Главная » Отпуск » Модель структуры белка своими руками. Изваяние невидимого

Модель структуры белка своими руками. Изваяние невидимого

И теоретической химии и применяется в биотехнологии (при создании новых ) и в медицине (в фармацевтике). Результативность развития методов предсказания оценивается в рамах всемирного эксперимента , промежуточные итого которого подводятся один раз в два года, начиная с 1994 года.

В 1960-х годах американский биохимик Кристиан Анфинсен предложил термодинамическую гипотезу, согласно которой атомы молекул белка, в естественных условиях, заключаются в термодинамически стабильную , что соответствует минимуму свободной энергии системы. Иными словами, белок принимает определенную пространственную форму в результате ограничений, диктуемых композицией и физико-химическими свойствами , его формирующих.

В свою очередь, белковые молекулы со схожей пространственной структурой обычно играют схожую биологическую роль в процессах клеточного уровня. Таким образом, структура белка может рассматриваться в качестве промежуточного звена между химическим составом (первичной структурой) и функцией белка.

Большинство аминокислотных последовательностей белков сегодня получают методом трансляции генов из нуклеотидных последовательностей , которые определяются широкомасштабными исследовательскими проектами – такими, например, как проект «Геном человека» .

Вместе с тем, методы экспериментального определения структуры белка технологически сложны, дороги и значительно (более чем на два порядка) отстают в производительности от методов определения химического состава. По состоянию на март 2010 года, в публичных базах данных были депонированы почти 10000000 последовательностей белков, и это количество продолжает увеличиваться стремительными темпами, при том, что усилиями крупных мировых центров структуральной генетики, централизованную базу данных структур белков удалось наполнить только 60000 структурами. Предполагается, что заполнить пробел между количеством последовательностей и структур белков можно исключительно методом теоретического предсказания структуры белков.

Решение данной проблемы означает открытие широких возможностей для внедрения и совершенствования самых различных биотехнологий (сегодня компьютерное предсказание структуры белка используется в биологии и медицине, в частности при разработке лекарств).

Знание структуры белка может подсказать потенциальных партнеров для белковой взаимодействия и, тем самым, подтолкнуть исследователей к разработке или совершенствованию новых , объяснить проведенных мутаций, косвенно, помочь в определении места для проведения мутаций с целью изменения определенных фенотипов.

Методы предсказания структуры белков

Предсказания структуры белков является сложной задачей по многим причинам:

Во-первых, количество возможных пространственных конфигураций белков достаточно велико,
Во-вторых, физические основы структурообразования белков и их стабильности еще не до конца изучены.

Для достижения успеха в построении модели для предсказания структуры белка, изначально должна быть разработана стратегия эффективного перестроения пространства возможных структур и выбора наиболее вероятных кандидатов на нативную структуру .

Сегодня существуют два основных, концептуально различных метода сужения пространства поиска структурных конформаций белков:

Методы предсказания первого типа используют предположение, что искомая структура белка может быть похожей на одну или нескольких известных структур белков, или, по крайней мере, быть составлена из элементарных конструкционных блоков таких белков.

Методы предсказания второго типа не используют информацию об известных структурах, базируясь преимущественно на упрощенных энергетических потенциалах, используя для моделирования приближенные стратегии поиска минимума энергетического ландшафта.

Предсказания структуры белка по образцу (шаблону)

Если среди известных структур белка удается найти такие, для которых можно предположить, что они могут быть, в определенной степени, схожи с объектом моделирования (предсказания), значит их можно использовать в качестве шаблона (образца) для построения модели. Данный метод гомологического моделирования называется «предсказание структуры белка по образцу (по шаблону») (Template-based modeling).

Шаблоны (образцы) предсказания могут быть найдены с помощью методов непосредственного сравнения аминокислотных последовательностей (Comparative modeling methods), , или более комплексных методов для распознавания структурно схожих белков при слабом или практически невыявленном сходстве последовательностей (fold recognition / threading methods).

Последняя группа методов основана на том принципе, что структура является эволюционно консервативной, в отличие от последовательности, и, иногда, возможно найти родственные белки с непохожими последовательностями, а потом попытаться «проследить» последовательность искомого белка через структуру шаблона. Теоретически, подобные белки можно выявить, сконструировав и сравнив профили последовательности искомого белка и известных структур.

Предсказание структуры белка по образцу (шаблону) имеет огромный практический потенциал, так как если известна структура хотя бы одного белка семьи , значит можно попробовать построить модели для практически каждого белка в данной семье. С наполнением базы данных структур, данное моделирование становится возможным для всё большего количества белков.

