ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ: Δομή και λειτουργία. (Διδακτική προσέγγιση με πειράματα και αναλογίες)

Transcript

1 ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ: Δομή και λειτουργία (Διδακτική προσέγγιση με πειράματα και αναλογίες) Η αλληλεπίδραση δομής-λειτουργίας αποτελεί βασικό θέμα της βιολογίας. Ένα σημαντικό παράδειγμα αυτής της αλληλεπίδρασης αποτελεί η σχέση της τρισδιάστατης δομής μιας πρωτεΐνης με τη λειτουργία που αυτή επιτελεί στο κυτταρικό επίπεδο. Ακολούθως προτείνεται μια ολοκληρωμένη διδακτική προσέγγιση της συγκεκριμένης ενότητας που συνδυάζει το πείραμα με τις πρακτικές δραστηριότητες κιναισθητικού τύπου, ώστε με τη χρήση των κατάλληλων εκπαιδευτικών αναλογιών, να ενισχύσουμε την εννοιολόγηση της σχέσης δομής- λειτουργίας των πρωτεϊνικών μορίων Πρωτεΐνες: «Διαδεδομένες, πολύπλοκες και εύθραυστες» (Βιολογία Β τάξης Γενικού Λυκείου) Διδακτικοί στόχοι Στο τέλος της διδασκαλίας της υποενότητας αυτής ο μαθητής θα πρέπει: Να αναγνωρίζει το είδος των μονομερών των πρωτεϊνών και να περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο αυτά συνδέονται, ώστε να αποτελέσουν πολυπεπτιδικές αλυσίδες. Να συσχετίζει την «προσωπικότητα» κάθε πρωτεΐνης με τη συγκεκριμένη αλληλουχία των αμινοξέων, τα οποία δομούν την πολυπεπτιδική αλυσίδα. Να αναγνωρίζει ότι κάθε συγκεκριμένη αλληλουχία αμινοξέων προσδιορίζει μια συγκεκριμένη στερεοδιάταξη, που με τη σειρά της προσδιορίζει έναν καθορισμένο βιολογικό ρόλο για την πρωτεΐνη. Να κατατάσσει τις πρωτεΐνες με βάση τη λειτουργία τους και να αναγνωρίζει ότι αυτές είναι τα μακρομόρια χάρις στα οποία επιτελείται ένα πλήθος από διαφορετικές κυτταρικές λειτουργίες.

2 2. Γνωστικά εμπόδια Δυσκολίες των μαθητών να κατανοήσουν έννοιες όπως: Μονομερές- Πολυμερές Μηχανισμός συμπύκνωσης και υδρόλυσης Πλευρικές ομάδες (ποικιλία και σημασία) 2 Δεσμοί (ομοιοπολικοί πεπτιδικοί, υδρογόνου, δισουλφιδικοί δεσμοί, δυνάμεις Van der Waals και υδρόφοβοι δεσμοί) Επίπεδα οργάνωσης πρωτεϊνικών μορίων Σχέση δομής και λειτουργίας Διάκριση λειτουργιών των πρωτεϊνικών μορίων 3.Κλασικά πειράματα μετουσίωσης Τα προτεινόμενα κλασικά πειράματα μετουσίωσης των πρωτεϊνών «πείθουν» τους μαθητές για την αλλαγή της μορφής της πρωτεΐνης π.χ. της αλβουμίνης καθώς το αρχικό διαυγές πρωτεϊνικό διάλυμα μετατρέπεται με την επίδραση της θερμότητας στο λευκό, αδιαφανές και συμπαγές «ασπράδι» του τηγανητού αυγού. Με την μακροσκοπική αυτή επίδειξη της αλλαγής της υφής του αυγού δε γίνεται όμως απόλυτα κατανοητό από τους μαθητές το γεγονός της αλλαγήςαπώλειας της αρχικής λειτουργίας της πρωτεΐνης, εξαιτίας της καταστροφής της τριτοταγούς της δομής. Εικ.1: Η αύξηση της θερμοκρασίας κατά το τηγάνισμα του αυγού έχει ορατά αποτελέσματα( Βιολογία Β Λυκείου, hp/dsgl-b106, σελ.25)

3 4. Εκπαιδευτικές αναλογίες για τη σχέση ανάμεσα στη δομή και τη λειτουργία των πρωτεϊνών Η χρήση κατάλληλων εκπαιδευτικών αναλογιών όπως αυτές που προτείνονται ακολούθως ενδυναμώνει τη διδασκαλία της συγκεκριμένης ενότητας καθώς συμβάλλει στην αποσαφήνιση του συγκεκριμένου ερωτήματος : «πώς η δομή μιας πρωτεΐνης εξασφαλίζει τη λειτουργία της;» 3 H Δομή Συναντά την Λειτουργία: η «Μολυβοτρανσφεράση» 1 Οι μαθητές καλούνται να επιλύσουν το εξής πρόβλημα: χρησιμοποιώντας ένα σύρμα πίπας, πρέπει να μεταφέρουν ένα μολύβι από το θρανίο πάνω στο οποίο βρίσκεται, σε ένα άλλο. Στην προσπάθειά τους αυτή, επιτρέπεται η κάμψη του σύρματος, όπως άλλωστε επιβάλλεται να κάνουν, αλλά δεν μπορούν να αγγίξουν το μολύβι με τα χέρια τους κατά την μεταφορά του μεταξύ των θρανίων. Μετά την επιτυχή μεταφορά του μολυβιού, οι μαθητές θα πρέπει να διατηρήσουν το συγκεκριμένο σχήμα του σύρματος, που τους επέτρεψε να την υλοποιήσουν. (Γιαγτζόγλου,2016:54) Εικόνα 2:Παραδείγματα μοντέλων της μολυβοτρανσφεράσης που κατασκεύασαν διαφορετικές ομάδεςμαθητών. (Γιαγτζόγλου,2016:55) 1 (White, 2006; Γιαγτζόγλου,2016).

