113 подписчиков

Методы биологии ЕГЭ 2023

13 сентября 202213 сен 2022

4334

6 мин

Все методы, встречающиеся на ЕГЭ по биологии
► К универсальным методам в биологии относятся эмпирические методы (основанные на чувственном познании, практике): наблюдение, описание, измерение, эксперимент, иногда выделяют мониторинг - наблюдение с фиксацией результатов, и теоретические методы: анализ, сравнение, синтез (информации, данных), моделирование, статистический метод, классификация
! Теоретические и эмпирические методы отличаются тем, что прямой контакт с исследуемым объектом предполагается только в эмпирических методах

• Экспериментальный метод состоит в проведении опыта - изменении исследователем условий существования объекта опыта и\или его строения и наблюдения по результатам изменений, а также в воспроизведении природного явления в лаборатории

• Моделирование - это создание и изучение модели исследуемого объекта (явления\процесса), с последующим переносом полученной информации на оригинал

При установлении структуры молекулы ДНК Джеймс Уотсон и Френсис Крик создали из пластмассовых элементов модель молекулы ДНК (двойную спираль), отвечающую данным рентгенологических и биохимических исследований

В настоящее время в научных исследованиях всё чаще встречается компьютерное моделирование

! Метод моделирования используется и при создании искусственных условий для лабораторных организмов (или клеток, тканей организма)
Некоторые биологические модели воспроизводят на лабораторных животных определённые состояния или заболевания, встречающиеся у человека или животных. Это позволяет изучать в эксперименте механизмы возникновения данного состояния или заболевания, его течение и исход, воздействовать на его протекание (то есть в таком случае используется 2 метода: моделирование и эксперимент)
! Математическое моделирование используется для исследования генома, экосистем (это крупные объекты, которые сложно изучать напрямую)

Все остальные методы, не относящиеся к универсальным, можно рассматривать как частные методы биологии

■ Цитологические методы, а иначе, методы исследования клетки

1) Микроскопия

Микроскопический метод исследования позволяет изучить морфологические свойства клеток, микроорганизмов (бактерий, простейших, вирусов), других мелких объектов (н-р, тычинки растений, конечности насекомых), а также некоторые клеточные процессы

Световая микроскопия (листай галерею и читай описание):

В световой (оптический) микроскоп можно увидеть живую клетку, клеточную стенку растений, ядро, хлоропласты и процессы : циклоз, деление клетки, плазмолиз

Обратите внимание, деление клетки в световой микроскоп увидеть можно, а вот процессы, проходящие в в ядре (транскрипция, репликация ДНК) - нельзя

Электронная микроскопия:

В электронном микроскопе можно рассмотреть все органоиды и структуры клетки, структуры вируса, НО можно рассматривать только мертвые клетки

• Также строение и функции клетки изучают с помощью центрифугирования, авторадиографии (метод меченых атомов). Но эти методы нельзя назвать «цитологическими». Правильнее будет сказать «эти методы применяются в цитологии (для изучения клетки и ее структур)»

■ Следующие методы обычно относят к биохимическим методам, так как они применяются в биохимии\для исследования биохимических веществ

Биохимические методы – совокупность методов, используемых для обнаружения и оценки количества веществ в клетках и тканях организмов, изучения структуры веществ и биохимических реакций, протекающих в клетке
• Например, биохимический анализ крови, позволяющий оценить работу внутренних органов, получить информацию о метаболизме (обмен липидов, белков, углеводов), выяснить потребность в микроэлементах

1) Центрифугирование - это разделение смеси на составляющие по плотности при помощи центробежной силы
Листай галерею и читай описание ↓

Чтобы разделить клеточные структуры, разрушенные клетки подвергают центрифугированию - раскручиванию в специальных центрифугах

Разделение компонентов крови методом центрифугирования

2) Хроматография – метод, используемый для разделения смеси веществ, основанный на разной скорости движения веществ через адсорбент

Разделение смеси пигментов растений методом хроматографии, где в роли адсорбента выступает фильтровальная бумага: более разветвленные и большие молекулы задерживаются ниже, а более легкие и компактные поднимаются выше

3) Электрофорез - метод, используемый для разделения смеси веществ с помощью электрического тока
Листай галерею и читай описание ↓

Электрофорез - основной метод ДНК-диагностики: выделяет ДНК-фрагмент определенного размера, веса, длины из смеси. На картинке представлен тест на отцовство - схема электрофореза фрагментов ДНК из проб матери, ребенка, а также кандидатов на отцовство этого ребенка. В одном из заданий ЕГЭ предлагают определить по этой схеме настоящего отца ребенка.

