Univerzita Karlova v Praze Pˇr´ırodovˇedeck´a fakulta Katedra uˇcitelstv´ı a didaktiky chemie
Diplomov´ a pr´ ace
ˇ Nov´ e materi´ aly na podporu v´ yuky Biochemie na SS, Proteiny
Anna Fendrychov´a
Vedouc´ı diplomov´e pr´ace: RNDr. V´aclav Mart´ınek, Ph.D.
Praha 2010
Dˇekuji RNDr. V´aclavu Mart´ınkovi, Ph.D. za veˇskerou pomoc, kterou mi poskytl pˇri tvorbˇe t´eto pr´ace.
Prohlaˇsuji, ˇze jsem svou diplomovou pr´aci napsala samostatnˇe a v´ yhradnˇe s pouˇzit´ım citovan´ ych pramen˚ u. Souhlas´ım se zap˚ ujˇcov´an´ım pr´ace a jej´ım zveˇrejˇ nov´an´ım. V Praze dne
Anna Fendrychov´a
2
ˇ Proteiny N´azev pr´ace: Nov´e materi´aly na podporu v´ yuky Biochemie na SS, Autor: Anna Fendrychov´a Katedra: Katedra uˇcitelstv´ı a didaktiky chemie Vedouc´ı diplomov´e pr´ace: RNDr. V´aclav Mart´ınek, Ph.D. Abstrakt: Tato diplomov´a pr´ace je zamˇeˇrena na pˇr´ıpravu didaktick´ ych materi´al˚ u na podporu v´ yuky biochemie, konkr´etnˇe t´ematu aminokyseliny a proteiny, na stˇredn´ıch ˇskol´ach. Vych´az´ı z vlastn´ı anal´ yzy zpracov´an´ı dan´eho t´ematu v ˇcesk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic´ıch, kter´a v nich odhaluje nˇekter´e nedostatky. Pˇredevˇs´ım se jedn´a o nedostateˇcn´ y grafick´ y doprovod prob´ıran´e l´atky, mal´e mnoˇzstv´ı motivaˇcn´ıch prvk˚ u a slab´a integrace uˇciva s jin´ ymi obory i s bˇeˇzn´ ym ˇzivotem. Podp˚ urn´e v´ yukov´e materi´aly, vytvoˇren´e v r´amci t´eto pr´ace, byly proto zamˇeˇreny pˇredevˇs´ım na doplnˇen´ı tˇechto nedostatk˚ u. Tyto materi´aly zahrnuj´ı graficky bohatou prezentaci, interaktivn´ı animace denaturace a vysolov´an´ı protein˚ u, vizualizuj´ıc´ı tyto procesy na makroskopick´e i molekul´arn´ı u ´rovni, plak´at prezentuj´ıc´ı strukturn´ı vzorce k´odovan´ ych aminokyselin, 3D modely nˇekolika v´ yznamn´ ych protein˚ u, rozˇsiˇruj´ıc´ı texty i n´avody na studentsk´e laboratorn´ı pr´ace. V r´amci ovˇeˇren´ı byly tyto materi´aly otestov´any ˇ Porovn´an´ı v´ pˇri v´ yuce biochemie na SS. ysledk˚ u pretest˚ u a posttest˚ u ve tˇr´ıdˇe vyuˇcovan´e s pouˇzit´ım pˇripraven´ ych materi´al˚ u proti kontroln´ı tˇr´ıdˇe uk´azalo, ˇze nasazen´ı materi´al˚ u pomohlo student˚ um l´epe pochopit vztahy mezi strukturou a vlastnostmi aminokyselin a protein˚ u, pˇrev´aˇznˇe proces denaturace a interakce urˇcuj´ıc´ı 3D strukturu protein˚ u. Kl´ıˇcov´a slova: aminokyseliny, biochemie, denaturace, PPT presentace, proteiny, uˇcebnice chemie, v´ yukov´e materi´aly, molekulov´e modely, 3D modely
3
Title: Proteins - New educational materials for education in biochemistry at secondary level Author: Anna Fendrychov´a Department: Department of Teaching and Didactics of Chemistry Supervisor: RNDr. V´aclav Mart´ınek, Ph.D. Abstract: Diploma thesis is focused on creation of educational materials supporting the education of biochemistry, specifically amino acids and proteins, at secondary level. At first the analysis of Czech chemistry textbooks concerning the two topics - amino acids and proteins was performed. The major problems found were related to the insufficient graphical representation of biomolecules, unsatisfactory motivational components and insufficient integration of the topic with biology or everyday life experience. The supporting educational materials, presented in this work, supplement the widely used chemistry textbooks. The materials includes a graphic oriented presentation, interactive animations demonstrating the process of denaturation and precipitating of proteins at macroscopic and molecular level, poster presenting the structural formulas of standard amino acids, 3D models of selected proteins, additional texts supporting the current topics concerning amino acids and proteins and the laboratory protocols for students. The presented support materials were evaluated at the secondary school conditions. They were tested in one class and the improvement of student’s understanding of the topic was compared to the second class employing only the classical educational methods. The comparison of the results of pretests and posttests in these classes has shown that the application of the new materials helped students better understand the relation between structure and properties of amino acids and proteins, especially the non-covalent interactions, which determine the 3D structure of proteins and the process of denaturation. Keywords: amino acids, biochemistry, denaturation, educational materials, chemistry textbooks, PPT presentation, proteins, molecular models, 3D models
4
Obsah ´ 1 Uvod
8
1.1
Anal´ yzy ˇcesk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.2
Proˇc zpracov´avat dalˇs´ı uˇcebn´ı materi´aly . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.3
Vzdˇel´an´ı pro radost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
1.4
Aminokyseliny a proteiny v platn´ ych kurikul´arn´ıch dokumentech . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
2 C´ıle pr´ ace
14
3 V´ ysledky
15
3.1
3.2
Zhodnocen´ı dostupn´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic . . . . . . . . . . . . . . .
15
3.1.1
Krit´eria hodnocen´ı stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic . . . . . . . . . . . . . .
15
3.1.2
V´ ybˇer uˇcebnic pro hodnocen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
3.1.3
Obsahov´a str´anka uˇcebnic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
3.1.4
Z´avˇery plynouc´ı z hodnocen´ı ˇcesk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic chemie a biochemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
3.1.5
Inspirace ze zahraniˇc´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
3.1.6
Seznam hodnocen´ ych uˇcebnic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
V´ yukov´e materi´aly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
3.2.1
Prezentace vyroben´a v programu PowerPoint . . . . . . . . . . . . .
32
3.2.2
Doprovodn´ y text k prezentaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
3.2.3
Rozˇsiˇruj´ıc´ı texty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39
3.2.4
Plak´at 21 k´odovan´ ych aminokyselin . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
3.2.5
Protokoly k laboratorn´ımu cviˇcen´ı na t´ema denaturace protein˚ u . .
46
3.2.6
Animace denaturace a vysolov´an´ı vytvoˇren´e v programu Macromedia Flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
51
3.2.7 3.3
3D modely molekul protein˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
Otestov´an´ı materi´al˚ u v praxi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
3.3.1
Pretest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
3.3.2
Posttest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
4 Diskuze
68
5 Z´ avˇ er
76
Literatura
79
6
Seznam zkratek AMK - aminokyseliny ATP - adenosintrifosf´at BSE - Bovinn´ı spongiformn´ı encefalopatie (Nemoc ˇs´ılen´ ych krav) CJD - Creutzfeldt-Jakobova choroba H-m˚ ustky - vod´ıkov´e m˚ ustky RVP - R´amcov´ y vzdˇel´avac´ı program RVPG - R´amcov´ y vzdˇel´avac´ı program pro gymn´azia Sec - selenocystein 3D modely - prostorov´e modely
7
Kapitola 1 ´ Uvod Tato didakticky zamˇeˇren´a diplomov´a pr´ace zpracov´av´a t´ema proteiny v r´amci stˇredoˇskolsk´e v´ yuky. Jej´ım c´ılem je vytvoˇrit podp˚ urn´e v´ yukov´e materi´aly na t´ema aminokyseliny a proteiny, protoˇze tato dvˇe t´emata spolu u ´zce souvisej´ı, bˇeˇznˇe b´ yvaj´ı vyuˇcov´ana spoleˇcnˇe.
1.1
Anal´ yzy ˇ cesk´ ych stˇ redoˇ skolsk´ ych uˇ cebnic
ˇ aˇr by se mohl pt´at, proˇc vytv´aˇret dalˇs´ı v´ Cten´ yukov´e materi´aly, kdyˇz maj´ı uˇcitel´e a studenti v dneˇsn´ı dobˇe k dispozici velk´e mnoˇzstv´ı uˇcebnic, a pokud by uˇcebnice nestaˇcily, na internetu je nepˇrebern´e mnoˇzstv´ı informac´ı nejen o tˇechto biochemick´ ych t´ematech. Proto je souˇc´ast´ı t´eto pr´ace tak´e anal´ yza dostupn´ ych uˇcebnic. Pokouˇs´ı se zhodnotit, jak tyto uˇcebnice pˇredkl´adaj´ı t´emata aminokyseliny a proteiny (viz kapitola 3.1). Podobn´a ˇsetˇren´ı byla prov´adˇena i dˇr´ıve, setkala jsem se vˇsak pouze s jednou prac´ı, kter´a se zamˇeˇrovala pˇr´ımo na proteiny. Kudrnov´a ve sv´e bakal´aˇrsk´e pr´aci z roku 2008 [1] hodnotila t´emˇeˇr ˇ e uˇcebnice podle n´ı zaost´avaj´ı v stejn´e uˇcebnice, jak´e jsou hodnoceny v t´eto pr´aci. Cesk´ grafick´e u ´pravˇe, texty jsou nepˇrehledn´e, ˇcasto chyb´ı shrnut´ı na konci kapitol. Uˇcebnice sice nab´ızej´ı mnoho zaj´ımavost´ı a nadstavbov´eho uˇciva, to vˇsak neb´ yv´a od z´akladn´ıho textu v´ yraznˇe oddˇeleno. Ze vˇsech krit´eri´ı, kter´a si Kudrnov´a zvolila pro sv´e hodnocen´ı, dopadl nejh˚ uˇre vztah uˇciva k bˇeˇzn´emu ˇzivotu a propojen´ı s biologi´ı. Podobn´e nedostatky byly shled´any v ˇcesk´ ych uˇcebnic´ıch i v r´amci t´eto pr´ace. Mnoho dalˇs´ıch prac´ı se vˇenuje hodnocen´ı ˇcesk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic, vˇetˇsinou se vˇsak nezamˇeˇruj´ı pˇr´ımo na aminokyseliny nebo proteiny. Napˇr. Roˇstejnsk´a [3] hodnotila dostupn´e stˇredoˇskolsk´e uˇcebnice v ˇ e republice podle celkov´eho zpracov´an´ı biochemie. (Stejn´ Cesk´ ymi uˇcebnicemi se zab´ yvala i tato pr´ace, jedna byla pˇrid´ana nav´ıc.) Jej´ı v´ ysledky se vˇsak znaˇcnˇe liˇs´ı, coˇz pravdˇepodobnˇe 8
souvis´ı s rozsahem zkouman´eho t´ematu (aminokyseliny a proteiny jsou pouze ˇc´ast´ı biochemie). Obrazov´ y materi´al a doplnˇen´ı uˇcebnic o zaj´ımavosti a aktuality a integraci s jin´ ymi pˇr´ırodovˇedn´ ymi pˇredmˇety povaˇzuje Roˇstejnsk´a u vˇetˇsiny uˇcebnic za dostateˇcn´e. S t´ım po anal´ yze tˇechto knih – ale pouze pro kapitoly aminokyseliny a proteiny – nemohu souhlasit, jak bude vysvˇetleno d´ale. Kuˇcerov´a [4] se ve sv´e diplomov´e pr´aci zamˇeˇrila na hodnocen´ı pouze nˇekolika (tˇech nejrozˇs´ıˇrenˇejˇs´ıch) uˇcebnic organick´e chemie a biochemie pro stˇredn´ı ˇskoly, konkr´etnˇe na ˇca´sti t´ ykaj´ıc´ı se enzym˚ u, vitam´ın˚ u a hormon˚ u. I ona se, stejnˇe jako napˇr. Kudrnov´a, ˇcasto setk´avala s t´ım, ˇze v uˇcebnic´ıch bylo m´alo obr´azk˚ u, a to jeˇstˇe obr´azk˚ u m´alo motivuj´ıc´ıch. Naopak Steinbauerov´a [2], kter´a si vybrala stejn´e uˇcebnice jako Kuˇcerov´a, neuv´ad´ı ve sv´e pr´aci ˇza´dn´e nedostatky v naˇsich uˇcebnic´ıch, vesmˇes je hodnot´ı pozitivnˇe. Steinbauerov´a vˇsak hodnotila uˇcebnice z hlediska t´ematu sacharidy. Z tohoto struˇcn´eho pˇrehledu m˚ uˇzeme usoudit, ˇze r˚ uzn´a biochemick´a (a pravdˇepodobnˇe ani chemick´a) t´emata neb´ yvaj´ı v uˇcebnic´ıch zpracov´ana stejnˇe kvalitnˇe. Pˇri hodnocen´ı uˇcebnic je proto tˇreba zamˇeˇrit se na konkr´etn´ı t´ema. Na z´avˇer se zm´ın´ım jeˇstˇe o jedn´e pr´aci, kter´a, aˇc byla napsan´a uˇz v roce 1984, je st´ale velmi aktu´aln´ı a jasnˇe ukazuje na to, ˇze za v´ıce neˇz dvacet let se autor˚ um ˇcesk´ ych uˇcebnic nepodaˇrilo vytvoˇrit vyhovuj´ıc´ı uˇcebn´ı materi´al. Tekslov´a [5] mˇela k dispozici samozˇrejmˇe jin´e uˇcebnice, neˇz m´ame dnes. Ve sv´em ˇsetˇren´ı vˇsak dospˇela k n´azoru, ˇze naˇse uˇcebnice ˇcten´aˇre nemotivuj´ı, ˇcasto jsou psan´e sp´ıˇse pro uˇcitele neˇz pro ˇz´aky a nab´ızej´ı m´alo pˇr´ıklad˚ u z praxe. Je zˇrejm´e, ˇze se jedn´a o stejn´e probl´emy, s jak´ ymi se v naˇsich uˇcebnic´ıch setk´av´ame i dnes.
1.2
Proˇ c zpracov´ avat dalˇ s´ı uˇ cebn´ı materi´ aly
Z ˇsetˇren´ı, kter´e bylo provedeno v r´amci t´eto diplomov´e pr´ace, vypl´ yv´a, ˇze ˇcesk´e uˇcebnice zpracov´avaj´ı t´emata aminokyseliny a proteiny nedostateˇcnˇe, zaost´av´a pˇredevˇs´ım grafick´e zpracov´an´ı, vysvˇetlen´ı dan´e l´atky, pouˇzit´ı praktick´ ych pˇr´ıklad˚ u a uk´azek ze ˇzivota nebo zaˇrazen´ı takov´ ych ot´azek a u ´kol˚ u, kter´e by provˇeˇrily porozumˇen´ı dan´emu t´ematu. Proteiny jsou v naˇsich uˇcebnic´ıch zpracov´any sp´ıˇse okrajovˇe. A to pˇresto, ˇze t´emata aminokyseliny i proteiny jsou zaˇrazena do nov´ ych poˇzadavk˚ u ke st´atn´ı maturitˇe a do r´amcovˇe vzdˇel´avac´ıch program˚ u (d´ale jen RVP) [6],[7],[8]. Naˇse uˇcebnice b´ yvaj´ı vˇsak starˇs´ı neˇz tyto kurikul´arn´ı dokumenty a d˚ uraz kladou na jin´e oblasti chemie. Pravdou je, ˇze pro naplnˇen´ı oˇcek´avan´ ych v´ ystup˚ u napˇr. RVPG (R´amcov´ y vzdˇel´avac´ı program pro gymn´azia) by student˚ um gymn´azi´ı jistˇe staˇcilo proˇc´ıst si nˇekterou z uˇcebnic. RVPG poˇzaduje ob9
jasnˇen´ı struktury a funkce slouˇcenin nezbytn´ ych pro d˚ uleˇzit´e chemick´e procesy prob´ıhaj´ıc´ı v organismech [7], coˇz je tak obecnˇe pojat´e, ˇze se tref´ı t´emˇeˇr kaˇzd´a uˇcebnice, kter´a t´ema aminokyseliny a proteiny alespoˇ n zm´ın´ı. Studenti vˇsak tak´e maj´ı podle poˇzadavk˚ u ke spoleˇcn´e ˇca´sti maturity vysvˇetlit podstatu metabolick´ ych proces˚ u [6], coˇz bez znalosti problematiky protein˚ u nen´ı moˇzn´e. Pokud m´a ˇz´ak nˇeco vysvˇetlovat, mus´ı to dobˇre pochopit. Podle Bloomovy taxonomie c´ıl˚ u patˇr´ı vysvˇetlen´ı mezi c´ıle vyˇsˇs´ı, nen´ı to pouh´e zapamatov´an´ı a interpretace fakt˚ u [9]. Pokud klademe na ˇza´ky takov´e poˇzadavky, mˇeli bychom jim d´at moˇznost, aby je mohli splnit. Nestaˇc´ı pouze konstatov´an´ı, ˇze proteiny pln´ı nˇejak´e funkce, studenti potˇrebuj´ı pochopit jak a proˇc tak funguj´ı, jak to souvis´ı s jejich strukturou. Nestaˇc´ı jen p´ar jednoduch´ ych schematick´ ych (vˇetˇsinou ˇcernob´ıl´ ych obr´azk˚ u), aby si ˇza´k mohl dobˇre pˇredstavit, co to vlastnˇe je α-ˇsroubovice, proˇc vypad´a tak, jak vypad´a. Porozumˇen´ı dan´e l´atce tak´e mnohokr´at zvyˇsuje ˇsanci na zapamatov´an´ı [10]. Proto je z´akladem t´eto pr´ace mnoho r˚ uzn´ ych zobrazen´ı protein˚ u a nˇekter´e konkr´etn´ı uk´azky funkce protein˚ u.
1.3
Vzdˇ el´ an´ı pro radost
Nehledˇe na to, jak´e znalosti a dovednosti maj´ı m´ıt studenti po absolvov´an´ı stˇredn´ı ˇskoly podle st´avaj´ıc´ıch kurikul´arn´ıch dokument˚ u (RVP a poˇzadavky ke spoleˇcn´e ˇc´asti maturity), biochemie je pro studenty velmi aktu´aln´ı a zaj´ımav´a ˇca´st chemie. Nakonec nesm´ıme zapom´ınat na to, ˇze pozn´an´ı neslouˇz´ı pouze jako z´aklad pro praktickou ˇcinnost, pro pr´aci. Pozn´an´ı je tak´e zdrojem radosti a uspokojen´ı, obohacuje lidsk´ y ˇzivot [10]. Proto bylo c´ılem t´eto pr´ace vytvoˇrit uˇcebn´ı materi´al, kter´ y by doplˇ noval a rozˇsiˇroval naˇse uˇcebnice. Hlavn´ı v´ yhodou by mˇelo b´ yt grafick´e zpracov´an´ı. Je obecnˇe zn´am´ ym faktem, ˇze pokud vn´ım´ame pˇredkl´adan´e informace v´ıce smysly, m´ame vˇetˇs´ı ˇsanci je uchovat v pamˇeti. N´azorn´ y materi´al (do t´eto skupiny uˇcebn´ıch pom˚ ucek patˇr´ı i grafick´a zn´azornˇen´ı molekul, jejich modely, pˇr´ıpadnˇe fotografie) umoˇzn ˇuje lepˇs´ı formov´an´ı pˇredstav, pom´ah´a pochopit podstatn´e znaky a vztahy mezi jednotliv´ ymi poznatky. Z´aroveˇ n tak´e znaˇcnˇe zvyˇsuje motivaci k uˇcen´ı a p˚ usob´ı na city ˇza´k˚ u, ˇc´ımˇz zvyˇsuje pozornost a moˇznost trval´eho zapamatov´an´ı l´atky [10]. Tato pr´ace tak´e obsahuje texty s konkr´etn´ımi pˇr´ıklady v´ yskytu nˇekter´ ych aminokyselin a protein˚ u v naˇsem ˇzivotˇe, n´avody na laboratorn´ı pr´ace k t´ematu denaturace a animace vytvoˇren´e v programu Macromedia Flash, kter´e toto t´ema vysvˇetluj´ı na molekul´arn´ı u ´rovni. Denaturaci se vˇenuje podrobnˇeji, protoˇze v naˇsich uˇcebnic´ıch b´ yv´a ˇcasto opom´ıjena. C´ılem t´eto pr´ace bylo vytvoˇrit motivuj´ıc´ı materi´aly, protoˇze motivace je jedn´ım z nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ıch 10
faktor˚ u napom´ahaj´ıc´ıch pˇri uˇcen´ı [11].
1.4
Aminokyseliny a proteiny v platn´ ych kurikul´ arn´ıch dokumentech
Z tˇechto dokument˚ u jsem vych´azela pˇri tvorbˇe vlastn´ıho v´ yukov´eho materi´alu. U kaˇzd´eho je uvedeno jejich zaˇrazen´ı aminokyselin a protein˚ u a oˇcek´avan´e v´ ystupy tohoto uˇciva. R´ amcov´ y vzdˇ el´ avac´ı program pro gymn´ azia, RVPG ˇ ek a pˇr´ıroda, pˇredmˇetu chemie V RVPG [7] jsou aminokyseliny zaˇrazeny do oblasti Clovˇ vzdˇel´avac´ı oblasti Organick´a chemie (uˇcivo deriv´aty uhlovod´ık˚ u a jejich klasifikace), proteiny pak do vzdˇel´avac´ı oblasti Biochemie. Co se t´ yˇce aminokyselin, oˇcek´avan´e v´ ystupy jsou: • ˇza´k charakterizuje z´akladn´ı skupiny organick´ ych slouˇcenin a jejich v´ yznamn´e z´astupce • zhodnot´ı jejich surovinov´e zdroje, vyuˇzit´ı v praxi a vliv na ˇzivotn´ı prostˇred´ı • aplikuje znalosti o pr˚ ubˇehu organick´ ych reakc´ı na konkr´etn´ıch pˇr´ıkladech. Oˇcek´avan´e v´ ystupy uˇciva proteiny (a tedy cel´e biochemie): • ˇza´k objasn´ı strukturu a funkci slouˇcenin nezbytn´ ych pro d˚ uleˇzit´e chemick´e procesy prob´ıhaj´ıc´ı v organismech • charakterizuje z´akladn´ı metabolick´e procesy a jejich v´ yznam ˇ ek a pˇr´ıroda), konkr´etnˇe Tato t´emata vˇsak tak´e zasahuj´ı do pˇredmˇetu Biologie (oblast Clovˇ do vzdˇel´avac´ı oblasti Obecn´a biologie. Jeden z oˇcek´avan´ ych v´ ystup˚ u t´eto oblasti totiˇz zn´ı: • ˇza´k objasn´ı stavbu a funkci strukturn´ıch sloˇzek a ˇzivotn´ı projevy prokaryotn´ıch a eukaryotn´ıch bunˇek. R´ amcov´ y vzdˇ el´ avac´ı program pro obor vzdˇ el´ an´ı Aplikovan´ a chemie RVP pro obor aplikovan´a chemie [8] ˇrad´ı aminokyseliny do oblasti Pˇr´ırodovˇedn´e vzdˇel´an´ı, konkr´etnˇe Chemick´e vzdˇel´an´ı, vzdˇel´avac´ı oblasti Organick´a chemie, proteiny pak do vzdˇel´avac´ı oblasti Biochemie. Co se t´ yˇce aminokyselin, oˇcek´avan´e v´ ystupy jsou: 11
• ˇza´k charakterizuje skupiny uhlovod´ık˚ u a jejich deriv´aty a tvoˇr´ı jejich chemick´e vzorce a n´azvy • uvede v´ yznamn´e z´astupce organick´ ych slouˇcenin a zhodnot´ı jejich vyuˇzit´ı v odborn´e praxi a v bˇeˇzn´em ˇzivotˇe • posoud´ı je z hlediska vlivu na zdrav´ı a ˇzivotn´ı prostˇred´ı. Oˇcek´avan´e v´ ystupy uˇciva proteiny: • ˇza´k charakterizuje biogenn´ı prvky a jejich slouˇceniny • uvede sloˇzen´ı, v´ yskyt a funkce nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ıch pˇr´ırodn´ıch l´atek • vysvˇetl´ı podstatu biochemick´ ych dˇej˚ u. Tato t´emata vˇsak tak´e zasahuj´ı do oblasti Vzdˇel´an´ı pro zdrav´ı. Mezi oˇcek´avan´ ymi v´ ystupy z t´eto oblasti totiˇz najdeme tyto: • ˇza´k uplatˇ nuje ve sv´em jedn´an´ı z´akladn´ı znalosti o stavbˇe a funkci lidsk´eho organismu jako celku • orientuje se v z´asad´ach zdrav´e v´ yˇzivy a v jej´ıch alternativn´ıch smˇerech. Katalog poˇ zadavk˚ u zkouˇ sek spoleˇ cn´ eˇ c´ asti maturitn´ı zkouˇ sky Katalog poˇzadavk˚ u ke spoleˇcn´e ˇc´asti maturitn´ı zkouˇsky [6] v souvislosti s aminokyselinami a proteiny poˇzaduje, aby ˇza´k dovedl: • charakterizovat karboxylov´e kyseliny, jejich funkˇcn´ı deriv´aty . . . a substituˇcn´ı deriv´aty (halogenkyseliny, hydroxykyseliny, aminokyseliny) • pouˇz´ıvat jejich n´azvoslov´ı, popsat fyzik´aln´ı vlastnosti, charakterizovat jejich z´akladn´ı reakce, obzvl´aˇstˇe jejich pˇremˇeny na funkˇcn´ı a substituˇcn´ı deriv´aty • popsat metody pˇr´ıpravy karboxylov´ ych kyselin vˇcetnˇe pˇr´ısluˇsn´ ych funkˇcn´ıch a substituˇcn´ıch deriv´at˚ u • charakterizovat optickou izomerii u hydroxykyselin a aminokyselin • objasnit acidobazick´e vlastnosti aminokyselin 12
• popsat a vysvˇetlit vznik peptid˚ u z aminokyselin • pouˇz´ıt vzorce a n´azvoslov´ı vybran´ ych aminokyselin, charakterizovat esenci´aln´ı aminokyseliny, vysvˇetlit tvorbu amfiont˚ u, popsat peptidovou vazbu v peptidech a v b´ılkovin´ach • klasifikovat b´ılkoviny a jejich strukturu • vysvˇetlit funkce b´ılkovin v organizmech.
