Урок 28. Флуоресцентна мікроскопія: лабораторна
Матеріал
Урок 28. Флуоресцентна мікроскопія: лабораторна
Місце уроку в темі: Попередній урок знайомив учнівство з флуоресцентною та конфокальною мікроскопією, зосереджувався на теорії та аналізі зображень. Цей урок – практичне занурення.
Проблема уроку: Як отримати флуоресцентне зображення без флуоресцентного мікроскопа?
Очікувані результати для вчителя:
Очікувані результати для учнівства:
Ключові слова:
- флуоресценція
- флуорохром
- флуоресцентні барвники
- GFP
- епіфлуоресценція
- спектр збудження
- фільтри
- мікрофотографія
- симуляція
План уроку
- Мотивація – «Світло, якого не видно» (5 хв)
- Тобі може знадобитися – теоретична частина. (10 хв)
- Життєва ситуація – світіння від УФ. (15 хв)
- Попрактикуймо самостійно – практичні завдання. (10 хв)
- Рефлексія (5 хв)
Дружня порада для вчителя
Тривалість: 5 хв.
🛠 Як провести:
Запитання для запуску уроку:
- «Чи можна побачити життя клітини в реальному часі?»
- «Чи можна змусити молекулу засвітитись ?»
Методи подачі:
- Покажіть короткий кліп про GFP (наприклад, з каналу BioNetwork).
📢 Обговоріть:
- Як створюється контраст між структурами в клітині?
- Чому ми бачимо різні кольори, якщо використовуємо лише УФ-світло?
🎯 Головна ідея:
Флуоресцентна мікроскопія – спосіб побачити і зрозуміти як влаштоване життя.
💡 Світло, якого не видно
Уявіть, ви слідчі у справі про невидиму речовину. Її не видно у звичайному світлі, вона не залишає слідів, але вона там точно є.
Саме так вчені «шукають» білки, віруси або навіть клітини, що ведуть себе незвично. Наприклад, клітини ракової пухлини.
Що робити, якщо ці структури невидимі? Дати їм світитись. Не випадково в біології існує вираз: «підсвітити життя».
📜 Історія:
- У 1994 році японський учений Осаму Сімомура вивчив світіння медузи Aequorea victoria. Так він відкрив зелений флуоресцентний білок (GFP), який тепер вставляють у ДНК клітин як флуоресцентну мітку. Цей білок світиться зеленим, коли на нього світить УФ-світло. І ось – ви бачите молекулу, яка колись була невидимою.
🧠 Поміркуйте:
- Чому звичайний мікроскоп не здатен «побачити» невидиме?
- Що дозволяє флуоресцентним барвникам «розповісти» про клітину?
- Якби ви були вченим/ою – що б хотіли підсвітити в клітині?
🔎 Сьогодні ми спробуємо стати дослідниками невидимого.
Дружня порада для вчителя
Тривалість: 10 хв.
🛠 Як провести:
- Використайте просту УФ-лампу (довжина хвилі 365 нм) або синє LED-світло (470 нм) з фільтром, це можна зробити безпечно.
Підготуйте зразок:
- Наприклад, скибка картоплі, оброблена флуоресцентним барвником для мікроскопії, або навіть флуоресцентним харчовим барвником.
- Або ж проведіть віртуальну демонстрацію застосувавши підбірку мікрофотографій з інтернету.
🔬 Що таке флуоресценція і як вона допомагає побачити невидиме?
Якщо взяти барвник, який починає світитися, щойно його «збудити» ультрафіолетовим світлом – клітина раптом оживе у кольорі.
Це і є флуоресцентна мікроскопія. Завдяки такій методиці можна побачити, як часто і швидко клітина ділиться або які клітини заражені вірусом.
Рис 3. Клітина HeLa з флуоресцентними барвниками: 🔵 ядра (DAPI), 🟢 мікротрубочки (FITC), 🔴 мітохондрії (Texas Red). Джерело: NikonMicroscopyU
🧪 Як це працює?
| Компонент | Що це? | Як працює |
|---|---|---|
| Флуорохром | Спеціальна молекула, здатна до флуоресценції | Поглинає світло однієї довжини хвилі, випромінює інше |
| Джерело світла | УФ-лампа або синє LED-світло | Збуджує барвник для флуоресценції |
| Фільтри | Об’єктиви з бар’єрними фільтрами | Пропускають тільки світіння флуорохрому, а не світло від джерела |
| Об’єкт дослідження | Клітини тканин, культури бактерій | Обробляються флуоресцентним барвником |
📍 Ключові поняття:
- DAPI – барвник, що світиться синім і мітить ядра (зв’язується з молекулами ДНК)
- FITC – зелений флуорохром, який активуєтьс під синім світлом
- Texas Red / TRITC – червоні флуоресцентні барвники, часто мітять цитоплазму або окремі органели
- Епіфлуоресценція – основна техніка, коли світло розташовують «зверху» для спостереження світіння об’єкта
- Експозиція – час, коли камера або око реєструє світіння (чим довше тим яскравіше)
🎯 Поміркуйте:
- Як флуоресцентні барвники допомагають “розрізнити” частини клітини?
