1 of 47

Άλλαξες! �Χάλασες;

Γιαγτζόγλου Στέφανος

Βιολόγος, Γενικό Λύκειο Νέας Χαλκηδόνας

stefgiag@yahoo.com

Γιαγτζόγλου Στέφανος

Βιολόγος, Γενικό Λύκειο Νέας Χαλκηδόνας

stefgiag@yahoo.com

Στέφανος Γιαγτζόγλου

2^ο ΓΕΛ Νέας Φιλαδέλφειας

stefgiag@sch.gr

2 of 47

ΕΙΣΑΙ ΚΑΥΤΟΣ/Η !

3 of 47

Πρωτοταγής δομή πολυπεπτιδικής αλυσίδας

4 of 47

DNA & πρωτοταγής δομή

5 of 47

Δρεπανοκυτταρική αναιμία

Είμαι υδρόφιλο!

Ναι, αλλά εγώ

είμαι υδρόφοβο!

Μόλις 1 από 146�αμινοξέα!

Ε, ΚΑΙ ;

6 of 47

Μηχανισμός δράσης πρωτεϊνικού ενζύμου

7 of 47

Γονιδιακές μεταλλάξεις & δομή ενζύμου

8 of 47

hands-on δραστηριότητες

λογισμικά μοριακής οπτικοποίησης

λογισμικά διαδραστικής προσομοίωσης

μοριακή γαστρονομία

9 of 47

Λογισμικά Μοριακής Οπτικοποίησης

Αλλαγές στην αλληλουχία των αμινοξέων ???

Διατύπωση & έλεγχος υποθέσεων ???

10 of 47

Το πλαίσιο�υλοποίησης

Γ΄ Λυκείου
2 διδακτικές ώρες
2-3 άτομα / PC
Γνωστικά προαπαιτούμενα

Ως γνωστικά προαπαιτούμενα, που αντλήθηκαν από τα σχολικά βιβλία της Χημείας Α΄ Τάξης Γενικού Λυκείου (Λιοδάκης κ.ά., 2012), της Βιολογίας Β΄ Τάξης Γενικού Λυκείου (Καψάλης κ.ά., 2012) και της Βιολογίας Γ΄ τάξης Γενικού Λυκείου Ομάδας Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών (Αλεπόρου κ.ά., 2012) θεωρήθηκαν τα ακόλουθα:

-ιοντικές και υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων της ύλης,

-βασικά στοιχεία της βιοχημείας των πρωτεϊνών (ιδιότητες αμινοξέων),

-ένζυμα (μηχανισμός δράσης),

-κεντρικό δόγμα – ροή της γενετικής πληροφορίας

-γενετικός κώδικας,

-γονιδιακές μεταλλάξεις αντικατάστασης (ορισμός).

11 of 47

Διερευνητική μάθηση

Ομαδοσυνεργατική μάθηση

Διδακτική μεθοδολογία

Παιγνιώδης μάθηση

12 of 47

ΦΑΣΗ 1

Κατασκευή

μολυβοτρανσφεράσης (ΦΕ1)

ΦΑΣΗ 2

Πρωτοταγής δομή & μορφή ενεργού κέντρου μολυβοτρανσφεράσης (ΦΕ2)

ΦΑΣΗ 4

Μεταλλαγές αντικατάστασης βάσης & ενεργό κέντρο μολυβοτρανσφεράσης (ΦΕ2)

ΦΑΣΗ 3

Συμπεράσματα

(ΦΕ1, ΦΕ2)

Φάση 1

Οι ομάδες προσδιορίζουν την πρωτοταγή δομή του ενεργού κέντρου ενός υποθετικού πρωτεϊνικού ενζύμου, βρίσκουν την αναδιπλωμένη του μορφή με τη βοήθεια του λογισμικού PI και ερμηνεύουν το σχηματισμό της με βάση τις μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις που περιλαμβάνονται (εκτιμώμενη διάρκεια: 15΄)

Πρωτοταγής δομή & μορφή ενεργού κέντρου ενζύμου

Σημειακές μεταλλάξεις & ενεργό κέντρο ενζύμου

Φάση 2

Oι ομάδες διερευνούν την πιθανή επίδραση τεσσάρων διαφορετικών τύπων γονιδιακής μετάλλαξης αντικατάστασης μίας αζωτούχας βάσης (σιωπηλή, ουδέτερη, ανερμηνεύσιμη, παρερμηνεύσιμη) στη διαμόρφωση του ενεργού κέντρου του υποθετικού ενζύμου. Για κάθε μία περίπτωση, αρχικά προβλέπουν την επίπτωση στο γονιδιακό προϊόν, και έπειτα ελέγχουν την πρόβλεψή τους με τη βοήθεια του λογισμικού PI (εκτιμώμενη διάρκεια: 20΄)

Φάση 3

Κάθε ομάδα συντάσσει μια σύντομη εργαστηριακή έκθεση αναφοράς (100-150 λέξεις) που να περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία: μεθοδολογία διερεύνησης, βασικά συμπεράσματα, πιθανές δυσκολίες και τρόπους υπέρβασής τους.

