Ο org είναι πράσινος. Και η πρώτη ερώτηση είναι «γιατί είναι πράσινος;».

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ & ΑΓΩΓΗΣ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΧΟΛΙΚΗ ΗΛΙΚΙΑ «ΒΑΣΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΘΡΩΠΟΥ» Μ. Εργαζάκη Ομάδα εργασίας 1. 2. 3. Ημερομηνία: 8-12-2016 Φύλλο εργασίας 1: Από το DNA, στα χαρακτηριστικά μας Αυτό το περίεργο ζωάκι που βλέπετε δίπλα είναι ο org. Μπορεί να φαίνεται πολύ διαφορετικός από εμάς, αλλά στην πραγματικότητα μάς μοιάζει πάρα πολύ: είναι και αυτός φτιαγμένος από πάρα πολλά κύτταρα καθένα από τα οποία έχει έναν πυρήνα. Είναι, όπως λέμε, ένας «πολυκύτταρος ευκαρυωτικός» ζωικός οργανισμός. Ο org είναι πράσινος. Και η πρώτη ερώτηση είναι «γιατί είναι πράσινος;». Ασφαλώς η απάντηση δεν μπορεί να είναι απλά «γιατί έτσι γεννήθηκε», ή «γιατί είναι οπαδός του οικολογικού κινήματος ή του Παναθηναϊκού». Σκεφτείτε λοιπόν, και συζητείστε μεταξύ σας τι είναι αυτό που καθορίζει το χρώμα του. 1

Τώρα ρίξτε μια ματιά και στον «εσωτερικό του κόσμο»! Κάθε χαρακτηριστικό του org καθορίζεται από το DNA του. Και για να είμαστε πιο ακριβείς, από μία συγκεκριμένη περιοχή του DNA του, η οποία λέγεται «γονίδιο». Κάποιο γονίδιο στο DNA του «φταίει» που είναι πράσινος, κάποιο άλλο «φταίει» που έχει καταπληκτικά δόντια, κάποιο άλλο που έχει μεγάλο λοφίο, και κάποιο άλλο που δεν έχει διαβήτη. Μπορείτε όμως, να φανταστείτε με ποιο τρόπο το DNA του org (και συγκεκριμένα ένα κομμάτι του που το λέμε «γονίδιο για το πράσινο χρώμα) μπορεί να καθορίζει το χρώμα του; Σκεφτείτε το λιγάκι. 2

Ας τα πάρουμε με τη σειρά. Εσείς λέτε (και είναι σωστό) ότι το πράσινο χρώμα του org οφείλεται στο DNA του (στο «γονίδιο για το πράσινο χρώμα»). Εγώ πάλι, σας λέω (και είναι επίσης σωστό) ότι το πράσινο χρώμα του org οφείλεται σε μία πρωτεΐνη που παράγεται στα κύτταρά του και τα «βάφει» πράσινα (δηλ. σε μία χρωστική πρωτεΐνη). Αφού όμως είναι και τα 2 σωστά, μήπως θα πρέπει να σκεφτείτε ποια σχέση μπορεί να υπάρχει ανάμεσα στο «DNA του org» & «σε αυτήν την πρωτεΐνη», ώστε να δώσετε μία καλύτερη απάντηση για το «πώς τελικά το DNA του σχετίζεται με το χρώμα του;». 3

Το DNA και μάλιστα ένα συγκεκριμένο τμήμα του (το «γονίδιο του χρώματος») είναι η «συνταγή» με την οποία κάθε κύτταρο του δέρματός του org θα φτιάξει την πρωτεΐνη που του δίνει το πράσινο χρώμα του. Μην ξεχνάτε λοιπόν: «Γονίδιο Πρωτεΐνη Πράσινο χρώμα» Όμως, πώς είναι φτιαγμένο αυτό το DNA; Από τι αποτελείται; Με άλλα λόγια, ποια είναι η δομή αυτής της χημικής ένωσης; Το DNA είναι μία μεγάλη χημική ένωση φτιαγμένη από μικρότερες χημικές ενώσεις, τα «δεσοξυριβονουκλεοτίδια» ή πιο απλά. «νουκλεοτίδια». Ρίξτε μια ματιά σε ένα από αυτά Αυτό που βλέπετε λοιπόν - το νουκλεοτίδιο - είναι το δομικό συστατικό του DNA. Δηλαδή πολλά τέτοια συνθέτουν το μόριο του DNA! Από πόσα και ποια μέρη βλέπετε να αποτελείται κάθε νουκλεοτίδιο;.. Το πιο σημαντικό μέρος για κάθε νουκλεοτίδιο είναι η «βάση» του. Πόσες διαφορετικές βάσεις βλέπετε να υπάρχουν; Και άρα πόσα διαφορετικά νουκλεοτίδια;. Με την ευκαιρία, να σας «συστήσω» και τις βάσεις: - Η (Α) είναι η αδενίνη // - Η (Τ) είναι η θυμίνη - Η (G) είναι η γουανίνη // - Η (C) είναι η κυτοσίνη 4

