ביולוגיה לתיכון

ביוסנסורים

שימוש בחיישן ביולוגי (ביוסנסור) לניטור חומרים גנוטוקסיים במים.

המודעות ההולכת וגוברת לזיהום סביבתי וסכנותיו, הגבירה את הצורך בניטור סביבתי של מים, אוויר וקרקע. אחת משיטות המעקב החדשניות אחר נוכחותם של חומרים רעילים היא מבחן הרעילות הביולוגי. חלק מן החומרים הרעילים ביולוגית הם חומרים גנוטוקסיים, חומרים שקיים בהם פוטנציאל לפגיעה ב DNA
ניטור החומרים הגנוטוקסיים נעשה תוך שימוש בחיידקים כביוסנסורים.  הביוסנסורים הם חיידקים מהונדסים גנטית, בהם נעשה איחוי בין חישן לבין מערכת דיווח. החיישן הוא גן בקרה (פרומוטור) של גנים המעורבים בתגובה לנזקי DNA. הגן מדווח הוא גן מבני שניתן להבחין בתוצר שלו. המערכת בנויה כך שביטוי הגן המדווח מוגבר בעקבות עירור מערכת החישה. כלומר,במצב עקה, למשל בנוכחותם של חומרים גנוטוקסיים, חלה עליה בביטויים של גנים אלו. 
במערכת בה משתמשים במעבדה, מרכיב החישה הוא הפרומוטר של הגן sulA, גן הקשור למערכת תיקון ה DNA, (מערכת ה SOS)  והמערכת המדווחת היא האנזים אלקלין פוספטאז (Alkaline phosphatase ) המקודד ע"י גן הנקרא phoA .
במסגרת פעילות המעבדה, התלמידים מבצעים ניסויים דומים לניסויים המתוארים במאמר: " פיתוח חיישן ביולוגי  לאיתור חומרים הפוגעים בחומר התורשתי" . התלמידים בודקים את השפעתם של ריכוזים שונים של שני חומרים גנוטוקסיים על שני זנים שונים של חיידקים מהונדסים, השונים זה מזה ביכולת תיקון DNA, ובמידת חדירות קרום התא.

המעבדה מתאימה במיוחד לתלמידים הלומדים ביוטכנולוגיה, ולתלמידים הלומדים גנטיקה מרחב. 

 

הורדת פרוטוקולים וחומר רקע:

פרוטוקול המעבדה

רקע תיאורטי

מהלך העבודה- תרשים זרימה

פרוטוקול לניסוי מקדים- ביוחקר/ביוטק

 

 

צרו קשר

noao@savion.huji.ac.il

 

 

גנטיקה

אבחון טרום השרשה באמצעות PCR

 

במעבדה מודגם תהליך האבחון הנעשה לזוג הורים, לצאצאיהם ולתא אחד מן העובר העומד להיות מושרש ברחמה של האם. 

 

במשפחה ישנו חולה בציסטיק פיברוזיס, והאם רוצה להרות. לצורך כך, מבצעים אבחון-טרום השרשה ולאחריו הפריה חוץ גופית.
במעבדה מודגם תהליך אבחון-טרום השרשה הנעשה לזוג ההורים, לצאצאיהם ולתא אחד מן העובר העומד להיות מושרש ברחמה של האם. מטרת התלמידים במעבדה לבדוק האם העובר העומד להיות מושרש ברחמה של האם בריא, נשא או חולה בציסטיק פיברוזחס.
תהליך האבחו משלב שימוש בטכנולוגיות מתקדמות כמו PCR, חיתוך DNA באנזימי רסטריקציה, הרצת  ה DNA החתוך בג'ל- אלקטרופורזה, ושימוש במאגרים עולמיים ממוחשבים של רצפי DNA
השימוש בטכנולוגיה של אבחון טרום השרשה מעלה ומעורר שאלות אתיות שניתן לדון בהן במסגרת המעבדה או בכיתה.
המעבדה משלבת עבודה "רטובה" ועבודה מתוקשבת.

 

הורדת פרוטוקולים וחומר רקע:

 

פרוטוקול המעבדה

הנחיות למורה

רקע לתלמיד

שאלות לפעילות ממוחשבת

 

 

 

 

 

 

צרו קשר

noao@savion.huji.ac.il

 

 

 

הנדסה גנטית

 

הנדסה גנטית - גירסא מלאה:

 במעבדה זו כל קבוצה של שלושה תלמידים  מפיקה פלסמיד ומבצעת טרנספורמציה של חיידקים קומפטנטיים. במסגרת המעבדה מתנסים התלמידים בשיטות עבודה מגוונות בהנדסה גנטית:

1. הפקה ובידוד פלסמיד מחיידקים.