13 of 47

ΦΑΣΗ 1

Κατασκευή

μολυβοτρανσφεράσης (ΦΕ1)

ΦΑΣΗ 2

ΦΑΣΗ 4

Φάση 1

Οι ομάδες προσδιορίζουν την πρωτοταγή δομή του ενεργού κέντρου ενός υποθετικού πρωτεϊνικού ενζύμου, βρίσκουν την αναδιπλωμένη του μορφή με τη βοήθεια του λογισμικού PI και ερμηνεύουν το σχηματισμό της με βάση τις μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις που περιλαμβάνονται (εκτιμώμενη διάρκεια: 15΄)

Πρωτοταγής δομή & μορφή ενεργού κέντρου ενζύμου

Σημειακές μεταλλάξεις & ενεργό κέντρο ενζύμου

Φάση 2

Oι ομάδες διερευνούν την πιθανή επίδραση τεσσάρων διαφορετικών τύπων γονιδιακής μετάλλαξης αντικατάστασης μίας αζωτούχας βάσης (σιωπηλή, ουδέτερη, ανερμηνεύσιμη, παρερμηνεύσιμη) στη διαμόρφωση του ενεργού κέντρου του υποθετικού ενζύμου. Για κάθε μία περίπτωση, αρχικά προβλέπουν την επίπτωση στο γονιδιακό προϊόν, και έπειτα ελέγχουν την πρόβλεψή τους με τη βοήθεια του λογισμικού PI (εκτιμώμενη διάρκεια: 20΄)

Φάση 3

Κάθε ομάδα συντάσσει μια σύντομη εργαστηριακή έκθεση αναφοράς (100-150 λέξεις) που να περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία: μεθοδολογία διερεύνησης, βασικά συμπεράσματα, πιθανές δυσκολίες και τρόπους υπέρβασής τους.

14 of 47

Δραστηριότητα #1 (ΦΕ1)

Πώς είπαμε σε λένε;

ΜΟΛΥΒΟ-ΤΡΑΝΣΦΕΡΑΣΗ

ΣΥΡΜΑΤΑ

ΠΙΠΑΣ

15 of 47

Στόχος της δραστηριότητας #1 (ΦΕ1)

Η διαλεύκανση της σύνδεσης μεταξύ της τελικής τρισδιάστατης διαμόρφωσης ενός υποθετικού πρωτεϊνικού ενζύμου και της εξειδικευμένης λειτουργίας που αυτό επιτελεί

16 of 47

Η Δομή Συναντά τη Λειτουργία: η Μολυβοτρανσφεράση

ΣΤΑΘΕΡΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ

17 of 47

ΦΑΣΗ 1

Κατασκευή & ερμηνεία

μολυβοτρανσφεράσης (ΦΕ1)

ΦΑΣΗ 2

Πρωτοταγής δομή & μορφή ενεργού κέντρου μολυβοτρανσφεράσης (ΦΕ2)

Φάση 1

Οι ομάδες προσδιορίζουν την πρωτοταγή δομή του ενεργού κέντρου ενός υποθετικού πρωτεϊνικού ενζύμου, βρίσκουν την αναδιπλωμένη του μορφή με τη βοήθεια του λογισμικού PI και ερμηνεύουν το σχηματισμό της με βάση τις μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις που περιλαμβάνονται (εκτιμώμενη διάρκεια: 15΄)

Πρωτοταγής δομή & μορφή ενεργού κέντρου ενζύμου

Σημειακές μεταλλάξεις & ενεργό κέντρο ενζύμου

Φάση 2

Oι ομάδες διερευνούν την πιθανή επίδραση τεσσάρων διαφορετικών τύπων γονιδιακής μετάλλαξης αντικατάστασης μίας αζωτούχας βάσης (σιωπηλή, ουδέτερη, ανερμηνεύσιμη, παρερμηνεύσιμη) στη διαμόρφωση του ενεργού κέντρου του υποθετικού ενζύμου. Για κάθε μία περίπτωση, αρχικά προβλέπουν την επίπτωση στο γονιδιακό προϊόν, και έπειτα ελέγχουν την πρόβλεψή τους με τη βοήθεια του λογισμικού PI (εκτιμώμενη διάρκεια: 20΄)

Φάση 3

Κάθε ομάδα συντάσσει μια σύντομη εργαστηριακή έκθεση αναφοράς (100-150 λέξεις) που να περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία: μεθοδολογία διερεύνησης, βασικά συμπεράσματα, πιθανές δυσκολίες και τρόπους υπέρβασής τους.