Бесшаблонное методы предсказания структуры белков

Если найти шаблон для предсказания структуры белка одним из вышеупомянутых методов не удается, в этой ситуации применяются бесшаблонные методы (Template-free / de novo methods). К бесшаблонным методам предсказания относятся фрагментные методы и чисто физические методы.

Бесшаблонное предсказание структуры белков методом молекулярной динамики с энергетической функцией (в частности, молекулярной динамики и метода Монте-Карло, с использованием преимущества распределенных и параллельных вычислений), учитывающей детали взаимодействия на атомном уровне, сегодня практически нереализуемо из-за высоких требований к вычислительным ресурсам. Именно по этой причине, большинство ab initio методов использует упрощенную атомную структуру белков.

Фолдинг небольших альфа-спиральных белковых доменов, например, белка был успешно предсказан in silico . Благодаря применению гибридных методов предсказания, сочетающих стандартную молекулярную динамику с квантовой механикой, было исследованы электронные состояния зрительного пигмента родопсина.

Бесшаблонные методы предсказания структуры белка являются менее надежными, нежели шаблонные, однако они позволяют сконструировать модели, имеющие общую форму (англ. – Fold), близкую к нативной структуре искомого белка.

Примечания

Примечания и пояснения к статье «Предсказание (моделирование) структуры белка».

