Στο αναλυτικό πρόγραμμα σπουδών προβλέπεται η διδασκαλία της γονιδιακής ρύθμισης των προκαρυωτικών οργανισμών, όπως περιγράφεται στο σχολικό βιβλίο της Βιολογίας Γ΄Λυκείου της Ομάδας Προσανατολισμού . Στο παρόν άρθρο παρουσιάζεται ένα σχέδιο μαθήματος για την συγκεκριμένη ενότητα, κατά το οποίο έχουμε λάβει υπόψη μας ότι οι μαθητές έχουν ήδη διδαχθεί και γνωρίζουν τις διαδικασίες της μεταγραφής και μετάφρασης. Όπως επίσης ότι οι μαθητές ήδη γνωρίζουν τον σκοπό της γονιδιακής ρύθμισης στους προκαρυωτικούς οργανισμούς που δεν είναι άλλος από την προσαρμογή τους σε αλλαγές των περιβαλλοντικών συνθηκών όπως π.χ η αλλαγή των πηγών τροφής, έτσι ώστε να εξασφαλίζονται οι βασικές τους λειτουργίες που είναι η αύξηση και η διαίρεση.
Με την ολοκλήρωση της διδασκαλίας και μελέτης της συγκεκριμένης ενότητας, ο μαθητής θα πρέπει να μπορεί να:
- Να γνωρίζει γενικά τι είναι ένα οπερόνιο και σε ποιους οργανισμούς απαντάται.
- Να διακρίνει κάτω από ποιες συνθήκες το οπερόνιο της λακτόζης είναι σε καταστολή και αντίστοιχα ενεργό.
- Να αναγνωρίζει τις ειδικές αλληλουχίες DNA που απαρτίζουν το οπερόνιο, τη θέση και τον ιδιαίτερο ρόλο της καθεμίας στη λειτουργία του.
- Να δει με κριτική σκέψη τις διαφορές ανάμεσα στη μεταγραφή των ευκαρυωτικών γονιδίων και των προκαρυωτικών δομικών γονιδίων του οπερονίου.
- Να αποσαφηνίσει την έκφραση “κοινός έλεγχος της έκφρασής των γονιδίων του οπερονίου” συνειδητοποιώντας την ύπαρξη κοινού υποκινητή, κοινής αλληλουχίας λήξης της μεταγραφής και κοινού μορίου mRNA που μεταφράζεται ταυτόχρονα δίνοντας τα τρία είδη πολυπεπτιδικών αλυσίδων, που αντιστοιχούν στα τρία ένζυμα των δομικών γονιδίων.
- Να αναγνωρίσει το ρόλο της λακτόζης ως επαγωγέα της ίδιας της αποικοδόμησής της.
Πηγή εικόνας: amoeba sisters
Κατά τη διδασκαλία του μαθήματος σε μια πρώτη φάση αναφερόμαστε στο γονιδίωμα της E.coli και εξηγούμε στους μαθητές ότι από τα 4.000 γονίδια που διαθέτει δεν είναι όλα ενεργά κάθε χρονική στιγμή αλλά ένας αριθμός γονιδίων είναι σε καταστολή και ενεργοποιούνται μόνο όταν οι περιβαλλοντικές συνθήκες αλλάξουν. Στη συνέχεια, περιγράφουμε το πείραμα των Jacob και Monod και τα αποτελέσματα στα οποία κατέληξαν.
Στην επόμενη φάση χρησιμοποιώντας κατάλληλες εικόνες περιγράφουμε τη δομή του οπερονίου, τη θέση και τη λειτουργία των επιμέρους αλληλουχιών από τις οποίες απαρτίζεται. Στη συνέχεια, περιγράφουμε τις δύο καταστάσεις του οπερονίου: α)την καταστολή των δομικών γονιδίων και β) την έκφραση τους, φροντίζοντας να τις συσχετίσουμε με την απουσία και παρουσία της λακτόζης αντίστοιχα. Σ΄αυτό το σημείο τονίζουμε την καθοριστική σημασία και άμεση συσχέτιση της περιβαλλοντικής μεταβλητής (τροφή) με την γονιδιακή έκφραση στους προκαρυωτικούς οργανισμούς (η ίδια η λακτόζη λειτουργεί ως επαγωγέας της μεταγραφής των γονιδίων).
