Как выделить днк в домашних условиях
Лаборатория на кухне (выделение в домашних условиях ДНК)
Одной из основных задач генной инженерии является получение белков с заранее заданными свойствами. Для решения этой задачи необходимо уметь направленно изменять мельчайшие составные части генов – отдельные пары нуклеотидов молекулы ДНК. Такие операции c самой большой молекулой стали возможными сравнительно недавно и связываются в сознании обычного человека с ультрасовременными лабораториями, оборудованными сложными и дорогими приборами. Читая о современных достижениях генной инженерии, наверное, мало кто предполагает, что выделить и потрогать довольно чистый препарат «святая святых» жизни – ДНК – можно не только в специальных лабораториях, но и в домашних условиях. Экспериментируя, вы сможете усовершенствовать и изменить предлагаемые процедуры и узнать много нового об одном из важнейших компонентов клетки.
Нативная цепь молекулы ДНК может содержать несколько миллионов атомов. В водном растворе цепи ДНК несут слабый отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга. Если в растворе в достаточном количестве присутствуют положительно заряженные ионы, они притягиваются к цепям ДНК и нейтрализуют их заряд, в результате чего цепи ДНК могут слипаться. Таким образом, изменяя концентрацию соли, можно заставить отдельные фрагменты ДНК диссоциировать или, наоборот, объединяться. Это явление и лежит в основе методов выделения ДНК из клеток.
Почти все необходимое для выделения ДНК вы сможете найти на кухне. Сначала надо приготовить буферный раствор (буфер). Налейте 120 мл воды в чистую стеклянную емкость, добавьте 1,5 г (1/4 чайной ложки) поваренной соли, 5 г (1 чайную ложку) питьевой соды. В буфер надо добавить немного детергента – 5 мл (1 чайную ложку) шампуня или жидкого средства для стирки. Можно попробовать какие-нибудь другие детергенты, например средства для мытья посуды, но туалетное мыло лучше не использовать, т.к. в нем содержится большое количество добавок. Детергент выполняет две функции: разрушает клеточные стенки и способствует расщеплению крупных белков, которые иначе могут выделиться вместе с ДНК. Для того чтобы замедлить деградацию выделенной ДНК, буфер перед началом опыта охлаждают в кастрюле или любом другом сосуде, наполненном смесью колотого льда с солью.
Для приготовления буфера лучше использовать очищенную поваренную соль и дистиллированную воду, но подойдут также йодированная соль и покупная вода в бутылках или фильтрованная вода. Водопроводную воду из-под крана лучше не использовать.
В качестве источника ДНК подойдут овощи или фрукты. Хорошие результаты получаются с луком, чесноком, бананами и томатами. Но вы можете попробовать какой-нибудь другой фрукт или овощ. Возьмите его, разрежьте на мелкие кусочки, поместите в подходящий по размерам чистый сосуд, добавьте немного воды и тщательно измельчите до однородного состояния миксером с ножами (блендером), включая его несколько раз на 10 с с небольшими перерывами. Если нет миксера, можно использовать давилку для чеснока. При такой обработке клетки отделяются друг от друга, что способствует более эффективному действию детергента.
Поместите 5 мл полученного пюре в чистую емкость, добавьте 10 мл охлажденного буфера. Полученную смесь энергично перемешивайте в течение не менее 2 мин – в это время происходит разрушение клеточных стенок детергентом и выход содержимого клеток в раствор. Далее нужно отделить раствор, содержащий ДНК и другие молекулы, от нерастворимых остатков растительного материала. Для этого лучше всего использовать центрифугу (сепаратор): смесь прокрутите на центрифуге на низкой скорости в течение 5 мин, а затем, стараясь не взбалтывать осадок, слейте в длинный узкий сосуд (например, в пробирку, прозрачный пузырек из-под лекарств и т.п.) не менее 5 мл надосадочной жидкости.
Если у вас нет центрифуги, можно отфильтровать раствор через обычный кофейный фильтр или полотно. Если вам повезет, крупные частицы, все-таки прошедшие через фильтр, либо осядут на дно, либо будут плавать на поверхности. Для получения чистого раствора слейте его верхний слой, подождите, пока осядут остальные частицы, и затем аккуратно слейте (или перенесите пипеткой) жидкость в узкий сосуд.