Белок , протеин, protein – высокомолекулярное органическое вещество, состоящее из альфа-аминокислот, объединенных пептидными связями (образующимися, когда аминогруппа одной аминокислоты и карбоксильная группа другой аминокислоты реагируют с выделением молекулы воды). Существуют две класса белков: простой белок , при гидролизе распадающийся исключительно на аминокислоты, и сложный белок (холопротеин, протеид), содержащий простетическую группу (подкласс кофакторов), при гидролизе сложного белка, кроме аминокислот, освобождается небелковая часть или продукты ее распада. Белки-ферменты ускоряют (катализируют) протекание биохимических реакций, оказывая существенное влияние на процессы обмена веществ. Отдельные белки выполняют механические или структурные функции, образуя цитоскелет, сохраняющий форму клеток. Помимо прочего, белки играют ключевую роль в сигнальных системах клеток, при иммунном ответе и в клеточном цикле. Белки являются основой для создания мышечной ткани, клеток, тканей и органов у человека.
Молекулярное моделирование , ММ, Molecular modelling – собирательное название методов исследования свойств и структуры молекул с использованием вычислительной техники и последующей визуализацией результатов, что, в итоге, обеспечивает их трехмерное представления при заданных в расчете условиях.
in silico – термин, обозначающий компьютерную симуляцию (моделирование) эксперимента, обычно биологического. Корни термина in silico ведут к терминам in vitro (в пробирке) и in vivo (в живом организме). in silicio буквально означает «в кремнии», символизируя, тем самым, кремний, как полупроводниковый материал, играющий важную роль в создании кремниевых микросхем, использующихся в производстве компьютерной техники.
Дизайн белка , protein design – рациональная конструкция новых белковых молекул, свернутых в целевой структуре белка, с целью проектирования его новых функций и / или поведения. Благодаря дизайну, белки могут быть разработаны как заново (новый белок), так и путем изменения уже существующих, на базе известной структуры белка и его последовательности (реконструкция).
Третичная структура , трехмерная структура – пространственное строение (включая конформацию) всей молекулы белка, иной макромолекулы, состоящей из единственной цепи.
Биоинформатика – совокупность подходов и методов, использующихся, в частности, в биофизике, биохимии, экологии, включающих в себя математические методы компьютерного анализа в сравнительной геномике, разработку программ и алгоритмов для предсказания пространственной структуры биополимеров, исследование стратегий, соответствующих вычислительных методологий, а также общее управление информационной сложности биологических систем. В биоинформатике используются методы прикладной математики, информатики и статистики.
Ферменты , энзимы, enzymes – как правило, белковые молекулы или рибозимы (молекулы РНК) либо их комплексы, катализирующие (ускоряющие) химические реакции в живых системах. Ферменты, как и все белки, синтезируются в виде линейной цепочки аминокислот, сворачивающихся определенным образом. Каждая последовательность аминокислот сворачивается особым образом, в результате чего, получающаяся белковая глобула (молекула) обладает уникальными свойствами. Ферменты присутствуют во всех живых клетках и способствуют превращению одних веществ в другие. Ферментативная активность может регулироваться ингибиторами и активаторами (ингибиторы – понижают, активаторы – повышают). По типу катализируемых реакций ферменты подразделяются на шесть классов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы. Для осуществления катализа, отдельным ферментам необходимы компоненты небелковой природы – кофакторы. Кофакторы могут быть как неорганическими (железо-серные кластеры, ионы металлов, в том числе), так и органическими (гем, флавин, в том числе) молекулами. Органические кофакторы, прочно связанные с ферментом, называются простетическими группами. Кофакторы органической природы, способные отделяться от фермента, называют коферментами.
Критическая оценка предсказания белковых структур , Critical Assessment of protein Structure Prediction, CASP – масштабный эксперимент по предсказанию белковых структур, считающийся всемирным соревнованием в науке структурного моделирования. Основной целью CASP является координация усилий в улучшении методов определения трехмерной структуры белков из их аминокислотных последовательностей. В рамках CASP происходит объективное тестирование методов предсказания белковых структур с последующей независимой оценкой структурного моделирования. В эксперименте, на постоянной основе, участвует свыше 100 исследовательских групп.
Кристиан Бемер Анфинсен , Christian Boehmer Anfinsen (1916 – 1995 гг.) – американский биохимик, лауреат Нобелевский премии по химии 1972 года (совместно со Стэнфордом Муром и Уильямом Стайном), «за работу по установлению связи между аминокислотной последовательностью рибонуклеазы А и её биологически активной конформацией» .
Конформация – пространственное расположение атомов в молекуле определенной конфигурации, обусловленное поворотом вокруг одной или нескольких одинарных сигма-связей.
Аминокислота – органическое соединения, являющееся строительным материалом для белковых структур, мышечных волокон. Организм использует аминокислоты для собственного роста, укрепления и восстановления, для выработки различных гормонов, ферментов и антител.
Дезоксирибонуклеиновая кислота , ДНК, deoxyribonucleic acid, DNA – одна из трех основных макромолекул (две другие РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК хранит информацию о структуре различных видов РНК и белков. С химической точки зрения, ДНК представляет собой длинную полимерную молекулу, состоящую из повторяющихся блоков – нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания (цитозин, тимин, гуанин и аденин), сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счет дезоксирибозы и фосфатной группы. В подавляющем большинстве случаев (за исключением отдельных вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу. Цепи переплетены между собой в виде спирали, откуда и пошло название структуры молекулы ДНК – «двойная спираль».
, Проект Человеческий Геном, The Human Genome Project, HGP – международный научно-исследовательский проект, главной целью которого являлось определение последовательности нуклеотидов, составляющих ДНК, и идентификация 20-25 тысяч генов в человеческом геноме. Проект начался в 1990 году под эгидой Национальных институтов здравоохранения США, в 2000 году был выпущен рабочий черновик структуры генома, полный геном – в 2003 году. Основной объём секвенирования был выполнен в университетах и исследовательских центрах США, Великобритании и Канады.
Protein Data Bank , PDB – банк данных 3-D структур белков и нуклеиновых кислот, полученных методами рентгеновской кристаллографии или ЯМР-спектроскопии. PDB является одним из важнейших ресурсов для ученых, работающих в области структурной биологии.
Антитела , иммуноглобулины, ИГ, antibody, Ab, immunoglobulins, Ig, – класс сложных белков гликопротеинов, присутствующих в виде растворимых молекул в тканевой жидкости и в сыворотке крови, в виде мембраносвязанных рецепторов на поверхности B-лимфоцитов. Антитела способны крайне избирательно связываться с конкретными видами молекул (которые, в связи с чем называются антигенами). У человека выделяют пять классов антител (иммуноглобулинов), различающихся между собой по строению и аминокислотному составу тяжелых цепей и по выполняемым эффекторным функциям – IgG, IgA, IgM, IgD и IgE. Антитела являются важнейшим фактором специфического иммунитета, используются иммунной системой для идентификации и нейтрализации чужеродных объектов – вирусов и бактерий, в том числе.
Фенотип (от греческих `6,^5,^3,_7,`9, – «обнаруживаю, являю» и `4,a3,`0,_9,`2, – «пример, образец, шаблон») – совокупность характеристик, присущих индивиду на определенной стадии развития (в результате онтогенеза). Фенотип формируется на базе генотипа, опосредованного рядом внешнесредовых факторов.
Виллин – тканеспецифичный белок массой 92,5 кДа, связывающий актиновые филаменты щеточных каемок. Виллин содержит повторяющиеся гельзолин-подобные домены, увенчанные небольшой (8,5 кДа) «головкой» на C-конце, состоящей из быстро и независимо формирующихся трехспиральных последовательностей, стабилизированных гидрофобными взаимодействиями. Функции виллина до конца не изучены, однако предполагается, что он принимает участие в нуклеации, образовании, соединении в пучки и разрезании актиновых филаментов .

