5.01 DNA ve zkumavce (izolace DNA ze zeleniny a ovoce). Projekt Trojlístek

Transkript

1 5. Forenzní chemie (chemie v kriminalistice) 5.01 DNA ve zkumavce (izolace DNA ze zeleniny a ovoce). Projekt úroveň 1 2 3

2 1. Předmět výuky Metodika je určena pro vzdělávací obsah vzdělávacího předmětu Chemie. Chemie 2. Cílová skupina Metodika je určena pro žáky 2. stupně ZŠ (8. a 9. třída) a nižší ročníky osmiletých gymnázií (tercie a kvarta). 2. stupeň ZŠ (8. a 9. třída) Osmiletá gymnázia (tercie a kvarta) 3. Abstrakt Tajemství života na planetě Zemi - stavební plán všech živých organismů a zodpovědnost za bytí, je dán molekulou DNA. Jedná se o jakousi knihovnu, ve které je uložen návod na tvorbu molekul, které nejen řídí a spravují buňku, ale vyrábějí také sloučeniny odpovědné za její chod bílkoviny. DNA je odpovědná např. za podobnost potomků s rodiči - genetickou dědičnost. 4. Startovní znalosti žáků Předpokládáme znalosti načerpané v 1. a 2. stupni ZŠ v předmětech Prvouka, Vlastivěda, Přírodopis, Fyzika, Chemie a rovněž obecné znalosti jevů každodenního života z oblasti člověk a příroda. Deoxyribonukleová kyselina a dědičnost. Buňka jako základní stavební a funkční jednotka všech organismů. 5. Cílové znalosti žáků, nabyté vědomosti, přínos Žáci uvidí DNA na vlastní oči a zblízka, dokonce si na ní mohou sáhnout. Získají ji velmi snadno z rajčete a cibule pomocí běžně dostupných kosmetických, mycích a pracích prostředků, obsahujících odmašťovadla, oxidační činidla a enzymy - proteinázy, které rozkládají bílkoviny. Mechanickým útokem rozruší pletiva a buňky, poté rozpustí tukové membrány a následně pomocí enzymů odstraní bílkoviny, na kterých je DNA namotána. Nakonec vysráží dvoušroubovici DNA na rozhraní vodné a alkoholové fáze. DNA z cibule Co mají žáci znát: pojem DNA nositelka dědičnosti; pojem buňka, tkáň, orgán, soustava, jedinec; pojem bílkovina a látková přeměna. Co se žáci dozví: Pojem protein. Pojem metabolismus. Genetická dědičnost. Způsob izolace DNA z rostlinných materiálů. Pojem enzym biokatalyzátor. 2

3 6. Chemikálie, pomůcky a vybavení 6.1 Použité chemikálie Tekutý čistič na nádobí (Pur nebo Jar) Chlorid sodný NaCl (kuchyňská sůl) Voda H 2 O Detergent prací prášek (Persil nebo Palmex) Alkohol (70% isopropylalkohol nebo 60% denaturovaný líh) Rajče Cibule 6.2 Pomůcky a laboratorní vybavení Kádinka 400 ml (4 ks) Odměrný válec 25 ml Plastová zkumavka 25 ml (4 ks) Plastová zkumavka 10 ml (2 ks) Vodní lázeň (60 C) Teploměr Laboratorní stojan Filtračním kruh Skleněná tyčinka (3 ks) Třecí miska s tloučkem nebo ruční mixer Skleněný nebo plastový filtr (sítko) Filtrační papír (ev. kávový filtr, gáza) Špejle Nůž Prkénko nebo podložka na krájení Chladnička DŮLEŽITÉ: Co budu potřebovat, co si mám nachystat, připravit, nakoupit! NEZAPOMENOUT NA VZORKY! Cestou ze školy nezapomeneme na rajče, cibuli a denaturový alkohol. 6.3 Přístrojové vybavení Provedení experimentu nevyžaduje použití laboratorních měřicích přístrojů. 7. Časový harmonogram 7.1 Příprava experimentu Do doby přípravy experimentu je nutno zahrnout shromáždění výše uvedených vzorků, pomůcek a nádobí. Časy: Shromáždění pomůcek, nádobí a chemikálií odhadujeme na maximálně 10 minut. Nesmíme však zapomenout opatřit si cibuli a rajčata. ČASY: 10 minut 3