13
Kapitola 2 C´ıle pr´ ace 1. zhodnotit dostupn´e ˇcesk´e uˇcebnice z hlediska zpracov´an´ı t´emat aminokyseliny a proteiny 2. vytvoˇrit uˇcebn´ı materi´aly (PPT prezentaci, doprovodn´e texty, pracovn´ı listy k laboratorn´ım pokus˚ um, animace v programu Macromedia Flash a 3D modely molekul protein˚ u) k dan´emu t´ematu 3. ovˇeˇrit tyto materi´aly v praxi
14
Kapitola 3 V´ ysledky 3.1 3.1.1
Zhodnocen´ı dostupn´ ych stˇ redoˇ skolsk´ ych uˇ cebnic Krit´ eria hodnocen´ı stˇ redoˇ skolsk´ ych uˇ cebnic
Pˇri hodnocen´ı dostupn´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic byla tato pr´ace zamˇeˇrena pouze na zpracov´an´ı t´emat aminokyseliny a proteiny. Do hodnocen´ı nebyly zahrnuty takov´e parametry jako napˇr. pˇr´ıtomnost rejstˇr´ıku, obsahu, explicitn´ıho vyj´adˇren´ı c´ıl˚ u uˇcen´ı, moˇznost´ı sebehodnocen´ı v´ ykon˚ u ˇza´k˚ u, grafick´ ych symbol˚ u vyznaˇcuj´ıc´ıch urˇcit´e ˇca´sti textu, citac´ı z pramen˚ u a dalˇs´ı, kter´e by mˇela obsahovat kaˇzd´a modern´ı uˇcebnice [12]. Prostudov´an byl pˇredevˇs´ım: obsah v´ ykladov´ ych text˚ u, pˇr´ıtomnost zaj´ımavost´ı a pˇr´ıklad˚ u ze ˇzivota (nebo alespoˇ n konkr´etn´ıch pˇr´ıklad˚ u aminokyselin nebo protein˚ u), ot´azky a u ´koly, n´avody na laboratorn´ı cviˇcen´ı a grafick´a zpracov´an´ı tohoto t´ematu. Co se obsahov´e str´anky t´ yˇce, bylo zkoum´ano pˇredevˇs´ım, zda dan´a uˇcebnice dostateˇcnˇe a srozumitelnˇe popisuje a vysvˇetluje vˇse, co k t´emat˚ um aminokyseliny a proteiny patˇr´ı. Zda nepouˇz´ıv´a pojmy, kter´e ˇz´aci neznaj´ı a kter´ ym nerozumˇej´ı, zda tuto l´atku dokumentuje na pˇr´ıkladech nebo n´amˇetech pro praktick´a cviˇcen´ı. Dalˇs´ım hlediskem bylo tak´e propojen´ı chemie s biologi´ı. Biochemie (jak uˇz toto slovo napov´ıd´a) propojuje chemii s biologi´ı sama o sobˇe, ale uˇcebnice ji ˇcasto oklest´ı, vyjmou z n´ı pouze chemick´e vzorce a reakce a na tˇesnou souvislost s biologi´ı, se stavbou a funkc´ı ˇziv´ ych organism˚ u zapomenou. Ostatnˇe RVPG zahrnuj´ı pˇredmˇety biologie a cheˇ ek a pˇr´ıroda) a vyz´ mie do jedn´e oblasti (Clovˇ yvaj´ı k integraci pˇredmˇet˚ u a vyuˇz´ıv´an´ı mezipˇredmˇetov´ ych vztah˚ u ve v´ yuce. Uˇcitel by mˇel tedy ˇza´k˚ um ukazovat souvislosti mezi jednotliv´ ymi pˇredmˇety [7]. 15
Grafick´e zpracov´an´ı povaˇzuji pro v´ yuku protein˚ u za velmi podstatn´e. Pojmy jako prim´arn´ı, sekund´arn´ı, terci´arn´ı struktura, interakce mezi postrann´ımi ˇretˇezci aminokyselin, ˇsroubovice nebo skl´adan´ y list jsou velmi abstraktn´ı a pro ˇz´aky naprosto nezn´am´e, nepˇredstaviteln´e. Ani pˇredchoz´ı znalosti anorganick´e nebo organick´e chemie nezaruˇcuj´ı jejich lepˇs´ı porozumˇen´ı. Vzhledem k tomu, ˇze se pohybujeme na molekul´arn´ı u ´rovni, mus´ıme tyto jevy a struktury zn´azorˇ novat pouze schematicky. V dneˇsn´ı dobˇe vˇsak m´ame ˇsirok´e moˇznosti, nestaˇc´ı pouze naˇcrtnout ˇsroubovici jako svinutou stuhu nebo jako r˚ uznˇe zoh´ yban´ y polypeptidov´ y ˇretˇezec ohraniˇcen´ y modrob´ıl´ ymi obd´eln´ıky (jak´e ˇcasto v uˇcebnic´ıch nach´az´ıme). Z takov´ ych zn´azornˇen´ı nen´ı snadn´e z´ıskat pˇresnou pˇredstavu o tom, jak tyto l´atky vypadaj´ı. Nezapom´ınejme, ˇze studenti se s proteiny, jakoˇzto s nov´ ym uˇcivem, setk´avaj´ı poprv´e. Pˇr´ıliˇs zjednoduˇsen´ y n´akres nebo obr´azek je ani nezaujme. Zvl´aˇstˇe ne v dobˇe, kdy jsou mu bˇeˇznˇe ve sdˇelovac´ıch prostˇredc´ıch pˇredkl´ad´any kvalitn´ı a detailn´ı zn´azornˇen´ı r˚ uzn´ ych struktur z nanosvˇeta. Proto klade tato pr´ace d˚ uraz na schemata, modely a obr´azky, kter´e by mˇely aminokyseliny a proteiny v uˇcebnic´ıch doprov´azet a snaˇz´ı se tyto l´atky zn´azorˇ novat co nejvˇernˇeji.
3.1.2
V´ ybˇ er uˇ cebnic pro hodnocen´ı
Kter´e uˇcebnice byly vybr´any pro hodnocen´ı a proˇc? 1. Uˇcebnice bˇeˇznˇe pouˇz´ıvan´e pro v´ yuku organick´e chemie a biochemie v ˇcesk´ ych ˇskol´ach (a to pˇrev´aˇznˇe na gymn´azi´ıch). Mareˇcek, Honza, Chemie pro ˇctyˇrlet´a gymn´azia; Kol´aˇr, Chemie organick´a a biochemie; Ban´ yr, Chemie pro stˇredn´ı ˇskoly a Odstrˇcil, Biochemie pro stˇredn´ı zdravotnick´e ˇskoly. ˇ arsky, 2. Starˇs´ı uˇcebnice, kter´e jsou st´ale dostupn´e, ale ve ˇskol´ach se pˇr´ıliˇs nepouˇz´ıvaj´ı. C´ Chemie pro III. Roˇcn´ık gymn´azi´ı. 3. Uˇcebnice, kter´e slouˇz´ı sp´ıˇse jako pˇr´ıruˇcky pro ˇza´ky nebo uˇcitele, nejsou vhodn´e na to, aby se podle nich vyuˇcovalo [12]. Vac´ık, Pˇrehled stˇredoˇskolsk´e chemie; Beneˇsov´a, Odmaturuj z chemie; Kotl´ık, Chemie II v kostce. 4. M´enˇe dostupn´e uˇcebnice, kter´e jsou ale velmi dobˇre zpracovan´e a podrobnˇejˇs´ı neˇz ty pˇredchoz´ı. Mohou slouˇzit uˇcitel˚ um i ˇza´k˚ um jako rozˇsiˇruj´ıc´ı materi´aly. Amann, Chemie pro stˇredn´ı ˇskoly 2b, Vodr´aˇzka, Biochemie pro studenty stˇredn´ıch ˇskol a vˇsechny, kter´e l´ak´a tajemstv´ı ˇziv´e pˇr´ırody a Voet, Voetov´a, Biochemie.
16
5. Na z´avˇer je pˇriloˇzen kr´atk´ y koment´aˇr k nˇemeck´e uˇcebnici Biologie pro 11. roˇcn´ık stˇredn´ı ˇskoly, kterou dost´avaj´ı bavorsk´a gymn´azia od nˇemeck´eho st´atu. Jedn´a se o uˇcebnici biologie. Zamˇeˇruje se na strukturn´ı a energetick´e z´aklady ˇziv´ ych syst´em˚ ua genetiku, a to jak z biologick´eho, tak z chemick´eho hlediska (pokud je v˚ ubec moˇzn´e tato hlediska na bunˇeˇcn´e, molekul´arn´ı u ´rovni rozliˇsovat). Uˇcitel˚ um ani ˇz´ak˚ um v ˇ e republice nen´ı k dispozici, u n´as se neprod´av´a, neexistuje ˇcesk´ Cesk´ y pˇreklad. Pˇresto je zde uvedena jako uk´azkov´ y pˇr´ıklad integrace pˇr´ırodovˇedn´ ych pˇredmˇet˚ u.
3.1.3
Obsahov´ a str´ anka uˇ cebnic
Zamˇeˇr´ıme se nejprve na obsahovou str´anku uˇcebnic. V uˇcebnic´ıch, kter´ ymi se tato pr´ace zab´ yvala, nebyly nalezeny ˇz´adn´e faktick´e chyby. Nebylo shled´ano, ˇze by pojmy byly vysvˇetlov´any vyslovenˇe chybnˇe, doch´az´ı sp´ıˇse k pˇr´ıliˇsn´emu zjednoduˇsen´ı. A to pˇredevˇs´ım pˇri v´ ykladu denaturace. Probl´emy v obsahov´e str´ance tkv´ı pˇredevˇs´ım v tom, ˇze cel´e t´ema je nedostateˇcnˇe vysvˇetlen´e, rozkouskovan´e, nejsou uk´az´any souvislosti mezi jednotliv´ ymi ˇca´stmi. Ve vˇsech uˇcebnic´ıch navazuje t´ema proteiny na t´ema aminokyseliny. Bud’ jsou vykl´ad´any dohromady (vˇetˇsinou), nebo jsou aminokyseliny zaˇrazeny mezi deriv´aty karboxylov´ ych kyselin (jako souˇca´st organick´e chemie) a proteiny mezi pˇr´ırodn´ı l´atky do biochemie, a to u Mareˇcka a Kotl´ıka. Druh´e pojet´ı propojuje biochemii s organickou chemi´ı, zab´ yv´a se v´ıce chemick´ ymi vlastnosti aminokyselin, jejich reaktivitou. Nestav´ı aminokyseliny pouze do role z´akladn´ıch stavebn´ıch jednotek protein˚ u, ale ukazuje je jako samostatn´e l´atky se sv´ ymi specifick´ ymi vlastnostmi. Nicm´enˇe ani v tˇechto uˇcebnic´ıch Mareˇcek, Honza, Chemie pro ˇctyˇrlet´a gymn´azia a Kotl´ık, R˚ uˇziˇckov´a, Chemie v kostce se ˇcten´aˇr nedozv´ı pˇr´ıliˇs mnoho o r˚ uzn´ ych biologick´ ych vlastnostech aminokyselin nebo o jejich jin´em vyuˇzit´ı neˇz jen pro stavbu protein˚ u. Stejnˇe tak i ve vˇetˇsinˇe dalˇs´ıch uˇcebnic. Jedin´ı, kteˇr´ı uv´adˇej´ı i dalˇs´ı biologick´e funkce aminokyselin nebo jejich vyuˇzit´ı napˇr. v potravin´aˇrsk´em pr˚ umyslu, jsou Amann, Vodr´aˇzka a Voet. Druh´e pojet´ı m´a jeˇstˇe jednu ˇ arsky, kter´ v´ yhodu. Jak Mareˇcek, tak i Kotl´ık, ale vlastnˇe i C´ y ˇrad´ı aminokyseliny pˇred proteiny v r´amci jedn´e hlavn´ı kapitoly, vysvˇetluj´ı optick´e nebo amfotern´ı vlastnosti aminokyselin pomoc´ı reakc´ı, kter´e uˇz studenti znaj´ı z organick´e chemie. Takov´ y pˇr´ıstup je v souladu s pedagogick´ ym konstruktivismem. Novˇe osvojovan´e poznatky a dovednosti jsou d´av´any do vztah˚ u s poznatky a dovednostmi osvojen´ ymi dˇr´ıve. To napom´ah´a k lepˇs´ımu porozumˇen´ı a zapamatov´an´ı [13].
17
Aminokyseliny v ˇ cesk´ ych uˇ cebnic´ıch Vˇsichni autoˇri rozdˇeluj´ı aminokyseliny do skupin podle povahy jejich postrann´ıch ˇretˇezc˚ u (pol´arn´ı, nepol´arn´ı atd.) Nˇekteˇr´ı z nich vˇsak neuvedou k jednotliv´ ym skupin´am pˇr´ıklady takov´ ych aminokyselin. T´ım se dost´av´ame k dalˇs´ımu probl´emu. Naˇse uˇcebnice ˇcasto neuv´adˇej´ı souvislost povahy postrann´ıch ˇretˇezc˚ u se skl´ad´an´ım a s prostorov´ ym uspoˇra´d´an´ım protein˚ u. U Mareˇcka jsem sice naˇsla, ˇze napˇr. keratin obsahuje velk´e mnoˇzstv´ı cysteinu a kolagen glycinu, prolinu a hydroxyprolinu. Toto konstatov´an´ı vˇsak z˚ ust´av´a nevysvˇetleno. Vztahy mezi postrann´ımi ˇretˇezci aminokyselin a stavbou protein˚ u ukazuj´ı ve sv´ ych knih´ach Amann, Vodr´aˇzka a Voet. Vodr´aˇzka se dokonce vˇenuje kaˇzd´e k´odovan´e aminokyselinˇe zvl´aˇst’, uv´ad´ı jej´ı specifick´e vlastnosti a zp˚ usob, jak´ ym m˚ uˇze ovlivˇ novat skl´ad´an´ı protein˚ u. Takov´e informace jsou jistˇe pro studenty stˇredn´ıch ˇskol pˇr´ıliˇs podrobn´e, mohou je vˇsak velmi dobˇre vyuˇz´ıt uˇcitel´e pˇri hled´an´ı doplˇ nuj´ıc´ıch informac´ı ke sv´emu v´ ykladu. Bylo ˇreˇceno, ˇze se autoˇri uˇcebnic nˇekdy dopouˇstˇej´ı aˇz pˇr´ıliˇs velk´eho zjednoduˇsen´ı. To plat´ı napˇr´ıklad pro v´ yklad esenciality aminokyselin. Vˇetˇsina uˇcebnic (napˇr.: Kol´aˇr, Ban´ yr, Odstrˇcil a Beneˇsov´a) vysvˇetluje pojem esenci´aln´ı aminokyselina pouze ve vztahu k ˇclovˇeku. (Vac´ık tento pojem neuv´ad´ı v˚ ubec, Kotl´ık ho ve sv´e Chemii v kostce vysvˇetluje n´asledovnˇe: ...nejvˇetˇs´ı v´ yznam – k´odovan´e AMK ... vˇetˇsina – esenci´aln´ı AMK – pˇr´ıjem potravou ve ” formˇe b´ılkovin.“) Dozv´ıme se, ˇze esenci´aln´ı aminokyseliny si ˇclovˇek neum´ı s´am vytvoˇrit a mus´ı je pˇrij´ımat s potravou. Ale kdo je um´ı vˇsechny syntetizovat? Jak souvisej´ı aminokyseliny s pˇr´ıjmem vyv´aˇzen´e stravy? Jak jsou na tom ostatn´ı ˇzivoˇcichov´e? Nˇekteˇr´ı autoˇri se snaˇz´ı toto t´ema aspoˇ n troˇsku vysvˇetlit, Kol´aˇr se zmiˇ nuje o dietologii a plnohodnotn´ ych a neplnohodnotn´ ych b´ılkovin´ach (pˇresto bohuˇzel neuv´ad´ı, proˇc ˇclovˇek v˚ ubec aminokyseliny potˇrebuje, s v´ yjimkou tvorby b´ılkovin), Mareˇcek zase pˇripom´ın´a, ˇze rostliny jsou schopny ´ e syntetizovat vˇsechny aminokyseliny (ale neuv´ad´ı souvislosti se spr´avnou v´ yˇzivou). Upln´ a uspokojiv´e vysvˇetlen´ı najdeme vˇsak jen u Vodr´aˇzky a Voeta. Zkouman´e uˇcebnice tak´e v naprost´e vˇetˇsinˇe (kromˇe Amannovy, Vodr´aˇzkovy a Voetovy biochemie) nepopisuj´ı vlastnosti a charakter peptidov´e vazby. Omezuj´ı se pouze na jej´ı vznik, vˇzdy uk´aˇzou kondenzaˇcn´ı reakci nˇekter´ ych dvou aminokyselin, ale o jej´ı stabilitˇe a o jej´ım charakteru uˇz se nezmiˇ nuj´ı. A to pˇresto, ˇze v katalogu poˇzadavk˚ u ke st´atn´ı maturitˇe v´ yslovnˇe stoj´ı, ˇze:
...student objasn´ı strukturu organick´ ych slouˇcenin a pop´ıˇse typy ” vazeb v organick´ ych slouˇcenin´ach a vysvˇetl´ı vliv charakteru vazeb na vlastnosti l´atek...“ a tak´e ˇze:
... pop´ıˇse peptidovou vazbu v peptidech a b´ılkovin´ach...“ [6]. ” Mareˇcek vˇsak alespoˇ n doplˇ nuje v´ yklad aminokyselin a peptid˚ u o vznik polyamidov´ ych
18
vl´aken. Ukazuje tak pouˇzit´ı podobn´ ych l´atek v bˇeˇzn´em ˇzivotˇe. Peptidy v ˇ cesk´ ych uˇ cebnic´ıch Pokud jde o peptidy a proteiny dodrˇzuj´ı uˇcebnice vˇetˇsinou shodnou v´ ykladovou linii. Od vzniku peptidov´e vazby pˇrejdou k peptid˚ um, o nichˇz pojedn´avaj´ı jen velmi struˇcnˇe, pak pˇrijdou na ˇradu proteiny, jejich prostorov´e uspoˇra´d´an´ı a na z´avˇer jejich funkce a nˇekolik pˇr´ıklad˚ u. Peptidy sice nejsou natolik obs´ahlou skupinou jako proteiny, nˇekter´e uˇcebnice je vˇsak ˇ arsky, Kol´aˇr a Vac´ık tyto slouˇceniny u naprosto pˇrehl´ıˇzej´ı. C´ ´plnˇe vynechali, neuv´adˇej´ı ani jeden pˇr´ıklad v´ yskytu peptid˚ u v organismech. Naopak napˇr. Beneˇsov´e Odmaturuj z chemie nebo Ban´ yrova Chemie pro stˇredn´ı ˇskoly uv´adˇej´ı jako pˇr´ıklady peptid˚ u nˇekter´e hormony, antibiotika nebo jedy. Beneˇsov´a dokonce vysvˇetluje u ´lohu glutathionu pˇri udrˇzov´an´ı st´al´eho redoxn´ıho potenci´alu v buˇ nk´ach. Proteiny v ˇ cesk´ ych uˇ cebnic´ıch Pˇri posuzov´an´ı v´ ykladu protein˚ u bylo v ˇcesk´ ych uˇcebnic´ıch v r´amci tohoto hodnocen´ı nalezeno nˇekolik nedostatk˚ u. Uˇcebnice se hodnˇe zamˇeˇruj´ı na rozdˇelov´an´ı protein˚ u do r˚ uzn´ ych skupin – skleroproteiny, sferoproteiny, proteiny z´asobn´ı, transportn´ı, fosfoproteiny, chromoproteiny, glykoproteiny a dalˇs´ı. Vyjmenuj´ı takto vˇsechny skupiny protein˚ u (aˇc ve skuteˇcnosti tento v´ yˇcet samozˇrejmˇe nen´ı u ´pln´ y, proteiny maj´ı i mnoho dalˇs´ıch funkc´ı, o nichˇz ale uˇcebnice neinformuj´ı) a uvedou nˇekolik pˇr´ıklad˚ u. Mareˇcek a Ban´ yr dokonce u nˇekter´ ych funkc´ı protein˚ u ani neuv´adˇej´ı konkr´etn´ı pˇr´ıklad takov´eho proteinu. Seznamy funkc´ı, v´ yskytu, pˇr´ıklad˚ u se obvykle studenti uˇc´ı nazpamˇet’. Vzhledem k tomu, ˇze tyto uˇcebnice neukazuj´ı nˇejak´ y konkr´etn´ı protein, jeho strukturu a z n´ı plynouc´ı funkci, neumoˇzn ˇuj´ı student˚ um, aby v´ yznam protein˚ u pochopili. V nˇekter´ ych kn´ıˇzk´ach se napˇr. doˇcteme, ˇze proteiny maj´ı z´asobn´ı funkci, ale uˇz nezjist´ıme, ˇc´ım organismus z´asobuj´ı. Jinde se zase pojedn´av´a o albuminech a globulinech, nap´ıˇse se, kde se vyskytuj´ı a ˇze patˇr´ı mezi sferoproteiny a reaguj´ı neutr´alnˇe, aˇz slabˇe kysele. Chyb´ı vˇsak vysvˇetlen´ı, k ˇcemu takov´e proteiny slouˇz´ı a proˇc je podstatn´e, ˇze reaguj´ı tak, jak reaguj´ı. Uˇcebnice, kter´e ve vˇetˇsinˇe krit´eri´ıch hodnocen´ı dopadaly nejl´epe, Vodr´aˇzka a Voet, zvolily jinou strategii. Vybraly si jeden dva konkr´etn´ı proteiny a pomoc´ı jejich sloˇzen´ı a struktury ukazovaly, jak mohou proteiny fungovat, k ˇcemu mohou v organismech slouˇzit. Jak p´ıˇse napˇr. Petty ve sv´em Modern´ım vyuˇcov´an´ı, d˚ uleˇzit´e je vˇzdy uk´azat student˚ um konkr´etn´ı pˇr´ıklad toho, o
19
ˇcem je uˇc´ıme. Velmi jim to pom˚ uˇze pˇri pochopen´ı dan´e l´atky [11]. Uˇcebnice se tak´e soustˇred’uj´ı na popis prostorov´ ych uspoˇra´d´an´ı protein˚ u. Ve vˇetˇsinˇe pˇr´ıpad˚ u se vˇsak jedn´a t´emˇeˇr jen o popis, chyb´ı k nˇemu n´azorn´e obr´azky a schemata. Ve vˇsech uˇcebnic´ıch (kromˇe Chemie v kostce) samozˇrejmˇe najdeme minim´alnˇe jednoduch´ y n´akres α-helixu a β-skl´adan´eho listu, vˇetˇsinou i s vyznaˇcen´ım vod´ıkov´ ych vazeb, kromˇe Kol´aˇrovy uˇcebnice. Ta m´ısto toho uv´ad´ı pojem supersekund´arn´ı struktura αα a αβα, coˇz povaˇzuji ve stˇredoˇskolsk´e uˇcebnici za zbyteˇcnˇe podrobn´e (v ˇza´dn´e jin´e uˇcebnici se s t´ım nesetk´ame). Kromˇe toho tyto pojmy nijak nepˇrisp´ıvaj´ı k vysvˇetlen´ı sekund´arn´ı struktury protein˚ u. Ve vˇetˇsinˇe uˇcebnic chyb´ı tak´e, kromˇe obr´azk˚ u, uk´azky jednotliv´ ych struktur v konkr´etn´ıch proteinech nebo na konkr´etn´ıch pˇr´ıkladech, kdy se napˇr. projev´ı v´ yznam dan´e struktury. Pˇritom k tomu nejsou potˇreba barevn´e obr´azky. Napˇr. Mareˇcek, Odstrˇcil a Voet demonstruj´ı vliv prim´arn´ı struktury na funkci proteinu pomoc´ı nemoci srpkovit´e anemie. Amann naproti tomu popisuje, jak je moˇzn´e prim´arn´ı strukturu stanovit, ˇc´ımˇz pˇrirozenˇe dojde k vysvˇetlen´ı samotn´e prim´arn´ı struktury. U sekund´arn´ı struktury zase pˇripom´ın´a vliv postrann´ıch ˇretˇezc˚ u aminokyselin na uspoˇra´d´an´ı polypeptidov´eho ˇretˇezce. Ukazuje, jak na velikosti postrann´ıho ˇretˇezce z´aleˇz´ı, kter´ y prvek sekund´arn´ı struktury vznikne, jak ovlivˇ nuje prolin tvorbu vod´ıkov´ ych vazeb a jak´ y vliv na tuto strukturu m´a teplota. To dokl´ad´a na pˇr´ıkladu lidsk´ ych vlas˚ u a ovˇc´ı vlny. Terci´arn´ı strukturu nakonec popisuje na molekule inzul´ınu. Pro vysvˇetlen´ı kvartern´ı struktury si vyb´ır´a Voet pˇredevˇs´ım molekulu hemoglobinu, na n´ıˇz pˇresnˇe popisuje, jak prob´ıh´a pˇrenos molekul kysl´ıku, jak tento protein funguje. Voetovu Biochemii ale nem˚ uˇzeme s ostatn´ımi srovn´avat. Je to velmi podrobn´a vysokoˇskolsk´a uˇcebnice. Pˇresto byla zahrnuta do hodnocen´ı uˇcebnic, protoˇze u n´as dostupn´a je a uˇcitel˚ um nebo nadan´ ym student˚ um by mohla poslouˇzit jako vynikaj´ıc´ı doplˇ nuj´ıc´ı a rozˇsiˇruj´ıc´ı materi´al. Denaturace protein˚ uvˇ cesk´ ych uˇ cebnic´ıch Posledn´ı t´ema, kter´e u ´zce souvis´ı s prostorov´ ym uspoˇra´d´an´ım protein˚ u a je lehce propojiteln´e s bˇeˇznou denn´ı prax´ı, je denaturace. V uˇcebnic´ıch vˇsak b´ yv´a zpracov´ano sp´ıˇse okrajovˇe. Napˇr. Mareˇcek vynech´av´a denaturaci protein˚ u u ´plnˇe. V jeho knize o n´ı nen´ı ani zm´ınka. Ban´ yr, Kol´aˇr, Odstrˇcil a Vac´ık zav´adˇej´ı pojem denaturace a vysvˇetluj´ı ho jako ztr´atu nativn´ı konformace a funkce proteinu, neukazuj´ı vˇsak souvislost denaturace ˇ arsk´eho a Kotl´ıka sice velmi s bˇeˇzn´ ym ˇzivotem. Tuto souvislost najdeme u Beneˇsov´e, C´ ˇ arsky p´ıˇse: Denaturace b´ılkovin m´a praktick´ struˇcnˇe, ale v´ ystiˇznˇe. Napˇr. C´ y v´ yznam v ” 20
potravin´aˇrsk´em pr˚ umyslu i v dom´acnosti pˇri uchov´an´ı potravin. Varem denaturovan´e b´ılkoviny jsou snadno straviteln´e, a pˇritom si zachov´avaj´ı svoji v´ yˇzivnou hodnotu.“ Tento fakt nen´ı sice bl´ıˇze objasnˇen, alespoˇ n vˇsak upozorˇ nuje na praktick´e vyuˇzit´ı denaturace. Kromˇe toho, ˇze uˇcebnice nezd˚ urazˇ nuj´ı souvislost denaturace s tr´aven´ım a bˇeˇzn´ ym ˇzivotem, zamˇen ˇuj´ı tak´e nˇekdy pojmy nevratn´a a vratn´a denaturace, tedy vysolov´an´ı. S pojmem vysolov´an´ı se setk´ame u Beneˇsov´e, Odstrˇcila a samozˇrejmˇe u Voeta. Voet vysvˇetluje tento proces stejnˇe jako proces denaturace na molekul´arn´ı u ´rovni, popisuje, co se s molekulami protein˚ u pˇri denaturaci a vysolov´an´ı dˇeje, vysolov´an´ı uv´ad´ı tak´e jako jednu z technik izolace protein˚ u. Beneˇsov´a a Odstrˇcil pouze uv´adˇej´ı, ˇze nˇeco takov´eho existuje. Ostatn´ı uˇcebnice mezi vratnou a nevratnou denaturac´ı nerozliˇsuj´ı, denaturace podle nich m˚ uˇze b´ yt nˇekdy vratn´a, jindy nevratn´a, z´aleˇz´ı na pouˇzit´ ych denaturaˇcn´ıch ˇcinidlech. Toto je opˇet pˇr´ıliˇs velk´e zjednoduˇsen´ı, protoˇze mechanismy vysolov´an´ı a denaturace jsou rozd´ıln´e, tyto procesy se od sebe znaˇcnˇe liˇs´ı [14]. Metody pr´ ace s proteiny v ˇ cesk´ ych uˇ cebnic´ıch Nˇekter´e uˇcebnice kromˇe tohoto klasick´eho pojet´ı v´ ykladu protein˚ u pˇrid´avaj´ı jeˇstˇe metody pr´ace s proteiny. Kromˇe Voeta, kter´ y velmi podrobnˇe popisuje metody izolace protein˚ u, chromatografii, elektrofor´ezu, dial´ yzu a dalˇs´ı, se t´eto problematice vˇenuje i Amann. Popisuje princip chromatografie, v´ yklad doprov´az´ı obr´azky, sch´ematy jednotliv´ ych aparatur a tak´e n´avody na laboratorn´ı cviˇcen´ı zamˇeˇren´a na chromatografii. Drobn´e zm´ınky o izolaˇcn´ıch technik´ach protein˚ u (dial´ yza, elektrofor´eza, koagulace) najdeme i u Beneˇsov´e a Kotl´ıka. Tyto uˇcebnice je vˇsak nevysvˇetluj´ı, uv´adˇej´ı pouze, ˇze takov´e metody existuj´ı. Ot´ azky, u ´ koly, n´ avody na praktick´ a cviˇ cen´ı t´ ykaj´ıc´ı se aminokyselin a protein˚ u Kromˇe samotn´eho uˇcebn´ıho textu by mˇely uˇcebnice, alespoˇ n klasick´e uˇcebnice (takˇze m˚ uˇzeme vyˇradit Kotl´ıkovu Chemii v Kostce, Beneˇsov´e Odmaturuj z chemie a Vac´ık˚ uv Pˇrehled stˇredoˇskolsk´e chemie, coˇz jsou sp´ıˇse pˇr´ıruˇcky neobsahuj´ıc´ı ˇza´dn´e ot´azky, u ´koly ani n´avody na praktick´a cviˇcen´ı), poskytovat student˚ um tak´e procviˇcuj´ıc´ı a kontroln´ı ot´azky au ´koly, pˇr´ıpadnˇe i n´avody na praktick´a cviˇcen´ı. Co se t´ yˇce ot´azek a u ´kol˚ u, d˚ uraz byl kladen na ty, kter´e by pouze neprovˇeˇrovaly zapamatov´an´ı fakt (ty najdeme ve vˇsech zbyl´ ych uˇcebnic´ıch kromˇe Vodr´aˇzkovy Biochemie, kter´a neobsahuje ˇza´dn´e ot´azky ani n´avody na praktick´a cviˇcen´ı), ale kter´e by provˇeˇrovaly porozumˇen´ı l´atce, schopnost aplikace poznatk˚ u,
21
pˇr´ıpadnˇe i probl´emov´e u ´lohy1 . Situace je vˇsak takov´a, ˇze Mareˇckova uˇcebnice, jedna z nejbˇeˇznˇejˇs´ıch uˇcebnic u n´as, k t´emat˚ um aminokyseliny a proteiny ˇza´dn´e ot´azky, u ´koly, ani n´avody na laboratorn´ı neuv´ad´ı. U Kol´aˇre je to o nˇeco lepˇs´ı. Nˇekter´e ot´azky jsou zaj´ımav´e, n´aroˇcn´e. Studenti maj´ı napˇr´ıklad sami odhadnout, kter´e aminokyseliny se budou pod´ılet na tvorbˇe vod´ıkov´ ych vazeb, kter´e na tvorbˇe iontov´ ych vazeb nebo hydrofobn´ıch interakc´ı. Nebo maj´ı urˇcit, kde budou v z´akladn´ım polypeptidov´em ˇretˇezci delokalizovan´e elektrony, kter´e vazby budou ˇca´steˇcnˇe rigidn´ı. Takov´a ot´azka je docela obt´ıˇzn´a, vyˇzaduje aplikaci znalost´ı z organick´e chemie, coˇz uˇz je jeden z vyˇsˇs´ıch stupˇ n˚ u kognitivn´ıch c´ıl˚ u Bloomovy taxonomie. Ot´azka je, zda Kol´aˇrova uˇcebnice vysvˇetluje delokalizaci dostateˇcnˇe v r´amci organick´e chemie. Kol´aˇr uv´ad´ı tak´e n´avody na praktick´e cviˇcen´ı denaturace a vysolov´an´ı protein˚ u. Studenti pak maj´ı objasnit ’vratnou’ denaturaci. Probl´em je, ˇze o vysolov´an´ı nen´ı v textu ani zm´ınka, nen´ı ani uveden rozd´ıl mezi p˚ usoben´ım nˇekter´ ych sol´ı a denaturaˇcn´ıch ˇcinidel na proteiny. ˇ arsk´eho a Amanna. Prvn´ı dva poˇzaduj´ı Ot´azky a u ´koly najdeme jeˇstˇe u Ban´ yra, C´ pouze zapamatov´an´ı a interpretov´an´ı nauˇcen´ ych fakt˚ u. U Amanna doplˇ nuj´ı ot´azky a ´ u ´koly provˇeˇruj´ıc´ı znalost dan´eho t´ematu t´emˇeˇr kaˇzdou str´anku v´ ykladu. Ukoly jsou docela n´aroˇcn´e, nut´ı k hlubˇs´ımu zamyˇslen´ı, ne jen interpretaci fakt˚ u. Student potˇrebuje k jejich zodpovˇezen´ı ˇsirok´e chemick´e z´aklady. Nˇekter´e u ´lohy vyˇzaduj´ı i spolupr´aci s jinou literaturou. Amann tak´e pˇrikl´ad´a n´avody na laboratorn´ı praktika. Kromˇe klasick´eho xanˇ arsky, vysvˇetluje i thoproteinov´eho a biuretov´eho testu, kter´ y popisuj´ı tak´e Ban´ yr a C´ pr´aci s polarimetrem. Zv´ yˇsenou pozornost v souvislosti s n´avody na laboratorn´ı cviˇcen´ı ˇ arsk´eho Chemii. V pˇr´ıloze laboratorn´ı cviˇcen´ı uv´ad´ı C´ ˇ arsky mnoho je tˇreba vˇenovat C´ r˚ uzn´ ych n´avod˚ u. K t´ematu aminokyseliny a proteiny se v´aˇze d˚ ukaz argininu, tryptofanu a sirn´ ych aminokyselin, sr´aˇzec´ı reakce b´ılkovin, urˇcen´ı teploty koagulace b´ılkovin nebo ˇ arsky nejvˇetˇs´ı mnoˇzstv´ı ˇstˇepen´ı ˇskrobu amylasou z lidsk´ ych slin. Z naˇsich uˇcebnic nab´ız´ı C´ n´avod˚ u na praktick´a cviˇcen´ı. Integrace pˇ r´ırodovˇ edn´ ych pˇ redmˇ et˚ u v naˇ sich uˇ cebnic´ıch (v r´ amci t´ emat aminokyseliny a proteiny) Dalˇs´ı oblast´ı, kter´a byla hodnocena, je integrace pˇredmˇet˚ u chemie a biologie. Proteiny ˇ adn´a patˇr´ı mezi biochemick´a t´emata, biochemie propojuje chemii s biologi´ı sama o sobˇe. Z´ uˇcebnice nevynech´av´a biologickou funkci protein˚ u, vˇsechny uvedou alespoˇ n nˇekolik pˇr´ıklad˚ u, 1
Probl´emov´ a je takov´ au ´loha, jej´ıˇz zp˚ usob ˇreˇsen´ı nen´ı ˇz´ak˚ um zn´am, musej´ı ho objevit sami [15].