Όπως ξέρετε το DNA έχει δύο αλυσίδες. Για να φτιαχτεί μία αλυσίδα, τα νουκλεοτίδια μπαίνουν το ένα κάτω από το άλλο: ενώνεται το σάκχαρο του ενός με τη φωσφορική ομάδα του άλλου, ενώ οι βάσεις μένουν ελεύθερες. Τι γίνεται όμως για να ενωθεί μία αλυσίδα με μία δεύτερη και να φτιαχτεί έτσι η λεγόμενη «διπλή έλικα» του DNA;;; Ενώνονται οι βάσεις της μιας αλυσίδας με τις βάσεις της άλλης. Πώς;;;; Κάντε μια βόλτα στο διαδίκτυο και θα το δείτε. Στην επιφάνεια εργασίας σας θα βρείτε το φάκελο ΒΘΒΑ LABS_ Links και μέσα σε αυτόν θα βρείτε το αρχείο 1_LAB1_Link. Ανοίξτε το και κάντε control+κλικ στην 1 η διεύθυνση που υπάρχει: http://learn.genetics.utah.edu/content/basics/builddna/ Κάντε κλικ στο start building και θα έχετε ήδη έτοιμη τη μία αλυσίδα. Για να φτιάξετε και τη δεύτερη και να την ενώσετε με την πρώτη, πρέπει να παίρνετε νουκλεοτίδια από αυτά που βλέπετε αριστερά και να τα φέρνετε με drag & drop κοντά στην έτοιμη αλυσίδα. (Αυτό που βλέπετε χρωματιστό αναπαριστά τη βάση του νουκλεοτιδίου, ενώ αυτό που βλέπετε γκρι αναπαριστά τα υπόλοιπα μέρη του, δηλ. σάκχαρο και φωσφορική ομάδα). Μπορεί απέναντι από ένα νουκλεοτίδιο να έρθει οποιοδήποτε άλλο ή μήπως φαίνεται να υπάρχει κάποιος κανόνας; Τι παρατηρείτε; 5

Να θυμάστε λοιπόν αυτό που είδατε: πάντοτε η αδενίνη κάνει ζευγάρι με τη θυμίνη και η γουανίνη με την κυτοσίνη (δηλ. είναι A-T και G-C) και αυτό είναι πάρα πολύ σημαντικό. Ωραία, τώρα ξέρετε πλέον πώς είναι το DNA! Ας δούμε όμως και πώς δουλεύει! Τα διάφορα κομμάτια του DNA είναι «συνταγές» για να φτιαχτούν διάφορες πρωτεΐνες. Όμως το DNA βρίσκεται μέσα στον πυρήνα του κυττάρου, ενώ οι πρωτεΐνες φτιάχνονται έξω από αυτόν. Και επιπλέον, το DNA είναι. «σπιτόγατος», δηλαδή δεν βγαίνει έξω από τον πυρήνα. Τι γίνεται λοιπόν; Μήπως η «συνταγή» που είναι γραμμένη σε ένα κομμάτι του DNA πρέπει να «καθαρογραφτεί» και να «ταχυδρομηθεί» στο μέρος που θα φτιαχτεί η πρωτεΐνη; Και τι άλλο εκτός από την «καθαρογραμμένη» «συνταγή» νομίζετε ότι θα πρέπει να μεταφερθεί στο μέρος αυτό; Μήπως τα απαραίτητα «υλικά»; Ποια είναι αυτά; Θυμηθείτε από τι φτιάχνονται οι πρωτεΐνες και θα το βρείτε.. Και πού τα βρίσκει άραγε κάθε κύτταρό μας αυτά τα. πώς τα είπατε για να φτιάξει τις πρωτεΐνες του; Θυμάστε;;; Ας τα δούμε όλα αυτά, με ένα animation. Πάτε και πάλι στο αρχείο 1_LAB1_Link το φάκελο ΒΘΒΑ LABS_ Links της επιφάνειας εργασίας και κάντε control+κλικ στη 2 η διεύθυνση: http://lab.concord.org/embeddable.html#interactives/sam/dna-toproteins/1-dna-to-protein.json Τι είναι αυτά που βλέπετε όταν μπείτε στην ιστοσελίδα; Τι είναι αυτά στο κέντρο τους;. 6