- Чи можна за кольором зрозуміти функцію або стан клітини?
- Чи можливо у школі зробити просту модель такої мікроскопії?
Дружня порада для вчителя
Тривалість: 10 хв.
Демонстрація:
- Підготуйте матеріали: зрізи картоплі/банану, УФ-ліхтарі, розчини з хініном або рибофлавіном
- Знайдіть темне приміщення
📢 Питання для обговорення:
- Чому одні ділянки світяться сильніше?
- Як цей досвід співвідноситься з реальними біологічними дослідженнями?
- Як виглядало б це саме дослідження під справжнім флуоресцентним мікроскопом?
✅ Головна ідея:
Флуоресценція доступна для моделювання навіть без мікроскопа.
🔬 Життєва ситуація: Світіння під УФ
Ви молодий біолог у команді, яка займається виявленням патогенів у харчових продуктах. Але є проблема: бактерій не видно звичайним методом. Що ж робити?
Вчені вже давно використовують флуоресцентні барвники, щоб «підсвітити» певні молекули. У сьогоднішньому дослідженні ми імітуємо цей підхід, навіть без дорогого мікроскопа, але з реальним досвідом флуоресценції.
🧪 Завдання лабораторної (імітаційна флуоресценція)
Матеріали:
- УФ-лампа (365 нм) або дешевий УФ-ліхтарик
- Склянки або чашки Петрі
- Харчовий барвник + вітамін В2 (рибофлавін) або хінін (світиться в УФ)
- Картопля або банан (для зрізу)
- Піпетки або ложечки
- Перчатки, серветки
Хід роботи:
- Зробіть тонкий зріз картоплі або банану. Покладіть його в чашку Петрі.
- Додайте кілька крапель розчину харчового барвника з вітаміном В2 або хініном.
- У темному приміщенні, направте на зразок УФ-світло.
- Спостерігайте: Які частини зразка світяться?
- За бажанням зробіть фото і використайте його для аналізу.
🔍 Проаналізуйте:
- Які частини зразка світяться?
- Який колір випромінює рибофлавін / хінін?
- Як можна пояснити механізм флуоресценції з точки зору фізики та хімії?
- Уявіть, що цей барвник прикріплений до певної молекули в клітині – як його світіння допомагає «знайти» цю молекулу?
💡 Висновок:
Навіть за відсутності складного обладнання, ми можемо моделювати флуоресценцію.
Дружня порада для вчителя
Тривалість: 15 хв.
Завдання 1: На Рис. 6 показано клітини HeLa, сфотографовані під флуоресцентним мікроскопом. Кожна структура «підсвічена» своїм барвником.
- Назвіть структури, позначені кожним кольором:
🟢 Зелений: __________________________________________________________________________
🔵 Синій: _____________________________________________________________________________
🔴 Червоний: _________________________________________________________________________
- Поясніть форму, функції, розміщення цих структур у клітині:
| ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
- Уявіть, що зображення було зроблено для вивчення ефективності нового препарату, який має діяти на мітохондрії. Як би ви дізналися, чи препарат діє, аналізуючи подібне зображення?
| ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Очікувані відповіді учнівства:
Завдання 1:
🟢 мікротрубочки (цитоскелет)
🔵 ядро (ДНК, генетичний матеріал)
🔴 мітохондрії (енергетичні станції)
- Учні можуть зазначити, що мітохондрії мають зернисту форму і розподілені по цитоплазмі навколо ядра, а мікротрубочки утворюють сітку.
- Аналіз дії препарату: зменшення або зникнення червоного сигналу може вказувати на пошкодження або зниження активності мітохондрій.
Завдання 2: Співвідношення площі та об’єму
Вивчення функції клітин часто залежить від площі поверхні та об’єму.
Дано:
Площа поверхні клітини (S): 900 мкм²
Об’єм клітини (V): 1800 мкм³
Формула:
S/V = площа поверхні ÷ об’єм
Обчисліть:
S/V = ___________________ мкм⁻¹
Поясніть, як це співвідношення може впливати на функцію клітини (напр., поглинання речовин).
| ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Очікувані відповіді учнівства:
Завдання 2:
- S/V = 900 ÷ 1800 = 0.5 мкм⁻¹
- Чим вище співвідношення, тим ефективніше клітина може обмінювати речовини з середовищем. Це критично для клітин епітелію кишечника або альвеол легенів.