При написании статьи о структуре белка, а также о методах предсказания (моделирования) структуры белка, в качестве источников использовались материалы информационных и справочных интернет-порталов, сайтов новостей NCBI.NLM.NIH.gov, ProteinStructures.com, Stanford.edu, ScienceDaily.com, Genome.gov, FASTA.Bioch.Virginia.edu, FEN.NSU.ru, SGU.ru, VIGG.ru, Википедия, а также следующие печатные издания:

Гинтер Е. К. «Медицинская генетика. Учебная литература для студентов медицинских вузов». Издательство «Медицина», 2003 год, Москва ,
Скальный А. В., Рудаков И. А. «Биоэлементы в медицине» Издательство «Оникс», 2004 год, Москва ,
Мюльберг А. А. «Фолдинг белка» Издательство «Издательство Санкт-Петербургского государственного университета», 2004 год, Санкт-Петербург ,
Стефанов В. Е., Мавропуло-Столяренко Г. Р. «Анализ структуры белков методами биоинформатики». Издательство «Золотое сечение», 2007 год, Санкт-Петербург ,
Коничев А. С., Севастьянова Г. А. «Молекулярная биология. Высшее профессиональное образование». Издательство «Академия», 2008 год, Москва ,
Новоселецкий В. (редактор) «Структура и функционирование белков. Применение методов биоинформатики. Под руководством Даниэля Джона Ригдена». Издательство «URSS», 2014 год, Москва . (1 votes, average: 5,00 out of 5)

Это биологические молекулы, выполняющие тысячи специфических функций внутри каждой клетки живого организма. Белки синтезируются в рибосомах в виде длинной полипептидной нити, но затем быстро сворачиваются в свою естественную («нативную») пространственную структуру. Этот процесс называется фолдинг белка. Может показаться удивительным, но этот фундаментальный процесс до сих пор плохо понят на молекулярном уровне. В результате предсказать нативную структуру белка по его аминокислотной последовательности пока не удается. Для того чтобы почувствовать хотя бы некоторые нетривиальные аспекты этой задачи, попытаемся решить ее для следующей исключительно простой модели белковой молекулы.

Пусть белок состоит из совершенно одинаковых звеньев, последовательно соединенных друг с другом (рис. 1). Эта цепочка может изгибаться, и для простоты будем считать, что она изгибается не в пространстве, а только в плоскости. Цепочка имеет определенную упругость на изгиб: если направления двух соседних звеньев образуют угол α (измеряемый в радианах), то такое соединение повышает энергию молекулы на A α 2 /2, где A - некоторая константа размерности энергии. Пусть также у каждого звена по бокам имеется два «контактных участка», которыми звенья могут склеиваться. Каждая такая склейка обладает энергией –B (то есть она понижает энергию цепочки на величину B ). Наконец, будем предполагать, что B меньше A (то есть цепочка достаточно упруга).

Задача

Какая конфигурация молекулы из N звеньев будет наиболее энергетически выгодной? Исследуйте , как меняется эта конфигурация с ростом N .

Подсказка

Наиболее энергетически выгодной является конфигурация с минимальной энергией. Поэтому надо придумать, как устроить большое число «склеек» звеньев (каждая их которых понижает энергию), но при этом не слишком резко изгибать цепочку, чтобы чересчур сильно не увеличивать ее упругую энергию.

В этой задаче не требуется искать абсолютно точную форму цепочки для каждого конкретного числа звеньев. Надо лишь описать характерные «узоры», которые будут возникать при оптимальном фолдинге этой «белковой молекулы», и найти, при каком примерном N молекуле выгодней перестроиться из одной конфигурации в другую.

Решение

Энергия абсолютно прямой цепочки равна нулю. Для того чтобы понизить ее, некоторые звенья должны слипнуться. Но для этого цепочка должна организовать петлю, и наличие петли повышает энергию. Если петля слишком длинная, то большое количество звеньев, которые могли бы связаться друг с другом, остаются без связи. Эти звенья можно соединить, словно на застежке-молнии, укоротив тем самым петлю, но от этого увеличится ее энергия упругости. Поэтому надо найти такую оптимальную длину петли, при которой силы упругости, расширяющие петлю, и силы связи, ее «застегивающие», сбалансированы.