Στο τέλος της διδασκαλίας ή εάν δεν έχουμε αρκετό χρόνο μπορούμε στο επόμενο μάθημα να δώσουμε στους μαθητές να συμπληρώσουν ένα Quiz. Το Quiz είναι ένα διασκεδαστικό μέσο αυτοαξιολόγησης, ξεφεύγει από τον παραδοσιακό τρόπο εξέτασης και δίνει τη δυνατότητα στο μαθητή να ελέγξει μόνος του τις σωστές απαντήσεις αφού σχεδιάζεται έτσι ώστε όχι μόνο να δίνει τις σωστές απαντήσεις αλλά και να εξηγεί παρέχοντας ικανοποιητικές αιτιολογήσεις και λειτουργώντας ως σύστημα ανατροφοδότησης της γνώσης . Έτσι οι μαθητές μπορούν να κατανοήσουν την ενότητα, την οποία διδάχθηκαν, συλλέγοντας μόνοι τους πληροφορίες και ανακαλύπτοντας οι ίδιοι τη γνώση. Με αυτό τον τρόπο βοηθούμε τους μαθητές να αυτενεργήσουν και να ασκηθούν στον κριτικό τρόπο σκέψης. Το τελικό σκορ που θα πρέπει να είναι το προϊόν της ατομικής προσπάθειας κάθε μαθητή προάγει την ευγενή άμιλλα μεταξύ τους ενώ σε μια συζήτηση που προκαλεί ο εκπαιδευτικός μέσα στην τάξη, συζητάμε τις εντυπώσεις των μαθητών, όπως ίσως και τις δυσκολίες που μπορεί να συνάντησαν κατά τη διεξαγωγή του quiz. Ο ρόλος του εκπαιδευτικού, σε αυτή τη φάση, περιορίζεται στο ρόλο του συντονιστή της συζήτησης που εξελίσσεται μεταξύ των μαθητών ενώ αναλαμβάνει όπου χρειάζεται την επεξήγηση “σκοτεινών” σημείων.
Παρακάτω παρατίθεται ένα HD Quiz που αναφέρεται στη συγκεκριμένη διδακτική ενότητα και εκπληρώνει τους έξι διδακτικούς στόχους που έχουν τεθεί.
Results
Συγχαρητήρια!!
Συμπλήρωσες με επιτυχία το quiz και συγκέντρωσες το απαιτούμενο σύνολο μονάδων.
Μπράβο για την προσπάθειά σου!!
Διάβασε τις σωστές απαντήσεις με τις αιτιολογήσεις τους που θα σε βοηθήσουν να κατανοήσεις καλύτερα τις έννοιες.
#1. Ποια είναι τα ρυθμιστικά μόρια του οπερονίου της λακτόζης, όταν αυτό βρίσκεται σε καταστολή;
Όταν το οπερόνιο βρίσκεται σε καταστολή, η λακτόζη απουσιάζει από το θρεπτικό υλικό των βακτηρίων και σε αυτή την περίπτωση, ο καταστολέας προσδένεται ισχυρά στο χειριστή και εμποδίζει την RNA πολυμεράση να αρχίσει τη μεταγραφή των γονιδίων του οπερονίου.
#2. Πού απαντώνται τα οπερόνια;
Στο γονιδίωμα των προκαρυωτικών οργανισμών, τα γονίδια των ενζύμων που παίρνουν μέρος στην ίδια μεταβολική οδό οργανώνονται σε ομάδες, τα οπερόνια.
#3. Στο οπερόνιο της λακτόζης, πόσες από τις παρακάτω αλληλουχίες απαντώνται;
Στο τέλος των γονιδίων υπάρχουν ειδικές αλληλουχίες , οι οποίες ονομάζονται αλληλουχίες λήξης της μεταγραφής και επιτρέπουν την απελευθέρωση του RNA που μεταγράφεται. Στο οπερόνιο υπάρχουν 2 τέτοιες αλληλουχίες, μία στο τέλος του ρυθμιστικού γονιδίου και μία στο τέλος των τριών δομικών γονιδίων που λειτουργούν ως ομάδα και μεταγράφονται ταυτόχρονα σε κοινό μόριο mRNA.
#4. Πόσα μακρομόρια από κάθε είδος παράγονται κατά την πλήρη μεταγραφή του οπερονίου της λακτόζης;
Το ρυθμιστικό γονίδιο μεταγράφεται συνεχώς σε ένα μόριο mRNA, το οποίο μεταφράζεται παράγοντας λίγα μόρια της πρωτεΐνης – καταστολέα ενώ τα δομικά γονίδια μεταγράφονται ταυτόχρονα στο ίδιο μόριο mRNA (όταν υπάρχει μόνο λακτόζη στο θρεπτικό υλικό) και συνθέτουν τρία ένζυμα.
#5. Πόσους υποκινητές και πόσα γονίδια περιλαμβάνει το οπερόνιο της λακτόζης;
Οι υποκινητές βρίσκονται πάντα πριν από την αρχή κάθε γονιδίου με εξαίρεση τις ομάδες των δομικών γονιδίων των οπερονίων που έχουν κοινό υποκινητή – καθώς υπόκεινται σε κοινό έλεγχο της έκφρασής τους – και μεταγράφονται ταυτόχρονα από την ίδια RNA πολυμεράση. Επομένως το οπερόνιο της λακτόζης έχει 4 γονίδια (ένα ρυθμιστικό και τρία δομικά) αλλά μόνο δύο υποκινητές.
Πολύ καλή χρήση, εξαιρετική η ανατροφοδότηση.