Разделение смеси белков методом электрофореза: смесь белков помещается в лунку прибора, заполненного гелевой структурой, после чего подключается электрический ток и белки начинают двигаться через гель (причем белки с наименьшей массой продвинутся дальше от линии старта, а белки с наибольшей - меньше от линии старта)

4) Метод меченых атомов (авторадиография, метод радиоактивной метки) - метод, при котором в организм вводят соединения, содержащие радиоактивные или тяжелые изотопы, которые можно затем обнаруживать в различных веществах и отслеживать их превращения, таким образом изучая биохимические реакции в живых системах
! Изотоп может присоединиться к какой-либо молекуле в организме (например, изотоп азота(N) к белку, к ДНК), поэтому с помощью этого метода можно определить наличие того или иного вещества в клетке или положение тех или иных веществ
Листай галерею и читай описание ↓

Изотопы одного и того же элемента отличаются друг от друга числом нейтронов, а числом электронов одинаковы, поэтому их химические свойства тоже одинаковы. Вследствие изотопы можно использовать, заменяя в каком-либо веществе стабильный атом на его радиоактивный изотоп. Листай далее →

Соединение, меченное изотопом, вводят в организм, а затем определяют наличие изотопов в определенных структурах организма специальными приборами

Поливая растение водой, содержащей тяжелый изотоп кислорода, геохимик А. П. Виноградов наблюдал, что этот же изотоп потом находится воздухе. Было доказано, что источником кислорода при фотосинтезе является вода

Изотопы одного и того же элемента отличаются друг от друга числом нейтронов, а числом электронов одинаковы, поэтому их химические свойства тоже одинаковы. Вследствие изотопы можно использовать, заменяя в каком-либо веществе стабильный атом на его радиоактивный изотоп. Листай далее →

5) Рентгеноструктурный анализ - метод определения трехмерной структуры биологических макромолекул (например,белки), пришедший в биологию из физики

В основе данного метода лежит явление дифракции рентгеновских лучей на трёхмерной кристаллической решётке

С помощью рентгеноструктурного анализа была открыта структура ДНК в 1953 г.

■ Методы биотехнологии ■

1) Клеточная инженерия - совокупность методов, используемых для конструирования новых клеток

• Включает культивирование и клонирование клеток на специально подобранных средах, гибридизацию (соединение) соматических клеток, пересадку клеточных ядер и другие микрохирургические операции по «разборке» и «сборке» (реконструкции) жизнеспособных клеток из отдельных фрагментов

Приёмы(методы) клеточной инженерии:

• Соматическая гибридизация - гибридизация, отличающаяся от обычной гибридизации тем, что соединяются не половые, а соматические клетки
Листай галерею и читай описание ↓

Можно получить гибридные клетки, совмещающие свойства лимфоцитов крови и опухолевых клеток, что позволяет быстро получить антитела (такой гибрид обладает бессмертием опухолевой клетки и способностью к синтезу антител, унаследованному от клетки лимфоцита). Такие антитела называют моноклональными (МонАт)

Этот метод позволяет скрещивать филогенетически отдаленные виды растений, которые невозможно скрестить обычным половым путем. На картинке представлена схема гибридизации, проведенная между протопластами, выделенными из соматических клеток растений

• Трансплантация ядер клеток - метод пересадки ядра одной клетки в цитоплазму другой клетки, из которой предварительно удалили собственное ядро

• Клонирование - метод, при котором ядро соматической клетки животного пересаживают в яйцеклетку и выращивают из неё новый организм, при этом полностью сохраняются все наследственные признаки донора ядра