22
kde se v organismech proteiny nach´azej´ı a k ˇcemu slouˇz´ı. Toto hodnocen´ı vˇsak nepovaˇzovalo pouh´e vyjmenov´an´ı pˇr´ıklad˚ u biologick´ ych funkc´ı protein˚ u za dostateˇcn´e propojen´ı chemie s biologi´ı. Nˇekter´e uˇcebnice uv´adˇej´ı konkr´etn´ı pˇr´ıklady, jak se napˇr. denaturace nebo zahˇr´ıv´an´ı protein˚ u projev´ı na konkr´etn´ıch l´atk´ach z naˇseho ˇzivota, jak souvis´ı denaturace s tr´aven´ım, jak prob´ıh´a svalov´ y stah a dalˇs´ı. Pr´avˇe takov´e uk´azky a zaj´ımavosti byly hodˇ arskeho Chemii. Je nejstarˇs´ı noceny pozitivnˇe. Na tomto m´ıstˇe se nab´ız´ı vyzdvihnout C´ ze vˇsech tˇechto uˇcebnic, zaj´ımavosti o proteinech zde t´emˇeˇr ˇz´adn´e nenajdeme, ale cel´a kapitola b´ılkoviny zaˇc´ın´a obecnou charakteristikou protein˚ u, jejich obsahem v r˚ uzn´ ych organismech (i v rostlin´ach), jejich obecn´ ym v´ yznamem a tak´e porovn´an´ım jejich velikosti s jin´ ymi slouˇceninami uhl´ıku. Tento u ´vod je kr´atk´ y a struˇcn´ y, neobsahuje ˇz´adn´e pˇrevratn´e myˇslenky, pokouˇs´ı se vˇsak nahl´ıˇzet na proteiny i z jin´eho hlediska neˇz chemick´eho, propojuje je s biologi´ı a naˇs´ım bˇeˇzn´ ym ˇzivotem. Amann, Vodr´aˇzka a Voet d´avaj´ı do souvislosti prostorov´e uspoˇra´d´an´ı protein˚ u s evoluc´ı, s postupn´ ym v´ yvojem jednotliv´ ych druh˚ u. Odstrˇcil a Vodr´aˇzka se zase podrobnˇe vˇenuj´ı imunologii, Odstrˇcil pˇrikl´ad´a tabulku s proteiny krevn´ı frakce a popisuje strukturu imunoglobulinu G. U Voeta najdeme velmi mnoho zaj´ımavost´ı, mezi jin´ ymi napˇr. vysvˇetlen´ı pˇr´ıˇciny onemocnˇen´ı zvan´eho kurdˇeje (v souvislosti s prostorov´ ym uspoˇra´d´an´ım kolagenu a s modifikovan´ ymi aminokyselinami). Jak z cel´eho v´ yˇctu vypl´ yv´a, chemii s bioˇ arsky, Odstrˇcil, Vodr´aˇzka a Voet. logi´ı se ve sv´ ych uˇcebnic´ıch pokouˇs´ı propojit Amann, C´ Ostatn´ı uˇcebnice (Ban´ yr, Beneˇsov´a, Kol´aˇr, Kotl´ık, Mareˇcek a Vac´ık) se drˇz´ı klasick´eho pojet´ı protein˚ u jako chemick´ ych l´atek s r˚ uzn´ ymi biologick´ ymi funkcemi, ˇza´dn´e zaj´ımavosti, ˇza´dn´e odboˇcky do biologie nebo jin´ ych pˇredmˇet˚ u. (Toto t´ema se d´a propojit i s fyzikou, napˇr. funkce polarimetru, kterou vysvˇetluje Amann, nebo principy r˚ uzn´ ych biochemick´ ych technik, kter´e najdeme u Voeta) Grafick´ e zpracov´ an´ı aminokyselin a protein˚ uvˇ cesk´ ych uˇ cebnic´ıch Na z´avˇer je zaˇrazeno grafick´e zpracov´an´ı t´emat aminokyseliny a proteiny v jednotliv´ ych uˇcebnic´ıch. Jak bylo naznˇceno v´ yˇse, ˇcesk´e uˇcebnice neb´ yvaj´ı vybaveny kvalitn´ım obraˇ arsky, Kol´aˇr, Kotl´ık, Mareˇcek a Vac´ık se omezuj´ı zov´ ym materi´alem. Ban´ yr, Beneˇsov´a, C´ je na jednoduch´a sch´emata, kter´a b´ yvaj´ı ˇcernob´ıl´a (pˇr´ıpadnˇe obohacen´a o fialovou nebo modrou), velmi zjednoduˇsen´a, terci´arn´ı struktura b´ yv´a ˇcasto ukazov´ana jako smotan´ y prov´azek (obr´azek 3.1). V tˇechto uˇcebnic´ıch najdeme vˇzdy zn´azornˇen´ı peptidov´e vazby a vzorce k´odovan´ ych aminokyselin, k protein˚ um sch´emata sekund´arn´ıch struktur (kromˇe
23
Kotl´ıka, kter´ y nem´a u protein˚ u ˇza´dn´e obr´azky). Tˇemito obr´azky konˇc´ı Ban´ yr. Ostatn´ı pˇrid´avaj´ı jeˇstˇe obr´azky terci´arn´ı struktury a nˇekteˇr´ı i vazby stabilizuj´ıc´ı terci´arn´ı strukturu. ˇ arskeho a Vac´ıka se setk´ame i s jednoduch´ U C´ ym n´akresem procesu denaturace, u Mareˇse se strukturou molekuly inzul´ınu. A to je v podstatˇe vˇse, nejsou zde sice vyjmenov´any vˇsechny vzorce, kter´e se jeˇstˇe v tˇechto uˇcebnic´ıch objevuj´ı, nicm´enˇe ˇza´dn´e motivaˇcn´ı obr´azky nebo obr´azky k rozˇsiˇruj´ıc´ımu uˇcivu v nich nenajdeme. Sch´emata prostorov´ ych uspoˇr´ad´an´ı protein˚ u b´ yvaj´ı tak zjednoduˇsen´a, ˇze z nich ˇcten´aˇr nez´ısk´a pˇredstavu o tom, jak takov´ y protein vypad´a, co je to vlastnˇe za molekulu. A pˇritom proteiny jsou vˇetˇsinou prvn´ım t´ematem, kdy se studenti s tak sloˇzit´ ym prostorov´ ym uspoˇra´d´an´ım, kter´e m´a pro jejich funkci tak velk´ y v´ yznam, setk´avaj´ı. Podle bˇeˇzn´eho uspoˇr´ad´an´ı uˇciva v ˇcesk´ ych uˇcebnic´ıch pˇredch´azej´ı proteiny nukleov´ ym kyselin´am. Grafick´e zpracov´an´ı zbyl´ ych uˇcebnic - Amann, Odstrˇcil, Vodr´aˇzka, Voet - je o mnoho lepˇs´ı. Vˇsechny obsahuj´ı alespoˇ n nˇekolik barevn´ ych obr´azk˚ u nebo i fotografi´ı. Barevn´e obr´azky a fotografie vˇsak nejsou to jedin´e, co tyto knihy nab´ızej´ı. Je dobˇre pochopiteln´e, ˇze uˇcebnice, kter´a m´a b´ yt pro studenty i finanˇcnˇe dostupn´a, nem˚ uˇze b´ yt pln´a barevn´ ych fotografi´ı. Amannova, Odstrˇcilova, Vodr´aˇzkova a Voetova uˇcebnice vˇsak obsahuj´ı mnoho obr´azk˚ u, kter´e jsou motivaˇcn´ı, zaj´ımav´e, rozˇsiˇruj´ı dan´e uˇcivo nebo se ho snaˇz´ı pˇribl´ıˇzit na konkr´etn´ıch uk´azk´ach. Tak napˇr. u Odstrˇcila najdeme obr´azek molekuly oxytocinu a imunoglobulinu G, kromˇe toho sch´ema dial´ yzy a elektrofor´ezy. Vodr´aˇzka sezn´am´ı ˇcten´aˇre napˇr. s v´ yvojov´ ym stromem vytvoˇren´ ym podle rozd´ıl˚ u v poˇrad´ı aminokyselinov´ ych zbytk˚ u v enzymu cytochromu c, pomoc´ı obr´azku uk´aˇze transport kysl´ıku a oxidu uhliˇcit´eho mezi pl´ıcemi a tk´anˇemi, nebo kontrakci svalov´ ych vl´aken. Amann vysvˇetluje vlastnosti aminokyselin pomoc´ı titraˇcn´ı kˇrivky hydrochloridu glycinu, na molekule peptidu vyznaˇcuje barevnˇe povahu peptidov´e vazby atd. Tento v´ yˇcet samozˇrejmˇe nen´ı u ´pln´ y. Vypisovat obr´azky z Voetovy Biochemie by bylo pˇr´ıliˇs zdlouhav´e, nicm´enˇe jen na uk´azku: makroskopick´a a molekulov´a struktura vlasu, trojit´a ˇsroubovice kolagenu, schemata gelov´e filtrace, elektrofor´ezy a dial´ yzy, sn´ımky z elektronov´eho mikroskopu (napˇr. pyruv´atdehydrogenasy), fotografie kalotov´ ych model˚ u β-skl´adan´ ych list˚ ua kolagenov´ ych vl´aken z k˚ uˇze a mnoho dalˇs´ıch. Motivaˇcn´ı funkce zaj´ımav´ ych a neobvykl´ ych obr´azk˚ u je nezpochybniteln´a, obzvl´aˇstˇe propojuje-li uˇcivo s nˇeˇc´ım zn´am´ ym, s nˇeˇc´ım, co se student˚ u t´ yk´a. U tohoto t´ematu je vˇsak povaˇzuji za d˚ uleˇzit´e i proto, ˇze velmi pˇrisp´ıvaj´ı (pokud jsou n´azorn´e a srozumiteln´e) k pochopen´ı dan´e l´atky.
24
Obr´azek 3.1: Grafick´e zn´azornˇen´ı sekund´arn´ı a terci´arn´ı struktury protein˚ u v naˇsich uˇcebnic´ıch (Ban´ yr, Vac´ık).
3.1.4
Z´ avˇ ery plynouc´ı z hodnocen´ı ˇ cesk´ ych stˇ redoˇ skolsk´ ych uˇ cebnic chemie a biochemie
Z tohoto hodnocen´ı jasnˇe plyne, ˇze nejl´epe aminokyseliny a proteiny zpracov´avaj´ı uˇcebnice, kter´e u n´as nejsou bˇeˇznˇe pouˇz´ıvan´e, tj. Amann (uk´azka grafick´eho zpracov´an´ı protein˚ u na obr´azku 3.2), Vodr´aˇzka a tak´e Odstrˇcilova skripta pro stˇredn´ı zdravotnick´e ˇskoly. (Voetova Biochemie nen´ı zaˇrazena, protoˇze se nejedn´a o stˇredoˇskolskou uˇcebnici.) Vˇsechny ostatn´ı uˇcebnice nebo pˇr´ıruˇcky se pot´ ykaj´ı v z´asadˇe se stejn´ ymi probl´emy (nebo alespoˇ n s velkou ˇca´st´ı z nich): uˇcivo vysvˇetluj´ı izolovanˇe, pouze z chemick´eho pohledu, ˇcasto se zamˇeˇruj´ı jen na z´akladn´ı uˇcivo, nerozˇsiˇruj´ı danou l´atku o zaj´ımavosti, o praktick´e pˇr´ıklady, t´emˇeˇr neobohacuj´ı text o obr´azky, a co je moˇzn´a nejhorˇs´ı, orientuj´ı se pˇredevˇs´ım na znalost fakt, ne na porozumˇen´ı. M´ısto konkr´etn´ıch pˇr´ıklad˚ u jednotliv´ ych protein˚ u a vysvˇetlen´ı jejich funkce vyjmenov´avaj´ı ˇcasto r˚ uzn´e skupiny a podskupiny protein˚ u, popisuj´ı skupiny aminokyselin, aniˇz by uk´azaly konkr´etn´ı vzorce slouˇcenin, kter´e do tˇechto skupin patˇr´ı, kontroln´ımi ot´azky tak´e vˇetˇsinou provˇeˇruj´ı jen zapamatov´an´ı l´atky dan´e uˇcebnice. Pˇredchoz´ı odstavce vˇsak uk´azaly, ˇze i tyto uˇcebnice se v r˚ uzn´ ych ohledech daj´ı hodnotit velmi pozitivnˇe. T´emata aminokyseliny a proteiny jsou vˇsak nejl´epe zpracov´ana v Amannovˇe, Vodr´aˇzkovˇe, 25
´ Obr´azek 3.2: Uvodn´ ı strana k t´ematu aminokyseliny a proteiny a uk´azka kvartern´ı struktury proteinu (Amann).
Odstrˇcilovˇe a samozˇrejmˇe Voetovˇe uˇcebnici. Celkov´e shrnut´ı hodnocen´ı je pˇriloˇzeno v tabulce 3.1. V´ ysledek se vˇsak vztahuje pouze ke zpracov´an´ı t´emat aminokyseliny a proteiny a je tak´e zamˇeˇren´ y jen na ta krit´eria, kter´a byla pro toto hodnocen´ı zvolena.
26
Tabulka 3.1: V´ ysledek hodnocen´ı ˇcesk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic chemie a biochemie. Zn´amky jsou udˇeleny jako ve ˇskole, jedniˇcka vypov´ıd´a o nejlepˇs´ım zpracov´an´ı, ˇctyˇrka
s jin´ ymi pˇ redmˇ ety
Obr´ azky
Pr˚ umˇ er
Integrace chemie
2
3
3
2,5
2
2
2
2
3
2
2,2
pro stˇredn´ı ˇskoly
3
2
3
3
3
3
2,8
Odstrˇcil - Biochemie ˇ arsky - Chemie pro C´
1
4
4
1
2
2
2,3
III. roˇcn´ık gymn´azi´ı
1
2
1
2
2
3
1,8
1
4
4
3
4
2
3
2
4
4
2
3
3
3
1
4
4
3
3
4
3,2
1
1
1
1
1
1
1
1
4
4
1
1
1
2
ˇ zivota
3
pˇ r´ıklady ze
3
Zaj´ımavosti a
Ot´ azky a u ´ koly
1
Uˇ cebnice
N´ avody na
Z´ akladn´ı uˇ civo
praktick´ a cviˇ cen´ı
oznaˇcuje absenci dan´eho prvku v uˇcebnici.
Mareˇcek - Chemie pro ˇctyˇrlet´a gymn´azia Kol´aˇr - Chemie organick´a a biochemie Ban´ yr - Chemie
Vac´ık - Pˇrehled stˇredoˇskolsk´e chemie Beneˇsov´a Odmaturuj z chemie Kotl´ık Chemie II v kostce Amann - Chemie pro stˇredn´ı ˇskoly 2b Vodr´aˇzka Biochemie..
27
Legenda k tabulce 3.1: • Z´akladn´ı uˇcivo: toto krit´erium hodnot´ı obsahovou spr´avnost, pˇr´ıpadnˇe v´ yskyt chyb, d´ale naplnˇen´ı z´akladn´ıho uˇciva t´ ykaj´ıc´ıho se t´ematu aminokyseliny a proteiny, pˇr´ıtomnost z´akladn´ıch definic a pojm˚ u a hlavnˇe jejich vysvˇetlen´ı. Zn´amkov´an´ı je jako ve ˇskole, nejkvalitnˇejˇs´ı zpracov´an´ı oznaˇcuje ˇc´ıslo 1, chyby a dalˇs´ı nedostatky ve v´ ykladu uˇciva by byly oznaˇceny ˇc´ıslem 4. • Ot´azky a u ´koly a n´avody na praktick´a cviˇcen´ı: pokud se v uˇcebnici ˇza´dn´e ot´azky a u ´koly, ˇci n´avody na praktick´a cviˇcen´ı nevyskytuj´ı, hodnot´ım ˇctyˇrkou. Ostatn´ı zn´amky vyjadˇruj´ı u ´roveˇ nu ´kol˚ u, zda pouze provˇeˇruj´ı zapamatov´an´ı fakt˚ u (3), nebo vyˇzaduj´ı i aplikaci znalost´ı. Nejv´ yˇse hodnocen´e je kombinace r˚ uzn´ ych typ˚ uu ´loh a zaˇrazen´ı u ´loh probl´emov´ ych. • Zaj´ımavosti a pˇr´ıklady ze ˇzivota: zn´amky poukazuj´ı na mnoˇzstv´ı zaj´ımav´ ych a doplˇ nuj´ıc´ıch informac´ı a na jejich propojen´ı s bˇeˇzn´ ym ˇzivotem nebo se zkuˇsenostmi a z´ajmy ˇza´k˚ u. Jedniˇcka oznaˇcuje maximum zaj´ımavost´ı souvisej´ıc´ıch s ˇzivotem student˚ u, pokud se v uˇcebnici ˇza´dn´e zaj´ımavosti a doplˇ nuj´ıc´ı informace nevyskytuj´ı, obdrˇz´ı kniha ˇc´ıslo 4. • Integrace chemie s jin´ ymi pˇr´ırodovˇedn´ ymi pˇredmˇety (pˇrev´aˇznˇe s biologi´ı): zn´amka 1 opˇet vyjadˇruje ide´aln´ı a maxim´aln´ı propojen´ı dan´eho t´ematu s ostatn´ımi pˇr´ırodovˇedn´ ymi pˇredmˇety, ukazov´an´ı souvislost´ı, vysvˇetlov´an´ı nejen pomoc´ı chemick´e terminologie atd. Pokud z´ıskala uˇcebnice zn´amku 4 a 3, zamˇeˇrila se pˇrev´aˇznˇe jen na chemii. • Obr´azky: toto krit´erium nehodnot´ı pouze mnoˇzstv´ı obr´azk˚ u, ale i jejich kvalitu, v´ ypovˇedn´ı hodnotu, splnˇen´ı jejich motivaˇcn´ı u ´lohy v uˇcebnic´ıch, jejich aktu´alnost (v dneˇsn´ı dobˇe si nevystaˇc´ıme jen s ˇcernob´ıl´ ymi n´akresy). 1 opˇet vyjadˇruje nejlepˇs´ı grafick´e zpracov´an´ı t´ematu aminokyseliny a proteiny, 4 zpracov´an´ı nedostateˇcn´e. • Voetova Biochemie nen´ı do tabulky zahrnuta, protoˇze se nejedn´a o stˇredoˇskolskou uˇcebnici.
28
3.1.5
Inspirace ze zahraniˇ c´ı
Na z´avˇer je pˇriloˇzen kr´atk´ y popis nˇemeck´e uˇcebnice Fokus Biologie (m˚ uˇzeme pˇreloˇzit jako Zaostˇreno na biologii), pˇrestoˇze je to uˇcebnice biologie a v Nˇemecku je tak´e pˇri v´ yuce biologie pouˇz´ıv´ana. Kniha je rozdˇelena na tˇri hlavn´ı kapitoly: Strukturn´ı a energetick´e z´aklady ˇzivota, Genetika a genov´e inˇzen´ yrstv´ı a Nervov´e zpracov´an´ı informac´ı. Proteiny a aminokyseliny najdeme v prvn´ı a druh´e kapitole. Nen´ı zde vˇsak pouze vysvˇetlen jejich v´ yskyt v organismu nebo jejich funkce, uˇcebnice popisuje tak´e chemickou povahu aminokyselin ˇ aˇr se sezn´am´ı se vznikem peptidov´e vazby, s typick´ a protein˚ u. Cten´ ymi z´astupci aminokyselin reprezentuj´ıc´ımi jejich jednotliv´e skupiny (rozdˇelen´e klasicky podle povahy jejich postrann´ıho ˇretˇezce), stejnˇe jako s prostorov´ ym uspoˇr´ad´an´ım protein˚ u. Kromˇe z´akladn´ıch informac´ı, kter´e poskytuj´ı i naˇse uˇcebnice organick´e chemie nebo biochemie, uv´ad´ı tato i principy skl´ad´an´ı protein˚ u v z´avislosti na postrann´ıch ˇretˇezc´ıch aminokyselin, coˇz ukazuje na podrobnˇe probran´ ych membr´anov´ ych a sign´aln´ıch proteinech. Najdeme zde mnoho barevn´ ych obr´azk˚ u protein˚ u a model˚ u enzym˚ u, spolu napˇr. se sch´ematem centrifugace, barevn´ ymi fotografiemi bunˇek z elektronov´eho mikroskopu a mnoho dalˇs´ıch (uk´azka dvou str´anek z t´eto uˇcebnice na obr´azku 3.3). Z uˇciva chemie pokr´ yv´a tato uˇcebnice aminokyseliny a proteiny dostateˇcnˇe (jedin´e, co chyb´ı oproti z´akladu v naˇsich uˇcebnic´ıch, je vysvˇetlen´ı optick´e aktivity aminokyselin). Toto t´ema ale poj´ım´a u ´plnˇe jinak, zasazuje ho do kontextu stavby a funkce bunˇek a uplatnˇen´ı genetick´e informace. Pˇrestoˇze je to uˇcebnice biologie, nevyh´ yb´a se pouˇz´ıv´an´ı chemick´ ych vzorc˚ u, vysvˇetluje biologick´e jevy na z´akladˇe chemick´e podstaty z´ uˇcastnˇen´ ych l´atek. Integruje pˇredmˇety biologie a chemie. Kromˇe toho je velmi kr´asn´a, pln´a barevn´ ych obr´azk˚ u a fotografi´ı (jak demonstraˇcn´ıch tak motivaˇcn´ıch), ot´azek a u ´kol˚ u, kter´e uˇz jsou ale n´aroˇcnˇejˇs´ı (studenti maj´ı napˇr. sami napl´anovat nˇejak´ y experiment), n´avod˚ u na laboratorn´ı praktika nebo odkaz˚ u na jin´e ˇca´sti uˇcebnice. Pro studenty ˇcesk´ ych ˇskol tato uˇcebnice dostupn´a nen´ı, m˚ uˇzeme se j´ı nechat alespoˇ n inspirovat pˇri tvorbˇe dalˇs´ıch materi´al˚ u.
29
Obr´azek 3.3: V zahraniˇcn´ıch uˇcebnic´ıch b´ yv´a obr´azk˚ um vˇenov´ano t´emˇeˇr stejnˇe m´ısta jako textu (nˇemeck´a uˇcebnice Fokus Biologie).