Дружня порада для вчителя
Тривалість: 5 хв.
Як провести:
- Метод «Світлова крапка» – учні на стікерах або в нотатках позначають:
✨ Що «спалахнуло» (нове/цікаве)
❓ Що залишилось незрозумілим
🔍 Що хочуть дослідити далі
📌 Питання для глибшого осмислення:
- У чому для вас особисто сьогодні відкрилась краса науки?
- Як цей урок змінює ваше уявлення про дослідження в біології?
Закінчіть речення:
- Найбільше мене здивувало, що:
| __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
- Флуоресценція для мене це:
| __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
- Мені захотілось дізнатись більше про:
| __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Оцініть свій рівень розуміння:
👍 – Я можу пояснити, як працює флуоресцентний мікроскоп і навіщо його використовують.
🤔 – Я розумію загальну ідею, але ще не до кінця зрозумів/зрозуміла принцип дії флуоресцентних барвників.
👎 – Мені поки складно, хочу повторити тему з прикладами.
💬 Обговорення:
- Який момент сьогоднішнього заняття «засвітився» для вас найяскравіше?
📺 Відео для допитливих:
- Що таке флуоресценція (University Of Prince Edward Island): https://www.youtube.com/watch?v=WnWIt0iz00A
🕹 Інтерактивні моделі:
- Інтерактивна карта-енциклопедія білків у клітині (Human Protein Atlas): https://www.proteinatlas.org/
Урок 28. Флуоресцентна мікроскопія: лабораторна
Місце уроку в темі: Попередній урок знайомив учнівство з флуоресцентною та конфокальною мікроскопією, зосереджувався на теорії та аналізі зображень. Цей урок – практичне занурення.
Проблема уроку: Як отримати флуоресцентне зображення без флуоресцентного мікроскопа?
Очікувані результати для учнівства:
Ключові слова:
- флуоресценція
- флуорохром
- флуоресцентні барвники
- GFP
- епіфлуоресценція
- спектр збудження
- фільтри
- мікрофотографія
- симуляція
План уроку
- Мотивація – «Світло, якого не видно» (5 хв)
- Тобі може знадобитися – теоретична частина. (10 хв)
- Життєва ситуація – світіння від УФ. (15 хв)
- Попрактикуймо самостійно – практичні завдання. (10 хв)
- Рефлексія (5 хв)
💡 Світло, якого не видно
Уявіть, ви слідчі у справі про невидиму речовину. Її не видно у звичайному світлі, вона не залишає слідів, але вона там точно є.
Саме так вчені «шукають» білки, віруси або навіть клітини, що ведуть себе незвично. Наприклад, клітини ракової пухлини.
Що робити, якщо ці структури невидимі? Дати їм світитись. Не випадково в біології існує вираз: «підсвітити життя».
📜 Історія:
- У 1994 році японський учений Осаму Сімомура вивчив світіння медузи Aequorea victoria. Так він відкрив зелений флуоресцентний білок (GFP), який тепер вставляють у ДНК клітин як флуоресцентну мітку. Цей білок світиться зеленим, коли на нього світить УФ-світло. І ось – ви бачите молекулу, яка колись була невидимою.
🧠 Поміркуйте:
- Чому звичайний мікроскоп не здатен «побачити» невидиме?
- Що дозволяє флуоресцентним барвникам «розповісти» про клітину?
- Якби ви були вченим/ою – що б хотіли підсвітити в клітині?
🔎 Сьогодні ми спробуємо стати дослідниками невидимого.
🔬 Що таке флуоресценція і як вона допомагає побачити невидиме?
Якщо взяти барвник, який починає світитися, щойно його «збудити» ультрафіолетовим світлом – клітина раптом оживе у кольорі.
Це і є флуоресцентна мікроскопія. Завдяки такій методиці можна побачити, як часто і швидко клітина ділиться або які клітини заражені вірусом.