2. טרנספורמציה של חיידקים קומפטנטים עם הפלסמיד שבודד.

3.שימוש במצעים בררננים (סלקטיביים) ומבחינים (אינדיקטיביים) לבידוד וזיהוי החיידקים שעברו טרנספורמציה.

4. חיתוך DNA פלסמידי באנזימי רסטריקציה.

5. הרצת דגימות הפלסמיד בג'ל- אלקטרופורזה.

 

משך המעבדה כ 4-4.5 שעות.

רקע נדרש: "גנטיקה", יהודית עתידיה, 2004, עמ' 272, 240, 255.

 

הורדת פרוטוקולים:

פרוטוקול המעבדה

 

 

DNA ומה עושים איתו? הנדסה גנטית - גירסא מקוצרת:

מעבדה מקוצרת בהנדסה גנטית. במעבדה זו התלמידים מקבלים פלסמיד מבודד ומבצעים טרנספורמציה של חיידקים קומפטנטים, תוך שימוש במצע בררני ומבחין (סלקטיבי ואינדיקטיבי). 
ניתן לשלב בנוסף גם את הפעילויות הבאות:

  • הרצת DNA בג'ל- אלקטרופורזה.
  • הפקת DNA מתאי לחי של התלמידים.
     

משך המעבדה: כ 3  שעות

 

הורדת פרוטוקולים וחומרי רקע:

פרוטוקול המעבדה

 

 

 

 

 

צרו קשר

noao@savion.huji.ac.il

 

ויסות גנים- אופרון הלקטוז

 

בנושא אופרון הלקטוז ניתן לבצע אחד משני הניסויים הבאים:

 

I. זיהוי גנוטיפ של מוטנטים בגנים שונים באופרון הלקטוז:

 

במעבדה זו התלמידים עוקבים אחר ביטוי הגנים של אופרון הלקטוז במצעים שונים בארבעה זנים של E.coli:
זן הבר בו כל הגנים תקינים;
מוטנט הפגוע בגן לדכאן (רפרסור) בלבד;
מוטנט הפגוע בגן לאנזים ביתא-גלקטוזידאז בלבד;
מוטנט הפגוע בגן לפרמיאז (המחדיר את הלקטוז דרך קרום התא) בלבד.

זהות המוטנטים לא ידועה לתלמידים בתחילת המעבדה, ועליהם לזהות את הגנוטיפ של כל זן ע"פ תוצאות הניסוי. זיהוי הזנים מתבסס על בדיקת מידת ביטוי האופרון של כל אחד מהזנים  ב-4 מצעים שונים: מצע עני, מצע עני בתוספת לקטוז, מצע עני בתוספת גלוקוז ולקטוז, ומצע עני בתוספת IPTG (משרן מלאכותי החודר לתא גם בהעדר פרמיאז).

לאחר ההדגרה במצעים השונים, נבדקת פעילות האנזים ביתא-גלקטוזידאז כמדד לפעילות האופרון. על פי ביטוי האופרון בתנאים השונים התלמידים מגיעים לזיהוי המוטנטים השונים איתם עבדו.

ביטוי האופרון נמדד במעבדה זו באמצעות ריאקצית צבע המתרחשת כאשר האנזים beta galactosidase מפרק סובסטרט מלאכותי ONPG, לתוצר צבעוני.


הורדת פרוטוקולים וחומר רקע:

פרוטוקול המעבדה

רקע לתלמיד

 

 

 

 

II. מעקב אחרי הקינטיקה של ביטוי אופרון הלקטוז :


במעבדה זו התלמידים עוקבים אחר קצב ביטוי הגנים של אופרון הלקטוז במצעים שונים: החיידקים גדלים  מצע עני; מצע עני עם לקטוז; מצע עני עם גלוקוז; מצע עני עם גלוקוז+לקטוז ומצע עני עם משרן מלאכותי IPTG. מערך הניסוי מאפשר מעקב אחרי הבקרה השלילית והבקרה החיובית על ביטוי אופרון הלקטוז.

גם במעבדה זו, ביטוי האופרון נמדד במעבדה זו באמצעות ריאקצית צבע המתרחשת כאשר האנזים beta galactosidase מפרק סובסטרט מלאכותי ONPG, לתוצר צבעוני.