Энергия петли

Пусть имеется петля из m несклеенных звеньев (рис. 2). Характерный угол между соседними звеньями в ней - примерно 2π/m . (На самом деле, этот угол меняется от звена к звену, поскольку наиболее выгодная форма петли вовсе не круговая, но для приближенного исследования наша оценка вполне пойдет.) Таких соединений имеется m штук, поэтому петля обладает энергией 2π 2 A /m . Застегнем ее еще на одно звено. Тогда петля станет короче на два звена, а энергия всей цепочки изменится на величину

Если же, наоборот, разорвать одну связь, то энергия цепочки изменится на

Петля из m звеньев является оптимальной, когда оба эти изменения энергии положительны, то есть с энергетической точки зрения петлю невыгодно ни удлинять, ни укорачивать. Поскольку B много меньше A , ясно, что величина m получится значительно больше единицы. Поэтому для примерной оценки оптимального m эти два неравенства можно заменить одним равенством:

Таким образом, оптимальная длина петли примерно равна

Во всех последующих формулах под буквой m будет подразумеваться именно оптимальная длина петли. Наконец, полезно найти энергию упругости такой оптимизированной петли; она получается равной

Это выражение (энергия петли в m /2 раз больше величины B ) очень удобно для дальнейших вычислений.

Когда появляется петля?

Теперь легко выяснить, при цепочке какой длины будет выгоднее не оставаться прямой, а свернуться в петлю с «двойным хвостиком» длины n . Для этого нужно, чтобы полная энергия такой конфигурации была отрицательна:

Таким образом, если длина цепочки N > m + 2(m /2) = 2m , то ей выгоднее образовать петлю.

Когда появляется вторая петля?

«Двойной хвостик» - это не максимально удобная конфигурация, поскольку в каждом звене «работает» только один из контактных участков, а хотелось бы, чтоб работали оба, хотя бы у некоторых звеньев. Это можно устроить, образовав вторую петлю (рис. 3).

Условие для перехода к двумя петлям, E 1 > E 2 , тогда даст N > 8m .

Очень длинная цепочка

Когда цепочка становится очень длинной, ее удобно сворачивать так, чтобы как можно большее количество звеньев было склеено обоими своими контактными участками. Таким образом мы получаем конфигурацию, напоминающую обрамленное петельками полотно. Если закрыть глаза на то, что соседние петли мешают друг другу, можно провести аналогичное вычисление и найти наиболее выгодное количество петель для заданного N (оно растет пропорционально квадратному корню из N ). Если же учесть, что петли мешают друг другу, то вычисления резко усложнятся. Однако общая структура останется той же: наиболее выгодным будет плоское полотно некоторой формы, обрамленное по краям петельками. Желающие могут попробовать найти оптимальную форму полотна с помощью компьютерного моделирования, а также поразмышлять над аналогичной задачей в трехмерном пространстве.

Послесловие

Эта простая задача, конечно же, не может отразить ни закономерностей фолдинга настоящих белковых молекул, ни тех методов современной теоретической физики, которые применяются при описании белков и полимеров (эта область деятельности, кстати, является вполне серьезным разделом физики конденсированных сред). Цель этой задачи состояла лишь в демонстрации того, как «количество переходит в качество», то есть как при изменении лишь одного численного (а не качественного) параметра задачи может принципиально меняться ее решение.

Задачу можно было бы сделать чуть более «живой» и интересной, если ввести ненулевую температуру. В этом случае оптимальная конфигурация определялась бы не только энергией, но и энтропией, она бы тогда отвечала минимуму так называемой свободной энергии молекулы. При изменении температуры тогда происходил бы настоящий фазовый переход, при котором молекула сама бы распрямлялась, сворачивалась или перестраивалась из одной формы в другую. К сожалению, такая задача потребует методов, которые выходят за рамки школьной программы.

Любопытно также заметить, что теоретическое изучение фолдинга белков вовсе не сводится к одному лишь численному моделированию. В этой, казалось бы, «прямолинейной» задаче вскрываются довольно нетривиальные математические тонкости . Более того, имеются даже работы , в которых для описания этого процесса привлекаются методы квантовой теории поля и теории калибровочных взаимодействий.

Потренироваться на практике в поиске оптимальной конфигурации белка можно на сайте Fold.it .