Полученный раствор содержит фрагменты ДНК и множество других молекул – РНК, белков, углеводов и т.п.
Для экстракции ДНК необходимо небольшое количество изопропилового спирта (изопропанола, ИПС), предварительно сильно охлажденного в морозильнике. Используйте чистый изопропанол (без красителей и отдушек) в самой высокой концентрации, какую только удастся достать (обычно его продают в концентрации не ниже 70%). При помощи соломинки для коктейлей аккуратно нанесите 10 мл охлажденного спирта на поверхность раствора ДНК. Для этого погрузите соломинку в сосуд со спиртом и зажмите верхнее отверстие, затем опустите нижний конец соломинки в пробирку с раствором, прикоснитесь соломинкой к стенке и, слегка наклонив пробирку, позвольте спирту медленно стечь по стенке. Не набирайте спирт в трубочку (или пипетку) ртом! Если вы все сделали правильно, спирт, плотность которого меньше плотности буфера, останется на поверхности раствора.
Поместите тонкую стеклянную или деревянную палочку, например карандаш, в раствор таким образом, чтобы ее кончик оказался непосредственно под границей между буфером и спиртом, и очень осторожно в течение 1 мин поворачивайте попеременно в разные стороны. При этом наиболее длинные фрагменты ДНК накрутятся на палочку. Затем вытащите палочку – спирт заставит ДНК прилипнуть к концу палочки, и вы увидите на нем прозрачный вязкий осадок.
Конечно, в результате этой простой процедуры нельзя получить чистый препарат ДНК. В лаборатории в буфер добавляют ферменты, разрушающие млекулы РНК, которые иначе могут выделиться вместе с ДНК.
Даже после самой тщательной экстракции часть ДНК останется в растворе, образуя в нем невидимую паутину. При небольших дополнительных усилиях этот материал тоже можно увидеть. Некоторые красители, например метиленовый синий, связываются с заряженными фрагментами ДНК. Для окраски нитей, образованных оставшейся в растворе ДНК, достаточно добавить в него микроскопическое количество красителя – его молекулы свяжутся с ДНК, оставляя раствор неокрашенным. Возможно, для этой цели подойдут какие-либо пищевые красители или краски для тканей или волос – экспериментируйте!
По материалам
Scientific American,
сентябрь, 1998
Презентация по исследовательской работе на тему «Экстракция ДНК в домашних условиях»
«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Описание презентации по отдельным слайдам:
Тема исследования: «Экстракция ДНК в домашних условиях»
Цель: Извлечь в домашних условиях молекулы ДНК из банана Задачи: Изучить литературу по теме Рассмотреть особенности строения и функции ДНК Подготовить необходимое оборудование Провести эксперимент Сделать выводы
Гипотеза Возможно ли в домашних условиях выделить и потрогать чистый препарат «святая святых» жизни ДНК?
Актуальность Одной из основных задач генной инженерии является получение белков с заранее заданными свойствами. Для решения этой задачи необходимо уметь направленно изменять мельчайшие составные части генов – отдельные пары нуклеотидов молекулы ДНК. Это необходимо для лечения больных с наследственными заболеваниями, обусловленными геномом.
Методика Эксперимент Наблюдение Описание Анализ литературы по теме
Объект исследования Молекулы ДНК банана
Состав и строение ДНК ДНК –дезоксирибо- нуклеиновая кислота- биологический полимер, состоящий из двух спирально закрученных цепочек
История открытия 1869 г. Фридрих Мишер обнаружил НК и дал им название («нуклеус»-ядро). 1905 г. Эдвин Чаргафф изучил нуклеотидный состав НК. 1950 г. Розалинда Франклин установила, двухцепочечность ДНК. 1953 г. американские биохимики Дж. Уотсон и Ф.Крик установили расположение частей молекулы ДНК
Местонахождение ДНК в клетке Ядро Митохондрии Пластиды
Строение молекулы ДНК Цепи нуклеотидов образуют правозакрученные объемные спирали по 10 пар оснований в каждом витке Цепи закручиваются вокруг друг друга, а также вокруг общей оси и образуют двойную спираль Цепи антипараллельны или разнонаправленны. Последовательность соединения нуклеотидов одной цепи противоположно таковой в другой
Схема строения азотистых оснований В состав ДНК входят следующие азотистые основания: Пуриновые: 1. Аденин, 2. Гуанин Пиримидиновые: 3. Тимин 4. Цитозин
Схематическое строение ДНК Нуклеотиды: Расположены друг от друга на расстоянии 0,34нм Масса одного нуклеотида равна 345 Da. Ширина спирали 2нм Эти величины постоянные
Связи между цепями в молекуле ДНК Осуществляется при помощи водородных связей между азотистыми основаниями, входящими в состав разных цепей.