Αφού διαβάσετε μία φορά τις πληροφορίες που υπάρχουν εδώ, κάντε κλικ στο πλήκτρο «transcribe» που βρίσκεται κάτω αριστερά και δείτε πώς μία «συνταγή για πρωτεΐνη» γραμμένη σε ένα κομμάτι του DNA (= σε ένα γονίδιο), δίνει μία «καθαρογραμμένη συνταγή για πρωτεΐνη» (= δίνει ένα mrna). Το μεγάλο «πράσινο πράγμα» που βλέπετε είναι ένα «ένζυμο» που «ανοίγει» τη «συνταγή» (=γονίδιο) για να μπορέσει να γίνει το «καθαρο-γράψιμό» της (=μεταγραφή). Τα μικρά σχηματάκια που βλέπετε με ένα γράμμα στο καθένα είναι οι «βάσεις» του DNA (οι βάσεις του γονιδίου), ενώ η ευθεία από την οποία προεξέχουν είναι ο «σκελετός» του. Οι βάσεις της συνταγής ( του DNA, του γονιδίου ) είναι οι εξής: Α, Τ, G, C Οι βάσεις της καθαρογραμμένης συνταγής όμως ( του mrna ) είναι: A, U, G, C. o Η καθαρογραμμένη συνταγή (=mrna), λοιπόν αντί για θυμίνη (Τ) έχει ουρακίλη (U), και επίσης αντί για δύο αλυσίδες έχει μόνο μία. Μόλις φτιαχτεί η «καθαρογραμμένη συνταγή» και τελειώσει το 1 ο μέρος του animation, διαβάστε τις νέες πληροφορίες που υπάρχουν εδώ και μετά κάντε κλικ στο πλήκτρο «translate» που βρίσκεται κάτω από το προηγούμενο. Τι θα δείτε τώρα; Θα δείτε την «καθαρογραμμένη συνταγή» (=mrna) να εγκαταλείπει τον πυρήνα και να πηγαίνει στο κυτταρόπλασμα από το «σκούρο μπλε φόντο» που είναι, το βλέπετε να πηγαίνει στο «γαλάζιο φόντο» και συγκεκριμένα σε ένα ριβόσωμα, τα δύο «καφέ πράγματα» που φαίνονται σαν να «αγκαλιάζουν την καθαρογραμμένη συνταγή» είναι οι δύο υπομονάδες του ριβοσώματος και τελικά να «διαβάζεται» και να «μαγειρεύεται» σε πρωτεΐνη κάθε «υλικό για το μαγείρεμα», δηλ. κάθε αμινοξύ, φαίνεται σαν ένα «καφέ μπαλάκι» με 3 γράμματα μέσα του που είναι τα αρχικά του ονόματός του κάθε αμινοξύ έρχεται στην «καθαρογραμμένη συνταγή» με ένα «μεταφορικό μέσο», ένα «μοριακό ταξί»: αυτό φαίνεται σαν «πράσινη τρίαινα» και στην πραγματικότητα είναι ένα μόριο t-rna (το t από το. transfer ) Μπορεί ένα συγκεκριμένο «μοριακό ταξί αμινοξέων» ( = ένα t-rna) να μεταφέρει ένα οποιοδήποτε «αμινοξύ-επιβάτη» στην «καθαρογραμμένη συνταγή» όπως συμβαίνει συνήθως με τα ταξί της πόλης, ή είναι «ρεζερβέ» για ένα συγκεκριμένο αμινοξύ μόνο; Αυτό που ισχύει είναι το δεύτερο: o Ένα συγκεκριμένο «μοριακό ταξί» (=ένα συγκεκριμένο μόριο trna) είναι «ρεζερβέ» για ένα μόνο συγκεκριμένο «αμινοξύ-επιβάτη». Για παράδειγμα: το «μοριακό ταξί» με. «πινακίδα UAA» είναι «ρεζερβέ» για το «αμινοξύ-επιβάτη» «ισολευκίνη» (Ile γράφει το καφέ μπαλάκι που συμβολίζει αυτό το αμινοξύ), δηλ. μπορεί να μεταφέρει στην «καθαρογραμμένη συνταγή» αποκλειστικά και μόνο αυτό το συγκεκριμένο «αμινοξύ-επιβάτη». 7