Каким быть автоконструкторскому кружку? Какие в нем следует строить автомобили? Как организовать занятия? Эти да и многие другие вопросы были затронуты в недавних публикациях М. Л. Ларкина и И. Ф. Рышкова «Проект - модель - машина» и «Конструктору автомобилей - авто-конструктор!» («М-К» № 1, 1979 г.). Более всего наших читателей заинтересовала техническая сторона дела - устройство модульного микроавтомобиля. Сегодня мы предлагаем последнюю разработку автоконструкторской лаборатории КЮТа Сибирского отделения Академии наук СССР - микроавтомобиль «Белка».

У этого небольшого, изящного прогулочно-спортивного «джипа» всего за полчаса можно коренным образом изменить весь облик. Стоит переставить два-три элемента конструкции - и перед вами багги. А если появится желание прекратить «Белку» в туристский автомобиль, то достаточно установить на нее съемный тент-обтекатель. Без особого труда превращается она и в легкий грузовичок. При необходимости автомобиль легко разбирается и складывается в собственный грузовой кузов, как в коробку.

Несмотря на сравнительно небольшие размеры («Белка» свободно размещается даже на письменном столе!), это не игрушка, а самый настоящий автомобиль. Его скорость около 40 км/ч, а горючего в бензобаке хватает на 100 км пути.

Как возникла идея модульного автомобиля? Прежде всего нас не устраивали сроки проектирования и строительства «традиционных» машин - наши мальчишки успевали вырасти, окончить школу и уйти из клуба, так и не сев ни разу за руль.

Не подходили для нас и схемы с использованием каркаса и нетехнологичных в условиях кружка профилированных панелей. Такие конструкции, помимо того, что на их воплощение требуется слишком много времени и сил, к тому же абсолютно неизменяемы - другую машину сделать на базе старой весьма затруднительно. Строить же новый автомобиль без использования элементов старого накладно.

1 - поперечная рессора, 2 - поперечная тяга, 3 - маятник передней подвески, 4 - проушина крепления передней подвески, 5 - хребтовая рама, 6 - рычаг запуска двигателя, 7 - поперечная балка рамы, 8 - проушины крепления маятника задней подвески, 9 - маятник задней подвески, 10 - заднее колесо, 11 - продольная рессора, 12 - двигатель ВП-150.

И последнее, что побудило взяться за разработку трансформируемого микроавтомобиля, - это проблема хранения. Число наших разработок медленно, но неуклонно возрастало; несколько машин мы держали в лаборатории, остальные - в гараже. Интерес к ним пропадал, поскольку ребятам хотелось попробовать силы в строительстве именно своего автомобиля, и постепенно труд нескольких поколений кружковцев превращался в металлолом.

Все это и заставило нас обратиться к принципиально новой идее - спроектировать многоцелевой блочный (модульный) автомобиль.

Были, правда, и возражения: некоторые думали, что проектирование такой машины поставит юного конструктора в жесткие рамки, мешающие полету творческой фантазии. Но большинство ребят склонилось к мысли, что этого не произойдет. Наоборот, ограничения в конструкции дадут возможность юному автостроителю проявить максимум изобретательности при проработке собственного варианта на базе стандартного набора элементов.

Давайте теперь мысленно откроем коробку-кузов и рассмотрим, из чего складывается основа автоконструктора.

Кузов «Белки»-грузовичка представляет собой ящик, собранный из шестимиллиметровой фанеры и окантованный дюралюминиевым уголком. Сверху лежат детали водительского кресла - спинка и сиденье. Они простые - основание (фанера толщиной 6 мм) с наклеенным на него поролоном обтянуто искусственной кожей красного цвета. Габаритные размеры сиденья 570X300 мм.

Под деталями сиденья лежит стальной лист 720X510 мм толщиной 2 мм, оклеенный с одной стороны рифленой резиной, - это днище автомобиля. Двенадцать отверстий Ø 4 мм по кромке листа предназначены для крепления пола к кузову.

Вынув днище, вы обнаружите под ним шесть бортовых панелей, являющихся основой кузова автомобиля, поскольку практически все остальные элементы корпуса крепятся к ним.

В центре ящика между бортовыми панелями оставлено место для четырех колес 3,50-5 модель В-25 А. В них вложены восемь колесных дисков и две ступицы с подшипниками и осями в сборе с поворотными цапфами и продольными тягами.

Еще ниже лежат две качалки переднего моста, сваренные из газовых труб с внешним Ø 20 мм. Здесь же находится и подмоторная рама, служащая одновременно основанием заднего моста и его подвеской. Сварена она из газовый труб Ø 30 мм.

