Σει. 1 από 7 Πεξίζιαζε πνπ νθείιεηαη ζε Ειηθνεηδή Δνκή (Σύλνιν κνλάδσλ: 10) Εηζαγωγή Η εηθόλα ηεο πεξίζιαζεο ησλ αθηίλσλ Χ από ην DNA (Δηθ. 1) πνπ ιήθζεθε ζην εξγαζηήξην ηεο Rosalind Franklin, γλσζηή σο «Φσηνγξαθία 51», απνηέιεζε ηε βάζε γηα ηελ αλαθάιπςε ηεο δηπιήο ειηθνεηδνύο δνκήο ηνπ DNA από ηνπο Watson θαη Crick ην 1952. Απηό ην πείξακα ζα καο βνεζήζεη λα θαηαλνήζνπκε ηα κνηίβα ηεο πεξίζιαζεο από ειηθνεηδείο δνκέο ρξεζηκνπνηώληαο νξαηό θσο. Σθνπόο Να πξνζδηνξίζνπκε ηηο γεσκεηξηθέο παξακέηξνπο ησλ ειηθνεηδώλ δνκώλ ρξεζηκνπνηώληαο ην θαηλόκελν ηεο πεξίζιαζεο. Δηθόλα 1: Φσηνγξαθία 51 Πεηξακαηηθόο εμνπιηζκόο Δηθόλα 2: Σπζθεπέο γηα ην πείξακα [1] Ξύιηλε Πιαηθόξκα [11] Πιαζηηθά καληαιάθηα [2] Πεγή Laser κε ην ζηήξηγκα θαη ηε βάζε ηεο [12] Κπθιηθά καύξα απηνθόιιεηα [3] Πεγή ξπζκηδόκελνπ ζπλερνύο ξεύκαηνο (DC) γηα ηελ πεγή Laser [13] Μεραληθό κνιύβη (κνιπβόπελλα) [4] Σηήξηγκα δείγκαηνο κε ηε βάζε ηνπ [14] Ψεθηαθό δηαζηεκόκεηξν κε ζηήξηγκα [5] Αξηζηεξόο αλαθιαζηήξαο (θαζξέθηεο) [15] Πιαζηηθόο ράξαθαο (30 cm) [6] Γεμηόο αλαθιαζηήξαο (θαζξέθηεο) [16] Μεηξνηαηλία (1.5 m) [7] Οζόλε (10 cm x 30 cm) κε ην ζηήξηγκα θαη ηε βάζε ηεο [17] Φύιια απνηύπσζεο ηνπ ίρλνπο
Σει. 2 από 7 [8] Δπίπεδνο θαζξέθηεο (10 cm x 10 cm) [18] Πξνζηαηεπηηθά γπαιηά [9] Γείγκα Ι (Διηθνεηδέο ειαηήξην) [19] Φαλαξάθη (θαθόο) κπαηαξίαο [10] Γείγκα ΙΙ κνξθή Γηπιήο Έιηθαο ηππσκέλε ζε γπάιηλν πιαθίδην Σεκείσζε: Τα αληηθείκελα [1], [3], [14], [15], [16] θαη [18] ρξεζηκνπνηνύληαη επίζεο θαη ζην πείξακα I. Πεξηγξαθή ηεο Σπζθεπήο Η μύιηλε πιαηθόξκα [1]: Σε απηήλ είλαη ζηεξεσκέλα, ζε ζηαζεξέο ζέζεηο, δύν ξάγεο νδεγνί, laser, αλαθιαζηήξεο, νζόλε θαη ζηεξίγκαηα δείγκαηνο. Πεγή laser κε ην ζηήξηγκα θαη ηε βάζε ηεο [2]: Μία πεγή θσηόο κήθνπο θύκαηνο λ = 635 nm (1 nm = 10-9 m) είλαη ζηεξεσκέλε κέζα ζην κεηαιιηθό ζηήξηγκα ρξεζηκνπνηώληαο κία ζθαηξηθή άξζξσζε ([20] ζηελ εηθ. 3), πνπ επηηξέπεη ηελ πξνζαξκνγή ζηηο δηεπζύλζεηο