Μπορεί το συγκεκριμένο «μοριακό ταξί της ισολευκίνης» να την αφήσει οπουδήποτε πάνω στην «καθαρογραμμένη συνταγή» όταν φτάσει εκεί, ή μήπως. υπάρχει συγκεκριμένη θέση πάνω στην «καθαρογραμμένη συνταγή» στην οποία το «μοριακό ταξί» μπορεί να «παρκάρει» για λίγο και να αφήσει τον «αμινοξύεπιβάτη του»; Αυτό που ισχύει είναι το δεύτερο Διαπιστώστε το αντιστοιχίζοντας τις «πινακίδες 5 μοριακών ταξί» με «5 αμινοξέαεπιβάτες». Πώς; Πρώτα κάνετε αναγκαστικά πάλι κλικ στο «transcribe» και περιμένετε να τελειώσει για να μπορέσετε μετά να κάνετε «translate step by step» & να συμπληρώσετε τον παρακάτω πίνακα. 1 2 3 4 5 «Πινακίδα μοριακού ταξί» «Αμινοξύ-επιβάτης» Βλέπετε πόσο σημαντικός είναι ο κανόνας της συμπληρωματικότητας των βάσεων για το διάβασμα της «καθαρογραμμένης» «συνταγής»; Ο κανόνας αυτός ήταν εξίσου σημαντικός και για τη δημιουργία της συνταγής αυτής (το «καθαρογράψιμο» από τη συνταγή του DNA). Μετά από όλα όσα είδατε, μπορείτε να περιγράψετε με πολύ λίγα λόγια πώς φτιάχνεται μία πρωτεΐνη μέσα σε ένα κύτταρο δικό μου ή δικό σας; 8

Κρατείστε λοιπόν τα εξής: Για να φτιαχτεί μια πρωτεΐνη μέσα στα κύτταρα του org ή στα δικά μας κύτταρα, πρέπει πρώτα να γίνει το «καθαρογράψιμο» της συνταγής από το DNA στο mrna, μετά η «καθαρογραμμένη» «συνταγή» (mrna) να «ταχυδρομηθεί» στο ριβόσωμα και τέλος τα δομικά υλικά για το φτιάξιμο της πρωτεΐνης (δηλ. τα αμινοξέα) να έρθουν και αυτά στο ριβόσωμα, μεταφερόμενα από ειδικά «μεταφορικά μόρια» (trna) τα οποία στην ουσία «διαβάζουν» και «εκτελούν» τη συνταγή σύμφωνα με τον «κανόνα της συμπληρωματικότητας των βάσεων». Μέρος Β Ο org έχει στο DNA του το «γονίδιο για το πράσινο χρώμα». Έχει δηλ. τη «συνταγή για την πράσινη μπογιά». Με βάση αυτή τη συνταγή και αφού πρώτα την καθαρογράψει, φτιάχνει την «πράσινη μπογιά», δηλ. την πρωτεΐνη που τον βάφει πράσινο. Με άλλα λόγια, την πρωτεΐνη που του δίνει το «χαρακτηριστικό» «πράσινο χρώμα». Τι θα γινόταν λέτε, αν πειράζαμε το «γονίδιο για το πράσινο χρώμα» που έχει στο DNA του ο org; Με άλλα λόγια, τι θα γινόταν αν πειράζαμε τη «συνταγή της μπογιάς» στο DNA του org; Απαντήστε αφού πρώτα σκεφτείτε τα εξής: Τι θα γινόταν με την «καθαρογραμμένη συνταγή»; Θα ήταν ίδια ή θα άλλαζε και αυτή; Και τι θα γινόταν τελικά με την πρωτεΐνη που θα φτιαχνόταν όταν η «καθαρογραμμένη συνταγή» (που πρoέκυψε από την «πειραγμένη συνταγή» στο DNA) πήγαινε σε ένα ριβόσωμα για να διαβαστεί και να «εκτελεστεί». Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτά που είδατε ως τώρα για να διηγηθείτε την ιστορία του τι θα μπορούσε να συμβεί. 9