Свойство «репликации» Репликация ДНК – это процесс копирования дезоксирибонуклеиновой кислоты, который происходит в процессе деления клетки. При этом генетический материал, зашифрованный в ДНК, удваивается и делится между дочерними клетками.
Свойство «репарации» Репарация – способность молекулы ДНК исправлять возникающие в её цепях изменения. В восстановлении исходной структуры ДНК участвует не менее 20 белков: Узнают изменённые участки ДНК; Удаляют их из цепи; Восстанавливают правильную последовательность нуклеотидов; Сшивают восстановленный фрагмент с остальной молекулой ДНК
Функции ДНК 3.Роль матрицы в процессе передачи генетической информации к месту синтеза белка 2. Передача наследственной информации из поколения в поколение 1. Хранение наследственной информации
Основа метода выделения ДНК Цепь молекулы ДНК может содержать несколько миллионов атомов. В водном растворе цепи ДНК несут слабый отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга. Если в растворе в достаточном количестве присутствуют положительно заряженные ионы, они притягиваются к цепям ДНК и нейтрализуют их заряд, в результате чего цепи ДНК могут слипаться. Таким образом, изменяя концентрацию соли, можно заставить отдельные фрагменты ДНК диссоциировать или, наоборот, объединяться. Это явление и лежит в основе методов выделения ДНК из клеток.
Оборудование : Колба, пробирка, мерный стакан, ступка, фильтр, пипетка, карандаш, жидкое мыло, поваренная соль, питьевая сода, банан, спирт, дистиллированная вода.
Ход эксперимента: Измельчение банана в ступке. При такой обработке клетки отделяются друг от друга, что способствует более эффективному действию детергента.
Детергент (лат. dētergerē стирать, чистить). хим. Моющее, очищающее или дезинфицирующее средство. Детергент выполняет две функции: разрушает клеточные стенки и способствует расщеплению крупных белков, которые иначе могут выделиться вместе с ДНК.
Подготовка буферного раствора. Добавление в стакан 120 мг дистиллированной воды и 5г –1 чайную ложку питьевой соды.
Поместили 5 мл полученного пюре в чистую емкость, добавили 10 мл охлажденного буфера.
Полученную смесь энергично перемешивали в течение 2 мин – в это время происходит разрушение клеточных стенок детергентом и выход содержимого клеток в раствор. Затем пропустили через фильтр
Фильтрование полученного раствора. Полученный раствор содержит фрагменты ДНК и множество других молекул – РНК, белков, углеводов и т.п.
Для экстракции ДНК необходимо небольшое количество изопропилового спирта. При помощи пипетки аккуратно по стенке пробирки нанесли 10 мл охлажденного спирта на поверхность раствора ДНК.
Выделение молекул ДНК
Нанизывание ДНК на карандаш Поместив карандаш в раствор таким образом, чтобы ее кончик оказался непосредственно под границей между буфером и спиртом, и очень осторожно в течение 1 мин поворачиваем попеременно в разные стороны. При этом наиболее длинные фрагменты ДНК накрутились на карандаш. Затем когда вытащили карандаш – спирт заставил ДНК прилипнуть к концу карандаша, и мы увидели на нем прозрачный вязкий осадок, это и есть ДНК.
Увеличение препарата в 10раз
Вывод Таким образом, мы подтвердили нашу гипотезу, что действительно в домашних условиях можно выделить и потрогать довольно чистый препарат “святая святых” жизни – ДНК.