В тот же ящик-кузов уложена и хребтовая рама автомобиля квадратного сечения 40X40 мм с приваренными к ней проушинами для крепления качалок переднего и заднего мостов. Под рамой лежат две рессоры (передняя - поперечная и задняя - продольная) и четыре стремянки с наклад« нами для крепления подвески к раме. Полосы рессор можно подобрать от автомобиля «Москвич» любой марки.

В комплект конструктора входят также рулевое колесо, рулевая колонка с кронштейнами и поводками и поперечные тяги с шарнирами. В отдельном пакете - педали управления дроссельной заслонкой карбюратора, сцеплением и тормозами. На самое дно кузова уложены панель капота, ветровое стекло, задняя опора спинки сиденья (она же - капот бензобака), передние и задние крылья, приборный щиток и два стальных уголковых профиля 20X20 мм длиной 720 мм. В специальном отсеке находятся фары и подфарники, габаритные огни, тросы, спидометр, тумблеры, комплект элементов электропроводки и пакет крепежных деталей - болтов, винтов, шайб и гаек. Не забыты и торцевые гаечные ключи, отвертки.

Двигатель ВП-150 упакован вместе с бензобаком, шлангом бензопровода и кикстартером в отдельном ящике.

Комплект деталей автомобиля налицо. Попытаемся теперь вместе собрать один из вариантов автоконструктора, в частности, микроавтомобиль «Белка»-«джип».

Начинать сборку лучше всего с шасси. Для этого на монтажную площадку следует уложить хребтовую раму и к ней двумя болтами М10 шарнирно подсоединить подмоторную раму и качалки переднего моста. Концы передней поперечной рессоры вводим в опорные скобы качалок переднего моста, а центр ее закрепляем двумя стремянками на раме.

В левую втулку подмоторной рамы вставляется вал двигателя, а сам он пристыковывается к раме двумя стопзрнымй болтами. Ось свободно катящегося колеса с подшипниками и обоймой вставляется в правую втулку подмоторной рамы. После этого можно монтировать заднюю продольную рессору, один из концов которой должен находиться в опорной скобе подмоторной качающейся рамы, а другой фиксируется двумя стремянками на хребтовой раме.

Теперь приступим к монтажу задних колес. Первым делом следует собрать с помощью трех болтов и гаек покрышку с камерой и оба диска и накачать колесо. Колеса насаживаются на шпильки ступиц задних осей, снаряженных тормозными колодками и дисками. Задний мост, таким образом, оказывается полностью собранным.

1 - эмблема, 2 - приборный щиток, 3 - капот, 4 - опора спинки, 5, 17 - боковины заднего крыла, 6, 18 - основание кузова, 7, 13 - бортовые панели, 8, 14 - боковины переднего крыла, 9, 15, 16 - передние и задние крылья (размеры в скобках - для задних крыльев), 10 - передняя панель, 11 - накладка, 12 - днище, 19 - задняя панель.

Следующий этап - сборка переднего моста. Сначала на кулаки качалок устанавливаются две поворотные цапфы с полуосями передних колес, закрепляются шкворнями И шплинтуются. На полуоси надеваются ступицы с запрессованными в них подшипниками. Сборка передних колес кичем не отличается от соответствующих операций с задними.

Остается поставить на место рулевую колонку и поперечные тяги, и работу над шасси можно считать законченной.

Теперь настала очередь кузова. Для начала возьмем пару панелей основания кузова и скрепим их четырехмиллиметровыми болтами. Далее монтируем бортовые панели, крылья с обязательной вставкой шумопоглощающих элементов. В передней и задней частях кузова в образовавшиеся при сборке проемы устанавливаем два распорных уголка и закрепляем их четырьмя болтами. К отбортовкам крыльев приворачиваем днище.

Далее последовательно закрепляются капот (не забудьте о прокладках!), ветровое стекло, приборный щиток (крепится винтами-саморезами), передние фары и задние габаритные огни. И в заключение в готовый корпус устанавливается бензобак, а на приборную доску - спидометр, тумблеры и замок зажигания. Корпус почти собран, остается поставить на место педали и рычаги управления и смонтировать электропроводку.

Теперь кузов можно стыковать с шасси, установить тросики управления и бензопровод. Автомобиль «Белка»-«джип» собран. Можно отправляться в путь.