Πειράζοντας τη «συνταγή της μπογιάς» (δηλ. το αντίστοιχο κομμάτι του DNA, το αντίστοιχο γονίδιο), έχω αλλαγή στη «μπογιά» (δηλ. στην πρωτεΐνη που δουλεύει ως χρωστική) και τελικά έχω αλλαγή στο χρώμα. Διαφορά στο.. Διαφορά στην. Διαφορά στο γονίδιο (DNA) Η φίλη του org είναι ροζ. Δηλ. διαφέρει από αυτόν ως προς το «χαρακτηριστικό: χρώμα». Πώς γίνεται αυτό; Σε τι άλλο δηλ. πρέπει να διαφέρουν μεταξύ τους o org και η φίλη του ώστε να διαφέρουν ως προς το συγκεκριμένο χαρακτηριστικό; Πριν «ανεβήκαμε» από το «γονίδιο» στο «χαρακτηριστικό» με ενδιάμεσο σκαλοπάτι την «πρωτεΐνη». Μήπως τώρα πρέπει να κινηθούμε αντίστροφα; Με άλλα λόγια, να «κατεβούμε» από το «χαρακτηριστικό» στο «γονίδιο» και πάλι με ενδιάμεσο σκαλοπάτι την «πρωτεΐνη»; Διαφορά σε ένα «χαρακτηριστικό» ( «χρώμα») Διαφορά στην αντίστοιχη Διαφορά στο αντίστοιχο 10

Μετά από όλα αυτά, τι καταλαβαίνετε όταν ακούτε τη λέξη «γονίδιο»; Πιο συγκεκριμένα, τι είναι. «το γονίδιο για το χρώμα των ματιών» o Είναι --------------------------------------------------- «το γονίδιο για το σχήμα των αυτιών» o Είναι --------------------------------------------------- «το γονίδιο για την ασθένεια Χ»;;; o Είναι --------------------------------------------------- 11

Είναι πολύ σημαντικό να συνειδητοποιήσετε ότι: Τα «γονίδια» είναι κομμάτια του DNA ( μιας χημικής ουσίας) που λειτουργούν σαν «συνταγές» για τη σύνθεση άλλων χημικών ουσιών, των «πρωτεϊνών». Οι «πρωτεΐνες» που φτιάχνονται με βάση τις «συνταγές» του DNA (δηλ. με βάση τα «γονίδια»), είναι αυτές που κάνοντας διάφορες δουλειές μέσα στα κύτταρα (π.χ. συμμετέχοντας σε διάφορες βιοχημικές αντιδράσεις, ελέγχοντας την είσοδο και έξοδο ουσιών, λαμβάνοντας χημικά μηνύματα που αλλάζουν τη βιοχημική δραστηριότητα των κυττάρων. ) ευθύνονται τελικά για τα χαρακτηριστικά μας. Και λέγοντας «χαρακτηριστικά», δεν εννοούμε μόνο ιδιότητες όπως π.χ. το χρώμα των ματιών μας, αλλά και ιδιότητες όπως π.χ. διάφορες γενετικές ασθένειες. Με άλλα λόγια, είναι πολύ σημαντικό να πάψουν οι πρωτεΐνες να είναι για εσάς ο «χαμένος κρίκος» ή το «χαμένο σκαλοπάτι» ανάμεσα στα γονίδια και στα χαρακτηριστικά. 12