main-page-icon
menu-button
Valikko
OPETTAJAT JA OHJAAJAT

Genetiikkaa tiedekerhossa

 Genetiikan kerhossa avataan viiden kerhokerran avulla geenien saloja kokeellisten tai toiminnallisten tehtävien avulla. Tehtävien suunnittelussa on pyritty mahdollisimman yksinkertaisiin välineisiin. Jokaisella kerhokerralla esitetään myös aiheeseen liittyvät tärkeimmät asiasanat tai kehotetaan tutustumaan asioihin syvällisemmin.

Taustamateriaalia Geenitekniikka-kerhoon:

YLE:n sivusto http://oppiminen.yle.fi/solubiologia/bioteknologia
Genetiikkaa Utahin yliopiston sivuilla http://learn.genetics.utah.edu/
Sivusto entsyymeistä www.helsinki.fi/kemia/opettaja/aineistot/entsyymit/

1. kerhokerta - Nukleiinihapot DNA ja RNA

Johdatus kerhoon
- kerhon perussäännöt
- turvallisuus
- raportointi

  • Palautetaan mieleen solun rakenne mallin avulla, opettajan ohje (pdf).

Solun nukleiinihappoja on kaksi: DNA (deoksiribonukleiinihappo) ja RNA (ribonukleiinihappo). Nukleiinihapot ovat kaikilla eliölajeilla samankaltaisia. Ne rakentuvat pienistä osista, nukleotideista, jotka liittyvät peräkkäin toisiinsa muodostaen yhtenäisen nukleotidijonon, niin kutsutun juosteen.

Nukleotidi koostuu sokeriosasta, fosfaattiryhmästä ja yhdestä orgaanisesta emäksestä. Orgaanisia emäksiä on DNA:lla: adeniini (A), tymiini (T), guaniini (G), sytosiini (C). Emäkset muodostavat pareja vetysidosten avulla. Parin muodostavat aina G ja C, A ja T. DNA muodostaa itsestään identtisiä kopioita, jotka siirtyvät tytärsoluille. Näin DNA:n sisältämä informaatio säilyy sukupolvesta toiseen.

  • Perehdytään nukleiinihappojen rakenteeseen. Kootaan legoista nukleotidejä ja nukleotideistä DNA-juoste, oppilaan ohje (pdf).
  • Rakennetaan malli DNA:n kaksoiskierteestä askartelupunoksesta, oppilaan ohje (pdf).

DNA:n ja RNA:n rakenteessa on sekä eroja että yhteneväisyyksiä. RNA:n emäkset ovat muuten samat kuin DNA:lla, mutta tymiinin korvaa urasiili (U). Urasiili (U) pariutuu adeniinin (A) kanssa.

  • Rakennetaan legoista myös RNA-juoste (käytetään samaa ohjetta kuin DNA:n rakentamisessa).

2. kerhokerta - Nukleiinihappo, perimän siirtäjä

Kaikissa soluissa on DNA:ta. Tumallisissa soluissa DNA sijaitsee tuman kromosomeissa, mutta pieniä määriä DNA:ta on myös solun energiantuotannosta huolehtivissa mitokondrioissa ja kasvisolujen yhteyttävissä viherhiukkasissa. Esitumallisilla bakteereilla DNA on solulimassa vapaana tai rengasmaisina plasmideina.

  • Löydätkö DNA:ta kotikonstein? Eristetään DNA:ta posken limakalvoista, oppilaan ohje (pdf) ja/tai kiivistä, oppilaan ohje (pdf).

On arvioitu, että yhden ihmisen soluissa on yhteensä 40 miljardia kilometriä DNA-rihmaa. Se on yli 130 kertaa Maasta Aurinkoon ja takaisin. Solun koko DNA-määrä kiertyy proteiinien ympärille. Avoimena rihmana se saattaisi mennä solmuun.

  • Kokeillaan villalangan avulla mitä eroa on vapaasti olevalla ja tiukkaan kiertyneellä DNA:lla, oppilaan ohje (pdf).

DNA:n rakenne on yksinkertainen, mutta silti se sisältää kaiken solujen toimintaan tarvittavan informaation. DNA:n välittämä viesti kätkeytyy sen emästen järjestykseen. Muutos DNA:n emäsjärjestyksessä (eli mutaatio) voi muuttaa DNA:n informaatiota.

  • Tukitaan mitä DNA:n viestille tapahtuu kun siihen kohdistuu mutaatio, oppilaan ohje (pdf).

3. kerhokerta - Valkuaisaine eli proteiini

Proteiinit muodostuvat aminohapoista, jotka muodostavat ketjuja. Proteiini on yhdestä tai useammasta aminohappoketjusta koostuva orgaaninen yhdiste. Proteiineja on kaikkialla soluissa ja niillä on lukuisia tehtäviä. Proteiinit ovat välttämättömiä elintoiminnoille. Proteiinien tehtäviin kuuluvat mm. solujen toiminnan ohjailu esimerkiksi säätelemällä solun aineenvaihduntaa ja aineiden siirtymistä solukalvon puolelta toiselle sekä toimiminen solujen viestinviejinä, kuljettajina ja rakenneosina. Proteiinit osallistuvat myös geenien toiminnan säätelyyn.