Литература Захаров В.Б. и др. “Общая биология” Биология в таблицах и схемах”, “Дрофа” 2005 г. Рувинский А.О. Москва “Просвещение” 1993 г. “Общая биология По материалам Scientific American, сентябрь, 1998 Интернет-ресурсы: http://www.kozlenkoa.narod.ru/gencode2.htm
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Одной из основных задач генной инженерии является получение белков с заранее заданными свойствами. Для решения этой задачи необходимо уметь направленно изменять мельчайшие составные части генов – отдельные пары нуклеотидов молекулы ДНК. Такие операции c самой большой молекулой стали возможными сравнительно недавно и связываются в сознании обычного человека с ультрасовременными лабораториями, оборудованными сложными и дорогими приборами. Читая о современных достижениях генной инженерии, наверное, мало кто предполагает, что выделить и потрогать довольно чистый препарат “святая святых” жизни – ДНК – можно не только в специальных лабораториях, но и в домашних условиях. Экспериментируя, учащиеся узнали много нового об одном из важнейших компонентов клетки.
Номер материала: 337541
Не нашли то что искали?
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки
Время чтения: 11 минут
В Минпросвещения рассказали о формате обучения школьников после праздников
Время чтения: 1 минута
Рособрнадзор разрешил провести ВПР по некоторым предметам на компьютерах
Время чтения: 0 минут
Минздрав включил вакцинацию подростков от ковида в календарь прививок
Время чтения: 1 минута
Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки
Время чтения: 11 минут
При детском омбудсмене в России создадут платформу для взаимодействия с родителями
Время чтения: 2 минуты
Названы главные риски для детей на зимних каникулах
Время чтения: 3 минуты
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Как выделить днк в домашних условиях
ДНК в домашних условиях
Наследственность, гены, ДНК. Кажется, эти слова уже давно перестали быть научными терминами, вошли в повседневную жизнь и знакомы теперь каждому старшекласснику, не говоря уж о студентах. Но никакой ДНК большинство из нас никогда не видело, хотя увидеть ее — дело вполне реальное даже в домашних условиях. В одной из генетических лабораторий на стене висит, к примеру, вот такая инструкция:
Как самому выделить ДНК.
1. Возьмите что-то, что содержит много ДНК. Например, фасоль (но можно свиную печень, рыбные молоки или редиску).
2. Положите в миксер около 100 мл (полстакана) этого продукта, добавьте 1/8 чайной ложки соли и 220 мл (стакан) холодной воды. Взбивайте в течение 20 секунд. Миксер «сварит» вам фасолево-клеточный суп.
3. Процедите смесь через ситечко или кусок марли или капрона (чулок вполне подойдет).
В полученную мякоть добавьте 1/6 от ее количества (это будет примерно 2 столовые ложки) жидкого моющего средства (для посуды, например) и хорошо размешайте. Оставьте на 8-10 минут.
4. Разлейте жидкость по стаканам или другим стеклянным посудинам, чтобы в каждой было заполнено не больше 1/3 объема.
5. Добавьте в каждую пробирку по чуть-чуть либо сока, выжатого из ананаса, либо раствора для контактных линз и осторожно встряхните, переворачивая и наклоняя пробирку (если будете трясти слишком рьяно, разломаете ДНК и ничего не увидите).
6. Наклоните пробирку и медленно влейте в нее немного этилового спирта, чтобы он образовал слой поверх фасолевой смеси. Лейте, пока спирта и смеси не окажется поровну. ДНК всплывет наверх в виде хлопьев.
7. Деревянной палочкой (карандашом) выловите их и рассмотрите под микроскопом.
Что же происходит с фасолью или свиной печенью в процессе описанных манипуляций и почему в конечном счете ДНК оказывается отделенной от всех остальных веществ, которых в клетке великое множество?
Во всех тканях организма как животного, так и растения, ДНК, как правило, одинакова. Отличаются эти ткани тем, что в одних из них помимо вещества наследственности больше почти ничего нет (молоки селедки), а в других, таких, как костная ткань, содержание ДНК относительно невелико.
В общем, если перед исследователем не стоит какой-то специальной задачи, он старается выбрать для работы ткань, в которой мало межклеточного вещества и много самих клеток. Причем желательно, чтобы ткань легко распадалась на эти составляющие, а клетки не были перегружены белками (как мышечные), липидами (как жировые) или полисахаридами (как клетки мозга).