18 of 47

Δραστηριότητα #2 (ΦΕ1, ΦΕ2)

Αλήθεια, πώς δίπλωσες;

H2N-ArgAspLysGluHisGlu-COOH

ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ PI

19 of 47

Οι White & Bolker (2008), δημιουργοί της εφαρμογής Protein Investigator (PI), χρησιμοποιούν την συγκεκριμένη εφαρμογή στη διδασκαλία των βασικών εννοιών της βιοχημείας των πρωτεϊνών στους πρωτοετείς φοιτητές του Πανεπιστημίου της Μασαχουσέτης με θετικά, όπως αναφέρουν, αποτελέσματα, που φαίνονται τόσο από την επίτευξη των μαθησιακών στόχων όσο και από την επιθυμία των φοιτητών για περαιτέρω ενασχόληση με την εφαρμογή εκτός ωρών διδασκαλίας, στον προσωπικό τους υπολογιστή.

20 of 47

Διεπαφή χρήστη του Protein Investigator

Το PI είναι μια προσομοίωση της αναδίπλωσης των πρωτεϊνών σε δύο διαστάσεις (White & Bolker, 2008).

Ο μαθητής πληκτρολογεί μια μικρή αμινοξική αλληλουχία, και το πρόγραμμα υπολογίζει ταχύτατα την δισδιάστατη αναδιπλωμένη μορφή του πολυπεπτιδίου.

Με το μοντέλο αυτό δεν επιχειρείται η πρόβλεψη της ακριβούς δομής της πρωτεΐνης, αλλά η παρουσίαση των βασικών αρχών που εμπλέκονται στην διαδικασία αναδίπλωσης των πρωτεϊνών.

Τα αμινοξέα απεικονίζονται ως επίπεδοι δίσκοι σταθερής κοινής ακτίνας. Κάθε επίπεδος δίσκος παρουσιάζει τις ιδιότητες της πλευρικής αλυσίδας του αντίστοιχου αμινοξέος: όσο πιο σκουρόχρωμο εμφανίζεται, τόσο πιο υδρόφοβη είναι η πλευρική αλυσίδα που περιέχει. Οι ανιονικές, κατιονικές, και πολικές αφόρτιστες πλευρικές αλυσίδες υποδεικνύονται από τα σύμβολα –, +, και *, αντίστοιχα. Για τη διευκόλυνσή τους, οι μαθητές θα χρησιμοποιήσουν τον κώδικα του ενός λατινικού γράμματος (π.χ. Α για το αμινοξύ Αλανίνη), προκειμένου να εισάγουν τις αμινοξικές αλληλουχίες στο κατάλληλο πεδίο του Παράθυρου Αναδίπλωσης.

Υπάρχουν δύο Παράθυρα Αναδίπλωσης (Folding Windows), καθένα από τα οποία πραγματοποιεί την αναδίπλωση και παρουσιάζει την αναδιπλωμένη πρωτεΐνη.

21 of 47

Γιατί το λογισμικό PI;

Off-line εφαρμογή
Άμεση ανατροφοδότηση
User friendly
Game Mode
Δωρεάν

22 of 47

Τα «τρωτά» του λογισμικού PI

2-D αναδίπλωση

Αμινοξέα “κύκλοι”

R - R αλληλεπιδράσεις

Μολονότι το συγκεκριμένο λογισμικό παρέχει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την αναδίπλωση των πρωτεϊνών, θα πρέπει τόσο ο εκπαιδευτικός όσο και οι μαθητές να έχουν διαρκώς κατά νου ότι πρόκειται για μια κατά προσέγγιση παρουσίαση της διαδικασίας.