30
3.1.6
Seznam hodnocen´ ych uˇ cebnic
1. Mareˇcek, A.; Honza, J. Chemie pro ˇctyˇrlet´a gymn´azia 3. d´ıl. Olomouc: Nakladatelstv´ı Olomouc, 2000. 2. Kol´aˇr, K. a kol. Chemie organick´a a biochemie. Praha: SPN, 2005. 3. Ban´ yr, P.; Beneˇs, J. Chemie pro stˇredn´ı ˇskoly. Praha: SPN, 1995. 4. Odstrˇcil, J. Biochemie, Uˇcebn´ı text pro stˇredn´ı zdravotnick´e ˇskoly. Brno: Institut pro dalˇs´ı vzdˇel´av´an´ı pracovn´ık˚ u ve zdravotnictv´ı, 1995. ˇ arsky, J. a spol. Chemie pro III. Roˇcn´ık gymn´azi´ı. Praha: SPN, 1990. 5. C´ 6. Vac´ık, J. a kol. Pˇrehled stˇredoˇskolsk´e chemie. Praha: SPN, 1995. 7. Beneˇsov´a, M.; Satrapov´a, H. Odmaturuj z chemie. Brno: DIDAKTIS, 2002. 8. Kotl´ık, B.; R˚ uˇziˇckov´a, K. Chemie II v kostce pro stˇredn´ı ˇskoly - organick´a chemie a biochemie. Havl´ıˇck˚ uv Brod: Fragment, 1997. 9. Amann, W. a kol. Chemie pro stˇredn´ı ˇskoly 2b. Praha: Scienita 2000. 10. Vodr´aˇzka, Z. Biochemie pro studenty stˇredn´ıch ˇskol a vˇsechny, kter´e l´ak´a tajemstv´ı ˇziv´e pˇr´ırody. Praha: Scientia, 1998. 11. Brott, A. a kol. Fokus Biologie, 11. Berlin: Cornelsen, 2009.
31
3.2
V´ yukov´ e materi´ aly
Za u ´ˇcelem podpory v´ yuky biochemie na stˇredn´ıch ˇskol´ach byly po d˚ ukladn´e anal´ yze zpracov´an´ı t´emat aminokyseliny a proteiny v ˇcesk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic´ıch pˇripraveny v´ yukov´e materi´aly, kter´e by mˇely slouˇzit jako doplnˇek k bˇeˇznˇe pouˇz´ıvan´ ym uˇcebnic´ım. ˇ e reTyto materi´aly by mˇely b´ yt v souladu se st´avaj´ıc´ımi standardy vzdˇel´av´an´ı v Cesk´ publice, s RVP. Jejich podoba pˇr´ımo vypl´ yv´a z anal´ yzy ˇcesk´ ych uˇcebnic. C´ılem tˇechto materi´al˚ u bylo: • zpracovat t´ema aminokyseliny a proteiny v takov´e grafick´e podobˇe, kter´a odpov´ıd´a souˇcasn´emu stupni pozn´an´ı a dostupn´ ym technick´ ym moˇznostem; vytvoˇrit motivaˇcn´ı, ale i didakticky nosn´e obr´azky, sch´emata, modely dan´ ych l´atek (viz PPT prezentace, Plak´at k´odovan´ ych aminokyselin a 3D modely molekul protein˚ u) • propojit dan´e t´ema s jin´ ymi pˇredmˇety neˇz je chemie, pˇrev´aˇznˇe s biologi´ı, ale pomoc´ı pˇr´ıklad˚ u konkr´etn´ıch slouˇcenin i s bˇeˇzn´ ym ˇzivotem a obohatit toto t´ema o zaj´ımavosti (viz Rozˇsiˇruj´ıc´ı texty) • problematiku skl´ad´an´ı a prostorov´eho uspoˇr´ad´an´ı protein˚ u d´at do souvislosti s denaturac´ı, s jej´ım dopadem na strukturu a protein˚ u; vyuˇz´ıt proces denaturace protein˚ u pro lepˇs´ı vysvˇetlen´ı struktury a spr´avn´e funkce protein˚ u (viz Protokoly k laboratorn´ımu cviˇcen´ı na t´ema denaturace protein˚ u a animace denaturace a vysolov´an´ı) • pomoc´ı obr´azk˚ u, animac´ı a zaj´ımavost´ı motivovat studenty ke studiu t´ematu aminokyseliny a proteiny.
3.2.1
Prezentace vyroben´ a v programu PowerPoint
Z´akladn´ı jednotkou v´ yukov´eho materi´alu vytvoˇren´eho v r´amci t´eto diplomov´e pr´ace je ˇ powerpointov´a prezentace (PPT prezentace). Skoly uˇz v dneˇsn´ı dobˇe b´ yvaj´ı vybaven´e modern´ı didaktickou technikou. V´ yzkum technick´e vybavenosti z´akladn´ıch a stˇredn´ıch ˇskol prov´adˇen´ y v roce 2000 uk´azal, ˇze aˇz 90% ˇcesk´ ych stˇredn´ıch ˇskol vlastn´ı poˇc´ıtaˇcovou techniku, ˇze uˇcitel´e i ˇza´ci jsou zvykl´ı s n´ı pracovat. Pˇresto neb´ yv´a vyuˇzito vˇse, co mohou poˇc´ıtaˇce ˇskol´am nab´ıdnout. Hlavn´ım probl´em tedy nen´ı nedostatek poˇc´ıtaˇc˚ u, ale pˇredevˇs´ım zaˇrazen´ı v´ ypoˇcetn´ı techniky do bˇeˇzn´e v´ yuky a tak´e nedostatek ˇcasu a mnohdy i nez´ajem uˇcitel˚ u o pˇr´ıpravu materi´al˚ u [16]. Materi´aly pˇripraven´e pro tuto pr´aci vyuˇz´ıvaj´ı v´ ypoˇcetn´ı techniku a budou snad v budoucnu dostupn´e pro uˇcitele stˇredn´ıch ˇskol. Pouˇzit´ı PPT 32
prezentace je pro uˇcitele levnou (maj´ı-li ve ˇskole potˇrebn´e vybaven´ı) a pohodlnou moˇznost´ı pˇredkl´ad´an´ı dan´eho uˇciva. Prezentace m˚ uˇze zˇc´asti nahradit i tabuli, d˚ uleˇzit´e pojmy a definice vyznaˇcuje v bodech, jasnˇe a struˇcnˇe. M˚ uˇze tak´e, pokud je zaj´ımavˇe a peˇclivˇe pˇripraven´a, studenty motivovat k uˇcen´ı. Pˇri pouˇzit´ı prezentac´ı nesm´ıme vˇsak zapom´ınat na to, ˇze doprovodn´e slovo uˇcitele je vˇzdy nezbytn´e [17]. Prezentace tak´e vˇetˇsinou doprov´az´ı v´ yklad uˇcitele (alespoˇ n tato prezentace je k tomu u ´ˇcelu pˇripravovan´a), takˇze by se uˇcitel´e nemˇeli pˇri pˇr´ıpravˇe na v´ yuku spol´ehat jen na ni. V´ yklad (aˇc doplnˇen´ y sebelepˇs´ım a velmi motivuj´ıc´ım materi´alem) je metoda, od kter´e se v posledn´ı dobˇe ustupuje, nese s sebou mnoho probl´em˚ u. Nezapojuje studenty do hodiny, klade pˇr´ıliˇs vysok´e n´aroky na jejich pozornost, nezohledˇ nuje rozd´ıly mezi nimi, nenut´ı je pouˇz´ıvat z´ıskan´e znalosti atd. Proto je tˇreba i pouˇz´ıv´an´ı prezentac´ı stˇr´ıdat s jin´ ymi didaktick´ ymi prostˇredky, d´at student˚ um pˇr´ıleˇzitost aktivnˇe uplatˇ novat znalosti a dovednosti [11]. Obsah prezentace Prezentace by mˇela poslouˇzit pro kompletn´ı v´ yklad t´emat aminokyseliny a proteiny. Rozsah byl upraven podle naˇsich uˇcebnic a podle st´avaj´ıc´ıch kurikul´arn´ıch dokument˚ u – ˇ en´ı je tak´e klasick´e, dodrˇzuje v podstatˇe stejn´ R´amcov´ ych vzdˇel´avac´ıch program˚ u. Clenˇ y postup jako vˇetˇsina stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic. Toto ˇclenˇen´ı bylo zvoleno pˇrev´aˇznˇe proto, ˇze b´ yv´a logick´e a uˇcitel´e jsou na nˇej zvykl´ı. Zvolen´ı jin´eho ˇrazen´ı uˇciva by mohlo uˇcitele i studenty sp´ıˇse zm´ast. Prezentace zaˇc´ın´a t´ematem aminokyseliny. Pˇripom´ın´a obecn´ y vzorec aminokyselin, jejich zaˇrazen´ı do syst´emu organick´ ych l´atek jako deriv´aty karboxylov´ ych kyselin. Jako analogii s D- a L- glyceraldehydem ukazuje v organismech zastoupen´ y optick´ y izomer aminokyselin. Pomoc´ı rotuj´ıc´ıch optick´ ych izomer˚ u alaninu se snaˇz´ı n´azornˇe pˇribl´ıˇzit rozd´ıl mezi tˇemito molekulami. D´ale vysvˇetluje pojem izoelektrick´ y bod a ukazuje, v jak´em prostˇred´ı a jak´ ym zp˚ usobem se z elektroneutr´aln´ıch aminokyselin tvoˇr´ı kationty a anionty. Potud se prezentace naprosto shoduje se stˇredoˇskolsk´ ymi uˇcebnicemi. Dalˇs´ım bodem jsou vˇsak k´odovan´e aminokyseliny rozˇs´ıˇren´e o aminokyselinu selenocystein (Sec), kterou naˇse uˇcebnice neuv´adˇej´ı. Do prezentace je zahrnuta jako zaj´ımavost a doplnˇen´ı informac´ı. K´odovan´ ych aminokyselin je 21, nen´ı d˚ uvod uv´adˇet vˇzdy jen 20 [18]. Ve zkratce je pouk´az´ano na funkci selenocysteinu v organismech. Hlavn´ı funkc´ı aminokyselin (jak uv´adˇej´ı stˇredoˇskolsk´e uˇcebnice) je tvorba protein˚ u. Pro skl´ad´an´ı protein˚ u je urˇcuj´ıc´ı povaha postrann´ıch ˇretˇezc˚ u aminokyselin. Aminokyseliny jsou v prezentaci rozdˇeleny do
33
Obr´azek 3.4: Rozdˇelen´ı aminokyselin do skupin podle povahy postrann´ıho ˇretˇezce.
ˇctyˇr skupin na aminokyseliny: s hydrofobn´ım, pol´arn´ım, z´asadit´ ym a kysel´ ym postrann´ım ˇretˇezcem. Ke kaˇzd´e skupinˇe je uk´az´ano p´ar pˇr´ıklad˚ u s vyznaˇcen´ ym postrann´ım ˇretˇezcem (uk´azka na obr´azku 3.4). Vliv na skl´ad´an´ı protein˚ u je podrobnˇeji pops´an n´ıˇze, nicm´enˇe prezentaci doprov´az´ı v´ ykladov´ y text vysvˇetluj´ıc´ı detailnˇeji tuto problematiku (viz kapitola 3.2.2). Na z´avˇer t´eto ˇc´asti t´ ykaj´ıc´ı se aminokyselin je upozornˇeno jeˇstˇe na r˚ uzn´e funkce aminokyselin v organismech, protoˇze ty b´ yvaj´ı v uˇcebnic´ıch pˇrehl´ıˇzeny. Pˇrechod od aminokyselin k peptid˚ um a protein˚ um zajiˇst’uje vznik a vlastnosti peptidov´e vazby. Kromˇe rovnice vzniku peptidov´e vazby je uveden tak´e jej´ı charakter, vlastnosti (obr´azek 3.5) a m´ısto vzniku. Proteosynt´eza byla nad r´amec t´eto prezentace, drobn´a zm´ınka o n´ı vˇsak k protein˚ um patˇr´ı. Pˇrestoˇze peptidy nejsou tak v´ yznamnou skupinou l´atek jako proteiny, nem˚ uˇze je uˇcebn´ı materi´al k tomuto t´ematu vynechat. Proto zaˇc´ın´a ˇca´st t´ ykaj´ıc´ı se protein˚ u pr´avˇe n´azvoslov´ım peptid˚ u, uv´ad´ı nˇekolik pˇr´ıklad˚ u v´ yznamn´ ych peptid˚ u. Na pˇr´ıkladu glutathionu je uk´az´ano, jak´ ym zp˚ usobem mohou l´atky v organismech fungovat jako redukˇcn´ı ˇcinidla (rovnice oxidace glutathionu). T´ema proteiny je zamˇeˇreno pˇrev´aˇznˇe na jejich prostorov´e uspoˇra´d´an´ı. Zaˇc´ın´a vysvˇetlen´ım pojmu nativn´ı konformace a snaˇz´ı se vysvˇetlit, ˇze prostorov´e uspoˇra´d´an´ı protein˚ u je urˇcuj´ıc´ı pro jejich funkci. Z´aroveˇ n d´av´a prostorov´e uspoˇra´d´an´ı protein˚ u do souvislosti 34
Obr´azek 3.5: Charakter peptidov´e vazby vysvˇetlov´an pomoc´ı tautomer˚ u dipeptidu.
s postrann´ımi ˇretˇezci aminokyselin tvoˇr´ıc´ıch z´akladn´ı polypeptidov´ y ˇretˇezec. Prostorov´e uspoˇr´ad´an´ı protein˚ u je rozdˇeleno klasicky na prim´arn´ı, sekund´arn´ı, terci´arn´ı a kvartern´ı strukturu (na obr´azku 3.6 je uk´azka u ´vodn´ı str´anky k prostorov´emu uspoˇr´ad´an´ı protein˚ u). Ke kaˇzd´e struktuˇre jsou uvedeny (a na obr´azc´ıch uk´az´any) vazby, kter´e ji stabilizuj´ı a tvoˇr´ı. Ke kaˇzd´e struktuˇre je tak´e uveden pˇr´ıklad nˇejak´eho konkr´etn´ıho proteinu, kter´ y tuto strukturu vystihuje (napˇr. molekula keratinu nebo kolagenu, kter´ y sice neobsahuje α-helix, ale je tvoˇren tˇremi ˇsroubovicemi jin´eho typu, nebo molekulu trypsinu v r´amci terci´arn´ı struktury jako kombinaci struktur sekund´arn´ıch). Prim´arn´ı struktura, v´ yznam zastoupen´ı a poˇrad´ı jednotliv´ ych aminokyselin v z´akladn´ım polypeptidov´em ˇretˇezci jsou demonstrov´any na pˇr´ıkladu nemoci srpkovit´e anemie (viz zaj´ımavosti srpkovit´a anemie). S nativn´ı konformac´ı tak´e u ´zce souvis´ı denaturace, ztr´ata prostorov´eho uspoˇra´d´an´ı. V ˇcesk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic´ıch b´ yv´a denaturace skoro aˇz vynech´ana, proto se j´ı tato pr´ace vˇenuje d˚ ukladnˇeji (viz n´avody na laboratorn´ı cviˇcen´ı, animace denaturace a vysolov´an´ı, doprovodn´ y text k prezentaci). Souˇca´st´ı prezentace je vysvˇetlen´ı rozd´ılu mezi denaturac´ı a vysolov´an´ım protein˚ u, stejnˇe jako vyuˇzit´ı tˇechto proces˚ u v praxi (vaˇren´ı a tr´aven´ı potravy, izolace protein˚ u). Nativn´ı konformace protein˚ u nen´ı rigidn´ı struktura, proto na pˇr´ıkladu hemoglobinu a svalov´eho stahu (viz zaj´ımavosti) ukazuji jejich promˇenlivost. 35
Obr´azek 3.6: R˚ uzn´e u ´rovnˇe pohledu na proteiny a z nich plynouc´ı struktury protein˚ u.
Z´avˇer t´ematu proteiny tvoˇr´ı uk´azky nˇekolika skupin protein˚ u podle jejich tvaru, sloˇzen´ı a funkce v organismu. Ke kaˇzd´e skupinˇe se snaˇz´ı uv´est nˇekolik pˇr´ıklad˚ u takov´ ych protein˚ u a alespoˇ n trochu pˇribl´ıˇzit jejich v´ yznam a u ´lohu v organismu. Kromˇe klasick´ ych skupin, vyjmenovan´ ych ve vˇsech uˇcebnic´ıch (napˇr. proteiny jednoduch´e a sloˇzen´e, biokatalyz´atory nebo strukturn´ı proteiny), jsou zaˇrazeny i proteiny pohybov´e, sign´aln´ı, receptorov´e a proteinov´e jedy. Tento v´ yˇcet samozˇrejmˇe nen´ı u ´pln´ y, proteiny maj´ı jeˇstˇe mnoho a mnoho jin´ ych funkc´ı. V´ yhody prezentace ve v´ yuce Hlavn´ı v´ yhoda t´eto prezentace (a prezentac´ı obecnˇe) tkv´ı v obohacen´ı o mnoho ilustraˇcn´ıch materi´al˚ u. Prezentaci nemus´ıme tisknout, m˚ uˇzeme tedy pouˇz´ıt mnoho barevn´ ych obr´azk˚ u a fotografi´ı, kter´e budou studenty motivovat a z´aroveˇ n snad pˇrispˇej´ı k hlubˇs´ımu porozumˇen´ı l´atky. Pokud nen´ı v uˇcebnˇe pˇr´ıtomen dataprojektor, m˚ uˇze uˇcitel prezentaci vytisknout na folie a prom´ıtat pˇres meotar. Tato prezentace se zamˇeˇruje na obr´azky jednotliv´ ych struktur a r˚ uzn´ ych molekul protein˚ u. Obr´azky byly vytv´aˇreny ve volnˇe dostupn´ ych programech Chemsketch a DS visualiser. Ze zaj´ımavˇejˇs´ıho obrazov´eho materi´alu objevuj´ıc´ıho se v prezentaci je uvedeno jen nˇekolik: animovan´e rotuj´ıc´ı molekuly L a D α-alaninu, 36
Obr´azek 3.7: Interakce aktinov´ ych a myosinov´ ych vl´aken jako uk´azka zmˇeny prostorov´eho uspoˇr´ad´an´ı protein˚ u napˇr. po nav´az´an´ı molekuly ATP.
model molekuly Sec, glutathion peroxidasy, peptidu s vyznaˇcen´ ymi rovinami peptidov´e vazby, modely molekul r˚ uzn´ ych protein˚ u (napˇr. trypsin, kolagen a dalˇs´ı), zn´azornˇen´ı interakc´ı stabilizuj´ıc´ıch terci´arn´ı strukturu nebo obr´azek aktinov´ ych a myosinov´ ych vl´aken (obr´azek 3.7). Dalˇs´ı v´ yhodou PPT prezentace je moˇznost editace. Uˇcitel´e, kteˇr´ı ji budou pouˇz´ıvat si mohou upravit nejen samotnou prezentaci, ale (budou-li m´ıt potˇrebn´ y software) i jednotliv´e obr´azky podle sv´ ych potˇreb. Pouˇzit´ı takov´e prezentace by mˇelo zajistit i vˇetˇs´ı motivovanost student˚ u, pokud vˇsak uˇcitel podobn´e prezentace nezaˇrazuje do v´ yuky pˇr´ıliˇs ˇcasto [10].
3.2.2
Doprovodn´ y text k prezentaci
Jak bylo uvedeno v´ yˇse, PPT prezentace sama o sobˇe k v´ yuce nestaˇc´ı. V hodinˇe budou studenti potˇrebovat doprovodn´e slovo uˇcitele, pro ty, kteˇr´ı se podle n´ı budou cht´ıt sami uˇcit, je pˇriloˇzen doplˇ nuj´ıc´ı text. Text je ponˇekud obs´ahlejˇs´ı, l´atka je v nˇem probr´ana podrobnˇeji neˇz b´ yv´a ve stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic´ıch. Nen´ı tak´e urˇcen pro studenty stˇredn´ıch ˇskol, ale sp´ıˇse pro uˇcitele, pˇr´ıpadnˇe pro ty, kteˇr´ı se chtˇej´ı biochemii vˇenovat v´ıce. V´ yhodou
37
by mohlo b´ yt, ˇze text nen´ı zase tak podrobn´ y jako ve vysokoˇskolsk´ ych uˇcebnic´ıch, ale snaˇz´ı se pˇredevˇs´ım doplnit informace a vysvˇetlen´ı, kter´a v PPT prezentaci chyb´ı. Tento text navazuje na prezentaci, odkazuje se na ni, vysvˇetluje a rozˇsiˇruje vˇsechna t´emata, vˇsechny pojmy v prezentaci uveden´e, rozˇsiˇruje ji o nˇekter´e souvislosti a pˇr´ıklady konkr´etn´ıch aminokyselin a protein˚ u. Tyto dva materi´aly by bylo ide´aln´ı pouˇz´ıvat dohromady. Z hodnocen´ı ˇcesk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic vypl´ yv´a, ˇze v nich ˇcasto chyb´ı vysvˇetlen´ı: v´ yznamu aminokyselin v organismu; souvislosti chemick´e povahy postrann´ıch ˇretˇezc˚ u aminokyselin s prostorov´ ym uspoˇra´d´an´ım protein˚ u; vlastnost´ı peptidov´e vazby; prostorov´eho uspoˇr´ad´an´ı protein˚ u; denaturace (viz kapitola 3.1). Uˇcebnice tak´e vˇetˇsinou neposkytuj´ı mnoho uk´azek konkr´etn´ıch peptid˚ u a protein˚ u a jejich stavby a funkce. A obecnˇe ned´avaj´ı do souvislost´ı r˚ uzn´e pˇr´ırodovˇedn´e pˇredmˇety, v dan´em pˇr´ıpadˇe hlavnˇe chemii s biologi´ı. Pr´avˇe na tyto nedostatky je v´ ykladov´ y text zamˇeˇren. (Text nen´ı doplnˇen t´emˇeˇr o ˇza´dn´e obr´azky, protoˇze se pˇredpokl´ad´a, ˇze bude vyuˇz´ıv´an spolu s prezentac´ı, kter´a se naopak soustˇred´ı na zaˇrazen´ı obrazov´eho materi´alu.) Vzhledem k tomu, ˇze tento materi´al byl vytvoˇren jako doprovodn´ y text k prezentaci, nebude zde popisov´an cel´ y. V z´asadˇe se snaˇz´ı objasnit vˇse, co bylo byt’ tˇreba jen naznaˇceno v prezentaci. Nˇekter´e informace a pˇr´ıklady jsou v nˇem vˇsak nav´ıc, proto jsou uvedeny i zde. ˇ ast textu je vˇenovan´a postrann´ım ˇretˇezc˚ C´ um aminokyselin. Skupiny, do kter´ ych m˚ uˇzeme k´odovan´e aminokyseliny rozdˇelit podle povahy postrann´ıch ˇretˇezc˚ u, ukazuje i prezentace. V textu je vˇsak pops´ano jak mohou jednotliv´e ˇretˇezce vypadat, jak´e atomy ˇci funkˇcn´ı skupiny se v nich mohou vyskytovat a jak´ ym zp˚ usobem mohou ovlivnit chov´an´ı ˇci skl´ad´an´ı protein˚ u. Pˇri popisu sekund´arn´ı struktury je tak´e vysvˇetleno, proˇc napˇr. aminokyselina prolin nen´ı vhodn´a pro stavbu α-ˇsroubovice. Co se aminokyselin t´ yˇce, ˇcesk´e uˇcebnice tak´e ˇcasto opom´ıjej´ı jejich v´ yznam pro organismus, obvykle uv´adˇej´ı jen tvorbu protein˚ u. Aminokyseliny maj´ı vˇsak v organismech mnoho jin´ ych u ´loh. Ty jsou ˇca´steˇcnˇe pops´any i v prezentaci, v doprovodn´em textu je vˇsak podrobnˇeji pops´ano, jak´e funkce mohou aminokyseliny a jejich deriv´aty zast´avat. Pˇres vznik a vlastnosti peptidov´e vazby pˇrech´az´ı text k peptid˚ um. Popisuje jejich n´azvoslov´ı a tak´e funkci a v´ yznam nˇekter´ ych peptid˚ u. Vysvˇetluje tak´e pˇr´ıpadn´e praktick´e pouˇzit´ı nˇekter´ ych peptid˚ u jako vakc´ın proti vir˚ um nebo bakteri´ım. V ˇca´sti t´ ykaj´ıc´ı se protein˚ u jsou podrobnˇeji popsan´e jednotliv´e u ´rovnˇe prostorov´eho uspoˇra´d´an´ı protein˚ u, vazby, kter´e je stabilizuj´ı, pˇr´ıklady konkr´etn´ıch protein˚ u, vˇse je v bodech uvedeno i v prezentaci. Nav´ıc je pˇrid´an jeˇstˇe princip pˇrenosu kysl´ıku hemoglobinem jako pˇr´ıklad toho, ˇze proteiny jsou flexibiln´ı l´atky schopn´e mˇenit v r´amci sv´e funkce svoji 38
strukturu. Jak bylo ˇreˇceno, denaturace protein˚ u je u ´stˇredn´ım t´ematem t´eto pr´ace, a to z nˇekolika ˇ e stˇredoˇskolsk´e uˇcebnice tento dˇej vˇetˇsinou dostateˇcnˇe nevysvˇetluj´ı, neud˚ uvod˚ u. Cesk´ kazuj´ı jeho aplikaci v kaˇzdodenn´ım ˇzivotˇe. Pˇresto povaˇzuji toto vysvˇetlen´ı za d˚ uleˇzit´e, protoˇze pr´avˇe denaturace je d˚ ukazem toho, ˇze prostorov´e uspoˇra´d´an´ı protein˚ u podmiˇ nuje jejich funkci, ˇze pouze v nativn´ım stavu jsou schopn´e vykon´avat sv´e u ´lohy v organismu. S denaturac´ı se tak´e kaˇzd´ y student ve sv´em ˇzivotˇe setk´av´a, tento zn´am´ y dˇej posouv´a uˇcivo o jednotliv´ ych prostorov´ ych struktur´ach a uspoˇr´ad´an´ı protein˚ u do oblasti n´am vˇsem bl´ızk´e – potrava, zaˇz´ıvan´ı, vaˇren´ı. Nakonec chemick´e experimenty zamˇeˇren´e na denaturaci a tak´e na vysolov´an´ı protein˚ u jsou velmi jednoduch´e, daj´ı se rychle a snadno prov´est i v laboratoˇr´ıch, kter´e nejsou dobˇre vybaven´e. A jejich vysvˇetlen´ı by mˇelo b´ yt pro studenty srozumiteln´e i na molekul´arn´ı u ´rovni (i kdyˇz jen zjednoduˇsenˇe). Proto se denaturaci vˇenuje v´ıce do hloubky i doprovodn´ y text k prezentaci. Popisuje ji na pˇr´ıkladu denaturace pomoc´ı moˇcoviny. Tento proces vysvˇetluje na z´akladˇe povahy postrann´ıch ˇretˇezc˚ u aminokyselin a jejich interakc´ı s molekulami rozpouˇstˇedla (v tomto pˇr´ıpadˇe vody), denaturaˇcn´ıho ˇcinidla (moˇcoviny) a s ostatn´ımi denaturovan´ ymi molekulami protein˚ u. Poukazuje tak´e na v´ yznam denaturace pˇri tepeln´em zpracov´an´ı a p˚ usoben´ı kysel´eho prostˇred´ı v ˇzaludku na proteiny v potravˇe.Na z´avˇer je detailnˇeji pops´an pojem vysolov´an´ı. D´ale uˇz doprovodn´ y text nepˇrin´aˇs´ı nic, co by se v prezentaci nevyskytovalo. Ve zkratce jen zmiˇ nuje membr´anov´e proteiny, jako hlavn´ı sloˇzku bunˇeˇcn´ ych membr´an, receptory a kan´aly, umoˇzn ˇuj´ıc´ı pr˚ uchod mnoha r˚ uzn´ ym l´atk´am skrz bunˇeˇcn´e membr´any.