X-Y-Z. Η ζπζθεπή laser κπνξεί λα πεξηζηξέθεηαη θαη λα ζηεξεώλεηαη ρξεζηκνπνηώληαο ηε βίδα ζηελ θνξπθή. Μπνξείηε λα ξπζκίζεηε ηελ εζηίαζε ηεο αθηίλαο πεξηζηξέθνληαο ην θάιπκκα ηνπ κπξνζηηλνύ θαθνύ (θόθθηλν βέινο ζηελ εηθ. 3) ώζηε λα πεηύρεηε έλα θαζαξό θαη αθξηβέο κνηίβν (εηθόλα) ηεο πεξίζιαζεο. Πεγή ξπζκηδόκελνπ ζπλερνύο ξεύκαηνο (DC) [3]: Ο κπξνζηηλόο πίλαθαο δηαζέηεη έλα δηαθόπηε έληαζεο (high/low), κία ππνδνρή γηα ηε ζύλδεζε κε ηελ πεγή laser θαη ηξεηο ζύξεο USB. Ο πίζσ πίλαθαο δηαζέηεη έλα δηαθόπηε ηξνθνδνζίαο θαη ππνδνρή ηξνθνδνζίαο (έλζεην ζηελ εηθ. 4) Δηθόλα 3: Πεγή Laser θαη ζηήξηγκα δείγκαηνο. [20] Σθαηξηθή άξζξσζε. Δηθόλα 4: Πεγή ξπζκηδόκελνπ ζπλερνύο ξεύκαηνο (DC). Δηθόλα 5: Αξηζηεξόο αλαθιαζηήξαο θαη νζόλε. Σηήξηγκα δείγκαηνο κε ηε βάζε ηνπ [4]: Χξεζηκνπνηείζηε ηε βίδα ζηελ θνξπθή γηα λα πξνζαξκόζεηε ηα δείγκαηα κέζα ζ απηό (εηθ. 3).Τν ζηήξηγκα ηνπ δείγκαηνο κπνξεί λα ξπζκίδεηαη νξηδνληίσο, θαζέησο θαη πεξηζηξνθηθά.
Σει. 3 από 7 Αξηζηεξόο αλαθιαζηήξαο [5]: Απηόο ν αλαθιαζηήξαο είλαη ζηεξεσκέλνο ζηελ πιαηθόξκα (εηθ. 5). Μελ ρξεζηκνπνηείηε ηελ πιεπξά ζηελ νπνία αλαγξάθεηαη ην ζύκβνιν Χ. Δεμηόο Αλαθιαζηήξαο [6]: Απηόο είλαη ζηεξεσκέλνο ζηελ πιαηθόξκα θαη κπνξεί λα αθαηξείηαη (ζα αθαηξεζεί ζην πείξακα Δ-ΙΙ). Μελ ρξεζηκνπνηείηε ηελ πιεπξά ζηελ νπνία αλαγξάθεηαη ην ζύκβνιν Χ. Οζόλε κε ζηεξίγκα [7]: Η νζόλε είλαη ζηεξεσκέλε πάλσ ζε κηα ζθαηξηθή άξζξσζε θαη κία βάζε ε νπνία επηηξέπεη ηε ξύζκηζε ζε όιεο ηηο δηεπζύλζεηο (εηθ. 5). Η νζόλε κπνξεί λα ζηεξεσζεί, όπσο θαίλεηαη ζηελ εηθ. 2 ή όπσο ζηελ εηθ. 6, αλαιόγσο ηνπ πεηξάκαηνο πνπ εθηειείηε. Δείγκα Ι [9]: Eιηθνεηδέο ειαηήξην πξνζαξκνζκέλν ζε έλα θπθιηθό ζηήξηγκα κε ηε ρξήζε αθξπιηθώλ πιαθηδίσλ. Δείγκα ΙΙ [10]: Μνξθή δηπιήο έιηθαο ηππσκέλε ζε γπάιηλν πιαθίδην, πνπ είλαη ζηεξεσκέλν ζην θπθιηθό ζηήξηγκα. Ψεθηαθό δηαζηεκόκεηξν κε ζηήξηγκα [14]: Τν ςεθηαθό δηαζηεκόκεηξν είλαη ζηεξεσκέλν ζε έλα ζηήξηγκα (ην ζηήξηγκα