Виртуальный практикум «Использование меченых атомов в биохимии» принадлежит к числу заданий средней сложности, требующих от школьника определенной самостоятельности в выборе экспериментальной методики, определении условий постановки эксперимента, а также в трактовке полученных результатов. Поэтому в том случае, если для каждого ученика в классе будет разработана индивидуальная траектория обучения, к работе с этим практикумом следует привлекать учащихся, показавших определённые успехи в изучении курса биохимии и проявляющих некоторый интерес к нему. Более слабых учеников можно знакомить с данным практикумом в режиме демонстрации.

Занятие с использованием виртуального практикума может быть организовано как в конце изучения всего курса биохимии, так и в середине курса – сразу после прохождения материалов урока 11. В первом случае необходимо дать указание учащимся, которые будут выполнять работу с данным виртуальным практикумом, перечитать материалы урока 11, описывающие теоретические основы различных методов, связанных с использованием радиоактивных изотопов, различные варианты постановки этих методов и их возможности (стр. 9 в данном пособии), стр. 1–9 урока 7, описывающие состав ДНК и РНК, репликацию и транскрипцию, стр. 9–10 урока 6, описывающие ферментативную активность некоторых онкобелков и их ингибиторы, стр. 4–6 урока 8, описывающие теоретические основы метода электрофореза в додецилсульфате натрия.

В демонстрационную часть практикума включен показ трёх разновидностей радиоизотопного метода: клеточной радиоавтографии с использованием ³Н-тимидина, позволяющей изучать распределение делящихся и покоящихся клеток в культуре; измерения радиоактивности с помощью сцинтилляционного счетчика с использованием ³Н-уридина, позволяющего исследовать влияние антибиотика актиномицина D на синтез РНК; радиоавтографии электрофоретического геля с использованием ³²Р-АТФ, позволяющей изучать тирозиновое фосфорилирование мишеней онкобелков и влияние на него противоопухолевых лекарств. В режиме демонстрации виртуальный практикум показывает учащимся, как выглядит в действительности лабораторная техника проведения различных вариантов метода меченых атомов, а также последующий анализ результатов опыта.

В самостоятельную часть виртуального практикума включены две задачи. В первой из них требуется проверить, активирует ли вирус герпеса деление лимфоцитов пациента. Для решения этой задачи школьник должен выбрать метод измерения радиоактивности с помощью сцинтилляционного счетчика. Включение меченого тимидина в ДНК лимфоцитов больного после добавления вирусного препарата в несколько раз превышает таковое у контрольных лимфоцитов, что однозначно указывает на то, что вирус является причиной развития воспаления.

Во второй задаче требуется выяснить, в какой органелле клетки происходит наиболее интенсивный синтез РНК, и как происходит её дальнейший транспорт. Для решения этой задачи школьник должен выбрать метод радиоавтографии. Локализация зёрен серебра засвеченной фотоэмульсии, образовавшихся благодаря включению меченого уридина в РНК, позволяет установить, что наиболее интенсивный синтез РНК протекает в ядрышке, затем она распространяется по всему ядру, а затем выходит в цитоплазму.

В самом начале урока целесообразно среди учащихся, которые будут работать с этим практикумом, провести опрос, проверяющий степень знакомства с материалом. Возможны следующие варианты вопросов:

• Какой метод регистрации изотопной метки позволяет непосредственно наблюдать местоположение молекулы в клетке?

  Отвечая на этот вопрос, школьники должны знать, что в процессе радиоавтографии происходит засвечивание фотографической эмульсии как раз в том месте, где располагаются радиоактивно меченые молекулы, что даёт возможность установить их клеточную локализацию.

• Какой метод регистрации изотопной метки позволяет измерить общее количество радиоактивного изотопа в пробе?

  Отвечая на этот вопрос, школьники должны знать, что измерение радиоактивности с помощью сцинтилляционного счетчика позволяет количественно определить содержание того или иного радиоактивного изотопа, но не его распределение по органеллам.

В процессе выполнения заданий самостоятельной части практикума у учащихся могут на нескольких этапах встретиться трудности. Учителю следует всячески поощрять стремление школьников самостоятельно выполнить всё задание, нецелесообразно давать ученикам готовые инструкции по решению возникших проблем. Однако, учитель может, не раскрывая сразу же весь алгоритм решения, помочь учащемуся с помощью наводящих вопросов.

Так, если ученику досталось задание виртуального практикума на исследование деления лимфоцитов больного в присутствии вируса, и он испытывает затруднения с выбором метода регистрации изотопной метки, то можно спросить у него: «Является ли необходимой для решения поставленной задачи информация о локализации радиоактивной метки в клетке?» Если он ответит «да», то ему необходимо пояснить, что в задаче нужно сравнить скорость деления двух клеточных популяций – опытной и контрольной, при этом совершенно не обязательно узнавать, какие конкретно клетки будут делиться, а какие нет. После этого можно спросить учащегося, какой метод позволяет оценить общее количество радиоактивной метки в пробе, а при затруднении с ответом напомнить вопрос 2 из опроса в начале занятия. Возможно, школьник будет настаивать, что метод радиоавтографии также может дать сведения, необходимые для решения поставленной задачи. В таком случае ему надо сказать, что хотя он и получит требуемые данные с помощью радиоавтографии, но, во-первых, более трудоёмким методом, а во-вторых, за значительно больший срок, поскольку экспозиция фотоэмульсии с радиоактивностью потребует много времени. Для решения клинической задачи это большой минус. Если ученик правильно выбрал метод, но испытывает трудности с выбором меченого соединения, то можно задать ему два наводящих вопроса: «Какая макромолекула обязательно должна удвоиться перед делением клетки?», и «Какое радиоактивно меченое вещество из названных в задании входит в состав этой макромолекулы?»

Если ученику досталось задание виртуального практикума на выяснение места синтеза РНК и её дальнейшего транспорта в клеточных органеллах, и он испытывает затруднения с выбором метода регистрации изотопной метки, то можно спросить у него: «Является ли необходимой для решения поставленной задачи информация о локализации радиоактивной метки в клетке?» После этого можно спросить учащегося, какой метод позволяет непосредственно наблюдать местоположение молекулы в клетке, а при затруднении с ответом напомнить вопрос 2 из опроса в начале занятия. Возможно, школьник будет настаивать, что измерение радиоактивности с помощью сцинтилляционного счетчика также может дать сведения, необходимые для решения поставленной задачи. В таком случае ему надо сказать, что для этого придётся выделять отдельные клеточные органеллы, что весьма трудоёмко, и измерять радиоактивность в них.

В конце занятия учителю целесообразно провести анализ выполнения задания каждым учащимся. Такой анализ сильно облегчается тем, что при неправильном выборе метода, неправильном выполнении экспериментальных процедур, а также при неверной трактовке результатов на экране появляется надпись, поясняющая на каком этапе (или на каких этапах) была допущена ошибка. Эти надписи достаточно подробно комментируют ошибки при выполнении экспериментальных процедур (например, выбор неправильного меченого соединения), так что вмешательство учителя не требуется.

Поскольку метод меченых атомов менее нагляден, чем остальные методики, вошедшие в виртуальные практикумы, то в надписях, комментирующих ошибки школьника, есть указания, называющие правильный метод выполнения конкретной задачи. Точно так же обстоит дело с комментариями, касающимися неверной трактовки результатов.