 

הורדת פרוטוקולים וחומר רקע:

פרוטוקול המעבדה- קינטיקה

רקע לתלמיד 

צרו קשר

noao@savion.huji.ac.il

 

 

 

הקשר בין מבנה לתפקוד באנזים ליזוזים

 

הצצה אל העולם המופלא של החלבונים 

במהלך הפעילות יעמיקו התלמידים בהבנת תפקידן ותיפקודן של חומצות האמינו השונות הבונות את החלבון בפעילותו של האנזים ליזוזים, שהוא אנזים מופרש. התלמידים יתמודדו במעבדה עם תוצאות מפתיעות, והסברן.
במסגרת תרגיל ממוחשב נשתמש במודלים מפוענחים של הליזוזים על מנת לנתח את מבנה האנזים, את מבנה האתר הפעיל בו ועל מנת להשוות בין המבנה המרחבי של מולקולות ליזוזים מבעלי חיים שונים: ליזוזים מתרנגולת (ליזוזים C) לעומת ליזוזים מאווז (ליזוזים G).

 

המעבדה משלבת עבודה מעשית "רטובה" ועבודה עם מודלים ממוחשבים של האנזים.

עבודה מעשית  "רטובה":

א. בדיקת השפעת גורמים שונים על מבנה ותפקוד האנזים: השפעת הטמפרטורה על תפקוד ומבנה; השפעת נוכחות חומר מחזר על מבנה החלבון ועל פעילותו; השפעת נוכחות תלת-סוכר (3NAG- ) בריכוזים שונים על קצב הפעילות האנזימטית. 

ב. גיבוש האנזים ליזוזים: בדיקת התנאים המיטביים ( pH  וריכוז מלח) לגיבוש החלבון, והסתכלות על גבישי ליזוזים מוכנים.

אנליזה ממוחשבת:

 עבודה עם תוכנה על המבנה המפוענח של החלבון ואינטגרציה של כל הנתונים בהם עסקנו במעבדה: מה משותף לחומצות האמיניות הבונות את האתר הפעיל, מה במבנה החלבון מקנה לו את יציבותו, איך פועל מעכב, כיצד יכולים חלבונים שונים לבצע את אותה הפעילות, ועוד.
 

הורדת פרוטוקולים וחומר רקע:

פרוטוקול המעבדה

תיאור האנליזה הממוחשבת

שאלות לפעילות ממוחשבת

רקע לתלמיד ולמורה

 


 
 

 

 

צרו קשר

noao@savion.huji.ac.il

 

חושים- גבולות ומגבלות

 

חושים- גבולות ומגבלות - פעילות רב-תחומית לכיתות י':

 

מערכת החושים מאפשרת לנו להגיב לסביבה בה אנו חיים. מערכת החושים חשה גירויים כמו קרינה אלקטרומגנטית, גירויים מכאניים וגירויים כימיים; במערכת החושים יש ניתוח ופענוח של הגירויים. פענוח הגירויים  מאפשר לנו להגיב לגירויים השונים שאנו קולטים בסביבותינו. המעבדה בנושא חושים היא מעבדה רב תחומית הכוללת פעילויות מתחום הכימיה, הפיזיקה והביולוגיה.
 במסגרת המעבדה  נעסוק  בטיבם הכימי של החומרים הגורמים לגירוי חוש הריח ובטיבם הפיזיקאלי של קרינה אלקטרומגנטית (גלי אור)  וגלי קול הגורמים לגירוי חוש הראיה וחוש השמע.  נדון במבנה  איברי החוש המאפשר את קליטת הגירויים השונים, ולבסוף נדון במבנה ובתפקוד תאי העצב והמוח בו נעשה עיבוד וניתוח הגירויים, והוא המאפשר יצירת תגובה הולמת.  מכלול הפעילויות במעבדה יאפשר לנו לבחון  את חושינו בסדרה של פעילויות שלאחריהן נכיר את גבולותינו והאופן בו אנו תופסים את סביבתנו ונבין שהמציאות אינה אלא האופן בו אנו תופסים אותה.

 

 

 

צרו קשר

noao@savion.huji.ac.il

 

 

 

 

 

חקר- ביוחקר

 

ניתן לבצע במעבדות בלמונטה ביוחקר בנושאים הנגזרים מנושאי המעבדות הרגילות, ובנושאים רבים ומגוונים נוספים: טרופיזם בצמחים; השפעת הורמונים בצמחים; מיקרוביולוגיה, גנטיקה ועוד.

מהלך העבודה ישלב הכנה מוקדמת של התלמידים ע"י המורה בכיתה, לימוד טכניקות וביצוע הניסויים במעבדות בלמונטה וסיכום העבודה בכיתה.