4 7.2 Realizace experimentu Doba realizace pokusu je odvislá od počtu zvolených testovacích vzorků, doporučujeme duplikaci (zdvojení) pro rajče a cibuli, tedy 4 vzorky. Krájení asi 3 až 5 minut. Příprava mýdlově-slaného roztoku asi 5 minut. Zahřívání směsi s roztokem na vodní lázni 15 minut. Ochlazení v chladničce 10 minut. Mixování maximálně 5 sekund. Filtrace 3 až 5 minut. Časy: Dokončení vysrážení DNA pomocí chlazeného alkoholu 1 minuta. Předpokládaná doba realizace celého experimentu je asi 50 minut. 50 minut 8. Laboratorní postup Rajče a cibuli nakrájíme nadrobno a tím pronikneme mechanicky do buněk. Připravíme si mýdlově-slaný roztok (saponátdetergent) tak, že půl lžičky soli rozpustíme v 15 ml vody a přidáme 5 ml Jaru. Do čtyř 400 ml kádinek přeneseme nakrájené vzorky (do dvou cibuli a do dvou rajče) a přidáme připravené roztoky (celkem čtyři). Urychlení procesu lze dosáhnout ponořením směsi na 15 minut do vodní lázně ohřáté na teplotu 60 C. Poté roztok ochlazujeme po dobu 10 minut v chladničce. Chladnou směs pak mixujeme maximálně 5 sekund. DNA je tedy vyextrahovaná - rozpuštěná ve vodě - a je nutné ji filtrací oddělit od pevných zbytků. Ve filtrátu v plastové zkumavce je obsažena DNA z rajčete nebo cibule navázaná na bílkoviny histony. Přidáme do ní pár zrníček Persilu, který obsahuje proteinázu, to je enzym odbourávající bílkoviny. DNA následně zviditelníme tak, že do plastové zkumavky po stěnách opatrně přilijeme chlazený alkohol. Na rozhraní fází se do alkoholu sráží DNA v podobě mléčného vlákna, které lze vylovit a namotat na tyčinku nebo špejli. Vodní lázeň 60 C: teplotu odhadneme tak, že pokud do vody ponoříme prst, ještě nás nepálí. 9. Princip experimentu Principem je extrakce DNA z buněčných jader cibule a rajčete. V první fázi mechanicky rozrušíme pletiva a buňky krájením nadrobno (buňky lze roztrhat i zmrazením). Uvnitř buněk existuje 4

5 soustava membrán tukové povahy, které je nutné rozložit. Využijeme k tomu např. Jar, který obsahuje detergenty. Proces je možné urychlit ponořením do vodní lázně na 15 minut a poté chladit po dobu 10 minut. Uvolnění DNA z buněk pojistíme mixováním maximálně 5 sekund tyčovým mixérem. Nyní je DNA rozpuštěná v nevzhledné směsi, kterou je nutné filtrovat. Ve filtrátu je ovšem DNA stále navázaná na bílkoviny histony, které je nutné odstranit pomocí několika zrnek pracího prostředku, např. Persilu. Ten obsahuje enzym proteázu, který bílkoviny rozloží. Zviditelnění DNA se provádí opatrným přiléváním chlazeného alkoholu po stěnách plastové zkumavky. Na rozhraní se zviditelní mléčně zakalená vlákna DNA v alkoholu. 10. Bezpečnost práce Při tomto experimentu využíváme prostředky běžně dostupné v domácnostech, při práci s nimi se řídíme bezpečnostními pokyny a doporučeními uvedenými na obalech. Dodržujeme běžné zásady bezpečnosti a hygieny práce. 11. Poznámky ke strategii výuky Experimenty jsou velmi jednoduché, suroviny dostupné, nároky na chemikálie minimální, stejně jako na laboratorní nádobí. Doporučujeme pokus provádět ve skupinách po čtyřech žácích a vysrážení DNA provádět individuálně. 12. Přínos DNA je velmi složitá chemická sloučenina. Je nositelkou genetické informace a je pro vše živé velmi důležitá. DNA je biochemickým otiskem prstů, čehož se využívá i ve forenzní chemii. Tímto experimentem je dokázáno, že nepotřebujeme k izolaci DNA špičkové laboratoře a mikroskopy ke zviditelnění. Vše potřebné je běžně dostupné a celý experiment je velmi atraktivní a zábavný. 5

6 Malý slovníček: extract DNA získat DNA get inside pronikat dovnitř cell buňka chemical attack chemický útok salty solution slaný roztok soapy salty water solution mýdlový slaný vodní roztok contain obsahovat break down rozrušit cell walls buněčné stěny release DNA uvolnit DNA naturally přirozeně, samozřejmě speed up urychlit water bath vodní lázeň maintain udržovat cool down ochladit refrigerator chladnička separate oddělit remaining material zbývající látka Bonus pro vás!!! 13. Fotografie Průběh experimentu lze dokumentovat fotografiemi i natočením videa. Obr. 1 DNA získaná z brokolice 6