2. Дробим ткань на клетки.
В миксере ткань, из которой мы собираемся добыть вещество наследственности, распадается на отдельные клетки: чтобы механически разорвать связи между ними требуется, как правило, гораздо меньше усилий, чем для того, чтобы повредить саму клетку. И поскольку при нашем способе выделения ДНК требуются более или менее целые, неповрежденные клетки, ясно, что консервированный горошек, кукуруза или соленая селедка для такого эксперимента не годятся, — лучше уж взять что-нибудь свежезамороженное, если вы уверены, что продукт не размораживали в процессе хранения несколько раз.
А немного соли нужно добавить в раствор для того, чтобы клетки не полопались раньше времени: давление внутреннего содержимого на клеточную мембрану изнутри уравновешивают давлением соляного раствора снаружи.
3. Высвобождаем макромолекулу
Что касается фильтрации, то она нужна для того, чтобы механически удалить из клеточной суспензии всевозможные примеси, в том числе, крупные куски ткани — все равно те вещества, которыми мы собираемся обрабатывать смесь, не смогут проникнуть глубоко внутрь таких конгломератов, и для выделения ДНК они окажутся бесполезными.
А обработать полученные клетки следует, в первую очередь, каким-нибудь детергентом. Средство «Ферри», способное, согласно рекламе, легко отмыть самую жирную посуду, годится и для того, чтобы наделать больших дырок в липидной мембране как самой клетки, так и ее ядра. Если нет жидкого моющего средства, можно сделать концентрированный раствор стирального порошка — тоже подойдет.
В результате такой обработки все клеточное содержимое вывалится наружу и окажется в растворе, который сделается при этом очень вязким, тягучим и существенно более прозрачным, чем была клеточная суспензия. Изменение консистенции раствора — верный знак того, что лизис прошел успешно.
не наливайте слишком много раствора в емкость, туда предстоит еще много чего налить, к тому же, если смеси будет в избытке, ее будет трудно перемешать.
5. Освобождаемся от белков
О том, что ферменты сработали, можно судить по уменьшению вязкости раствора. Если этого не происходит, поместите смесь в теплое место (примерно 37C) на полчаса, иногда может потребоваться добавить больше ананасового сока или раствора для очистки линз.
6. Осаждаем ДНК из раствора
Теперь ДНК плавает в растворе сама по себе. Белки больше не цепляются за нее, хотя обломков всевозможных молекул в смеси по-прежнему много. В лабораторных условиях эти ненужные фрагменты убирают, тщательно перемешивая раствор с фенолом и/или хлороформом. После центрифугирования внизу пробирки оказываются фенол и/или хлороформ с растворенными в них белками, а вверху — водная фаза, содержащая ДНК. Водную фазу собирают в отдельную пробирку и дальше работают уже с относительно чистым раствором.
За неимением центрифуги и органических растворителей, работа с которыми требует к тому же специальных мер безопасности, этот этап очистки в домашних условиях приходится пропустить и осаждать ДНК прямо из «грязного» раствора.
Заметим сразу — заменить этиловый спирт водкой или духами нельзя: если концентрация спирта будет низкой и упадет при смешивании с водной фазой до 60-65%, ДНК в кристаллическое состояние не перейдет.
Отчасти именно по этой причине наливать спирт в пробирку с ДНК-содержащей смесью следует осторожно, наслаивая его сверху. Тогда нижние слои спирта частично смешаются с раствором ДНК, начнется процесс кристаллизации нуклеиновых кислот, и они всплывут на поверхность (где спирт более концентрированный) в виде хлопьев.
Если же налить спирт сверху не получится и все безнадежно перемешается, то при малом количестве этанола у вас вообще ничего не получится, а при большом начнет кристаллизоваться не только ДНК: в осадок выпадут и остатки белков, и кое-что еще из исходного содержимого клеток.
7. Что же мы получили? (см.рисунок ниже)
Чистые кристаллы ДНК похожи на клубки спутанных нитей, но не надо забывать, что вы видите именно кристаллы вещества, а не его макромолекулы, и сказать по их внешнему виду, какие гены содержит выделенная вами нуклеиновая кислота, конечно, невозможно. Чтобы узнать это, придется снова растворять ДНК. Впрочем, «прочесть» последовательность нуклеотидов в домашних условиях, увы, невозможно: для этого нужны не только специальные приборы, но и дорогие реактивы.