בחירת הנושאים לחקר תעשה ע"י המורה ותלמידיו בתיאום עם מעבדות בלמונטה.  במסגרת הנושא הנבחר, תחקור כל קבוצה של 2-3 תלמידים שאלה שונה. לאחר שילמדו את הרקע לנושא בכיתה או בבית, ובהנחיית המורה, כל קבוצת תלמידים תנסח שאלת מחקר ותתכנן ניסוי לבחינת שאלת המחקר.

לאחר בדיקת תוכניות הניסוי של תלמידיו ויעוץ בנושא טכניקות העבודה איתנו, המורה יעביר אלינו את רשימת הגורמים שהתלמידים מעוניינים לבדוק, לבדיקת היתכנות ואנו נכין את המעבדה בהתאם להזמנת המורה. 

 

צרו קשר

noao@savion.huji.ac.il

 

מיקרוביולוגיה

הצצה אל עולמם המופלא של החיידקים

המעבדה מתאימה הן לתלמידים הלומדים את הנושא כנושא מורחב, והן לתלמידים שלומדים ע"פ תוכנית מוט"ב או אינם לומדים מיקרוביולוגיה כנושא מורחב.

 

מיקרוביולוגיה מורחב:

במעבדה זו התלמידים עוקבים אחר התרבות חיידקים. כל קבוצה של שלושה תלמידים מקבלת  חמש מערכות ניסוי באמצעותם הם עוקבים אחרי שלבי התרבות החיידקים בתרבית (עקום גידול) בתנאים שונים. כל התלמידים בודקים את השפעת הטמפרטורה על קצב התרבות החיידקים, וכל קבוצת תלמידים בודקת בנוסף, את השפעתו של גורם נוסף על קצב ושיעור התרבות החיידקים: השפעת ריכוז המלח במצע; השפעת ריכוז החמצן במצע; השפעת חומרים אנטיביוטיים שונים כמו פניצילין (אמפיצילין), כלורמפניקול וסטרפטומיצין.
במהלך המעבדה מתנסים התלמידים במגוון שיטות במיקרוביולוגיה:

1. הכרת סוגי מצע שונים, שימוש במצע מוצק לעומת מצע נוזלי.

2. מעקב אחרי התרבות חיידקים באמצעות מדידת עכירות התרבית בספקטרופוטומטר.

3. מדידת מספר החיידקים החיים באמצעות ספירה חיה. שיטה זו כוללת ביצוע מיהולים עשרוניים של החיידקים וזריעתם ע"ג פלטות מצע מוצק (אגר).

4. הסתכלות מיקרוסקופית בחיידקים, והשוואתם לתאים אנימליים (תאי לחי).


הורדת פרוטוקולים :

פרוטוקול המעבדה

מיהולים

סיכום התנאים והשפעתם

 

 

ב. התאמת המעבדה לנושא אקולוגיה לתלמידים שאינם לומדים מיקרוביולוגיה:

אוכלוסיית החיידקים מהווה מערכת מודל לחקר השפעת גורמים אביוטים וביוטים על קצב התרבות אוכלוסייה. בנוסף,  נבדקת אוכלוסיית החיידקים בסביבתנו - באוויר, במים וע"ג העור. בהזמנה מראש, ניתן לבדוק יחסי גומלין אללופתיים בין מיקרואורגניזמים מפרישי אנטיביוטיקה ומיקרואורגניזמים אחרים בקרקע.

במעבדה זו התלמידים עוקבים אחר התרבות החיידקים. כל קבוצה של שלושה תלמידים מקבלת שלוש מערכות ניסוי באמצעותם הם לומדים את השפעתם של גורם אחד על קצב ושיעור התרבות החיידקים. הגורמים הנבדקים במעבדה הם: השפעת טמפרטורה; השפעת ריכוז מלח; השפעת ריכוז חמצן; השפעת מרכיבי מצע והשפעת אנטיביוטיקה.