4 Εικόνα 3: Παραδείγματα μοντέλων της τεταρτοταγούς δομής που κατασκεύασαν διαφορετικές ομάδες μαθητών (Γιαγτζόγλου,2016:56) 4 Εικ. 4 : Οι «χαρτοδεσμάσες»- συνδετήρες διατηρούν την τριτοταγή δομή τους και επιτελούν τη λειτουργία τους. (ΕΚΦΕ Ρεθύμνου,2019) Εικ.5: Οι «χαρτοδεσμάσες»- συνδετήρες,μετουσιώθηκαν, δεν επιτελούν τη λειτουργία τους, (παρόλο που η πρωτοταγής τους δομή δεν καταστράφηκε ) διότι δε διατηρούν πλέον την τριτοταγή δομή τους. (ΕΚΦΕ Ρεθύμνου,2019)

5 Μια επίδειξη της πρωτεϊνικής αναδίπλωσης 2 Το 2006, ο καθηγητής Β. White, στο Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης και δημιουργός της δραστηριότητας, ζήτησε από ένα ακροατήριο 200 και πλέον φοιτητών να χρησιμοποιήσουν ένα κομμάτι σύρματος για την προσομοίωση μιας μικρής πολυπεπτιδικής αλυσίδας, επιδιώκοντας να παρουσιάσει τις βασικές αρχές που αφορούν στην αναδίπλωση των πρωτεϊνών. Με τον τρόπο αυτό, η δεύτερη αυτή πρακτική δραστηριότητα έρχεται να ενισχύσει την σύνδεση μεταξύ της τελικής τρισδιάστατης διαμόρφωσης ενός πρωτεϊνικού μορίου και της εξειδικευμένης λειτουργίας που αυτό επιτελεί. 5 Εικόνα 6: Παραδείγματα μη αναδιπλωμένων ολιγοπεπτιδίων που κατασκεύασαν διαφορετικές ομάδες μαθητών.(γιαγτζόγλου, 2016) Εικόνα 7: Παραδείγματα αναδιπλωμένων ολιγοπεπτιδίων που κατασκεύασαν διαφορετικές ομάδες μαθητών. (Γιαγτζόγλου, 2016) 2 (White, 2006; Γιαγτζόγλου, 2016).

6 Μετουσιωμένες πρωτεΐνες και καθημερινότητα. Γευματίζοντας με «αλλαγμένες» πρωτεΐνες: αυγά τηγανητά ή βραστά με.«τυροζούλι» 6 Εικόνα 8: Επίδραση της μεταβολής του ph στη διαλυτότητα των πρωτεϊνών. Παρατηρείται η καταβύθιση της καζεΐνης του γάλακτος στο ισοηλεκτρικό σημείο της,όπου παρουσιάζει τη μικρότερη διαλυτότητα (Ξαπλαντέρη, 2015:50) Ερωτήσεις για τους μαθητές Τι παρατηρείτε να συμβαίνει στο ασπράδι του αβγού όταν το τηγανίζετε ή το βράζετε; Πού νομίζετε ότι οφείλεται αυτό; Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

7 Μπορείτε να αναφέρετε ένα άλλο τρόφιμο που κατά την παρασκευή του παρατηρούμε 7 «αλλαγή» πρωτεϊνών; Περιγράψτε αυτό που παρατηρείτε σε κάθε περίπτωση. Βιβλιογραφία-Δικτυογραφία Γιαγτζόγλου, Σ. (2016). Μια επίδειξη της αναδίπλωσης των πρωτεϊνών. Διδάσκοντας Φυσικές Επιστήμες, 11:65-73 Ξαπλαντέρη, Μ.(2015) Εργαστηριακή άσκηση για τη διδασκαλία του ισοηλεκτρικού σημείου και τη μετουσίωση των πρωτεϊνών. Φυσικές Επιστήμες στην Εκπαίδευση. 8:47-55 White, B. (2006). A simple and effective protein folding activity suitable for large lectures. CBE Life Sci Educ, 5 (3) : Σχολικό Βιβλίο Βιολογίας Β Λυκείου: σελ ) php?course=dsgl-b106 (Βιβλίο εκπαιδευτικού Βιολογίας Β Λυκείου: σελ ) (Εργαστηριακός Οδηγός Βιολογίας Β Λυκείου: εργαστηριακή άσκηση 7-φύλλο εργασίας, σελ.47-50)