απαηηείηαη ζην πείξακα I). Γηαζέηεη έλαλ δηαθόπηε On/Off, έλα δηαθόπηε γηα επαλαθνξά ηεο κέηξεζεο ζην κεδέλ, έλαλ επηινγέα κνλάδαο κέηξεζεο mm/inch (θξαηήζηε ηνλ ζηα mm), κία βίδα θαη έλαλ βξαρίσλα γηα λα ξπζκίδεηε ην άλνηγκα. Μπνξείηε λα ρξεζηκνπνηήζεηε ην ςεθηαθό Δηθόλα 6: Δλαιιαθηηθή ζέζε ηεο νζόλεο ζε ζύγθξηζε κε απηή πνπ θαίλεηαη ζηελ εηθ. 2. δηαζηεκόκεηξν γηα λα κεηξήζεηε απνζηάζεηο πάλσ ζην θύιιν απνηύπσζεο ηνπ κνηίβνπ (εηθόλαο) πεξίζιαζεο. Φύιιν απνηύπωζεο ίρλνπο [17]: To θύιιν απνηύπσζεο ηνπ κνηίβνπ (εηθόλαο) πεξίζιαζεο κπνξεί λα δηπισζεί ζηε κέζε θαη λα ζηεξεσζεί ζηελ νζόλε κε ηα καληαιάθηα. Βεβαησζείηε όηη ζεκεηώλεηε εθείλν ην κέξνο ηνπ κνηίβνπ πνπ βξίζθεηαη κέζα ζην νξζνγώλην πιαίζην. Θεωξία Μία αθηίλα laser κήθνπο θύκαηνο λ, πξνζπίπηεη θάζεηα ζε έλα θπιηλδξηθό ζύξκα δηακέηξνπ α, πεξηζιάηαη ζηε δηεύζπλζε πνπ είλαη θάζεηε ζην ζύξκα. Σηελ εηθ. 7 παξνπζηάδεηαη ην κνηίβν (εηθόλα) ηεο πεξίζιαζεο όπσο παξαηεξείηαη ζηελ νζόλε. Δηθόλα 7: Σρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηεο πεξίζιαζεο από κνλό θπιηλδξηθό ζύξκα δακέηξνπ α. Δηθόλα 8: Σρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηεο πεξίζιαζεο από δύν θπιηδξηθά ζύξκαηα. Η θαηαλνκή ηεο έληαζεο σο ζπλάξηεζε ηεο γσλίαο ζ κε ηελ δηεύζπλζε πξόζπησζεο δίλεηαη από ηε ζρέζε ( ) ( ) * + Η θεληξηθή θειίδα είλαη θσηεηλή θαη γηα άιιεο γσλίεο, όηαλ ην ( ) είλαη ίζν κε κεδέλ, ε έληαζε εμαθαλίδεηαη. Έηζη ε θαηαλνκή ηεο έληαζεο έρεη n-νζηό ειάρηζην γηα ηε γσλία θ n ε νπνία δίλεηαη από ηε ζρέζε:
Σει. 4 από 7 Τν αλαθέξεηαη ζηηο δύν πιεπξέο ηεο θεληξηθήο θειίδαο ( ). Τν κνηίβν (εηθόλα) ηεο πεξίζιαζεο από δύν παξάιιεια θαη παλνκνηόηππα ζύξκαηα ζε απόζηαζε d ην έλα από ην άιιν (εηθ. 8) είλαη έλαο ζπλδπαζκόο ησλ ηρλώλ δύν κνηίβσλ (πεξίζιαζε από έλα ζύξκα θαη ζπκβνιή από δύν ζύξκαηα) Τν απνηέιεζκα ηεο θαηαλνκήο ηεο έληαζεο δίλεηαη από ηε ζρέζε, όπνπ ην ( ) ( ) [ ] Σε κία νζόλε, πνπ βξίζθεηαη ζε κία κεγάιε