสตร์ของสัตว์ป่า" - การออกแบบสมุดงาน 3. ชีววิทยา - ศาสตร์แห่งสัตว์ป่า ชีววิทยาเป็นศาสตร์แห่งธรรมชาติที่มีชีวิต แบคทีเรีย. เห็ด. ประกอบด้วยเซลล์เดียวและไม่มีนิวเคลียส มาร์ค ซิเซโร. ชีววิทยาศึกษาสิ่งมีชีวิต มีคลอโรฟิลล์และก่อตัวในแสง อินทรียฺวัตถุปล่อยออกซิเจน คำถาม: ชีววิทยาศึกษาอะไร?