 

הורדת פרוטוקולים :

פרוטוקול המעבדה

 

 

 

 

 

צרו קשר

noao@savion.huji.ac.il

 

 

פוטוסינטזה- ראקציית היל

 

ריאקצית היל נקראת ע"ש החוקר רוברט היל אשר מצא שכאשר מספקים לכלורופלסטים מבודדים חומר מחמצן שישמש כקולט אלקטרונים, מתקבל שחרור של חמצן מולקולרי בזמן הארה. ריאקציה זו מאפשרת מעקב אחרי חלק מ "שלב האור" בפוטוסינתזה.
במסגרת פעילות המעבדה, התלמידים בודקים כיצד ריכוז הכלורופלסטים, עוצמת ההארה, אורך הגל, והטמפרטורה משפיעים על קצב ריאקצית היל בכלורופלסטים מבודדים.
ביצוע ריאקצית היל בכלורופלסטים מבודדים נעשה במעבדה בנוכחות חומר מחמצן (DCPIP) שצבעו כחול. חיזור ה-DCPIP גורם לו לאבד את צבעו, והדבר מאפשר לעקוב אחרי קצב ריאקצית היל ע"י מעקב אחרי קצב שינוי הצבע במערכת הריאקציה, בעזרת ספקטרופוטומטר.
המעבדה מדגימה באופן חזותי פשוט וברור את "שלב האור" בפוטוסינתזה, ואת השפעת הגורמים השונים על קצב פעילות הכלורופלסטים. הרקע התיאורטי הניתן לפעילות המעבדה יכול לנוע מרמה בסיסית, בה יש תיאור עקרוני וכללי (יותר אינטואיטיבי) של הרקע והתוצאות  ועד לרמה גבוהה מאוד הכוללת התייחסות לכל שלבי הריאקציה, כל זאת,בהתאם לרמת הכיתה ולדרישות המורה.

  

הורדת פרוטוקולים וחומר רקע:

פרוטוקול המעבדה

רקע תאורטי 

 

 

עיבוד לחקר מעבדה זו מתאימה מאוד גם לביצוע כמעבדת חקר.
קבוצות של תלמידים המעוניינים לבצע חקר בנושא פוטוסינתזה, יכולים להיעזר בפרוטוקול הקיים. התלמידים יכולים לקבל כלורופלסטים מוכנים או לקבל מאיתנו פרוטוקול להפקת כלורופלסטים, ולהפיק הכלורופלסטים בעצמם, לפני הגיעם למעבדה.  לאחר שילמדו את הרקע לנושא, ובהנחיית המורה, כל קבוצת תלמידים תנסח שאלת מחקר ותתכנן ניסוי בו תבחן את שאלת המחקר. לאחר בדיקת תוכניות הניסוי של תלמידיו, המורה יעביר אלינו את רשימת הגורמים שהתלמידים מעוניינים לבדוק, ואנו נכין את המעבדה, בהתאם להזמנת המורה.

 

 

צרו קשר

noao@savion.huji.ac.il

 

 

 

פיזיולוגיה של מערכות בגוף האדם

 

פעילות הממחישה את החומר הנלמד בנושא מערכות ההובלה והנשימה, ע"י צפייה באיברים העיקריים ומדידות של פרמטרים שונים הקשורים במערכות אלו. במעבדה ניתן דגש לנושא ההומאוסטאזיס ושמירתו במצבים פיזיולוגיים שונים.

במעבדה מתחלקים התלמידים לארבע קבוצות, ועושים סבב בין ארבע תחנות פעילות:

  • הלב ומערכת ההובלה:  ניתוח לב של תרנגול הודו; האזנה ללב בסטטוסקופ; מדידת קצב הלב במנוחה ובמאמץ; מדידת לחץ דם.  




 

 

  • מערכת הנשימה: התבוננות בריאות חזיר בריא; מדידת נפחי נשימה בספירומטר; בדיקת נפחי נשימה במנוחה, במאמץ ולאחר התאוששות; בדיקת ויסות הנשימה.

 

 

  • הגוף במאמץ:  מדידת א.ק.ג., נפח וקצב נשימה וטמפרטורת עור בזמן מנוחה, תוך כדי מאמץ ולאחר התאוששות. דיון בשמירת ההומאוסטאזיס במצבים משתנים. 


 

  • ניזקי עישון: השוואה של מבנה ותפקוד ריאות חזיר בריא וריאות חזיר מעשן. דיון בנושא נזקי עישון לאור נתונים בנושא נזקי עישון באוכלוסיית הארץ והעולם.

ניתן לעסוק בנושא נזקי העישון גם במשולב עם פעילות בנושא המתקיימת במעבדות הכימיה: במסגרת הפעילות נערך איפיון כימי של עשן סיגריות, והתלמידים דנים בנזקים הנגרמים ע"י מרכיבים שונים של הסיגריות.

 

הורדת פרוטוקולים וחומר רקע:

דפי תוצאות

רקע תיאורטי

נספח למורה

 

 

 

 

צרו קשר

noao@savion.huji.ac.il