απόζηαζε D από ην ζύξκα, ηα ειάρηζηα παξαηεξνύληαη ζηηο ζέζεηο ιόγσ πεξίζιαζεο θαη ( ) ιόγσ ζπκβνιήο (όπνπ ). Οκνίσο γηα έλα ζεη ηεζζάξσλ παλνκνηόηππσλ ζπξκάησλ (εηθ. 9), ε ζπλνιηθή θαηαλνκή ηε έληαζεο είλαη έλαο ζπλδπαζκόο ηεο πεξίζιαζεο από ην θάζε ζύξκα θαη ηεο ζπκβνιήο από θάζε δεπγάξη ζπξκάησλ, νπόηε εμαξηάηαη από ηα a, d θαη s. Με άιια ιόγηα, παξαηεξείηαη ν ζπλδπαζκόο ηξηώλ δηαθνξεηηθώλ κνηίβσλ έληαζεο. Δηθόλα 9: Σεη ηεζζάξσλ ζπξκάησλ. Αξρηθέο ξπζκίζεηο 1. Να ζέζεηε ζε ιεηηνπξγία ηελ πεγή ηνπ laser θαη λα ξπζκίζεηε ηα δύν αλαθιαζηηθά θάηνπηξα κε ηέηνην ηξόπν ώζηε ε θειίδα ηνπ laser λα πξνζπίπηεη ζηελ νζόλε. 2. Να ρξεζηκνπνηήζεηε ηνλ πιαζηηθό ράξαθα θαη λα ξπζκίζεηε ην laser θαη ηα αλαθιαζηηθά θάηνπηξα κε ηέηνην ηξόπν ώζηε ε αθηίλα laser λα είλαη παξάιιειε κε ηε μύιηλε πιαηθόξκα. 3. Να ζηγνπξεπηείηε όηη ε θειίδα ηνπ laser πξνζπίπηεη θνληά ζην θέληξν ηεο νζόλεο. 4. Να απελεξγνπνηήζεηε ην laser. Να ζηεξεώζεηε ην θύιιν απνηύπσζεο ηνπ ίρλνπο ζηελ νζόλε. 5. Να ζηεξεώζεηε κε ηα πιαζηηθά καληαιάθηα ην επίπεδν θάηνπηξν ζηελ νζόλε θαη λα ζέζεηε ζε ιεηηνπξγία μαλά ηελ πεγή ηνπ laser. 6. Να ξπζκίζεηε ηελ νζόλε κε ηέηνην ηξόπν ώζηε ε αθηίλα laser λα επηζηξέθεη ζην ζεκείν εθπνκπήο ηεο. Αθαηξέζηε ηνλ θαζξέθηε όηαλ νινθιεξώζεηε ηελ επζπγξάκκηζε. 7. Μπνξείηε λα αλάςεηε ή λα ζβήζεηε ηνλ θσηηζκό ηνπ θνπβνπθιίνπ εξγαζίαο αλάινγα κε ηελ εξγαζία πνπ εθηειείηε.
Πείξακα Q Σει. 5 από 7 Μέξνο A: Πξνζδηνξηζκόο ηωλ γεωκεηξηθώλ παξακέηξωλ ηνπ ειηθνεηδνύο ειαηεξίνπ. Τν Γείγκα Ι είλαη έλα ειηθνεηδέο ειαηήξην κε αθηίλα R θαη βήκα P, από ζύξκα ζηαζεξήο δηακέηξνπ όπσο θαίλεηαη ζην Δηθ. 10(a). Η νξζνθαλνληθή ηνπ πξνβνιή ηνπ (όηαλ ην ειαηήξην είλαη απέλαληη ησλ καηηώλ) είλαη ηζνδύλακε κε δύν ζεη παξάιιεισλ ζπξκάησλ ηνπ ηδίνπ πάρνπο πνπ απέρνπλ απόζηαζε θαη γσλία κεηαμύ ηνπο (Δηθ. 10(b)). Δηθόλα 10: (a) Τππηθή πξνβνιή ηνπ ειιηθνεηδνύο ειαηεξίνπ (b Οξζνθαλνληθή πξνβνιή ηνπ ειηθνεηδνύο ειαηεξίνπ. Να