Рис 3. Клітина HeLa з флуоресцентними барвниками: 🔵 ядра (DAPI), 🟢 мікротрубочки (FITC), 🔴 мітохондрії (Texas Red). Джерело: NikonMicroscopyU
🧪 Як це працює?
| Компонент | Що це? | Як працює |
|---|---|---|
| Флуорохром | Спеціальна молекула, здатна до флуоресценції | Поглинає світло однієї довжини хвилі, випромінює інше |
| Джерело світла | УФ-лампа або синє LED-світло | Збуджує барвник для флуоресценції |
| Фільтри | Об’єктиви з бар’єрними фільтрами | Пропускають тільки світіння флуорохрому, а не світло від джерела |
| Об’єкт дослідження | Клітини тканин, культури бактерій | Обробляються флуоресцентним барвником |
📍 Ключові поняття:
- DAPI – барвник, що світиться синім і мітить ядра (зв’язується з молекулами ДНК)
- FITC – зелений флуорохром, який активуєтьс під синім світлом
- Texas Red / TRITC – червоні флуоресцентні барвники, часто мітять цитоплазму або окремі органели
- Епіфлуоресценція – основна техніка, коли світло розташовують «зверху» для спостереження світіння об’єкта
- Експозиція – час, коли камера або око реєструє світіння (чим довше тим яскравіше)
🎯 Поміркуйте:
- Як флуоресцентні барвники допомагають “розрізнити” частини клітини?
- Чи можна за кольором зрозуміти функцію або стан клітини?
- Чи можливо у школі зробити просту модель такої мікроскопії?
🔬 Життєва ситуація: Світіння під УФ
Ви молодий біолог у команді, яка займається виявленням патогенів у харчових продуктах. Але є проблема: бактерій не видно звичайним методом. Що ж робити?
Вчені вже давно використовують флуоресцентні барвники, щоб «підсвітити» певні молекули. У сьогоднішньому дослідженні ми імітуємо цей підхід, навіть без дорогого мікроскопа, але з реальним досвідом флуоресценції.
🧪 Завдання лабораторної (імітаційна флуоресценція)
Матеріали:
- УФ-лампа (365 нм) або дешевий УФ-ліхтарик
- Склянки або чашки Петрі
- Харчовий барвник + вітамін В2 (рибофлавін) або хінін (світиться в УФ)
- Картопля або банан (для зрізу)
- Піпетки або ложечки
- Перчатки, серветки
Хід роботи:
- Зробіть тонкий зріз картоплі або банану. Покладіть його в чашку Петрі.
- Додайте кілька крапель розчину харчового барвника з вітаміном В2 або хініном.
- У темному приміщенні, направте на зразок УФ-світло.
- Спостерігайте: Які частини зразка світяться?
- За бажанням зробіть фото і використайте його для аналізу.
🔍 Проаналізуйте:
- Які частини зразка світяться?
- Який колір випромінює рибофлавін / хінін?
- Як можна пояснити механізм флуоресценції з точки зору фізики та хімії?
- Уявіть, що цей барвник прикріплений до певної молекули в клітині – як його світіння допомагає «знайти» цю молекулу?
💡 Висновок:
Навіть за відсутності складного обладнання, ми можемо моделювати флуоресценцію.
Завдання 1: На Рис. 6 показано клітини HeLa, сфотографовані під флуоресцентним мікроскопом. Кожна структура «підсвічена» своїм барвником.
- Назвіть структури, позначені кожним кольором:
🟢 Зелений: __________________________________________________________________________
🔵 Синій: _____________________________________________________________________________
🔴 Червоний: _________________________________________________________________________
- Поясніть форму, функції, розміщення цих структур у клітині:
| ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
- Уявіть, що зображення було зроблено для вивчення ефективності нового препарату, який має діяти на мітохондрії. Як би ви дізналися, чи препарат діє, аналізуючи подібне зображення?
| ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Завдання 2: Співвідношення площі та об’єму
Вивчення функції клітин часто залежить від площі поверхні та об’єму.
Дано:
Площа поверхні клітини (S): 900 мкм²
Об’єм клітини (V): 1800 мкм³
Формула:
S/V = площа поверхні ÷ об’єм
Обчисліть:
S/V = ___________________ мкм⁻¹
Поясніть, як це співвідношення може впливати на функцію клітини (напр., поглинання речовин).
| ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Закінчіть речення:
- Найбільше мене здивувало, що:
| __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
- Флуоресценція для мене це:
| __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
- Мені захотілось дізнатись більше про:
| __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Оцініть свій рівень розуміння:
👍 – Я можу пояснити, як працює флуоресцентний мікроскоп і навіщо його використовують.
🤔 – Я розумію загальну ідею, але ще не до кінця зрозумів/зрозуміла принцип дії флуоресцентних барвників.
👎 – Мені поки складно, хочу повторити тему з прикладами.
💬 Обговорення:
- Який момент сьогоднішнього заняття «засвітився» для вас найяскравіше?
📺 Відео для допитливих:
- Що таке флуоресценція (University Of Prince Edward Island): https://www.youtube.com/watch?v=WnWIt0iz00A
🕹 Інтерактивні моделі:
- Інтерактивна карта-енциклопедія білків у клітині (Human Protein Atlas): https://www.proteinatlas.org/
Ділись та обговорюй важливе