Πιο συγκεκριμένα, κατά την εκτέλεση της εργαστηριακής δραστηριότητας, δεν πρέπει να διαφεύγει από κανέναν ότι η εφαρμογή PI:

-αναδιπλώνει τις πρωτεΐνες σε δύο διαστάσεις,

-αντιμετωπίζει όλα τα αμινοξέα ως ισομεγέθεις κυκλικούς δίσκους,

-αναδιπλώνει τις πρωτεΐνες με βάση τις αλληλεπιδράσεις που αναπτύσσονται μόνο μεταξύ των πλευρικών αλυσίδων των αμινοξέων,

-δεν προσομοιώνει την δευτεροταγή ή τεταρτοταγή δομή των πρωτεϊνών, και

-θεωρεί ότι όλες οι πλευρικές αλυσίδες με ικανότητα σχηματισμού δεσμού υδρογόνου μπορούν να σχηματίσουν δεσμό μεταξύ τους (White & Bolker, 2008).

23 of 47

Στόχος της δραστηριότητας #2 (ΦΕ1, ΦΕ2)

Η ερμηνεία του καθοριστικού ρόλου της πρωτοταγούς δομής στην τρισδιάστατη διαμόρφωση του ενεργού κέντρου του υποθετικού ενζύμου

24 of 47

ΦΑΣΗ 1

Κατασκευή & ερμηνεία

μολυβοτρανσφεράσης (ΦΕ1)

ΦΑΣΗ 2

Πρωτοταγής δομή & μορφή ενεργού κέντρου μολυβοτρανσφεράσης (ΦΕ2)

ΦΑΣΗ 4

Μεταλλαγές αντικατάστασης βάσης & ενεργό κέντρο μολυβοτρανσφεράσης (ΦΕ2)

ΦΑΣΗ 3

Φάση 1

Οι ομάδες προσδιορίζουν την πρωτοταγή δομή του ενεργού κέντρου ενός υποθετικού πρωτεϊνικού ενζύμου, βρίσκουν την αναδιπλωμένη του μορφή με τη βοήθεια του λογισμικού PI και ερμηνεύουν το σχηματισμό της με βάση τις μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις που περιλαμβάνονται (εκτιμώμενη διάρκεια: 15΄)

Πρωτοταγής δομή & μορφή ενεργού κέντρου ενζύμου

Σημειακές μεταλλάξεις & ενεργό κέντρο ενζύμου

Φάση 2

Oι ομάδες διερευνούν την πιθανή επίδραση τεσσάρων διαφορετικών τύπων γονιδιακής μετάλλαξης αντικατάστασης μίας αζωτούχας βάσης (σιωπηλή, ουδέτερη, ανερμηνεύσιμη, παρερμηνεύσιμη) στη διαμόρφωση του ενεργού κέντρου του υποθετικού ενζύμου. Για κάθε μία περίπτωση, αρχικά προβλέπουν την επίπτωση στο γονιδιακό προϊόν, και έπειτα ελέγχουν την πρόβλεψή τους με τη βοήθεια του λογισμικού PI (εκτιμώμενη διάρκεια: 20΄)

Φάση 3

Κάθε ομάδα συντάσσει μια σύντομη εργαστηριακή έκθεση αναφοράς (100-150 λέξεις) που να περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία: μεθοδολογία διερεύνησης, βασικά συμπεράσματα, πιθανές δυσκολίες και τρόπους υπέρβασής τους.

25 of 47

Δραστηριότητα #3

(ΦΕ2)

Άλλαξες! Χάλασες;

ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ PI

26 of 47

Στόχος της δραστηριότητας #3 (ΦΕ2)

Η διερεύνηση των πιθανών επιπτώσεων των γονιδιακών μεταλλαγών αντικατάστασης μίας αζωτούχας βάσης στη διαμόρφωση του ενεργού κέντρου της μολυβοτρανσφεράσης

27 of 47

Game Menu

28 of 47

Εφαρμογή 1

Κάντε κλικ στο πεδίο Amino Acid Sequence Box του Upper Folding Window.
Πληκτρολογήστε διαδοχικά RRRR. Τώρα, βλέπετε την αλληλουχία αμινοξέων Arg-Arg-Arg-Arg.
Πατήστε το πλήκτρο Fold. Τι παρατηρείτε;
Πώς εξηγείτε αυτό που βλέπετε;

29 of 47

Εφαρμογή 2

Κάντε κλικ στο πεδίο Amino Acid Sequence του Lower Folding Window.
Πληκτρολογήστε διαδοχικά FFFF. Τώρα, βλέπετε την αλληλουχία αμινοξέων Phe-Phe-Phe-Phe.
Πατήστε το πλήκτρο Fold. Τι παρατηρείτε;
Πώς εξηγείτε αυτό που βλέπετε;

30 of 47

Επιδιώκεται οι μαθητές/-τριες να είναι σε θέση:

1.Nα προσδιορίζουν τις μεταλλάξεις αντικατάστασης στο τμήμα του γονιδίου που κωδικοποιεί το ενεργό κέντρο του ενζύμου.