3.2.3
Rozˇ siˇ ruj´ıc´ı texty
Kromˇe z´akladn´ıho uˇciva m˚ uˇze uˇcitel doplˇ novat sv˚ uj v´ yklad o r˚ uzn´e zaj´ımavosti, konkr´etn´ı pˇr´ıklady ze ˇzivota. Takov´e informace probouzej´ı z´ajem student˚ u, zvyˇsuj´ı jejich motivaci k uˇcen´ı [11]. Proto je tato pr´ace doplnˇena o nˇekolik text˚ u zamˇeˇren´ ych na urˇcit´e t´ema. T´ema vˇzdy souvis´ı s dan´ ym uˇcivem (s aminokyselinami nebo proteiny), snaˇz´ı se vˇsak l´atku propojit s bˇeˇzn´ ymi ˇzivotn´ımi situacemi, pouk´azat na nˇeco zaj´ımav´eho, vysvˇetlit princip jev˚ u, kter´e jsou student˚ um zn´amy, ale jejichˇz podstatˇe nerozumˇej´ı. C´ılem nen´ı, aby uˇcitel zaˇradil do v´ yuky vˇsechny tyto texty, a pak je jeˇstˇe pouˇzil jako podklad pro zkouˇsen´ı. To v ˇz´adn´em pˇr´ıpadˇe. Texty obsahuj´ı doplˇ nuj´ıc´ı informace, kter´e by student˚ um mˇely sp´ıˇse pomoci, aby porozumˇeli z´akladn´ımu uˇcivu. Jsou tak´e doplnˇeny o soubor ot´azek nebo u ´kol˚ u pro pˇr´ıpad, ˇze by je uˇcitel chtˇel pouˇz´ıt jako aktivizuj´ıc´ı pom˚ ucku. Studenti si pˇreˇctou text,
39
a pak, st´ale s jeho pomoc´ı, vyˇreˇs´ı ot´azky, kter´e by ide´alnˇe mˇely v´est k diskuzi na dan´e t´ema. Tomu napom´ah´a fakt, ˇze na ot´azky se nˇekdy ned´a jednoznaˇcnˇe odpovˇedˇet, u ´myslnˇe nab´ızej´ı zav´adˇej´ıc´ı, nespr´avn´a ˇreˇsen´ı, o kter´ ych pak m˚ uˇze uˇcitel se ˇz´aky diskutovat. Tyto doprovodn´e texty m˚ uˇzeme rozdˇelit do dvou skupin; jedny se t´ ykaj´ı aminokyselin, druh´e protein˚ u. V prvn´ım okruhu najdeme pov´ıd´an´ı s ot´azkami o: • selenocysteinu, jakoˇzto 21. aminokyselinˇe, objeven´e nejpozdˇeji ze vˇsech k´odovan´ ych aminokyselin, l´atce d˚ uleˇzit´e pro spr´avnou ˇcinnost nˇekter´ ych enzym˚ u [32, 33] • esenci´aln´ıch aminokyselin´ach z pohledu jin´ ych ˇzivoˇcich˚ u neˇz ˇclovˇeka a v souvislosti s onemocnˇen´ım fenylketonurie (citace v textu; obr´azek 3.8 ukazuje biosynt´ezu aminokyseliny tyrosinu z fenylalaninu) • kyselinˇe glutamov´e a jej´ıch deriv´atech – glutam´aty vyvol´avaj´ıc´ı p´atou chut’ umami a jako pˇr´ıˇcina onemocnˇen´ı zvan´eho syndrom ˇc´ınsk´ ych restaurac´ı [34, 35, 36, 37]. Rozˇsiˇruj´ıc´ı texty na t´ema proteiny se t´ ykaj´ı: • glutathionu a jeho u ´loze v udrˇzov´an´ı redoxn´ı rovnov´ahy v buˇ nk´ach [38] • srpkovit´a anemie – souvislost s prim´arn´ı strukturou protein˚ u a s ochranu pˇred mal´ari´ı [39] • trval´e ondulace – sv´eho ˇcasu modern´ı, ale velmi nepˇrirozen´ y u ´ˇces, jak ho vlastnˇe doc´ıl´ıme [14] • principu svalov´eho stahu – jeˇstˇe jedno pˇripomenut´ı, ˇze proteiny jsou flexibiln´ı, pohybliv´e molekuly schopn´e reagovat konformaˇcn´ı zmˇenou (a tud´ıˇz i zmˇenou sv´e funkce) na pˇr´ıtomnost r˚ uzn´ ych l´atek [40] • prion˚ u - znovu uk´azka toho, jak´e d˚ usledky m˚ uˇze m´ıt zmˇena prostorov´eho uspoˇr´ad´an´ı protein˚ u, jak fat´alnˇe se pak m˚ uˇze zmˇenit funkce a proˇc nen´ı kanibalismus u ´plnˇe bezpeˇcn´ y (citace v textu). Uk´ azka rozˇ siˇ ruj´ıc´ıho textu na t´ ema aminokyseliny Kdo si tvoˇr´ı sv´e aminokyseliny u ´plnˇe s´am? 21 k´odovan´ ych aminokyselin potˇrebuj´ı vˇsechny organismy pro tvorbu sv´ ych protein˚ u. Nˇekter´e z nich si um´ı sami syntetizovat, jin´e ne, mus´ı je proto pˇrij´ımat 40
s potravou. Takov´e aminokyseliny naz´ yv´ame esenci´aln´ı (podobnˇe jako jsou esenci´aln´ı nˇekter´e mastn´e kyseliny). Esenci´aln´ı neznamen´a, ˇze by byly d˚ uleˇzitˇejˇs´ı nebo v´ıce potˇrebn´e neˇz ty ostatn´ı. Nˇekter´e organismy ztratily bˇehem evoluce enzymy (biokatalyz´atory) potˇrebn´e pro synt´ezu nˇekter´ ych aminokyselin, protoˇze pro nˇe byla v´ yroba jejich sloˇzit´ ych postrann´ıch ˇretˇezc˚ u pˇr´ıliˇs n´aroˇcn´a a v jejich pˇrirozen´e potravˇe byl tˇechto aminokyselin vˇzdy dostatek. Od t´e doby se pro nˇe tyto aminokyseliny staly esenci´aln´ımi, musej´ı je pˇrij´ımat s potravou, protoˇze v proteinech se vyskytuj´ı vˇsechny k´odovan´e aminokyseliny. Aminokyseliny, kter´e jsou esenci´aln´ı pro ˇclovˇeka, se mohou liˇsit od tˇech, kter´e jsou esenci´aln´ı pro organismy ˇzij´ıc´ı odliˇsn´ ym zp˚ usobem ˇzivota, pˇrij´ımaj´ıc´ı jinou potravu neˇz ˇclovˇek (pro bakterie, prvoky, ale jin´e tˇreba i pro koˇcky a psy)[14]. Organismy, kter´e jsou schopny syntetizovat vˇsechny aminokyseliny, jsou autotrofn´ı organismy (jakoˇzto prim´arn´ı producenti organick´ ych l´atek) a nˇekter´e mikroorganismy (napˇr. kvasinka pivn´ı) [21]. Pro dospˇel´eho ˇclovˇeka jsou esenci´aln´ı tyto aminokyseliny: fenylalanin, valin, threonin, tryptofan, isoleucin, methionin, histidin, leucin a lysin.Lidsk´ y plod a mal´e dˇeti jsou sice schopny tvoˇrit aminokyselinu arginin, ale pouze v pˇr´ıliˇs mal´ ych d´avk´ach (v moˇcovinov´em cyklu). Arginin je proto pro nˇe esenci´aln´ı aminokyselinou [14]. Dalˇs´ım pˇr´ıkladem toho, ˇze esencialita z´avis´ı na metabolick´ ych drah´ach organismu, jsou lid´e postiˇzeni dˇediˇcnou chorobou fenylketonuri´ı. Toto onemocnˇen´ı je zp˚ usobeno mutac´ı genu pro enzym fenylalaninhydroxylasu. Ten pˇremˇen ˇuje aminokyselinu fenylalanin na aminokyselinu tyrosin. Pokud tento enzym nefunguje, hromad´ı se v tˇele fenylalanin, kter´ y je ve vyˇsˇs´ıch d´avk´ach toxick´ ya m˚ uˇze poˇskodit mozek plodu nebo d´ıtˇete. Pacienti s fenylketonuri´ı mus´ı drˇzet pˇr´ısnou n´ızkoproteinovou dietu, aby se maxim´alnˇe vyhnuli fenylalaninu, kter´ y se nach´az´ı v mnoha b´ılkovin´ach. Protoˇze ale tito pacienti nepˇrij´ımaj´ı s potravou esenci´aln´ı fenylalanin, ze kter´eho se v tˇele n´aslednˇe tvoˇr´ı tyrosin (pro zdrav´eho ˇclovˇeka nen´ı tyrosin esenci´aln´ı aminokyselina, tvoˇr´ı si ji z fenylalaninu), st´av´a se pro nˇe tyrosin esenci´aln´ı aminokyselinou [22, 23]. Urˇcitˇe tak´e vˇsichni zn´ate octomilky (rod Drosophila), mal´e muˇsky, kter´e se v´am doma zniˇcehonic vyl´ıhnou, jen co se v´am zaˇcne kazit ovoce. Drosophily jsou v´ yznamn´ ym modelov´ ym organismem genetiky a molekul´arn´ı biologie (d´ıky tomu, ˇze se velmi snadno pˇestuj´ı, pouˇz´ıvali je vˇedci pro v´ yzkum 41
Obr´azek 3.8: Biosynt´eza aminokyseliny tyrosinu z aminokyseliny fenylalaninu. Nosiˇcem elektron˚ u a proton˚ u je redukovan´ y kofaktor tetrahydrobiopterin.
uˇz od poˇca´tku minul´eho stolet´ı, a postupnˇe se jim podaˇrilo osekvenovat cel´ y genom octomilky a popsat funkci mnoha a mnoha gen˚ u). Vˇedci se zab´ yvali i t´ım, jak´e aminokyseliny jsou esenci´aln´ı pro octomilku obecnou. Zjistili, ˇze octomilka si um´ı, na rozd´ıl od lid´ı, syntetizovat arginin, methionin i histidin [24]. To souvis´ı s jej´ı potravou. Octomilky se ˇziv´ı hlavnˇe ovocem, zat´ımco histidin, methionin i arginin se vyskytuj´ı pˇrev´aˇznˇe v ˇzivoˇciˇsn´e stravˇe [25]. Proto mus´ı b´ yt octomilka schopn´a si tyto aminokyseliny syntetizovat sama, pˇrestoˇze je jejich synt´eza energeticky n´aroˇcn´a [26]. Vˇedˇet, kter´e aminokyseliny jsou pro n´as esenci´aln´ı, m´a znaˇcn´ y v´ yznam pro v´ yˇzivu. Esenci´aln´ı aminokyseliny potˇrebujeme a mus´ıme je pˇrij´ımat s potraˇ ym argumentem proti vegetari´anstv´ı je nedostatek protein˚ vou. Cast´ u a tedy i aminokyselin, coˇz ˇskod´ı zdrav´ı. Jako hlavn´ım zdrojem protein˚ u a potaˇzmo aminokyselin b´ yv´a uv´adˇena ˇzivoˇciˇsn´a strava, hlavnˇe maso. Nesm´ıme vˇsak zapom´ınat, ˇze rostliny jsou schopny syntetizovat vˇsechny aminokyseliny. Vegetari´ani nebo vegani tak mohou vˇsechny esenci´aln´ı aminokyseliny z´ısk´avat z rostlinn´e stravy. Jde jen o to vˇedˇet, ve kter´ ych rostlin´ach a ˇca´stech rostlin se esenci´aln´ı aminokyseliny vyskytuj´ı, a ty konzumovat [27]. (Napˇr. na t´eto str´ance: http://www.veganhealth.org/articles/protein je seznam plodin a mnoˇzstv´ı esenci´aln´ıch aminokyselin, kter´e se v nich vyskytuj´ı.)
42
Ot´azky a u ´koly:
1. Posud’te spr´avnost n´asleduj´ıc´ıch tvrzen´ı (oznaˇcte je p´ısmeny R – spr´avnˇe, F – ˇspatnˇe). (a) Esenci´aln´ı aminokyseliny jsou hlavn´ımi stavebn´ımi l´atkami pro tvorbu protein˚ u, v proteinech se vyskytuj´ı ˇcastˇeji neˇz ostatn´ı aminokyseliny. (b) Esenci´aln´ı aminokyseliny jsou: fenylalanin, valin, threonin, tryptofan, isoleucin, methionin, histidin, leucin a lysin. (c) Rostliny poskytuj´ı ˇzivoˇcich˚ um vˇsechny k´odovan´e aminokyseliny. (d) V mase, kter´e j´ıme, jsou pˇr´ıtomny vˇsechny esenci´aln´ı aminokyseliny pro ˇclovˇeka. (e) V proteinech se vyskytuj´ı pouze tzv. k´odovan´e aminokyseliny. (f) Pro osoby trp´ıc´ı fenylketonuri´ı nen´ı fenylalanin esenci´aln´ı aminokyselinou. (g) Pro osoby trp´ıc´ı fenylketonuri´ı je, na rozd´ıl od lid´ı zdrav´ ych, esenci´aln´ı aminokyselina tyrosin. (h) Podle toho, ˇc´ım se dan´ y organismus ˇziv´ı, zjiˇst’ujeme, kter´e aminokyseliny jsou pro nˇej esenci´aln´ı. 2. Podle obr´azku zkuste pˇrij´ıt na to, jak´a alela (dominantn´ı / recesivn´ı) je odpovˇedn´a za pˇrenos fenylketonurie. Jakou kombinaci alel mus´ı m´ıt ˇclovˇek, kter´ y fenylketonuri´ı onemocn´ı?
43
Uk´ azka rozˇ siˇ ruj´ıc´ıho textu na t´ ema proteiny Priony Priony jsou l´atky, o kter´ ych jste moˇzn´a slyˇseli v souvislosti s nemoc´ı ˇs´ılen´ ych krav. Jedn´a se o proteiny, kter´e bˇeˇznˇe vznikaj´ı v tˇelech organism˚ u (lid´ı i zv´ıˇrat). Jejich funkce jeˇstˇe nen´ı dostateˇcnˇe prozkouman´a, ale je zn´amo, ˇze jsou syntetizov´any v endoplazmatick´em retikulu bunˇek (nervov´ ych, bunˇek imunitn´ıho syst´emu a dalˇs´ıch). Jejich c´ılov´ ym m´ıstem je cytoplazmatick´a membr´ana, kde vykon´avaj´ı zat´ım nezn´amou u ´lohu [28]. Pot´ıˇz je v tom, ˇze tyto proteiny mohou zauj´ımat dvˇe r˚ uzn´e konformace, dvˇe prostorov´a uspoˇra´d´an´ı. Jak uˇz jsme si ˇr´ıkali, prostorov´e uspoˇr´ad´an´ı je urˇcuj´ıc´ı pro funkci a chov´an´ı protein˚ u. Pokud se prion pˇri sv´em vzniku sloˇz´ı ’spr´avnˇe’ – do jedn´e urˇcit´e konformace, vykon´av´a v buˇ nce svoji obvyklou funkci. Nic se nedˇeje. Pokud ale zaujme svoji druhou, nemoc zp˚ usobuj´ıc´ı konformaci, zaˇcne tvoˇrit agreg´aty (ˇretˇezce stejnˇe prostorovˇe spoˇra´dan´ ych prion˚ u). Takto zmˇenˇen´ y prion je infekˇcn´ı, dok´aˇze pˇremˇenit konformaci spr´avnˇe sloˇzen´ ych prion˚ u na svoji ˇskodlivou konformaci. Vznikl´e priony jsou velmi odoln´e a tak´e infekˇcn´ı, proto se v buˇ nk´ach mohou rychle hromadit. Za norm´aln´ıch okolnost´ı je buˇ nka schopn´a ˇskodliv´e priony zniˇcit. Ty se ale nˇekdy zaˇcnou hromadit (protoˇze je buˇ nka z nˇejak´eho d˚ uvodu nest´ıh´a rozkl´adat), shlukuj´ı se do dlouh´ ych ˇretˇezc˚ u (obr´azek 3.9) a vyplˇ nuj´ı vnitˇrek buˇ nky, kter´a nakonec odumˇre. Situaci jeˇstˇe komplikuje fakt, ˇze prionov´ y protein je velmi stabiln´ı - na rozd´ıl od bakteri´ı, vir˚ u a ostatn´ıch patogen˚ u je odoln´ y v˚ uˇci vysok´e teplotˇe, ˇstˇep´ıc´ım enzym˚ um, radiaci a napˇr. i formaldehydu [28]. Pokud se priony mnoˇz´ı v mozkov´ ych neuronech, zaˇcne se postupnˇe poˇskozovat mozkov´a tk´an ˇ. Priony pak zp˚ usobuj´ı BSE (nemoc ˇs´ılen´ ych krav), CJD (Creutzfeldt-Jakobovu chorobu), scrapii (onemocnˇen´ı ovc´ı), nebo nemoc zvanou kuru (opˇet degenerativn´ı onemocnˇen´ı mozku). Prionov´e choroby mohou m´ıt tˇri formy (podle toho, jak vznikaj´ı): 1. vrozenou, vznikaj´ı mutac´ı genu k´oduj´ıc´ıho prionov´ y protein 2. sporadickou, zdrav´e priony se spont´annˇe zmˇen´ı v priony ˇskodliv´e 3. z´ıskanou, infekˇcn´ı. Nakazit se prionov´ ym onemocnˇen´ım m˚ uˇzeme pˇri r˚ uzn´ ych l´ekaˇrsk´ ych operac´ıch (transfuze, transplantace, chirurgick´e z´akroky), z potravy, ale napˇr. i nˇekter´ ymi vakc´ınami. Pˇrenos mezi jedinci stejn´eho druhu je prok´azan´ y, mezidruhov´ y 44
Obr´azek 3.9: Bˇeˇzn´a a ˇskodliv´a konformace prionov´ ych protein˚ u. Priony se zmˇenˇenou konformac´ı se shlukuj´ı do dlouh´ ych ˇretˇezc˚ u.
pˇrenos je zkoum´an [29]. Nemoc kuru jasnˇe dokazuje pˇrenos prionov´ ych onemocnˇen´ı potravou mezi jedinci stejn´eho druhu. Byla pops´ana u domorodc˚ u z ostrova Papua Nov´a Guinea. Ti provozuj´ı tradiˇcnˇe ritu´aln´ı kanibalismus. Epidemie kuru pravdˇepodobnˇe vznik´a tak, ˇze se u jednoho domorodce objev´ı sporadick´a forma nemoci, a ostatn´ı se nakaz´ı, kdyˇz tohoto jedince konzumuj´ı [30]. Prionov´a onemocnˇen´ı jsou nevyl´eˇciteln´a a smrteln´a. V posledn´ı dobˇe se vˇsak vˇedc˚ um podaˇrilo zjistit, jak se transportuje ˇskodliv´ y prionov´ y protein ze stˇrev do mozku, a snaˇz´ı se nal´ezt takov´e l´atky, kter´e by tento pˇrenos (v pˇr´ıpadˇe, ˇze se nakaz´ıme z potravy) znemoˇznily [31]. Ot´azky a u ´koly: 1. Posud’te (napiˇste ano / ne), zda dan´a tvrzen´ı vypl´ yvaj´ı z textu: (a) Priony jsou proteiny, kter´e se v lidsk´ ych buˇ nk´ach norm´alnˇe nevyskytuj´ı. (b) Funkce prion˚ u v organismu nen´ı zn´ama, v´ıme vˇsak, ˇze ji pln´ı v cytoplazmatick´e membr´anˇe r˚ uzn´ ych bunˇek, napˇr. neuron˚ u. (c) Organismus nen´ı schopen priony likvidovat. (d) V organismech vznikaj´ı priony ve 2 konformac´ıch. (e) Prion dok´aˇze zmˇenit prostorov´e uspoˇr´ad´an´ı ostatn´ıch prion˚ u. (f) Creutzfeldt-Jakobova choroba je zp˚ usobena postupn´ ym poˇskozen´ım mozkov´e tk´anˇe. 45
ˇ e republice se prionov´a onemocnˇen´ı nevyskytuj´ı. (g) V Cesk´ (h) Mezidruhov´ y pˇrenos prionov´ ych onemocnˇen´ı nen´ı moˇzn´ y. (i) Prostorov´e uspoˇra´d´an´ı proteinu urˇcuje jeho funkci.
3.2.4
Plak´ at 21 k´ odovan´ ych aminokyselin
Jako doplnˇek k v´ yukov´ ym materi´al˚ um pro t´emata aminokyseliny a proteiny byl vytvoˇren plak´at k´odovan´ ych aminokyselin (obr´azek 3.10). Tento plak´at ukazuje strukturn´ı vzorce vˇsech 21 k´odovan´ ych aminokyselin, rozdˇelen´ ych do skupin pr´avˇe podle povahy postrann´ıch ˇretˇezc˚ u. Vyznaˇceny jsou tak´e aminokyseliny esenci´aln´ı pro ˇclovˇeka. U jednotliv´ ych skupin aminokyselin je struˇcn´ y koment´aˇr charakterizuj´ıc´ı tuto skupinu (vysvˇetluje d˚ uvod pro zaˇrazen´ı aminokyselin do jednotliv´ ych skupin, moˇznost chov´an´ı aminokyselin v proteinech). Tento plak´at by mohl poslouˇzit jak uˇciteli pˇri v´ ykladu, tak student˚ um pˇri samostudiu. Bylo by vhodn´e vyvˇesit ho napˇr. v uˇcebnˇe chemie, aby ho studenti mohli studovat i mimo vyuˇcov´an´ı.
3.2.5
Protokoly k laboratorn´ımu cviˇ cen´ı na t´ ema denaturace protein˚ u
Jak jiˇz bylo nˇekolikr´at zd˚ uraznˇeno, aktivn´ı zapojen´ı student˚ u do v´ yuky znaˇcnˇe zvyˇsuje jejich motivaci k uˇcen´ı a ˇsanci dos´ahnout lepˇs´ıch studijn´ıch v´ ysledk˚ u. Ve v´ yuce chemie b´ yvaj´ı takovou nejaktivnˇejˇs´ı formou v´ yuky laboratorn´ı pr´ace. Navzdory obecn´emu pˇresvˇedˇcen´ı, nepatˇr´ı laboratorn´ı pr´ace mezi pˇr´ıliˇs obl´ıben´e ˇcinnosti student˚ u. Jak uv´ad´ı Petty ve sv´em Modern´ım vyuˇcov´an´ı, z v´ yzkumu anglick´ ych student˚ u vypl´ yv´a, ˇze pouze 50% z nich se r´ado u ´ˇcastn´ı laboratorn´ıch cviˇcen´ı, 11% student˚ u takovou formu v´ yuky v˚ ubec v oblibˇe nem´a. Ostatn´ım je to zˇrejmˇe jedno [11]. 50% vˇsak nen´ı nezanedbateln´e mnoˇzstv´ı, a pokud budeme dodrˇzovat jist´e z´asady pˇr´ıpravy laboratorn´ıch ˇcinnost´ı, m˚ uˇzeme toto ˇc´ıslo jistˇe i zv´ yˇsit. Podle Pettyho je naprosto nezbytn´e, aby studenti vˇedˇeli pˇresnˇe, co a proˇc pˇri laboratorn´ı pr´aci dˇelaj´ı. Jedinˇe tak si mohou ze sv´e ˇcinnosti odn´est i nˇejak´e znalosti a dovednosti. Studenti by podle nˇej tak´e nemˇeli slepˇe n´asledovat n´avod, kter´ y jim uˇcitel pˇriprav´ı. Aby pracovali jako podle kuchaˇrky. Uˇcitel by mˇel studenty v´ezt k samostatn´emu uvaˇzov´an´ı, pl´anov´an´ı pokus˚ u. Na zaˇc´atku se jich proto m˚ uˇze zeptat, jak by pokus provedli, nebo jak´e oˇcek´avaj´ı v´ ysledky. Na z´avˇer hodiny je pak dobr´e tato oˇcek´av´an´ı porovnat s v´ ysledky dosaˇzen´ ymi [11]. S t´ım souhlas´ı i J. Halbych, ve sv´ ych z´akladech didaktiky or-
46
Obr´azek 3.10: Plak´at 21 k´odovan´ ych aminokyselin.
47
ganick´e chemie. Jde dokonce jeˇstˇe d´al a p´ıˇse, ˇze ˇskoln´ı experimenty by mˇely b´ yt student˚ um pˇredkl´ad´any formou probl´emov´ ych u ´loh. Studenti by nemˇeli zn´at v´ ysledky sv´e ˇcinnosti, jejich aktivita pˇri praktick´em cviˇcen´ı by mˇela b´ yt co nejvyˇsˇs´ı. Uˇcitel vˇsak mus´ı jejich ˇcinnost d˚ ukladnˇe kontrolovat [13]. Protokoly, kter´e jsou souˇca´st´ı t´eto pr´ace, byly proto smˇeˇrov´any k tomu, aby je uˇcitel mohl pouˇz´ıt bud’ jako probl´emov´e u ´lohy, nebo jako klasick´ y n´avod na proveden´ı dan´e laboratorn´ı pr´ace. Aby studenti jasnˇe vˇedˇeli, co dˇelaj´ı a proˇc to dˇelaj´ı, obsahuj´ı protokoly vˇzdy teoretick´ yu ´vod. Ten je zpracov´an formou kr´atk´eho textu s vynechan´ ymi pojmy, kter´e maj´ı studenti doplˇ novat. Takov´e cviˇcen´ı klade vyˇsˇs´ı n´aroky na jejich aktivitu a z´aroveˇ n student˚ um napov´ıd´a spr´avn´e ˇreˇsen´ı. C´ılem nen´ı vyzkouˇset, co si studenti pamatuj´ı z hodin, ale ujasnit, jak´ y je princip n´asleduj´ıc´ı u ´lohy. Protokoly obsahuj´ı tak´e seznam pom˚ ucek a chemik´ali´ı potˇrebn´ ych pro proveden´ı tˇechto u ´loh a postup pr´ace. Tyto ˇca´sti by uˇcitel, kter´ y by experiment zad´aval jako probl´emovou u ´lohu, z protokolu pochopitelnˇe vynechal. Student˚ um nˇekdy dˇel´a probl´emy ujasnit si, co maj´ı vlastnˇe pˇri pr´aci pozorovat. Proto je souˇca´st´ı protokol˚ u i jak´ ysi formul´aˇr pro z´apis pozorov´an´ı – jak se chovaly dan´e roztoky po pˇrid´an´ı jedn´e ˇci druh´e l´atky nebo co se stalo po dalˇs´ım pˇrid´an´ı destilovan´e vody. Neˇz zaˇcnou ps´at studenti z´avˇer, mˇeli by odpovˇedˇet na nˇekolik kontroln´ıch ot´azek a splnit nˇekolik jednoduch´ ych u ´kol˚ u. Ty slouˇz´ı uˇciteli, aby si mohl ovˇeˇrit, zda studenti u ´loze porozumˇeli, a tak´e samotn´ ym student˚ um pro utˇr´ıdˇen´ı myˇslenek pˇr´ıpadnˇe pro ujasnˇen´ı toho, co jim pˇri jejich ˇcinnosti nebo pozorov´an´ı nebylo jasn´e. (To si ˇclovˇek mnohdy uvˇedom´ı pr´avˇe aˇz pˇri zpˇetn´em dotazov´an´ı.) Protokol je zakonˇcen z´avˇerem, shrnut´ım poznatk˚ u z´ıskan´ ych nebo ovˇeˇren´ ych t´ımto laboratorn´ım cviˇcen´ım nebo vysvˇetlen´ım pˇr´ıpadn´eho ne´ uspˇechu. V takov´e podobˇe slouˇz´ı protokoly tak´e jako klasick´e n´avody na praktick´a cviˇcen´ı, kde studenti postupuj´ı krok za krokem podle pˇripraven´eho sc´en´aˇre, jejich ˇcinnost je od zaˇca´tku do konce vedena uˇcitelem. Takov´ y pr˚ ubˇeh nemus´ı b´ yt vˇzdy ˇza´douc´ı, jak bylo vysvˇetleno vu ´vodu t´eto podkapitoly. Souˇc´ast´ı protokol˚ u je tak´e zad´an´ı experiment˚ u jako probl´emov´ ych u ´loh (probl´emov´a u ´loha viz kapitola 3.1.3). Studenti jsou vedeni k tomu, aby sami navrhli experiment, kter´ ym maj´ı dok´azat napˇr´ıklad vliv zv´ yˇsen´e teploty na ˇcinnost protein˚ u. V zad´an´ı je ˇreˇceno, jak´e chemik´alie maj´ı k dispozici a struˇcn´a doplˇ nuj´ıc´ı informace, napˇr. ˇze i ve sv´em vlastn´ım tˇele mohou naj´ıt proteiny (enzymy) ˇstˇep´ıc´ı polysacharidy. Studenti by v takov´em pˇr´ıpadˇe postupovali podle vlastn´ıho pl´anu. Uˇcitel by musel v tomto pˇr´ıpadˇe upravit protokoly, vynechat postup a tˇreba i potˇrebn´e pom˚ ucky. Kontroln´ı ot´azky nebo teoretick´e doplˇ novac´ı u ´vody by vˇsak pouˇz´ıt mohl. Nev´ yhodou tohoto postupu vˇsak je, ˇze u ´spˇech a v´ ysledky 48
takov´eho laboratorn´ıho cviˇcen´ı nejsou zaruˇceny. Pro zv´ yˇsen´ı motivace, a proto aby byly tyto pokusy provediteln´e i v podm´ınk´ach nedostateˇcnˇe vybaven´e ˇskoln´ı laboratoˇre, maj´ı studenti pˇri jedn´e z u ´loh pracovat s vlastn´ımi slinami (konkr´etnˇe s amylasou ptyalinem, kterou lidsk´e sliny obsahuj´ı). Douf´am, ˇze takov´a laboratorn´ı u ´loha, samozˇrejmˇe s dodrˇzen´ım pravidel chov´an´ı v laboratoˇri, bude studenty bavit a pom˚ uˇze jim l´epe si zapamatovat v´ ysledek tepeln´e denaturace enzym˚ u. Takov´a u ´loha splˇ nuje i poˇzadavky na integraci pˇr´ırodovˇedn´ ych pˇredmˇet˚ u. Pˇri laboratorn´ım cviˇcen´ı k pˇredmˇetu chemie si studenti zopakuj´ı tak´e funkci nˇekter´ ych tr´avic´ıch enzym˚ u a jejich um´ıstˇen´ı v lidsk´em organismu. Uk´ azka: Teoretick´ y u ´ vod k laboratorn´ımu cviˇ cen´ı vysolov´ an´ı protein˚ u s doplˇ nov´ an´ım chybˇ ej´ıc´ıch v´ yraz˚ u Vratn´a denaturace, neboli ....................., vlastnˇe nen´ı denaturac´ı. Proteiny pˇri n´ı neztr´acej´ı sv´e prostorov´e uspoˇra´d´an´ı, svoji nativn´ı konformaci. Jsou pouze vysr´aˇzeny z roztoku v d˚ usledku pˇrid´an´ı nˇekter´ ych ................, napˇr. (NH4 )2 SO4 . Ty totiˇz v roztoku disociuj´ı na ................ , kter´e jsou solvatov´any (obalov´any) pˇr´ıtomn´ ymi molekulami vody. Nakonec nezbude ˇza´dn´a voda pro rozpouˇstˇen´ı (solvatov´an´ı) proteinu, jehoˇz molekuly se proto shlukuj´ı k sobˇe a tvoˇr´ı sraˇzeninu. Po pˇrid´an´ı vody se vˇsak sraˇzenina ....................... Vysolov´an´ı je tedy ................... proces. Uk´ azka zad´ an´ı: Laboratorn´ı u ´ loha jako probl´ emov´ yu ´ kol Navrhnˇete jednoduch´ y experiment, v nˇemˇz ovˇeˇr´ıte, jak´ yu ´ˇcinek m˚ uˇze m´ıt na ˇcinnost protein˚ u zv´ yˇsen´a teplota. K dispozici m´ate destilovanou vodu, zdroj tepla (mikrovlnou troubu, kahan), 0,2% roztok ˇskrobu, roztok j´odu (I2 v KI, ten pouˇz´ıv´ame k d˚ ukazu pˇr´ıtomnosti ˇskrobu). Protein si mus´ıte obstarat sami. Nezapomeˇ nte, ˇze v lidsk´em tˇele je mnoho enzym˚ u (protein˚ u), kter´e ˇstˇep´ı sacharidy. Uvˇedomte si, kde ˇstˇepen´ı sacharid˚ u zaˇc´ın´a. Pokus napl´anujte tak, abyste mohli srovnat funkci proteinu ovlivnˇen´eho zv´ yˇsenou teplotou a proteinu pracuj´ıc´ıho za norm´aln´ı teploty.