Однако если вы уже хорошо рассмотрели кристаллы и они успели подсохнуть, можете понаблюдать за тем, как ДНК растворяется. Она в начале набухает, становясь похожей на студенистую медузу, и лишь спустя несколько дней раствор делается однородным.
Процесс можно ускорить, если пробирку почаще встряхивать.
Желаю успехов начинающим генетикам и молекулярным биологам!
Материал подготовил: учитель биологии НОУ СОШ «ВЕНДА» Ледуховский Н.В.
Выделяем ДНК банана в домашних условиях
В анонсах мероприятий, которые проходят в Leader-ID, можно встретить неожиданные вещи. К примеру — мастер-класс по выделению молекул ДНК, для которого достаточно «оборудования» и «реагентов», которые есть на любой кухне. Этот эксперимент можно провести вместе с детьми — погрузить их, так сказать, в мир биологии и химии.
В основе поста — рассказ Юлии Зайцевой, кандидата биологических наук факультета биологии и экологии Ярославского Демидовского университета (ЯрГУ). Если вам удобнее формат видео, оно тут.
Прежде чем мы начнем смешивать ингредиенты, буквально несколько слов про ДНК, ее структуру и роль в биологических процессах. А еще о том, как так вышло, что эту молекулу можно наблюдать невооруженным глазом. Если вы все это знаете, переходите сразу к пошаговой инструкции.
Структура ДНК
С химической точки зрения дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, — это длинная полимерная молекула, состоящая из блоков, нуклеотидов.
Каждый нуклеотид включает:
остаток фосфорной кислоты,
и одно из четырех азотистых оснований.
Эти блоки в ДНК повторяются.
Азотистые основания — это гетероциклические органические соединения, производные пиримидина и пурина. В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований. Для удобства их обозначают буквами:
Азотистые основания разных нуклеотидов соединяются между собой водородными связями согласно принципу комплементарности. Аденин образует связь с тимином.
А гуанин с цитозином.
В итоге молекула ДНК состоит из двух цепей нуклеотидов, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу.
Такая двухцепочечная молекула закручена по винтовой линии.
Эту структуру ошибочно называют спиралью, но на самом деле это двойной винт.
Роль молекулы ДНК
С биологической точки зрения ДНК — макромолекула, которая обеспечивает хранение, передачу и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов.
Биологическая информация в ДНК хранится в виде генетического кода, состоящего из последовательности четырех видов нуклеотидов. Так как различаются нуклеотиды только азотистыми основаниями, по основаниям их и называют:
Размер молекулы ДНК
Перейдем к математике — посчитаем длину человеческой ДНК.
Общее число нуклеотидов в геноме человека — 3,2 миллиарда. Линейная длина одного нуклеотида — 0,34 нанометра. Перемножив эти показатели, получаем следующее:
Что суммарная длина молекул ДНК в одной клетке — около двух метров (общая длина цепей в двухспиральной молекуле). При этом линейная длина самой клетки — всего 30 мкм.
А размер ее ядра, в котором располагается молекула ДНК, еще в несколько раз меньше.
Как же два метра ДНК помещается в клетку, диаметр которой почти в 70 тысяч раз меньше?
За это отвечает механизм особой укладки ДНК в клетке, который называется компактизация. ДНК, как нить, накручивается на катушку из специальных белков — гистонов. «Катушки» сближаются друг с другом, образуя структуру, напоминающую баранки на нитке. А потом эта «нитка с баранками-катушками» формирует сложные петли.
При такой укладке длина молекулы ДНК уменьшается в 100 тыс. раз
Если бы мы провели такую компактизацию в макромире, то смогли бы нитку длиной с Останкинскую башню (
500 метров) уложить в спичечный коробок.
Длина молекул ДНК в теле человека
В общей сложности в нашем теле ученые насчитывают около 70 триллионов клеток (своих и чужих — тут мы не забываем про микробиом). Наименьшая длина молекулы ДНК — 1,5 м.
Если умножить ее на количество клеток, получится, что общая длина цепочек ДНК в организме человека — более 100 триллионов метров. Это грандиозная величина! Она чуть ли не в 1000 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца (150 млн километров).