  • Proteiinin rakenne ja ominaisuudet muuttuvat, kun niihin kohdistu jokin fyysinen tai kemiallinen muutos. Maitoproteiini muuttuu esimerkiksi kovaksi massaksi – tehdään muovia maidosta, oppilaan ohje (pdf).
  • Elimistössä proteiineja pilkkovat erilaiset entsyymit. Tutkitaan syljen entsyymien toimintaa, oppilaan ohje (pdf). Tehtävän tuloksista voidaan tehdä johtopäätöksen, että mitä hitaammin pureskelemme ruokaa sitä paremmin se sekoittuu sylkeen ja sitä nopeammin se hajotetaan ravintoaineiksi.

4. kerhokerta - Emäsjärjestyksestä toimivaksi proteiiniksi, proteiinisynteesi

Kun solussa tarvitaan tiettyä proteiinia, tätä koodaava geeni muuttuu aktiiviseksi. Proteiinin valmistusohje luetaan aktiivisesta geenistä. DNA:n emäsjärjestys kopioidaan ja tuodaan tumasta solulimaan tehtävään erikoistuneen lähetti-RNA:n avulla. Kopioimista kutsutaan transkriptioksi.

Solulimassa lähetti-RNA asettuu ribosomin pinnalle, jossa alkaa geenin emäskoodin kääntäminen aminohappojärjestykseksi. Tätä vaihetta kutsutaan translaatioksi. Lähetti-RNA:n tuomaa viestiä lukevat siirtäjä-RNA:t, jotka kuljettavat mukanaan aminohappoja.

Siirtäjä-RNA:t lukevat lähetti-RNA:ta emäskolmikko kerrallaan. Lähetin emäskolmikkoa kutsutaan kodoniksi. Yksi kodoni vastaa yhtä aminohappoa.

Ribosonin pinnalla aminohapot liittyvät toisiinsa peptidisidoksella muodostaen aminohappoketjuja. Aminohappojen järjestys on DNA-koodin mukainen. Aminohappoketjun rakentuminen päättyy kun vastaan tulee lopetuskodoni, joka ei vastaa mitään aminohappoa.

Ennen kun proteiini on valmis täytyy aminohappoketjun vielä laskostua lopulliseen muotoonsa. Oikea laskostuminen on tärkeää sillä proteiinin toiminta perustuu sen kolmiulotteiseen muotoon. Tietty aminohappojärjestys laskostuu aina samalla tavoin.


5. kerhokerta - Geenitekniikan menetelmät

Geeniteknologia on modernin bioteknologian osa-alue, jolla tarkoitetaan perintöaineksen muokkaamista ja/tai siirtämistä. Geneettinen muunnos saadaan aikaan kun soluun viety ”vieras” DNA kiinnittyy osaksi eliön perimää.

Geenitekniikan perusmenetelmiä ovat:
1. DNA:n eristäminen
2. DNA:n pilkkominen
3. Emäsjärjestyksen tunnistus
4. Perintöaineksen yhdistäminen uudelleen halutulla tavalla
5. Perintöaineksen monistaminen

Tutustutaan geenitekniikan laboratorioon virtuaalisesti http://learn.genetics.utah.edu/

DNA:ta pilkotaan alun perin bakteereista löydettyjen katkaisuentsyymien avulla. Katkaisuentsyymi tunnistaa DNA-sekvenssin emäsjärjestyksen ja katkaisee DNA-juosteen tietystä kohdasta. Koska perimä on yksilöllinen, sama katkaisuentsyymi saa eri yksilöillä aikaan erilaisen kirjon erikokoisia DNA-pätkiä. Nämä pätkät voidaan erotella toisistaan elektroforeesin avulla, jolloin DNA-pätkistä muodostuu yksilöllinen ”kartta”. Näitä karttoja voidaan käyttää esimerkiksi isyyden selvittämisessä tai rikostutkimuksissa.

  • Jo aikaisemmalla kerhokerralla kokeiltiin DNA:n eristystä. Näkyvä DNA saadaan tiivistettyä esim. sentrifugissa. Sentrifugin toimintaa voidaan mallintaa yksinkertaisen demonstraation avulla, opettajan ohje (pdf).
  • Rakennetaan oma geeli-elektroforeesilaite, opettajan ohje (pdf).

Elektroforeesi on erotusmenetelmä, joka perustuu varauksellisten molekyylien liikkumiseen sähkökentässä kohti vastakkaista varausta. Sitä käytetään perusmenetelmänä DNA:n kanssa työskenneltäessä, mutta eroteltavat molekyylit voivat olla myös esim. aminohappoja tai proteiinejä.

Geeli-elektroforeesissa tutkittava näyte lisätään huokoiseen aineeseen, esimerkiksi agaroosigeeliin, johon kytketään sähkökenttä. Negatiivisesti varautuneet molekyylit (kuten DNA) kulkeutuvat geelissä kohti positiivista sähkövarausta sitä nopeammin mitä pienempiä ne ovat kooltaan. Tutkittavat näytteet värjätään ennen geeliin pipetoimista, jolloin ne erottuvat geelistä raitakuviona.

(päivitetty 17.9.2013)