49
Uk´ azka: Kontroln´ı ot´ azky a u ´ koly k laboratorn´ı u ´ loze denaturace protein˚ u 1. Vyberte spr´avn´e tvrzen´ı. Denaturace protein˚ u acetonem je vratn´ y / nevratn´ y proces. D˚ ukazem je fakt, ˇze v nadbytku vody se sraˇzenina ve zkumavce nerozpustila / rozpustila. 2. Na obr´azku oznaˇcte struktury, kter´e se naruˇsuj´ı pˇri denaturaci.
3. Na obr´azku oznaˇcte vazby a interakce, kter´e se pˇri denaturaci ˇstˇep´ı a kter´e z˚ ust´avaj´ı zachov´any (min. dva pˇr´ıklady). Pˇreruˇsovan´e ˇc´ary zn´azorˇ nuj´ı vod´ıkov´e vazby.
4. Vyberte spr´avn´e tvrzen´ı. Aceton (CH3 )2 CO je hydrofiln´ı / hydrofobn´ı rozpouˇstˇedlo. 50
3.2.6
Animace denaturace a vysolov´ an´ı vytvoˇ ren´ e v programu Macromedia Flash
Souˇc´ast´ı v´ yukov´eho materi´alu jsou tak´e tˇri animace (vytvoˇren´e v programu Macromedia Flash) zn´azorˇ nuj´ıc´ı denaturaci a vysolov´an´ı jak na u ´rovni bˇeˇzn´eho ˇskoln´ıho experimentu, tak na u ´rovni molekul´arn´ı. Pˇri tvorbˇe tˇechto animac´ı bylo spol´eh´ano na to (stejnˇe jako pˇri tvorbˇe PPT prezentace), ˇze ve ˇskol´ach jsou dostupn´e poˇc´ıtaˇce a pˇr´ıpadnˇe i dataprojektory, takˇze nebude probl´em tyto materi´aly pouˇz´ıt. A i kdyby ve ˇskole technick´e vybaven´ı nemˇeli, animace se daj´ı jednoduˇse poslat student˚ um elektronickou poˇstou, aby je shl´edli doma nebo kdekoliv jinde. C´ılem tˇechto animac´ı je pˇribl´ıˇzit proces denaturace student˚ um, kteˇr´ı nemaj´ı k dispozici chemickou laboratoˇr, nebo si z jin´eho d˚ uvodu nemohou dan´e pokusy vyzkouˇset. Jejich hlavn´ım u ´kolem je vˇsak vysvˇetlit princip proces˚ u denaturace a vysolov´an´ı pomoc´ı jednoduch´eho modelu jednotliv´ ych molekul z´ uˇcastnˇen´ ych l´atek. Prostˇrednictv´ım tˇechto animac´ı jsou jevy, kter´e je moˇzn´e pozorovateln´e pouh´ ym okem, pˇreneseny do svˇeta molekul. T´ımto zp˚ usobem je objasnˇena jejich molekul´arn´ı podstata. Animace proto nejsou jen nahrazen´ım experiment˚ u (jsem si samozˇrejmˇe vˇedoma toho, ˇze sebelepˇs´ı zpracov´an´ı pouze samotn´ y experiment zprostˇredkov´av´a a nem˚ uˇze ho ve v´ yuce zastoupit), ˇskoln´ı pokusy doplˇ nuj´ı, vysvˇetluj´ı. Tyto animace m˚ uˇze uˇcitel pouˇz´ıt bud’ pˇri v´ ykladu, pokud se nechyst´a prov´adˇet se studenty samotn´e pokusy (aby jim pˇredˇcasnˇe neprozradil v´ ysledek jejich ˇcinnosti), nebo na z´avˇer laboratorn´ıch cviˇcen´ı. Jak jiˇz bylo uvedeno, animace maj´ı student˚ um pˇribl´ıˇzit chov´an´ı molekul protein˚ u a dalˇs´ıch l´atek pˇri procesu denaturace a vysolov´an´ı. Animace jsou vˇsak pouze zjednoduˇsen´ ymi sch´ematy. Nejedn´a se o pˇresn´e rekonstrukce proces˚ u denaturace a vysolov´an´ı, ale o pokus tyto dˇeje zpˇr´ıstupnit. Toto zjednoduˇsen´ı (vedouc´ı moˇzn´a i k drobn´ ym nepˇresnostem) je snad ospravedlnˇeno vˇetˇs´ı n´azornost´ı a pˇrehlednost´ı. Jednotliv´e animace ukazuj´ı: 1. nevratnou denaturaci – denaturaci vajeˇcn´eho b´ılku, tedy pˇrev´aˇznˇe proteinu ovalbuminu, acetonem 2. vratnou denaturaci – tedy vysolov´an´ı protein˚ u vajeˇcn´eho b´ılku pomoc´ı s´ıranu amonn´eho 3. tepelnou denaturaci – denaturaci lidsk´e amylasy povaˇren´ım a n´asledn´e ovˇeˇren´ı u ´ˇcinku denaturace nativn´ı amylasy.
51
Vˇsechny tyto animace dodrˇzuj´ı v podstatˇe stejn´ y sc´en´aˇr. Zaˇc´ınaj´ı u ´vodem – jak´ y pokus budeme sledovat, jak´e proteiny v nˇem budou vystupovat, co s nimi budeme dˇelat, pˇr´ıpadnˇe jak´a denaturaˇcn´ı ˇcinidla pouˇzijeme. Jedn´a se o u ´vod, kter´ ym bychom mohli napˇr. zahajovat laboratorn´ı cviˇcen´ı zamˇeˇren´e na tyto pokusy. N´asleduje uk´azka samotn´eho pokusu, tedy pˇrid´an´ı denaturaˇcn´ıho ˇcinidla, nebo povaˇren´ı roztoku a ovˇeˇren´ı pˇr´ıtomnosti ˇskrobu (obr´azek 3.11 ukazuje denaturaci vajeˇcn´eho b´ılku acetonem). V´ yjimkou jsou animace vysolov´an´ı, kde jsou hned po u ´vodu uk´az´any molekuly ovalbuminu rozpuˇstˇen´e ve vodˇe. Po proveden´ı prvn´ıch krok˚ u pokusu se pohled pˇresouv´a z makrosvˇeta do nanosvˇeta (tak naz´ yv´am jednotliv´e u ´rovnˇe pohledu i v animac´ıch), kde je dˇej pozorovan´ y v makrosvˇetˇe znovu uk´az´an tentokr´at vˇsak jako v´ ysledek interakce nebo zmˇeny struktury jednotliv´ ych molekul (obr´azek 3.12). Pokud po prvn´ı ˇc´asti pokusu n´asleduj´ı jeˇstˇe ˇc´asti dalˇs´ı, jsou vˇzdy uk´az´any nejprve tak, jak je pozorujeme v makrosvˇetˇe, a pot´e zrekonstruov´any na modelu molekul. Jednotliv´e sc´eny jsou okomentovan´e tak, aby jim rozumˇel stˇredoˇskolsk´ y student. Koment´aˇr vysvˇetluje a shrnuje princip pozorovan´ ych dˇej˚ u. Animace by proto mohly student˚ um poslouˇzit samy o sobˇe, doprovodn´e slovo uˇcitele vˇsak zajist´e pˇrispˇeje k lepˇs´ımu porozumˇen´ı a pˇredevˇs´ım k objasnˇen´ı souvislost´ı. (Koment´aˇr napˇr. nevysvˇetluje, proˇc se k d˚ ukazu pˇr´ıtomnosti ˇskrobu pouˇz´ıv´a roztok j´odu, nebo jak vypad´a hydrolytick´e ˇstˇepen´ı ˇskrobu.) Animace jsou tvoˇreny v programu Macromedia Flash. D´ıky tomu jsou ˇca´steˇcnˇe interaktivn´ı, uˇzivatel si s´am urˇcuje, kdy pˇrejde k nˇekter´ ym dalˇs´ım sc´en´am, nebo se m˚ uˇze vracet zpˇet. V tom vid´ım hlavn´ı v´ yhodu pro uˇcitele, kter´ y m˚ uˇze animaci pr˚ ubˇeˇznˇe vysvˇetlovat, nemus´ı ˇcekat aˇz na konec, nebo ji nˇejak pˇreruˇsovat. M˚ uˇze kl´ast doplˇ nuj´ıc´ı ot´azky vztahuj´ıc´ı se k tomu, co bylo pr´avˇe uk´az´ano, nebo to jen upˇresnit, pouk´azat na souvislosti.
52
Obr´azek 3.11: Animace obsahuj´ı fotografie pokus˚ u k t´ematu denaturace a vysolov´an´ı protein˚ u. Na tˇechto obr´azc´ıch pozorujeme denaturaci vajeˇcn´eho b´ılku acetonem.
53
Obr´azek 3.12: Souˇca´st´ı animac´ı jsou tak´e modely protein˚ u a n´aznak jejich denaturace a n´asledn´e tvorby sraˇzenin na molekul´arn´ı u ´rovni. Horn´ı obr´azek ukazuje ˇc´asteˇcnˇe zdenaturovanou molekulu ovalbumin, spodn´ı naznaˇcuje agregaci molekul denaturovan´ ych protein˚ u. 54
3.2.7
3D modely molekul protein˚ u
Proteiny jsou molekuly s velmi sloˇzit´ ym prostorov´ ym uspoˇr´ad´an´ım. Obr´azky v PPT prezentaci mohou student˚ um tuto strukturu pˇribl´ıˇzit, lepˇs´ı pˇredstavu lze vˇsak z´ıskat pozorov´an´ım 3D modelu. V souˇcasnosti je k dispozici mnoho poˇc´ıtaˇcov´ ych program˚ u, kter´e jsou schopn´e takov´e modely protein˚ u nebo napˇr. nukleov´ ych kyselin zobrazit. Tyto programy b´ yvaj´ı k dispozici na internetu a pr´ace s nimi nen´ı sloˇzit´a. Obr´azky protein˚ u a proteinov´ ych struktur jsou proto v PPT prezentaci propojeny s jejich 3D modely vytvoˇren´ ymi ve volnˇe dostupn´em programu DS Visualiser. Takto byly vytvoˇreny napˇr.: 3D model glutathion peroxidasy, fibrinu, titinu, hemoglobinu, α-helixu a dalˇs´ı. Tak´e k prohl´ıˇzen´ı tˇechto model˚ u je potˇreba m´ıt poˇc´ıtaˇc s nainstalovan´ ym programem pro zobrazov´an´ı protein˚ u. Tyto programy je vˇsak moˇzn´e, jak jiˇz bylo ˇreˇceno, z´ıskat zdarma na internetu. V bˇeˇzn´e v´ yuce nebude m´ıt uˇcitel pravdˇepodobnˇe ˇcas, aby se studenty prohl´ıˇzel vˇsechny 3D modely z prezentace. Pro lepˇs´ı pˇredstavu prostorov´eho uspoˇra´d´an´ı protein˚ u by vˇsak mohl uk´azat alespoˇ n nˇekolik struktur. Zobrazov´an´ı protein˚ u by mohl tak´e vˇenovat nˇejak´ y ˇcas v semin´aˇri. Tyto 3D modely by mohly m´ıt velmi dobr´ y motivaˇcn´ı u ´ˇcinek. Jedn´a se vˇetˇsinou o pˇekn´e a barevn´e molekuly, kter´e si uˇcitel, nebo pˇr´ıpadnˇe i ˇza´ci sami, m˚ uˇze zvˇetˇsovat, ot´aˇcet a upravovat podle sv´ ych pˇredstav.
3.3
Otestov´ an´ı materi´ al˚ u v praxi
Pro zjiˇstˇen´ı efektivity a uˇziteˇcnosti podp˚ urn´ ych v´ yukov´ ych materi´al˚ u, kter´e byly vytvoˇreny v r´amci t´eto diplomov´e pr´ace, bylo tˇreba otestovat je ve stˇredoˇskolsk´e praxi. Byly vybr´any tˇri tˇr´ıdy na dvou gymn´azi´ıch (Gymn´azium Nad Alej´ı a Gymn´azium Jana Nerudy). Ve dvou tˇr´ıd´ach byl testov´an tento v´ yukov´ y materi´al (k v´ yuce byla pouˇzita PPT prezentace, uˇcitel mˇel k dispozici text k prezentaci, ve tˇr´ıd´ach byly vyvˇeˇseny plak´aty vzorc˚ u k´odovan´ ych aminokyselin, demonstraˇcn´ı pokusy denaturace protein˚ u byly objasnˇeny pomoc´ı animac´ı, pro zv´ yˇsen´ı motivace byly student˚ um pˇredkl´ad´any doplˇ nuj´ıc´ı texty o aminokyselin´ach a proteinech). Tˇret´ı tˇr´ıda (Gymn´azium Nad Alej´ı) pak vystupovala jako tˇr´ıda kontroln´ı. Uˇcivo bylo pˇredkl´ad´ano klasicky, bez multimedi´aln´ıch pom˚ ucek, bez motivaˇcn´ıch text˚ u, v podstatˇe i bez uˇcebnice (na tomto gymn´aziu uˇcitel´e vˇetˇsinou uˇcebnice chemie k v´ yuce nepouˇz´ıvaj´ı). V t´eto tˇr´ıdˇe byly vˇsak provedeny tyto demonstraˇcn´ı pokusy: biuretov´a reakce a denaturace protein˚ u vajeˇcn´eho b´ılku. Hodinov´a dotace pro v´ yuku aminokyselin a
55
protein˚ u ˇcinila ve tˇr´ıd´ach na gymn´aziu Nad Alej´ı 3 hodiny. Aby bylo moˇzn´e ovˇeˇrit, zda podp˚ urn´e materi´aly pˇrispˇej´ı k lepˇs´ımu porozumˇen´ı dan´e l´atce a k lepˇs´ım studijn´ım v´ ysledk˚ um, byly pˇripraveny dva testy - pretest a posttest. Testy byly zad´any pouze ve dvou tˇr´ıd´ach na Gymn´aziu Nad Alej´ı. (Ve tˇr´ıdˇe na Gymn´aziu Jana Nerudy byly materi´aly pouˇz´ıv´any, jejich efektivita vˇsak nebyla otestov´ana pretestem a posttestem. Pan´ı uˇcitelka, kter´a materi´aly pouˇz´ıvala vˇsak poskytla zpˇetnou vazbu, kter´a je uvedena v diskuzi.) Pretest vypracov´avali studenti jeˇstˇe pˇredt´ım, neˇz zaˇcali t´ema aminokyseliny a proteiny prob´ırat, posttest byl z´avˇereˇcn´ ym testem t´ematu.
3.3.1
Pretest
Ot´azky pretestu byly vyb´ır´any a formulov´any tak, aby na nˇe mohl odpovˇedˇet i student, kter´ y se jeˇstˇe o aminokyselin´ach a proteinech neuˇcil, nicm´enˇe absolvoval uˇcivo organick´e chemie. Ot´azky t´ ykaj´ıc´ı se aminokyselin byly zpracov´any pˇrev´aˇznˇe jako uˇcivo o deriv´atech karboxylov´ ych kyselin. V oblasti protein˚ u ovˇeˇrovaly ot´azky obecn´e znalosti o tˇechto l´atk´ach. C´ılem pretestu bylo zjistit, jak jsou studenti pˇripraveni na dan´e uˇcivo, a tak´e jak´e jsou rozd´ıly mezi tˇr´ıdami. Jednotliv´ e ot´ azky pretestu 1. Do jak´e skupiny organick´ ych l´atek ˇrad´ıme aminokyseliny? 2. K n´asleduj´ıc´ım aminokyselin´am napiˇste, jsou-li jejich postrann´ı ˇretˇezce pol´arn´ı, nepol´arn´ı (hydrofobn´ı), kysel´e nebo z´asadit´e.
56
3. U dan´e aminokyseliny oznaˇcte vˇsechny chir´aln´ı uhl´ıky.
4. Oznaˇcte spr´avn´e tvrzen´ı: Esenci´aln´ı aminokyseliny jsou takov´e aminokyseliny, kter´e (a) si organismy um´ı samy vytv´aˇret. (b) si organismy neum´ı samy tvoˇrit a mus´ı je pˇrij´ımat s potravou. (c) organismy nepotˇrebuj´ı pro sv˚ uj ˇzivot. (d) ˇclovˇek nedok´aˇze umˇele pˇripravit. 5. Pokuste se dokonˇcit rovnici vzniku dipeptidu.
6. Jak´a nekovalentn´ı vazba m˚ uˇze propojovat tyto dva u ´seky proteinov´ ych ˇretˇezc˚ u?
7. Vyberte spr´avn´e tvrzen´ı: Proteiny jsou (a) polymery, jejichˇz z´akladn´ı stavebn´ı jednotku pˇredstavuj´ı molekuly sacharid˚ u. (b) makromolekuly, jejichˇz pˇresn´e sloˇzen´ı zat´ım nen´ı zn´am´e. 57
(c) polypeptidov´e ˇretˇezce, kter´e se nach´azej´ı pouze ve svalech obratlovc˚ u. (d) polymery, jejichˇz z´akladn´ı stavebn´ı jednotku pˇredstavuj´ı molekuly aminokyselin. 8. Urˇcete, zda dan´e tvrzen´ı plat´ı nebo neplat´ı. (a) Proteiny jsou l´atky podobn´e b´ılkovin´am. Vyr´abˇej´ı se pˇrev´aˇznˇe z ropy. (b) Proteiny tvoˇr´ı podstatnou ˇca´st bunˇek organism˚ u, kde pln´ı mnoho r˚ uzn´ ych funkc´ı (stavebn´ı, ˇr´ıd´ıc´ı, kontroln´ı a dalˇs´ı). (c) Proteiny se tvoˇr´ı v organismech pomoc´ı RNA procesem zvan´ ym proteosynt´eza. (d) Proteiny jsou syntetick´e l´atky (v pˇr´ırodˇe se bˇeˇznˇe nevyskytuj´ı) pouˇz´ıvan´e jako potravinov´ y doplnˇek. 9. Podtrhnˇete hlavn´ı funkce, kter´e v organismech pln´ı proteiny (u kaˇzd´e funkce je uveden´ y pˇr´ıklad l´atky, kter´a ji zabezpeˇcuje). pohyb (aktin, myosin); struktura (kolagen, keratin); z´asoba energie (ˇskrob, glykogen); transport (hemoglobin); stavba plazmatick´e membr´any (fosfolipidov´a dvojvrstva); biokatal´ yza (enzymy - pepsin); regulace (nˇekter´e hormony - insulin); skladov´an´ı a pˇrenos genetick´e informace (DNA, RNA) 10. Moˇzn´a jste nˇekdy slyˇseli o denaturaci protein˚ u. Pokuste se naj´ıt nˇejak´ y pˇr´ıklad, kdy vy osobnˇe vyuˇz´ıv´ate denaturaci protein˚ u. Zpracov´ an´ı v´ ysledk˚ u pretestu N´asleduj´ıc´ı dva grafy obr´azek 3.13 a 3.14 porovn´avaj´ı kontroln´ı a testovac´ı tˇr´ıdu v u ´spˇeˇsnosti ˇreˇsen´ı pretestu. Z graf˚ u je patrn´e, ˇze obecnˇe o nˇeco l´epe ˇreˇsili pretest studenti testovac´ı tˇr´ıdy. Studenti testovac´ı tˇr´ıdy dos´ahli pˇri ˇreˇsen´ı pretestu nejv´ yˇse 80% bod˚ u, studenti kontroln´ı tˇr´ıdy z´ıskali maxim´alnˇe 70% bod˚ u. V testovac´ı tˇr´ıdˇe se, na rozd´ıl od tˇr´ıdy kontroln´ı, nevyskytl ani jeden student, kter´ y by v pretestu z´ıskal 0% bod˚ u. Nejˇcastˇeji se vyskytuj´ıc´ı v´ ysledek byl v testovac´ı tˇr´ıdˇe 35% a 25%, v kontroln´ı tˇr´ıdˇe jen 25% bod˚ u. Rozd´ıl nejpopulovanˇejˇs´ıho v´ ysledku ˇcinil tedy jen 5% bod˚ u. obecnˇe nebyli studenti pˇri ˇreˇsen´ı pretestu pˇr´ıliˇs u ´spˇeˇsn´ı, ˇza´dn´ y z nich nedos´ahl pln´eho poˇctu bod˚ u.
58
Obr´azek 3.13: Graf zn´azorˇ nuje u ´spˇeˇsnost student˚ u pˇri vypracov´av´an´ı pretestu. Je patrn´e, ˇze studenti testovac´ı tˇr´ıdy byli ponˇekud u ´spˇeˇsnˇejˇs´ı neˇz studenti tˇr´ıdy kontroln´ı.
59
Obr´azek 3.14: Graf porovn´av´a u ´spˇeˇsnost odpovˇed´ı na jednotliv´e ot´azky pretestu v testovac´ı a v kontroln´ı tˇr´ıdˇe. Z grafu je zˇrejm´e, ˇze obecnˇe nebyli studenti pˇri ˇreˇsen´ı pretestu pˇr´ıliˇs u ´spˇeˇsn´ı, vˇetˇsinu ot´azek vyˇreˇsilo spr´avnˇe m´enˇe neˇz 50% student˚ u.
60
Hodnot´ıme-li jednotliv´e ot´azky, byla u ´spˇeˇsnost jejich ˇreˇsen´ı velmi nevyrovnan´a. S t´ım bylo vˇsak pˇredem poˇc´ıt´ano, nˇekter´e ot´azky byly u ´myslnˇe n´aroˇcnˇejˇs´ı, jin´e snadnˇejˇs´ı. Vˇetˇsina student˚ u ˇreˇsila nejl´epe ot´azky ˇc. 4 (esenci´aln´ı aminokyseliny) a 7 (obecn´a definice protein˚ u). Studenti testovac´ı tˇr´ıdy byli u ´spˇeˇsnˇejˇs´ı v ˇreˇsen´ı ot´azky ˇc. 3 (oznaˇcov´an´ı chir´aln´ıch uhl´ık˚ u v molekule aminokyseliny), 6 (propojen´ı dvou u ´sek˚ u peptidov´eho ˇretˇezce H-vazbou) a 10 (denaturace protein˚ u). Ani jeden student z kontroln´ı tˇr´ıdy neodpovˇedˇel spr´avnˇe na ot´azku ˇc. 2 (rozliˇsov´an´ı povahy postrann´ıch ˇretˇezc˚ u aminokyselin) a na ot´azku ˇc. 6. Pretest byl uloˇzen student˚ um jeˇstˇe pˇredt´ım, neˇz se zaˇcali o aminokyselin´ach a proteinech uˇcit. Pˇrestoˇze vˇsak byly ot´azky kladeny tak, aby na nˇe studenti mohli odpov´ıdat na z´akladˇe sv´ ych pˇredchoz´ıch znalost´ı z organick´e chemie, uk´azalo se, ˇze vˇetˇsina student˚ u tyto znalosti bud’ nem´a, nebo je neum´ı aplikovat na jinou oblast chemie. Celkov´a u ´spˇeˇsnost ˇreˇsen´ı pretestu byla v obou tˇr´ıd´ach pomˇernˇe n´ızk´a. Na z´akladˇe v´ ysledk˚ u pretestu se tedy zd´a, ˇze testovac´ı tˇr´ıda (ve srovn´an´ı s tˇr´ıdou kontroln´ı) mˇela ponˇekud ˇsirˇs´ı z´aklady organick´e chemie, a t´ım p´adem i lepˇs´ı pˇredpoklady pro dalˇs´ı studium biochemie, konkr´etnˇe aminokyselin a protein˚ u. Rozd´ıly mezi obˇema tˇr´ıdami nebyly vˇsak tak velk´e, ˇze by znemoˇznily porovnat u ´ˇcinnost ovˇeˇrovan´ ych studijn´ıch materi´al˚ u.
61
3.3.2
Posttest
Posttest byl zad´an v testovac´ı a kontroln´ı tˇr´ıdˇe po probr´an´ı cel´eho t´ematu aminokyseliny a proteiny. Student˚ um testovac´ı tˇr´ıdy bylo uˇcivo pˇredkl´ad´ano pomoc´ı podp˚ urn´ ych materi´al˚ u, vytvoˇren´ ych v r´amci t´eto pr´ace. Studenti kontroln´ı tˇr´ıdy byli vyuˇcov´ani klasicky, bez obr´azk˚ u nebo model˚ u protein˚ u, bez motivaˇcn´ıch text˚ u nebo animac´ı. Pˇri hodinˇe jim vˇsak pan´ı uˇcitelka pˇredvedla demonstraˇcn´ı pokusy denaturace vajeˇcn´eho b´ılku a biuretov´ y test. Posttest byl velmi podobn´ y jako pretest, nˇekter´e ot´azky se shodovaly, jin´e byly analogick´e, nˇekter´e v posttestu pˇribyly. Vˇsechny ot´azky ale navazovaly na v´ yuku t´ematu aminokyseliny a proteiny v obou tˇr´ıd´ach. Jednotliv´ e ot´ azky posttestu 1. Uveden´e aminokyseliny rozdˇelte do 4 skupin podle chov´an´ı jejich postrann´ıch ˇretˇezc˚ u ve vodn´em prostˇred´ı (z´asadit´e, kysel´e, pol´arn´ı, nepol´arn´ı).