Пошаговая инструкция по выделению молекул ДНК
Для эксперимента подойдет любой растительный материал. Проще работать с тем, что легче измельчить, например мякоть банана.
Чтобы извлечь ДНК из ядра растительной клетки, нам потребуются:
ступка с пестиком, дома можно использовать блендер;
стеклянная посуда: колба, стакан, пробирка — или любая другая прозрачная емкость, которая найдется на вашей кухне;
фильтровальная бумага или марля;
хлорид натрия (поваренная соль) — 1,5 г;
гидрокарбонат натрия (сода) — 5 г;
весы, позволяющие взвешивать от одного до нескольких грамм; в отсутствие весов для соли и соды можно использовать мерные ложки — здесь главное соблюсти пропорции ингредиентов;
детергент (лат. detergio — стираю) — это разновидность поверхностно-активного вещества, которое уменьшает поверхностное натяжение воды и способствует ее проникновению в поры и между волокнами; детергенты помогают отмывать что угодно от грязи; в домашних условиях в качестве детергента можно использовать мыло, средство для посуды или шампунь;
дистиллированная вода — 120 мл;
95%-й этиловый спирт.
Шаг 1. Готовим буферный раствор
Буферными (англ. buff — смягчать удар) называют растворы с определенной устойчивой концентрацией водородных ионов. Проще говоря, pH такого раствора почти не меняется, даже если мы добавляем в него кислоту или щелочь.
Чтобы приготовить буферный раствор для нашего эксперимента, наливаем в колбу 120 мл дистиллированной воды и добавляем в нее 1,5 грамма хлорида натрия. В домашних условиях можно использовать поваренную соль, это, конечно, не химически чистый NaCl, но для нашей миссии подойдет.
Далее взвешиваем и добавляем в раствор 5 грамм гидрокарбоната натрия (дома используем соду).
Если дома не нашлось инструментов для взвешивания 1,5 г соли и 5 г соды, можно приготовить больший объем буферного раствора с сохранением пропорции ингредиентов. В этом случае для последующих шагов берем только часть раствора.
После добавления перемешиваем содержимое колбы до полного растворения.
Если у вас вдруг нет такой замечательной магнитной мешалки — воспользуйтесь ложкой (тут был подмигивающий смайл, но модератор его удалил)
Шаг 2. Смешиваем буферный раствор с детергентом
В качестве детергента мы используем средство для мытья посуды. Нам будет вполне достаточно 50–60 мл. Добавляем его в буфер и перемешиваем полученную смесь в течение трех минут.
Шаг 3. Подготовка сырья для извлечения ДНК
Мякоть банана тщательно измельчаем до однородного состояния. Дома это удобнее сделать блендером.
Шаг 4. Разрушение клеточных стенок
«Полученную кашицу…» В смысле, к полученной массе добавляем холодную смесь буферного раствора с детергентом.
Детергент разрушает клеточные мембраны и мембраны ядер клеток. Таким образом, нити ДНК окажутся свободно плавающими.
Шаг 5. Получение молекул в растворе
Разрушив клеточные стенки, удаляем их: для этого фильтруем раствор в течение 10–15 минут при помощи воронки с фильтром. В нашем случае мы используем фильтровальную бумагу, но дома можно взять ткань или даже марлю.
Шаг 6. Визуализация
К полученному фильтрату по стенке сосуда под острым углом осторожно приливаем охлажденный в морозилке 95% этиловый спирт, чтобы он не перемешивался с содержимым. Добавляем сколько не жалко. Но в целом количества, равного половине имеющегося в колбе фильтрата, будет достаточно.
Предчувствуя вопрос из зала, скажу сразу — нет, водка тут не подойдет.
И вот на границе раздела двух жидкостей мы наблюдаем, как постепенно появляются белые нити ДНК.
Из всех клеточных компонентов только ДНК быстро выпадает в осадок в спирте, образуя видимые глазу белые нити. Все остальные компоненты остаются в водной фазе.
Используя этот метод, можно выделить ДНК из любого растительного материала. На практике хорошие результаты получаются с луком, чесноком, бананами и томатами. В общем, дети будут довольны.