ζηεξεώζεηε ην Γείγκα Ι ζην ζηήξηγκα ηνπ κε ηέηνην ηξόπν ώζηε ην ειαηήξην λα είλαη θαηαθόξπθν. Να ζρεδηάζεηε έλα θαζαξό θαη ζαθέο ζρήκα ζε κνξθή Χ ηεο πξνβνιήο ηεο πεξίζιαζεο ζην ραξηί απνηύπσζεο ηεο πξνβνιήο. Γηα λα ην επηηύρεηε απηό ζα πξέπεη λα ξπζκίζεηε - ηελ εζηίαζε ηεο αθηίλαο ηνπ (πεξηζηξνθή ηνπ θαιύκκαηνο ηνπ κπξνζηηλνύ θαθνύ) - ηελ θαηεύζπλζε ηεο αθηίλαο (πεξηζηξνθή ηεο ζπζθεπήο laser ώζηε λα θσηίδνληαη κόλν δύν ζπείξεο ηνπ ειαηεξίνπ). - ηελ έληαζε ην laser (high/low δηαθόπηεο ζηελ πεγή ηξνθνδνζίαο) - ην θσο ηνπ πεξηβάιινληνο (ελεξγνπνίεζε ή απελεξγνπνίεζε ηνπ θσηόο ζην θνπβνύθιην εξγαζίαο) Δάλ ην θεληξηθό κέγηζην είλαη πνιύ θσηεηλό, κπνξείηε λα θνιιήζεηε θπθιηθά καύξα απηνθόιιεηεην ζην ίρλνο πάλσ ζην θύιιν γηα λα κεησζεί ε ζθέδαζε. Δξώηεκα Πεξηγξαθή Μνλάδεο A1 A2 Να ζεκεηώζεηε ηηο θαηάιιειεο ζέζεηο (ρξεζηκνπνηώληαο ην κνιύβη πνπ ζαο δίλεηαη [13]) ησλ ειαρίζησλ ηεο έληαζεο γηα λα πξνζδηνξίζεηε ην θαη ζηηο δύν πιεπξέο ηεο θεληξηθήο θειίδαο ζην ραξηί απνηύπσζεο ηεο πξνβνιήο. Αξηζκήζηε ηα θύιια απνηύπσζεο ηνπ ίρλνπο σο P-1, P-2, θ.ιπ. Να κεηξήζεηε, ρξεζηκνπνηώληαο ην ςεθηαθό παρύκεηξν, ηηο θαηάιιειεο απνζηάζεηο θαη λα ηηο θαηαγξάςεηε ζηνλ Πίλαθα Α1 γηα πξνζδηνξίζεηε ην 0.7
Σει. 6 από 7 A3 Να ραξάμεηε ηελ θαηάιιειε γξαθηθή παξάζηαζε, λα ηελ νλνκάζεηε Graph Α1 θαη από ηελ θιίζε λα πξνζδηνξίζεηε. 0.7 A4 Να κεηξήζεηε ηηο θαηάιιειεο απνζηάζεηο θαη λα ηηο θαηαγξάςεηε ζηνλ Πίλαθα Α2 γηα λα πξνζδηνξίζεηε ην. 0.8 A5 Να ραξάμεηε ηελ θαηάιιειε γξαθηθή παξάζηαζε, λα ηελ νλνκάζεηε Graph Α2 θαη από ηελ θιίζε λα πξνζδηνξίζεηε ην. 0.6 A6 Από ηελ πξνβνιή πνπ έρεη κνξθή Χ, λα πξνζδηνξίζεηε ηε γσλία. 0.2 A7 Να εθθξάζεηε ην ζε ζπλάξηεζε ησλ θαη θαη ζηε ζπλέρεηα λα ππνινγίζεηε ην. 0.2 A8 Να εθθξάζεηε ην ζε ζπλάξηεζε ησλ θαη θαη ζηε ζπλέρεηα λα ππνινγίζεηε ην (αγλνείζηε ην ). 