• Объединение зародышей - метод, при котором путём соединения клеток разных зародышей на ранних стадиях их развития выращивают химер – организмов, состоящих из двух различающихся генотипами видов клеток

А - схема получения химерных мышей, Б - химерная мышь

• Метод культуры клеток - выращивание отдельных клеток, тканей вне организма на определенных питательных средах

! Метод культуры клеток относится к приёмам клеточной инженерии, но может рассматриваться и как отдельный метод
Листай галерею и читай описание ↓

Культивировать определенные организмы могут для того, чтобы получать полезные для человека вещества, например антибиотики (гриб-пеницилл выделяет антибиотик-пенициллин)

Для того чтобы на среде росли только нужные организмы, необходимо соблюдать стерильность — предотвращать попадание микроорганизмов и спор. Для этого используют одноразовые сосуды, например чашки Петри с крышкой, предотвращающей попадание микробов из воздуха, многоразовое оборудование стерилизуют, надевают резиновые перчатки, лабораторные халаты, используют шкафы с проточной системой циркуляции и фильтрации воздуха — ламинары, манипуляции проводят рядом с пламенем горелки.

Микроклональное размножение растений - один из способов вегетативного размножения в условиях «in vitro»

► В чем заключается?
От растения отделяют часть клеток (как правило, клеток меристемы, так как они не могут быть заражёнными), и начинают культивировать их на определенной питательной среде. Таким образом можно получить целое растение.

► Почему это возможно?
Клетки растения обладают особым свойством, которое называется тотипотентность. Поэтому даже в изоляции они способны дать начало целому организму.

► Какие есть особенности этого процесса?
1) Чтобы создать растение методом микроклонального размножения, на питательной среде должны присутствовать фитогормоны
2) При культивировании клеток вне организма, культура изолированных тканей обычно превращается в каллус (каллусная ткань-клеточная масса)

Каллусная ткань - ткань, образованная в результате деления клеток, потерявших специализацию, представляющая собой нечто аморфное, напоминающее по форме морскую губку

Каллусная ткань образуется не только в пробирке на изолированных участках ткани растения, но и в естественных условиях при повреждении растения, на месте раны (Каллусные клетки затягивают рану, а впоследствии дифференцируются в утраченные ткани растения)

На питательных средах, где выращивается каллусная ткань, должны присутствовать фитогормоны. При использовании определенных гормонов из каллусов можно получить целые растения с листьями, стеблями и корешками Таким методом выращивают редкие орхидеи, женьшень

2) Генная инженерия - совокупность приёмов, методов и технологий, представляющее собой прямое манипулирование генами организма
Листай галерею и читай описание ↓

Инсулин получают из бактерии кишечной палочки с пересаженным человеческим геном инсулина

Если в культурное растение пересадить ген яда, убивающего некоторые виды насекомых, то поле, засеянное этими растениями, не нужно обрабатывать инсектицидами. Так был получен сорт кукурузы, устойчивый к действию насекомых-вредителей

Этапы создания генно-модифицированного организма (ГМО):
1) Получение необходимого гена из ДНК
2) Получение рекомбинантной молекулы* ДНК (введение гена в молекулу ДНК (или РНК) для переноса в организм)
! Если работают с плазмидами прокариотических клеток, то говорят «получение рекомбинантной плазмиды»
3) Перенос рекомбинантной молекулы в модифицируемый организм (рекомбинантную молекулу в генной инженерии называют ВЕКТОР)
! Если речь о растении или животном, то обычно рекомбинантная ДНК/РНК помещается сначала в вирус, а затем уже модифицированный вирус (вирусный вектор) внедряют в организм. Как известно, вирусы сами внедряют в клетки организма свой генетический материал
! А бактерии, например, сами могут поглощать ДНК из окружающей среды (в природе это является одним из механизмов изменчивости у бактерий), поэтому можно просто добавить нужные молекулы в питательную среду
4) Отбор генетически модифицированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые не были успешно модифицированы
* Иногда для описания этого процесса используются отдельные термины "метод рекомбинантных ДНК/метод рекомбинантных плазмид" или "технология рекомбинантных ДНК/технология рекомбинантных плазмид"

Методы генетики и эволюции в следующей статье