2.Nα διατυπώνουν υποθέσεις για τις επιπτώσεις των μεταλλάξεων στη δομή & τη λειτουργικότητα του ενεργού κέντρου του ενζύμου.

3.Να ελέγχουν τις υποθέσεις τους χρησιμοποιώντας το λογισμικό Protein Investigator (PI).

4.Nα αναπτύσσουν ικανότητες διαπροσωπικής επικοινωνίας.

31 of 47

Αποτελέσματα

Γιαγτζόγλου Στέφανος

Βιολόγος, Γενικό Λύκειο Νέας Χαλκηδόνας

stefgiag@yahoo.com

Γιαγτζόγλου Στέφανος

Βιολόγος, Γενικό Λύκειο Νέας Χαλκηδόνας

stefgiag@yahoo.com

32 of 47

Ενεργό κέντρο ενζύμου

Αγρίου τύπου

33 of 47

Περίπτωση #1 (σιωπηλή μεταλλαγή)

Ενεργό κέντρο ενζύμου

34 of 47

Περίπτωση #2 (ουδέτερη μεταλλαγή)

Ενεργό κέντρο ενζύμου

35 of 47

Ενεργό κέντρο ενζύμου

Περίπτωση #3 (ανερμηνεύσιμη μεταλλαγή)

36 of 47

Ενεργό κέντρο ενζύμου

Περίπτωση #4 (παρερμηνεύσιμη μεταλλαγή)

37 of 47

ΦΑΣΗ 1

Κατασκευή & ερμηνεία

μολυβοτρανσφεράσης (ΦΕ1)

ΦΑΣΗ 2

Πρωτοταγής δομή & μορφή ενεργού κέντρου μολυβοτρανσφεράσης (ΦΕ2)

ΦΑΣΗ 4

Μεταλλαγές αντικατάστασης βάσης & ενεργό κέντρο μολυβοτρανσφεράσης (ΦΕ2)

ΦΑΣΗ 3

Συμπεράσματα

(ΦΕ1, ΦΕ2)

Φάση 1

Οι ομάδες προσδιορίζουν την πρωτοταγή δομή του ενεργού κέντρου ενός υποθετικού πρωτεϊνικού ενζύμου, βρίσκουν την αναδιπλωμένη του μορφή με τη βοήθεια του λογισμικού PI και ερμηνεύουν το σχηματισμό της με βάση τις μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις που περιλαμβάνονται (εκτιμώμενη διάρκεια: 15΄)

Πρωτοταγής δομή & μορφή ενεργού κέντρου ενζύμου

Σημειακές μεταλλάξεις & ενεργό κέντρο ενζύμου

Φάση 2

Oι ομάδες διερευνούν την πιθανή επίδραση τεσσάρων διαφορετικών τύπων γονιδιακής μετάλλαξης αντικατάστασης μίας αζωτούχας βάσης (σιωπηλή, ουδέτερη, ανερμηνεύσιμη, παρερμηνεύσιμη) στη διαμόρφωση του ενεργού κέντρου του υποθετικού ενζύμου. Για κάθε μία περίπτωση, αρχικά προβλέπουν την επίπτωση στο γονιδιακό προϊόν, και έπειτα ελέγχουν την πρόβλεψή τους με τη βοήθεια του λογισμικού PI (εκτιμώμενη διάρκεια: 20΄)

Φάση 3

Κάθε ομάδα συντάσσει μια σύντομη εργαστηριακή έκθεση αναφοράς (100-150 λέξεις) που να περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία: μεθοδολογία διερεύνησης, βασικά συμπεράσματα, πιθανές δυσκολίες και τρόπους υπέρβασής τους.

38 of 47

Συμπέρασμα #1

Δομή – λειτουργία

39 of 47

Συμπέρασμα #2

40 of 47

Παρερμηνεύσιμη

μεταλλαγή

41 of 47

Συμπέρασμα #3

Είναι όλες οι μεταλλάξεις βλαβερές;

42 of 47

Ουδέτερη

μεταλλαγή

43 of 47

44 of 47

45 of 47

46 of 47

47 of 47

Ευχαριστώ

για την προσοχή σας !!!