0.2 Μέξνο B: Πξνζδηνξηζκόο ηωλ γεωκεηξηθώλ παξακέηξωλ ηνπ κνηίβνπ ηεο δηπιήο έιηθαο Η είθνλα 11(a) δείρλεη δύν ζπείξεο ηεο δηπιήο έιηθαο. Η Δηθ. 11(b) είλαη δηζδηάζηαηε πξνβνιή ηεο δηπιήο έιηθαο ζε νξζνθαλνληθή πξνβνιή. Κάζε έιηθαο κε πάρνο έρεη κία γσλία θαη κηα θάζεηε απόζηαζε κεηαμύ ησλ ζπεηξώλ. Η απόζηαζε κεηαμύ δύν ζπεηξώλ όπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα είλαη. Τν Γείγκα ΙΙ είλαη ε κνξθή κηαο δηπιήο έιηθαο ηππσκέλε ζε γπάιηλν πιαθίδην (Δηθ. 12), ηεο νπνίαο ην κνηίβν (εηθόλα) ηεο πεξίζιαζεο είλαη παξόκνηα απηήο ηεο δηπιήο έιηθαο. Σε απηό ην κέξνο, ζα πξνζδηνξίζεηε ηηο γεσκεηξηθέο παξακέηξνπο ηνπ Γείγκαηνο ΙΙ. Δηθ 11: (a) Τππηθή κνξθή ηνπ ειαηεξίνπ δηπιήο έιηθαο (b) Η αληίζηνηρε νξζνθαλνληθή πξνβνιή. Δηθ. 12: Πξνβνιή ηεο δηπιήο έιηθαο ηνπ Γείγκαηνο ΙΙ Να ζηεξεώζεηε ην Γείγκα ΙΙ ζην ζηήξηγκα ηνπ δείγκαηνο. Σηεξεώζηε έλα λέν θύιιν απνηύπσζεο ηεο πξνβνιήο ζηελ νζόλεο.
Σει. 7 από 7 Να ζρεδηάζεηε έλα θαζαξό θαη ζαθέο ζρήκα ζε κνξθή Χ ηεο πξνβνιήο ηεο πεξίζιαζεο ζην ραξηί απνηύπσζεο ηεο πξνβνιήο. Δξώηεκα Πεξηγξαθή Μνλάδεο B1 B2 B3 B4 B5 B6 Να ζεκεηώζεηε ηηο θαηάιιειεο ζέζεηο ησλ ειαρίζησλ ηεο έληαζεο θαη ζηηο δύν πιεπξέο ηεο θεληξηθήο θειίδαο, γηα λα πξνζδηνξίζεηε ηα θαη. Μπνξείηε λα ρξεζηκνπνηήζεηε 1.1 πεξηζζόηεξα ηνπ ελόο ραξηηά απνηύπσζεο ηεο πξνβνιήο. Να κεηξήζεηε ηηο θαηάιιειεο απνζηάζεηο θαη λα ηηο θαηαγξάςεηε ζηνλ Πίλαθα Β1 γηα λα πξνζδηνξίζεηε ην. Να ζρεδηάζεηε ηελ θαηάιιειε γξαθηθή παξάζηαζε, λα ηελ νλνκάζεηε Graph Β1 θαη από ηελ θιίζε λα ππνινγίζεηε ην. Να κεηξήζεηε ηηο θαηάιιειεο απνζηάζεηο θαη λα ηηο θαηαγξάςεηε ζηνλ Πίλαθα Β2 γηα λα πξνζδηνξίζεηε ην. 1.2 Να ραξάμεηε ηελ θαηάιιειε γξαθηθή παξάζηαζε, λα ηελ νλνκάζεηε Graph Β2 θαη από ηελ θιίζε λα πξνζδηνξίζεηε ην. Να κεηξήζεηε ηηο θαηάιιειεο απνζηάζεηο θαη λα ηηο θαηαγξάςεηε ζηνλ Πίλαθα Β3 γηα λα πξνζδηνξίζεηε ην. 1.6 B7 Να ραξάμεηε ηελ θαηάιιειε γξαθηθή παξάζηαζε, λα ηελ νλνκάζεηε Graph Β3 θαη από ηελ θιίζε λα πξνζδηνξίζεηε ην. B8 Από ηελ πξνβνιή ηεο κνξθήο Χ, λα πξνζδηνξίζεηε ηε γσλία. 0.2