2. Do jak´e skupiny organick´ ych slouˇcenin ˇrad´ıme aminokyseliny? 3. Vyberte spr´avn´e tvrzen´ı o acidobazick´ ych vlastnostech aminokyselin: (a) vˇsechny aminokyseliny jsou siln´e organick´e kyseliny. (b) aminokyseliny se mohou chovat jako kyseliny nebo z´asady v z´avislosti na pH prostˇred´ı. (c) d´ıky aminoskupinˇe jsou aminokyseliny siln´ ymi z´asadami. (d) aminokyseliny nemaj´ı ani kysel´ y ani z´asadit´ y charakter. 4. Pˇri jak´em pH se aminokyseliny nepohybuj´ı v elektrick´em poli? 62
5. Nakreslete takovou α-aminokyselinu, kter´a nem´a ve sv´e molekule chir´aln´ı uhl´ık. 6. U t´eto aminokyseliny oznaˇcte vˇsechny chir´aln´ı uhl´ıky.
7. Vysvˇetlete pojem esenci´aln´ı aminokyselina. 8. Posud’te spr´avnost n´asleduj´ıc´ıch tvrzen´ı o funkci aminokyselin v organismu: (a) Aminokyseliny jsou moˇzn´ ym zdrojem energie. (b) Slouˇz´ı pouze jako stavebn´ı kameny pro tvorbu protein˚ u. (c) Pˇri velk´e n´amaze jsou 1. zdrojem energie. (d) Dod´avaj´ı a pˇren´aˇsej´ı N. (e) Nˇekter´e slouˇz´ı jako hormony. 9. V dan´em u ´seku molekuly peptidu vyznaˇcte vˇsechny vazby, kter´e jsou rigidn´ı (atomy se kolem nich nemohou volnˇe ot´aˇcet).
10. Posud’te pravdivost n´asleduj´ıc´ıch tvrzen´ı: (a) Peptidov´a vazba se i bez katalyz´atoru ˇstˇep´ı jiˇz pˇri teplotˇe 50o C. (b) Peptidov´a vazba se ˇstˇep´ı u ´ˇcinkem kyseliny chlorovod´ıkov´e v ˇzaludku. 63
(c) Peptidovou vazbu ˇstˇep´ı pˇri zv´ yˇsen´e teplotˇe a tlaku koncentrovan´e anorganick´e kyseliny (napˇr. 6M HCl pˇri 120o C). (d) Peptidov´a vazba se ˇstˇep´ı pˇri denaturaci. (e) Peptidov´a vazba se ˇstˇep´ı u ´ˇcinkem specializovan´ ych enzym˚ u, tzv. proteas. 11. K n´asleduj´ıc´ım tvrzen´ı napiˇste, zda plat´ı nebo neplat´ı: Nativn´ı konformace proteinu (a) je stav, ve kter´em protein m˚ uˇze vykon´avat svoji biologickou funkci. (b) zahrnuje pouze prim´arn´ı strukturu (polypeptidov´ y ˇretˇezec). (c) zanik´a pˇri denaturaci proteinu. (d) je sraˇzenina, kterou pozorujeme po denaturaci proteinu. 12. K jednotliv´ ym struktur´am (prostorov´ ym uspoˇra´d´an´ım) proteinu pˇriˇrad’te vˇsechny vazby, kter´e v nich m˚ uˇzete nal´ezt: vod´ıkov´e vazby, hydrofobn´ı interakce, kovalentn´ı vazby, elektrostatick´e interakce, disulfidov´e vazby prim´arn´ı struktura, sekund´arn´ı struktura, terci´arn´ı struktura, kvart´ern´ı struktura 13. Vyberte spr´avnou moˇznost: Denaturace proteinu je proces, pˇri kter´em (a) protein ztr´ac´ı svoji biologickou funkci. (b) se ˇstˇep´ı z´akladn´ı polypeptidov´ y ˇretˇezec. (c) protein z´ısk´av´a svoji nativn´ı konformaci (pˇrirozen´e prostorov´e uspoˇr´ad´an´ı). (d) se nejdˇr´ıve naruˇsuje sekund´arn´ı, pot´e terci´arn´ı a nakonec kvartern´ı struktura proteinu. 14. Kde v lidsk´em tˇele byste mohli naj´ıt nerozpustn´e, fibril´arn´ı proteiny a kde rozpustn´e proteiny globul´arn´ı? Uved’te min. 1 pˇr´ıklad od kaˇzd´e skupiny. 15. Vyberte si jeden protein a napiˇste jeho n´azev, v´ yskyt a funkci v organismech. Pokuste se ho bl´ıˇze zaˇradit (napˇr. globul´arn´ı nebo fibril´arn´ı protein). Zpracov´ an´ı v´ ysledk˚ u posttestu N´asleduj´ıc´ı grafy (obr´azek 3.15 a 3.16) shrnuj´ı v´ ysledky ˇreˇsen´ı posttestu v testovac´ı a kontroln´ı tˇr´ıdˇe. Z graf˚ u je patrn´e, ˇze studenti obou tˇr´ıd ˇreˇsili posttest o mnoho l´epe neˇz 64
pretest. Stejnˇe tak je vidˇet, ˇze studenti testovac´ı tˇr´ıdy uspˇeli i pˇri ˇreˇsen´ı posttestu o l´epe neˇz studenti kontroln´ı tˇr´ıdy. Studenti testovac´ı tˇr´ıdy z´ıskali v posttestu maxim´alnˇe 96% bod˚ u a minim´alnˇe 38% bod˚ u, zat´ımco studetni kontroln´ı tˇr´ıdy z´ıskali maxim´alnˇe 88% bod˚ u a minim´alnˇe 25%. O tˇr´ıdˇe jako celku vˇsak l´epe vypov´ıd´a, kolika bod˚ u dos´ahla vˇetˇsina. Nejˇcastˇeji opakovan´ y v´ ysledek v testovac´ı tˇr´ıdˇe byl 75% bod˚ u, ve tˇr´ıdˇe kontroln´ı jen 42% bod˚ u. Rozd´ıl tˇechto hodnot ˇcin´ı 37% bod˚ u. Rozd´ıl nejpopulovanˇejˇs´ıho v´ ysledku byl u pretestu jen 5% ve prospˇech testovac´ı tˇr´ıdy, coˇz dokl´ad´a v´ yrazn´e zlepˇsen´ı testovac´ı tˇr´ıdy.
Obr´azek 3.15: Graf zn´azorˇ nuje u ´spˇeˇsnost student˚ u pˇri vypracov´av´an´ı posttestu. Je zˇrejm´e, ˇze v´ ysledky student˚ u testovac´ı tˇr´ıdy jsou o nˇeco lepˇs´ı, neˇz v´ ysledky student˚ u tˇr´ıdy kontroln´ı.
65
Studenti testovac´ı tˇr´ıdy tedy uspˇeli signifikantnˇe l´epe pˇri ˇreˇsen´ı vˇetˇsiny ot´azek (10 ot´azek z 15). Nejvˇetˇs´ı rozd´ıl je patrn´ y u ot´azek ˇc. 2, 6 a 11. Ot´azka ˇc´ıslo 2 se shoduje s 1. ot´azkou pretestu (zaˇrazen´ı aminokyseliny do skupiny organick´ ych l´atek), kter´a ˇcinila student˚ um velk´e probl´emy uˇz pˇri vypracov´av´an´ı pretestu. Studenti testovac´ı tˇr´ıdy se pˇri ˇreˇsen´ı t´eto ot´azky v´ yraznˇe zlepˇsili na rozd´ıl od student˚ u tˇr´ıdy kontroln´ı. Stejnˇe tak ot´azka ˇc. 6, urˇcov´an´ı chir´aln´ıch uhl´ık˚ u aminokyseliny, se objevila v obou testech a studenti kontroln´ı tˇr´ıdy mˇeli s jej´ım ˇreˇsen´ım pokaˇzd´e znaˇcn´e probl´emy. (Studenti testovac´ı tˇr´ıdy vˇsak vybrali spr´avn´e atomy uhl´ıku uˇz v pretestu.) Ot´azka ˇc. 11 se t´ ykala nativn´ı konformace protein˚ ua v pretestu nemˇela podobnou variantu. Studenti testovac´ı tˇr´ıdy si s touto ot´azkou poradili v´ yraznˇe l´epe neˇz studenti tˇr´ıdy kontroln´ı. Posledn´ı dvˇe ot´azky zkoumaj´ıc´ı rozdˇelen´ı protein˚ u na fibril´arn´ı a globul´arn´ı a jejich funkci v organismu vˇsak ˇreˇsili o nˇeco l´epe studenti tˇr´ıdy testovac´ı. Rozd´ıl vˇsak nebyl tak velk´ y, jako u 2., 6. a 11. ot´azky. Nejn´aroˇcnˇejˇs´ı byla ot´azka ˇc. 4 (urˇcit pH, pˇri kter´em se aminokyseliny nepohybuj´ı v elektrick´em poli), pˇrestoˇze term´ın isoelektrick´ y bod byl vysvˇetlov´an v obou tˇr´ıd´ach a vyskytuje se tak´e ve vˇsech uˇcebnic´ıch. Naopak nejsnadnˇejˇs´ı byla ot´azka ˇc. 7, Vysvˇetlete pojem esenci´aln´ı aminokyseliny. Podobnou ot´azku ˇreˇsili studenti velmi u ´spˇeˇsnˇe i v pretestu. Na z´avˇer m˚ uˇzeme ˇr´ıci, ˇze posttest ˇreˇsili studenti obou tˇr´ıd snadnˇeji neˇz pretest. Studenti testovac´ı tˇr´ıdy byli pˇritom u ´spˇeˇsnˇejˇs´ı neˇz studenti tˇr´ıdy kontroln´ı.
66
Obr´azek 3.16: Graf srovn´av´a mnoˇzstv´ı spr´avn´ ych odpovˇed´ı na jednotliv´e ot´azky posttestu v testovac´ı a kontroln´ı tˇr´ıdˇe.
67
Kapitola 4 Diskuze Jedn´ım z c´ıl˚ u diplomov´e pr´ace bylo vytvoˇrit uˇcebn´ı materi´aly na podporu v´ yuky biochemie na stˇredn´ıch ˇskol´ach. Podklady pro tvorbu materi´al˚ u poskytla anal´ yza ˇcesk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic chemie. Tato anal´ yza se stejnˇe jako v´ yukov´e materi´aly vˇenovala pouze t´emat˚ um aminokyseliny a proteiny. Podp˚ urn´e materi´aly byly zpracov´any tak, aby byly v souladu s RVP. Anal´ yza ˇcesk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic byla velmi podrobnˇe pops´ana ve 3.1. Porovn´an´ı dostupn´ ych ˇcesk´ ych uˇcebnic chemie s nˇekter´ ymi uˇcebnicemi zahraniˇcn´ımi (nˇemeck´a uˇcebnice Fokus Biologie a do ˇceˇstiny pˇreloˇzen´a Amannova Chemie pro stˇredn´ı ˇskoly) pouk´azalo na nˇekter´e nedostatky ˇcesk´ ych uˇcebnic. Hlavn´ım probl´emem je, podle m´eho n´azoru, jejich nemodernost. Nejedn´a se o uˇcebnice star´e, bˇeˇznˇe pouˇz´ıvan´a Mareˇckova Chemie pro ˇctyˇrlet´a gymn´azia (3. d´ıl) byla vydan´a roku 2000, Kol´aˇrova Organick´a chemie a biochemie aˇz roku 2005. Pˇresto tyto uˇcebnice (a ostatn´ı ˇcesk´e stˇredoˇskolsk´e uˇcebnice chemie tak´e) postr´adaj´ı barevn´e obr´azky nebo fotografie, barevnˇe rozliˇsen´ y text. Tyto uˇcebnice maj´ı velmi mal´ y pod´ıl obrazov´eho materi´alu. Jak bylo uvedeno v kapitole 3.1, v modern´ıch zahraniˇcn´ıch uˇcebnic´ıch b´ yv´a zvykem, ˇze obr´azk˚ um je vˇenov´ano t´emˇeˇr stejnˇe m´ısta jako textu. Takov´e proveden´ı zaujme ˇcten´aˇre uˇz na prvn´ı pohled. To se o ˇcesk´ ych uˇcebnic´ıch chemie bohuˇzel ˇr´ıct ned´a. B´ yvaj´ı pˇreplnˇeny textem, v´ ykladem, pojmy, definicemi, kter´e uˇz od prvn´ı str´anky vzkazuj´ı student˚ um, jak´e kvantum informac´ı se budou muset nauˇcit. Na prvn´ı pohled je vˇsak tak´e zˇrejm´e, ˇze modern´ı uˇcebnice budou draˇzˇs´ı, neˇz uˇcebnice starˇs´ı, klasick´e. Studenti v Bavorsku maj´ı tu v´ yhodu, ˇze napˇr. uˇcebnici Fokus Biologie ˇ e republice si stˇredoˇskolˇst´ı studenti kupuj´ı uˇcebnice dost´avaj´ı zdarma od st´atu. V Cesk´ sami. To m˚ uˇze b´ yt jeden z d˚ uvod˚ u proˇc autoˇri do uˇcebnic nezaˇrazuj´ı mnoho barevn´ ych 68
obr´azk˚ u nebo fotografi´ı. Snaˇz´ı se vytvoˇrit uˇcebnice dostupn´e pro vˇetˇsinu student˚ u. Rozd´ıl v cenˇe a proveden´ı vˇsak nen´ı tak v´ yrazn´ y. Napˇr. Amannovu uˇcebnici chemie, kter´a je velmi pˇeknˇe graficky proveden´a, obsahuje mnoho barevn´ ych obr´azk˚ u i fotografi´ı, je moˇzn´e sehnat za 200 Kˇc. Mareˇckova Chemie se prod´av´a cca po 130 Kˇc (jeden d´ıl), Kol´aˇrova Chemie a biochemie cca za 150 Kˇc [19]. Pˇrestoˇze rozd´ıl v cen´ach nen´ı pˇr´ıliˇs velk´ y, nesetkala jsem se s t´ım, ˇze by uˇcitel´e chemie doporuˇcovali student˚ um Amannovu uˇcebnici. Napˇr´ıklad na gymn´azi´ıch, kde byly testov´any materi´aly pro tuto pr´aci, je student˚ um doporuˇcov´ana Mareˇckova uˇcebnice. Vyˇsˇs´ı cena modernˇejˇs´ı Amannovy uˇcebnice zˇrejmˇe nen´ı jedin´ ym d˚ uvodem, proˇc tato ˇ e republice. Stejnˇe jako uˇcebnice Fokus Biolokniha nepatˇr´ı mezi bˇeˇznˇe pouˇz´ıvan´e v Cesk´ gie ˇrad´ı Amann uˇcivo jinak neˇz uˇcebnice ˇcesk´e (s v´ yjimkou Vodr´aˇzkovy Biochemie). (Uˇz samotn´ y fakt, ˇze uˇcebnici biologie uv´ad´ım v pr´aci zamˇeˇren´e na zpracov´an´ı chemick´ ych t´emat aminokyseliny a proteiny, poukazuje na netradiˇcn´ı pojet´ı uˇciva.) Proteiny prob´ır´a Amann (i Vodr´aˇzka) spolu se sacharidy jako biopolymery. Kromˇe bˇeˇzn´eho uˇciva zaˇrazuje napˇr. i kapitolu Chromatografie, propojuje z´akladn´ı uˇcivo s jin´ ymi t´ematy. Takov´e pojet´ı povaˇzuji za pˇr´ınosn´e, splˇ nuje poˇzadavky RVP na integraci uˇciva, ukazuje student˚ um jin´ y pohled na dan´e t´ema, pˇrin´aˇs´ı zaj´ımav´e a prakticky uˇziteˇcn´e informace. Na druhou stranu m˚ uˇze toto pojet´ı odradit uˇcitele i studenty, kteˇr´ı jsou zvykl´ı na urˇcit´e systematick´e ˇclenˇen´ı uˇciva. Jasn´e vymezen´ı jednotliv´ ych skupin organick´ ych l´atek, v´ yˇcet jejich struktur a vlastnost´ı, na z´avˇer nˇekolik konkr´etn´ıch pˇr´ıklad˚ u. Takov´ y pˇrehled najde ˇcten´aˇr i v Amannovˇe nebo Vodr´aˇzkovˇe uˇcebnici, v´ yklad na nˇem vˇsak nen´ı postaven. Podp˚ urn´e materi´aly byly v r´amci t´eto pr´ace vytv´aˇreny nejen proto, ˇze anal´ yza ˇcesk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic odhalila nˇekolik nedostatk˚ u v jejich zpracov´an´ı dan´eho t´ematu. ˇ e republice, kdy si stˇredoˇskolˇst´ı studenti kupuj´ı Dalˇs´ım d˚ uvodem je souˇcasn´a situace v Cesk´ uˇcebnice sami a uˇcitel´e ˇcasto z tohoto d˚ uvodu ˇza´dnou uˇcebnici nepouˇz´ıvaj´ı. Tyto materi´aly by mˇely b´ yt zdarma k dispozici pro stˇredoˇskolsk´e uˇcitele a jejich prostˇrednictv´ım pro studenty. Kromˇe toho se v posledn´ıch pˇeti letech na ˇcesk´em trhu neobjevila nov´a, modern´ı uˇcebnice chemie, kter´a by zpracovala dan´e t´ema na u ´rovni souˇcasn´eho pozn´an´ı a technick´ ych moˇznost´ı. Samozˇrejmˇe nen´ı moˇzn´e pˇredpokl´adat, ˇze kvalitu uˇcebnice zaruˇcuje dostatek fotografi´ı, obr´azk˚ u a barevnˇe rozliˇsen´eho textu. Kvalitn´ı grafick´e zpracov´an´ı uˇcebnice vˇsak nen´ı to hlavn´ı, m˚ uˇze studenty zaujmout a motivovat, ale samo o sobˇe nestaˇc´ı. R˚ uzn´e anal´ yzy ˇcesk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic chemie se ve sv´ ych z´avˇerech znaˇcnˇe liˇs´ı [2], [3], [4]. Tato pr´ace se shoduje s v´ ysledky Kudrnov´e [1] a Tekslov´e [5], kter´e povaˇzuj´ı za hlavn´ı nedo69
statky ˇcesk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic izolovanost uˇciva chemie. Uˇcivo nen´ı propojov´ano s jin´ ymi pˇredmˇety, s biologi´ı nebo fyzikou, uˇcebnice pˇredkl´adaj´ı jen m´alo uk´azek a pˇr´ıklad˚ u ze ˇzivota, m´alo zaj´ımavost´ı. pˇritom nen´ı nutn´e ukazovat zaj´ımavosti pouze na barevn´ ych fotografi´ıch nebo obr´azc´ıch. Text je moˇzn´e obohatit zaj´ımav´ ymi u ´lohami nebo pˇr´ıklady konkr´etn´ıch slouˇcenin, kter´e znaj´ı studenti z praxe. Uˇcitel´e pak maj´ı ˇcasto probl´emy zaujmout studenty, nadchnout je pro studium chemie (pro ostatn´ı pˇredmˇety to zˇrejmˇe tak´e plat´ı). Domn´ıv´am se, ˇze dostupn´e ˇcesk´e uˇcebnice chemie, kromˇe napˇr. uˇcebnice Amannovy nebo Vodr´aˇzkovy, k vˇetˇs´ımu zaujet´ı student˚ u pˇr´ıliˇs nepˇrisp´ıvaj´ı. Proto bylo snahou doplnit materi´aly vytv´aˇren´e v r´amci t´eto pr´aci o zaj´ımavosti, o konkr´etn´ı pˇr´ıklady protein˚ u a jejich funkce, o nˇekter´e situace a jevy, jako je napˇr. vytv´aˇren´ı u ´ˇces˚ u nebo prionov´a onemocnˇen´ı, kter´e by mohly b´ yt student˚ um z jejich ˇzivota zn´am´e. Takov´ ych pˇr´ıklad˚ u a zaj´ımavost´ı je pochopitelnˇe mnohem v´ıce, pro tuto pr´aci bylo vybr´ano 8 takov´ ych uk´azek. K t´eto anal´ yze je tˇreba jeˇstˇe dodat, ˇze uˇcivo je v ˇcesk´ ych uˇcebnic´ıch pˇredkl´ad´ano bez chyb (hodnocena byla opˇet pouze t´emata aminokyseliny a proteiny). Stejnˇe tak uˇcebnice nevynech´avaj´ı ˇza´dn´e podstatn´e ˇca´sti z´akladn´ıho uˇciva aminokyselin a protein˚ u. Probl´em b´ yv´a sp´ıˇse v tom, ˇze uˇcivo je ˇcasto pojato pˇr´ıliˇs obecnˇe a chyb´ı konkr´etn´ı pˇr´ıklady l´atek, o kter´ ych se studenti uˇc´ı. Pouˇzit´ı podp˚ urn´ ych v´ yukov´ ych materi´al˚ u, vytvoˇren´ ych v r´amci t´eto pr´ace, je vˇsak ve v´ yuce tak´e doprov´azeno nˇekolika nesn´azemi. Tyto probl´emy jsem zaznamenala pˇri testov´an´ı materi´al˚ u na Gymn´aziu Nad Alej´ı. V prvn´ı ˇradˇe je potˇreba m´ıt k dispozici poˇc´ıtaˇc a projektor, coˇz uˇz je v mnoha ˇcesk´ ych ˇskol´ach bˇeˇzn´e, nen´ı to vˇsak samozˇrejmost´ı. (Nen´ı-li projektor v uˇcebnˇe chemie, je nˇekdy moˇzn´e si p˚ ujˇcit projektor pˇrenosn´ y. To vˇsak uˇciteli znaˇcnˇe pˇridˇel´av´a pr´aci.) Pokud by uˇcitel chtˇel ukazovat 3D modely molekul protein˚ u, mus´ı m´ıt nainstalovan´ y program DS Visualiser, kter´ y si m˚ uˇze zdarma opatˇrit na internetu, je to vˇsak pr´ace nav´ıc. Tyto technick´e probl´emy se vˇsak vˇetˇsinou daj´ı vyˇreˇsit, uˇcitel´e se s nimi pravdˇepodobnˇe setk´avaj´ı ˇcasto, chtˇej´ı-li uˇcit s pomoc´ı v´ ypoˇcetn´ı techniky. Vˇetˇs´ı probl´em pˇredstavuj´ı materi´aly jako takov´e. PPT prezentace je vytvoˇrena tak, ˇze pokr´ yv´a cel´e t´ema aminokyseliny a proteiny. Jej´ı pouˇzit´ı v kaˇzd´e hodinˇe vˇsak nen´ı vhodn´e. Ostatnˇe i Petty uv´ad´ı ve sv´em Modern´ım vyuˇcov´an´ı, ˇze by v´ yuka nemˇela b´ yt postavena na jedn´e vyuˇcovac´ı metodˇe (coˇz je v tomto pˇr´ıpadˇe v´ yklad s pouˇzit´ım PPT prezentace). Uˇcitel t´ım nakonec motivaci student˚ u sp´ıˇse sniˇzuje [11]. V´ yklad s prezentac´ı by mˇel b´ yt proto pravidelnˇe a ˇcasto stˇr´ıd´an napˇr. samostatnou prac´ı student˚ u, demonstraˇcn´ım pokusem nebo tˇreba diskuz´ı. V PPT prezentaci, kter´a je souˇca´st´ı t´eto pr´ace, je tak´e relativnˇe mnoho textu. To potvrdila i pan´ı uˇcitelka, kter´a testovala materi´aly na Gymn´aziu Jana Nerudy. prezentaci 70
by si pro vlastn´ı u ´ˇcely upravila, ponechala by hlavnˇe obr´azky, vzorce a struktury molekul, vˇetˇsinu textu by vynechala. Podle jej´ı zkuˇsenosti zaˇcnou totiˇz studenti text ihned opisovat a pˇrestanou vn´ımat uˇcitele. Zaj´ımavosti a rozˇsiˇruj´ıc´ı informace, kter´e jim pak uˇcitel sdˇeluje, nakonec ani nepostˇrehnou. prezentaci bych proto doporuˇcila pouˇz´ıvat pouze jako doplnˇek k v´ ykladu uˇcitele nebo k jin´ ym form´am v´ yuky. Doplnˇek, kter´ y by mˇel (spolu s animacemi denaturace a rozˇsiˇruj´ıc´ımi texty) pomoci student˚ um vytvoˇrit si lepˇs´ı pˇredstavu o prostorov´em uspoˇr´ad´an´ı, funkci a denaturaci protein˚ u. V´ yukov´e materi´aly bylo potˇreba ovˇeˇrit v praxi. Za t´ımto u ´ˇcelem byly vytvoˇreny dva testy, pretest a posttest. Byly zad´any ve dvou tˇr´ıd´ach (jedn´e testovac´ı, kde bylo uˇcivo pˇrekl´ad´ano pomoc´ı tˇechto materi´al˚ u, a jedn´e kontroln´ı, kde byli studenti vyuˇcov´ani bez nich). Pretest jako u ´vod (studenti se tedy o aminokyselin´ach a proteinech jeˇstˇe neuˇcili) a posttest jako z´avˇer dan´eho t´ematu. V´ ysledky pretestu i posttestu jsou uvedeny v kapitole 3.3. V´ ysledky pretestu ukazuj´ı, ˇze mezi obˇema tˇr´ıdami existovaly drobn´e rozd´ıly v u ´rovni znalost´ı a schopnosti pouˇz´ıvat znalosti jeˇstˇe pˇredt´ım, neˇz jim bylo pˇredkl´ad´ano uˇcivo aminokyseliny a proteiny. Studenti kontroln´ı tˇr´ıdy byli pˇri ˇreˇsen´ı pretestu m´enˇe u ´spˇeˇsn´ı neˇz studenti tˇr´ıdy testovac´ı. Nejvˇetˇs´ı pot´ıˇze jim ˇcinily ot´azky 2 a 6 (viz obr´azek 3.14 strana 60). Druh´a ot´azka byla problematick´a i ve tˇr´ıdˇe testovac´ı. Tyto ot´azky se t´ ykaly aminokyselin. Studenti kontroln´ı tˇr´ıdy evidentnˇe neznali pojem chir´aln´ı uhl´ık, pˇrestoˇze jiˇz mˇeli probran´e t´ema sacharidy, kde se s n´ım obvykle studenti setk´avaj´ı poprv´e. V kontroln´ı tˇr´ıdˇe bylo toto t´ema zˇrejmˇe nedostateˇcnˇe vysvˇetleno nebo procviˇceno. Rozpoznat povahu postrann´ıho ˇretˇezce aminokyselin (ot´azka ˇc. 2) se podaˇrilo jen nˇekolika student˚ um z testovac´ı tˇr´ıdy. Hlavn´ı probl´em tkvˇel v tom, ˇze studenti nevˇedˇeli, co je postrann´ı ˇretˇezec aminokyseliny. Tuto skuteˇcnost jsem si pˇredem neuvˇedomila, bylo by lepˇs´ı zv´ yraznit v zad´an´ı u ´lohy pojem postrann´ı ˇretˇezce. (Zpˇetnˇe jsem materi´al takto upravila, aby ho mohli uˇcitel´e pouˇz´ıt bez podobn´ ych probl´em˚ u.) Nemohu proto posoudit, zda studenti rozumˇeli pojmu pol´arn´ı a nepol´arn´ı l´atky, protoˇze ˇcasto pˇripisovali jedn´e aminokyselinˇe vˇsechny vlastnosti, kter´e mˇeli v nab´ıdce (pol´arn´ı, nepol´arn´ı, z´asadit´e a kysel´e). Posuzovali evidentnˇe vlastnosti cel´ ych aminokyselin. Nejl´epe ˇreˇsili studenti ot´azku ˇc. 4 (esenci´aln´ı aminokyseliny) a ot´azku ˇc. 7 (zaˇrazen´ı protein˚ u do urˇcit´e skupiny organick´ ych l´atek). U tˇechto ot´azek se mimo jin´e uk´azalo, ˇze studenti jsou zvykl´ı na podobn´ y typ testov´ ych u ´loh, kdy se vyb´ır´a jen jedna spr´avn´a odpovˇed’. At’ uˇz vyluˇcovac´ı metodou, kdy tˇri zb´ yvaj´ıc´ı moˇznosti byly v podstatˇe nesmysln´e, nebo d´ıky obecn´emu povˇedom´ı o pojmu esencialita (studenti se s n´ım mohli 71
sezn´amit napˇr. u mastn´ ych kyselin) a proteiny (minim´alnˇe v reklam´ach nebo v ˇcasopisech o ”zdrav´em ˇzivotn´ım stylu” se s t´ımto pojmem jistˇe ˇcasto setk´avaj´ı) zvolili studenti vˇetˇsinou spr´avnou odpovˇed’. Naproti tomu zad´an´ı u ´lohy typu: Urˇcete, zda dan´e tvrzen´ı plat´ı nebo neplat´ı - bylo pro studenty zjevnˇe nezvykl´e. M´ısto posouzen´ı dan´eho tvrzen´ı ˇcasto jen zaˇskrtli jednu moˇznost. Moˇzn´a pr´avˇe d´ıky formulaci zad´an´ı se vˇetˇsinˇe student˚ u nepodaˇrilo vyˇreˇsit ot´azku ˇc. 8 (r˚ uzn´a tvrzen´ı o proteinech). V ot´azk´ach ˇc. 7 a 9 totiˇz prok´azali, ˇze maj´ı pˇredstavu o tom, jakou skupinu l´atek proteiny pˇredstavuj´ı. Pˇrestoˇze v´ ysledky pretestu naznaˇcili, ˇze studenti testovac´ı tˇr´ıdy mˇeli o troˇsku lepˇs´ı v´ ychoz´ı pozici pro zvl´adnut´ı t´ematu aminokyseliny a proteiny neˇz studenti kontroln´ı tˇr´ıdy, rozd´ıly mezi tˇr´ıdami byly velmi mal´e. Obecnˇe pretest uk´azal, ˇze studenti maj´ı bud’ m´alo znalost´ı z pˇredchoz´ıho studia chemie, nebo nejsou schopni aplikovat tyto znalosti na jinou ˇca´st chemie. Pˇri ˇreˇsen´ı prvn´ı ot´azky (zaˇrazen´ı aminokyselin do nˇejak´e skupiny organick´ ych l´atek) byli ne´ uspˇeˇsn´ı t´emˇeˇr vˇsichni. Minim´alnˇe studenti testovac´ı tˇr´ıdy vˇsak dobˇre znali aminokyseliny, byli schopni rozdˇelit jejich deriv´aty na funkˇcn´ı a substituˇcn´ı a uv´est nˇekter´e pˇr´ıklady tˇechto deriv´at˚ u. V jin´em kontextu (t´ema proteiny) vˇsak nedok´azali zaˇradit aminokyseliny mezi deriv´aty karboxylov´ ych kyselin. Z´avˇer, ˇze studenti nedok´aˇz´ı aplikovat znalosti v nov´ ych souvislostech, je v souladu i s v´ ysledky publikovan´ ymi v odborn´e literatuˇre. Napˇr. Mokrejˇsov´a ve sv´e Modern´ı v´ yuce chemie interpretuje v´ ysledky mezin´arodn´ıho ˇsetˇren´ı TIMSS 1999 (v´ yzkum v´ yukov´ ych metod ˇ e republice se pˇri v´ v pˇr´ırodovˇedn´ ych pˇredmˇetech). Z tohoto ˇsetˇren´ı vypl´ yv´a, ˇze v Cesk´ yuce pˇr´ırodovˇedn´ ych pˇredmˇet˚ u (tedy i chemie) vˇenuje mnoho ˇcasu osvojov´an´ı teoretick´ ych znalost´ı, fakt˚ u a definic na u ´kor budov´an´ı vztah˚ u mezi poznatky [20]. Zpracov´an´ı posttestu nepˇrineslo pˇrekvapiv´e v´ ysledky. Studenti testovac´ı tˇr´ıdy uspˇeli pˇri jeho ˇreˇsen´ı l´epe neˇz studenti tˇr´ıdy kontroln´ı (viz obr´azky 3.15 a 3.16, strany 65 a 67). Rozd´ıl byl v´ yraznˇejˇs´ı neˇz v pˇr´ıpadˇe pretestu, jak ukazuj´ı rozd´ıly nejˇcastˇeji z´ıskan´ ych v´ ysledk˚ u, tedy 5% ve prospˇech student˚ u testovac´ı tˇr´ıdy v pretestu a 37% pro tut´eˇz tˇr´ıdu v posttestu. Vyˇsˇs´ı u ´spˇeˇsnost pˇri ˇreˇsen´ı posttestu v testovac´ı tˇr´ıdˇe m´a nˇekolik d˚ uvod˚ u. 1. Vzhledem k v´ ysledk˚ um posttestu pˇredpokl´ad´am, ˇze studenti testovac´ı tˇr´ıdy se obecnˇe uˇc´ı chemii l´epe neˇz studenti tˇr´ıdy kontroln´ı. Obˇe tˇr´ıdy uˇcily na gymn´aziu dvˇe r˚ uzn´e uˇcitelky, kter´e maj´ı na sv´e studenty velmi rozd´ıln´e n´aroky. Studenti testovac´ı tˇr´ıdy jsou proto zvykl´ı se na chemii pravidelnˇe pˇripravovat. 2. Studenti testovac´ı tˇr´ıdy mˇeli tak´e o nˇeco lepˇs´ı v´ ychoz´ı podm´ınky pro zvl´adnut´ı t´ematu aminokyseliny a proteiny (viz kapitola V´ ysledky - Pretest). Mˇeli ˇsirˇs´ı z´aklady 72
z organick´e chemie. Posttest uk´azal, ˇze ani t´ema aminokyseliny nenauˇcilo studenty kontroln´ı tˇr´ıdy rozliˇsovat chir´aln´ı uhl´ıky nebo povahu postrann´ıch ˇretˇezc˚ u aminokyselin. Tyto poznatky si studenti testovac´ı tˇr´ıdy osvojili l´epe. Na druhou stranu studenti testovac´ı tˇr´ıdy dopadli h˚ uˇr pˇri ˇreˇsen´ı takov´ ych ot´azek, kdy mˇeli prok´azat, zda se nˇeco nauˇcili nazpamˇet’ (rozdˇelen´ı protein˚ u na fibril´arn´ı a globul´arn´ı, funkce protein˚ u v organismech atd.) 3. Uˇcivo bylo v obou tˇr´ıd´ach pˇredkl´ad´ano odliˇsn´ ym zp˚ usobem. Studenti kontroln´ı tˇr´ıdy se uˇcili bez uˇcebnice, pouze za z´apisk˚ u, kter´e si poˇr´ıdili z v´ ykladu pan´ı uˇcitelky. Vidˇeli dva demonstraˇcn´ı pokusy (biuretov´ y test a denaturaci vajeˇcn´eho b´ılku). Pˇri v´ yuce vˇsak nebyly pouˇzity jin´e motivaˇcn´ı prostˇredky ˇci metody, studenti si tak´e molekuly protein˚ u mˇeli pouze pˇredstavovat, nepracovali s jejich obr´azky nebo modely. Studenti testovac´ı tˇr´ıdy byly vyuˇcov´ani pomoc´ı r˚ uzn´ ych podp˚ urn´ ych materi´al˚ u (viz kapitola V´ ysledky - V´ yukov´e materi´aly). Z tˇechto materi´al˚ u byla pouˇzita PPT prezentace (podle kter´e si studenti dˇelali z´apisky do seˇsit˚ u), 3D modely molekul protein˚ u, rozˇsiˇruj´ıc´ı texty (Kdo si tvoˇr´ı sv´e aminokyseliny u ´plnˇe s´am?; Obrana proti reaktivn´ım form´am kysl´ıku; Srpkovit´a anemie a mal´arie; Trval´a ondulace; Priony) a demonstraˇcn´ı pokusy denaturace a vysolov´an´ı protein˚ u vajeˇcn´eho b´ılku byly doplnˇeny animacemi zn´azorˇ nuj´ıc´ımi molekul´arn´ı podstatu tˇechto dˇej˚ u. Ani s pouˇzit´ım mnoha motivaˇcn´ıch pom˚ ucek vˇsak nebyla v´ yuka v testovac´ı tˇr´ıdˇe snadn´a. Hlavn´ı probl´em spoˇc´ıval podle m´eho n´azoru v tom, ˇze chemie je jedn´ım z nejm´enˇe obl´ıben´ ych pˇredmˇet˚ u student˚ u t´eto tˇr´ıdy. Je zde jen nˇekolik student˚ u, kter´e chemie zaj´ım´a, kteˇr´ı se j´ı chtˇej´ı v´ıce vˇenovat. Nejn´aroˇcnˇejˇs´ı ˇc´ast´ı v´ yuky bylo proto studenty zaujmout. V´ ysledky posttestu poukazuj´ı na efektivitu testovan´ ych materi´al˚ u. Posledn´ı dvˇe ot´azky, t´ ykaj´ıc´ı se zaˇrazen´ı a funkc´ı protein˚ u uk´azaly, ˇze tyto materi´aly kladou vˇetˇs´ı d˚ uraz na strukturu protein˚ u neˇz na jejich systematiku. Rozdˇelen´ı protein˚ u podle rozpustnosti a funkce tvoˇr´ı sice z´avˇer PPT prezentace, ke kaˇzd´e skupinˇe je tak´e uvedeno nˇekolik konkr´etn´ıch pˇr´ıklad˚ u protein˚ u. Aminokyselin´am a protein˚ um vˇsak byly vˇenov´any pouze tˇri vyuˇcovac´ı hodiny. Problematika rozdˇelen´ı protein˚ u tak vyˇsla aˇz na druhou ˇc´ast posledn´ı hodiny a nezbylo dost ˇcasu na procviˇcov´an´ı. Uˇcitel by tento probl´em mohl vyˇreˇsit t´ım, ˇze bude vˇenovat m´enˇe ˇcasu struktuˇre protein˚ u (ale nejsp´ıˇs na u ´kor porozumˇen´ı), nebo zv´ yˇsen´ım hodinov´e dotace pro t´ema protein˚ u. Druh´a varianta by moˇzn´a byla ˇz´adouc´ı pro cel´e uˇcivo biochemie. Na z´akladˇe srovn´an´ı dvou tˇr´ıd, kter´e nemˇely u ´plnˇe stejn´e v´ ychoz´ı podm´ınky, pochopi73
telnˇe nelze rozhodnout, zda jsou podp˚ urn´e materi´aly vytvoˇren´e v r´amci t´eto pr´ace ide´aln´ı uˇcebn´ı pom˚ uckou pro v´ yuku aminokyselin a protein˚ u. Pro pˇresnˇejˇs´ı urˇcen´ı jejich didaktick´eho pˇr´ınosu, by bylo tˇreba ovˇeˇrit je na vˇetˇs´ım poˇctu student˚ u. Podle v´ ysledk˚ u posttestu vˇsak m˚ uˇzeme konstatovat, ˇze tyto materi´aly nezhorˇsily u ´roveˇ n vˇedomost´ı, naopak pˇrispˇely k lepˇs´ımu pochopen´ı dan´eho t´ematu, ke snadnˇejˇs´ımu osvojen´ı dan´eho uˇciva a motivov´an´ı student˚ u. D´ıky tomu, ˇze jsem tyto materi´aly testovala ve sv´e tˇr´ıdˇe, mohu je posoudit i z pohledu uˇcitele. Pˇri v´ yuce jsem mˇela pˇr´ıleˇzitost srovnat vysvˇetlov´an´ı prostorov´e struktury protein˚ u pouze s pomoc´ı tabule a kˇr´ıdy (nebyl k dispozici projektor) a s pomoc´ı PPT prezentace s obr´azky jednotliv´ ych struktur a se 3D modely molekul protein˚ u. Prvn´ı hodinu studenti nech´apali, proˇc se vlastnˇe jednotliv´e struktury rozliˇsuj´ı, podle jednoduch´ ych n´akres˚ u na tabuli si neumˇeli pˇredstavit ˇsroubovici s vyˇcn´ıvaj´ıc´ımi postrann´ımi ˇretˇezci aminokyselin nebo jak sloˇzit´a m˚ uˇze b´ yt terci´arn´ı a kvartern´ı struktura proteinu. Teprve dalˇs´ı hodinu, kdyˇz vidˇeli obr´azky a 3D modely protein˚ u, byli schopni odpov´ıdat na ot´azky typu - jak´ y je rozd´ıl mezi prim´arn´ı a sekund´arn´ı strukturou proteinu, kter´e vazby stabilizuj´ı tyto struktury nebo co ovlivˇ nuje skl´ad´an´ı protein˚ u. Stejnou zkuˇsenost jsem mˇela i s vysvˇetlov´an´ım procesu vysolov´an´ı, kter´ y sice studenti vidˇeli pˇri demonstraˇcn´ım pokusu, ale nech´apali hlavn´ı rozd´ıl mezi vysolov´an´ım a denaturac´ı. Teprve po prom´ıtnut´ı animace denaturace a vysolov´an´ı odpov´ıdali spr´avnˇe, ˇze pˇri vysolov´an´ı se struktura proteinu nemˇen´ı, zat´ımco pˇri denaturaci se naruˇsuj´ı prvky kvart´ern´ı, terci´arn´ı a sekund´arn´ı struktury. Pozitivnˇe hodnotila animace i pan´ı uˇcitelka z Gymn´azia Jana Nerudy. Do sv´e v´ yuky totiˇz jiˇz nˇekolik let nezaˇrazuje studentsk´e pokusy denaturace protein˚ u, protoˇze je studenti povaˇzuj´ı za nudn´e. Animace jsou podle n´ı pro studenty zaj´ımavˇejˇs´ı, kromˇe toho vysvˇetluj´ı proces i na molekul´arn´ı u ´rovni, coˇz studenti pˇri prov´adˇen´ı experimentu nevid´ı. Pan´ı uˇcitelka z Gymn´azia Jana Nerudy tak´e velmi ocenila plak´at k´odovan´ ych aminokyselin. Vyvˇesila ho v uˇcebnˇe chemie, protoˇze tam dosud podobnou pom˚ ucku pro v´ yuku aminokyselin nemˇela. S pouˇzit´ım rozˇsiˇruj´ıc´ıch text˚ u k t´ematu aminokyseliny a proteiny m´am dobrou zkuˇsenost. Pˇri testov´an´ı materi´al˚ u jsem do v´ yuky zaˇradila text o esenci´aln´ıch aminokyselin´ach, glutathionu, trval´e ondulaci, fenylketonurii a o prionech. Texty studenty zaujaly, ot´azky, kter´e je doprov´azej´ı, mnohdy vyvolaly diskuzi o dan´em t´ematu. Zapojili se i studenti, kteˇr´ı obvykle pˇri hodin´ach chemie aktivn´ı nejsou. Nˇekter´e d´ıvky potˇeˇsilo, kdyˇz objevily souvislost mezi u ´ˇcesy a oxidac´ı a redukc´ı zbytku cysteinu v proteinech, ostatn´ı zase pˇrekvapilo, ˇze priony, o kter´ ych mnohokr´at slyˇseli v souvislosti se smrteln´ ymi onemocnˇen´ımi, jsou proteiny 74
a nemoc zp˚ usobuje jen zmˇena jejich prostorov´eho uspoˇra´d´an´ı. Tyto texty byly pˇr´ıjemn´ ym oˇziven´ım v´ yuky nejen pro studenty, ale i pro mˇe jako uˇcitele, protoˇze ve studentech probudily alespoˇ n chvilkov´ y z´ajem o chemii. Hlavn´ı pˇr´ınos podp˚ urn´ ych materi´al˚ u pro v´ yuku aminokyselin a protein˚ u spatˇruji v grafick´em zpracov´an´ı, rozˇs´ıˇren´ı t´ematu o nˇekolik zaj´ımavost´ı (8 rozˇsiˇruj´ıc´ıch text˚ u) a podrobnost´ı, kter´e bˇeˇzn´e uˇcebnice neuv´adˇej´ı, a ve zn´azornˇen´ı proces˚ u denaturace a vysolov´an´ı na molekul´arn´ı u ´rovni. V´ yhodou je tak´e jejich flexibilita. Uˇcitel´e je budou m´ıt k dispozici v takov´e podobˇe, kterou budou moci sami upravovat. Mohou si je proto pˇrizp˚ usobit podle vlastn´ıch potˇreb a pˇredstav.
75
Kapitola 5 Z´ avˇ er V r´amci t´eto diplomov´e pr´aci byla provedena podrobn´a anal´ yza dostupn´ ych ˇcesk´ ych stˇredoˇskolsk´ ych uˇcebnic chemie, konkr´etnˇe jejich zpracov´an´ı t´emat aminokyseliny a proteiny. Tato anal´ yza odhalila nˇekter´e nedostatky v tˇechto uˇcebnic´ıch, pˇredevˇs´ım ˇspatn´e grafick´e zpracov´an´ı t´ematu, mal´e propojen´ı chemie s jin´ ymi pˇredmˇety nebo s bˇeˇzn´ ym ˇzivotem a mal´e mnoˇzstv´ı motivaˇcn´ıch prvk˚ u. C´ılem pr´ace bylo vytvoˇrit podp˚ urn´e materi´aly pro v´ yuku aminokyselin a protein˚ u, kter´e by stˇredoˇskolsk´e uˇcebnice doplnily a zm´ınˇen´e nedostatky eliminovaly. Tyto materi´aly byly vytvoˇreny a jejich souˇc´ast´ı je: PPT prezentace obsahuj´ıc´ı obr´azky a modely molekul protein˚ u, v´ ykladov´ y text k t´eto prezentaci, plak´at se strukturn´ımi vzorci a struˇcnou charakteristikou jednotliv´ ych skupin aminokyselin, interaktivn´ı animace denaturace a vysolov´an´ı vytvoˇren´e v programu Macromedia Flash, doplˇ nuj´ıc´ı texty zamˇeˇren´e na zaj´ımavosti z oblasti aminokyselin a protein˚ u, protokoly pro studentsk´e laboratorn´ı pr´ace a 3D modely molekul nˇekolika protein˚ u. C´ılem pr´ace vˇsak bylo tak´e ovˇeˇrit tyto materi´aly v praxi. Materi´aly byly proto vyuˇzity k v´ yuce aminokyselin a protein˚ u na dvou gymn´azi´ıch. Ve dvou tˇr´ıd´ach byly zad´any pretesty a posstesty, jejichˇz v´ ysledky lze shrnout do dvou hlavn´ıch bod˚ u. 1. Podp˚ urn´e materi´aly pomohly student˚ um l´epe pochopit princip rozliˇsov´an´ı jednotliv´ ych struktur protein˚ u a vztahy mezi strukturou aminokyselin a skl´ad´an´ım protein˚ u. V posttestu prok´azali studenti testovac´ı tˇr´ıdy (tˇr´ıda, ve kter´e byly materi´aly nasazeny) lepˇs´ı schopnost urˇcov´an´ı povahy postrann´ıch ˇretˇezc˚ u aminokyselin, vyj´adˇren´ı v´ yznamu nativn´ı konformace a denaturace protein˚ u, u ´spˇeˇsnˇeji dok´azali vybrat, kter´e vazby stabilizuj´ı jednotliv´e struktury protein˚ u, neˇz studenti tˇr´ıdy kontroln´ı (vyuˇcov´ani bez podp˚ urn´ ych materi´al˚ u).
76
2. Novˇe pˇripraven´e materi´aly vˇsak kladou menˇs´ı d˚ uraz na systematiku protein˚ u. Studenti testovac´ı tˇr´ıdy ˇcastˇeji neˇz studenti tˇr´ıdy kontroln´ı nedok´azali rozdˇelit proteiny do skupin napˇr. podle jejich rozpustnosti ve vodˇe nebo podle jejich funkce. Z tˇechto v´ ysledk˚ u lze usoudit, ˇze nasazen´ı podp˚ urn´ ych materi´al˚ u m˚ uˇze b´ yt pˇr´ınosn´e pro ˇ Materi´aly by vˇsak nemˇely slouˇzit jako jedin´a vyuˇcovac´ı pom˚ v´ yuku biochemie na SS. ucka, ide´aln´ı by bylo jejich pouˇzit´ı v kombinaci se stˇredoˇskolsk´ ymi uˇcebnicemi chemie.
77
Seznam pˇ r´ıloh na DVD 1. Powerpointov´a prezentace Aminokyseliny a proteiny s doprovodn´ ym textem (prezentace proteiny.ppt, text proteiny.doc) 2. Animace vytvoˇren´a v programu Macromedia Flash: denaturace protein˚ u vajeˇcn´eho b´ılku acetonem (denaturace aceton.swf), denaturace enzymu (denaturace enzym.swf), vysolov´an´ı protein˚ u vajeˇcn´eho b´ılku (vysolovani.swf) 3. Rozˇsiˇruj´ıc´ı texty (texty aminokyseliny.doc, texty proteiny.doc) • 21. k´odovan´a aminokyselina - Selenocystein • Kdo si tvoˇr´ı sv´e aminokyseliny u ´plnˇe s´am? • Syndrom ˇc´ınsk´ ych restaurac´ı • Obrana proti reaktivn´ım form´am kysl´ıku • Srpkovit´a anemie a mal´arie • Trval´a ondulace • Proteiny jako flexibiln´ı struktury – jak se stahuje sval? • Priony 4. Protokoly k laboratorn´ımu cviˇcen´ı na t´ema denaturace protein˚ u (PL denaturace.doc) 5. Plak´at se strukturn´ımi vzorci a struˇcnou charakterizac´ı 21 k´odovan´ ych aminokyselin (plakat AK.pdf) 6. 3D modely protein˚ u (sloˇzka 3D modely)
78
Literatura [1] Kudrnov´a, T. B´ılkoviny v uˇcivu chemie na z´akladn´ıch a stˇredn´ıch ˇskol´ach. Bakal´aˇrsk´a pr´ace PˇrF UK v Praze, katedra uˇcitelstv´ı a didaktiky chemie. 2008. [2] Steinbauerov´a, A. Sacharidy ve stˇredoˇskolsk´em vzdˇel´av´an´ı. Diplomov´a pr´ace PˇrF UK v Praze, katedra uˇcitelstv´ı a didaktiky chemie. 2009 [3] Roˇstejnsk´a, M. Stˇredoˇskolsk´a biochemie. Diplomov´a pr´ace PˇrF UK v Praze, katedra uˇcitelstv´ı a didaktiky chemie. 2004. [4] Kuˇcerov´a, O. Enzymy, vitam´ıny a hormony ve stˇredoˇskolsk´em vzdˇel´av´an´ı. Diplomov´a pr´ace PˇrF UK v Praze, katedra uˇcitelstv´ı a didaktiky chemie. 2009. [5] Tekslov´a, L. Zjiˇst’ov´an´ı efektivity uˇcebnic v´ ypoˇctem u ´ˇcelov´e funkce. Diplomov´a pr´ace PˇrF UK v Praze, katedra didaktik, metodologie a dˇejin pˇr´ırodn´ıch vˇed. 1984. [6] Nov´a maturita: http://www.novamaturita.cz/index.php, cit. 19. 10. 2009. [7] Ministerstvo
ˇskolstv´ı,
ml´adeˇze
a
tˇelov´ ychovy
(RVPG):
http://www.msmt.cz/vzdelavani/skolskareforma, cit. 19. 10. 2009. [8] Ministerstvo ˇskolstv´ı, ml´adeˇze a tˇelov´ ychovy (RVP obor aplikovan´a chemie): http://www.msmt.cz/vzdelavani/skolskareforma, cit.19. 10. 2009 [9] Valiˇsov´a, A.; Kas´ıkov´a, H. a kol. Pedagogika pro uˇcitele. Praha: Grada, 2007. ˇ ap, J. Psychologie v´ [10] C´ ychovy a vyuˇcov´an´ı. Praha: Karolinum, 1993. [11] Petty, G. Modern´ı vyuˇcov´an´ı. Praha: Port´al, 1996. [12] Pr˚ ucha, J. Modern´ı pedagogika. Praha: Port´al, 2002. [13] Halbych, J. Z´aklady didaktiky organick´e chemie II. Praha: Univerzita Karlova, 1985. 79
[14] Voet, D.; Voetov´a, J. Biochemie. Praha: Victoria publishing, 1995. ˇ [15] Cipera, J. Rozpravy o didaktice II. Praha: Karolinum, 2001. [16] Kaˇsp´arkov´a, L. Poˇc´ıtaˇce na z´akladn´ıch a stˇredn´ıch ˇskol´ach, v´ ysledky mezin´arodn´ıho ˇsetˇren´ı. Praha: Tauris, 2000. [17] Kubeˇs, J. a spol. Poˇc´ıtaˇce ve vyuˇcov´an´ı pˇr´ırodovˇedn´ ych pˇredmˇet˚ u. Plzeˇ n: Fraus, 2005. [18] Papp, L. V. a kol. From Selenium to Selenoproteins: Synthesis, Identity, and Their Role in Human Health. ANTIOXIDANTS & REDOX SIGNALING, Vol. 9, N. 7, 2007. [19] Kanzelsberger: http://www.kanzelsberger.cz, cit. 15. 4. 2010 [20] Mokrejˇsov´a, O. Modern´ı v´ yuka chemie. Praha: Triton, 2009
Literatura pouˇ zit´ a k tvorbˇ e v´ yukov´ ych materi´ al˚ u [21] Cherry, J.M. a kol. Genetic and physical maps of Saccharomyces cerevisiae. In: Nature 1997, 387, 67-73. [22] Williams, A.; Mamotte, C.; Burnett, J. R. Phenylketonuria: An Inborn Error of Phenylalanine Metabolism. In: Clin. Biochem. Rev. 2008, 29. [23] Spronsen, F. J. a kol. Phenylketonuria: tyrosine supplementation in phenylalaninerestricted diets. In: Am. J. Clin. Nutr. 2001, 73, 153–7. [24] Sang, J. H.; King, R. C. Nutritional Requirements of Axenically Cultured Drosophila Melanogaster Adults. In: Journal of Experimental Biology. 1961, 38, 793-809. [25] Natural health techniques: www.naturalhealthtechniques.com/dietnutrition/aminoacidlist1.htm, cit. 23. 11. 2009 [26] McKee T. A.; McKee J. Biochemistry. McGraw Hill Company, 1999. [27] Veganhealth: http://www.veganhealth.org/, cit. 16. 6. 2008 [28] Osel: www.osel.cz, cit. 2. 12. 2009
80
[29] MacKnight, Ch.; Rockwood, K. BOVINE SPONGIFORM ENCEPHALOPATHY AND CREUTZFELDT-JAKOB DISEASE: IMPLICATIONS FOR PHYSICIANS. In: Anadian medical association. 1996, 155, 5. [30] Protein data bank: http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do, cit. 28. 10. 2008 [31] Osel: www.osel.cz, cit. 28. 10. 2008 [32] Greenwood, N.; Earnshaw, A. Chemie prvk˚ u. Praha: Informatorium, 1993. [33] Richardson, R. More roles for selenoprotein P: local selenium storage and recycling protein in the brain. In: Biochem. J. 2005, 386, e5–e7. [34] Ikeda, K. New Saeasonings. In: Chem. Senses. 2002, 27, 847–849. [35] Walker, R.; Lupien, J. R. The Safety Evaluation of Monosodium Glutamate. In: J. Nutr. 2000, 130, 1049S–1052S. [36] Freeman, M. Reconsidering the effects of monosodium glutamate: A literature review. In: Journal of the American Academy of Nurse Practitioners. 2006, 18, 482–486. [37] Sugimoto, K.; Ninomiya, Y. Introductory Remarks on Umami Research: Candidate Receptors and Signal Transduction Mechanisms on Umami. In: Chemical Senses. 2005, 30, i21-i22. [38] Auchere F. a spol. Glutathione-dependent redox status of frataxin-deficient cells in a yeast model of Friedreich’s ataxia. In: Human Molecular Genetics. 2008, 17, 18. [39] Brdiˇcka, R. Srpkovit´a anemie. In: Vesm´ır. 1994/3, 73, 144. [40] Vodr´aˇzka, Z. Biochemie. Praha: Academia, 1996.
81