М. ЛАРКИН, руководитель лаборатории опытного

моделирования и конструирования КЮТа СО АН CCCР

Разделы: Биология

Темы, изучаемые в разделе общая биология, по сравнению с материалом ботаники, зоологии, вызывают у учащихся затруднения в понимании и запоминании. Как заставить себя запомнить непонятный, сложный материал урока? Задача учителя так преподнести непонятную тему, чтобы ученик не заметил ни одного сложного момента.

Память процесс сложный. К процессам памяти относятся запоминание, воспроизведение, сохранение, а также забывание материала.

Запоминание – процесс запечатления в сознании поступающей информации в виде образов, мыслей (понятий), переживаний и действий.Объясняя сложную тему курса общей биологии, учитель может использовать образные приемы запоминания (перевод информации в образы, графики, схемы, картинки). Образная память бывает разных типов: зрительная, слуховая, моторно-двигательная, вкусовая, осязательная, обонятельная, эмоциональная. По степени активности протекания этого процесса принято выделять два вида запоминания: непреднамеренное (или непроизвольное) и преднамеренное (или произвольное).

Сохранение - процесс активной переработки, систематизации, обобщения материала, овладения им. Сохранение заученного зависит от глубины понимания. Хорошо осмысленный материал запоминается лучше.

Успешность воспроизведения зависит от умения восстановить связи, которые были образованы при запоминании, и от умения пользоваться планом при воспроизведении.

Забывание - естественный процесс. Многое из того, что закреплено в памяти, со временем в той или иной степени забывается. И бороться с забыванием нужно только потому, что часто забывается необходимое, важное, полезное. Забывается в первую очередь то, что не применяется, не повторяется, к чему нет интереса , что перестает быть для человека существенным. Детали забываются скорее, обычно дольше сохраняются в памяти общие положения, выводы.

Забывание может быть обусловлено различными факторами. Первый и самый очевидный из них - время. Менее часа требуется, чтобы забыть половину механически заученного материала.

Для уменьшения забывания необходимо:

понимание, осмысление информации;
повторение информации.

Итак, из выше изложенного можно сделать вывод, сохраняется в памяти тот материал урока, который учеником понят, осмыслен и вызывает у него интерес, не вызывает затруднений.

Для облегчения восприятия материала, процесса синтеза белка в клетке, который по-другому называется трансляцией , использую динамическую схему-модель этого процесса. Данную модель можно быстро и легко изготовить, используя плотную бумагу, цветную бумагу, ножницы и клей.

Этапы изготовления динамической модели:

Из плотной бумаги вырезаем модель рибосомы (фото 1);
Между малой и большой субъединицами слева и справа делаем два больших разреза (фото 2);
Из плотной бумаги вырезаем полоску шириной чуть меньше высоты разрезов на рибосоме – это модель информационной РНК (фото 3);
Измеряем расстояние между разрезами на модели рибосомы, делим полученный результат на два;
На модель иРНК наносим итоговый результат (фото 3);
Из цветной бумаги вырезаем прямоугольники и приклеиваем их на модель иРНК (фото 4). Каждый цветной квадратик символизирует триплет нуклеотидов. На фото 4 хорошо видно, что рибосома, двигаясь по иРНК, захватывает два кодона (триплета);
Из плотной бумаги изготавливаем модели транспортных РНК (фото 5);
На тРНК. на верхушке, расположен триплет нуклеотидов, который комплементарен соответствующему кодону иРНК. Он получил название антикодон. К верхней части тРНК, антикодону, приклеиваем полоски цветной бумаги (фото 6);
Из плотной цветной бумаги вырезаем модели аминокислот (фото 7);
На иРНК, на акцепторном конце тРНК, который является «посадочной площадкой» для аминокислоты, на аминокислотах делаем разрезы (фото 8, 9);
Модели рибосомы, иРНК, тРНК, аминокислот готовы.

Использование динамической модели для объяснения процесса трансляции.

Трансляция – это перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот молекулы белка.

Ученикам очень трудно представить, как работает рибосома, как осуществляется перевод с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Понять данный процесс поможет сделанная модель.

На доске закрепляем, (используя скотч) модель рибосомы с иРНК (фото 10);
Рибосома захватывает два триплета - кодона (фото 10);
Закрепляем тРНК с аминокислотами к иРНК, используя принцип комплементарности, в данном случае цвет кодона, антикодона, аминокислоты. Комплементарность (от латинского complementum) – дополнение. (фото 11);
Начало будущего белка обозначается триплетом АУГ (на схеме квадратик синего цвета), который является знаком начала трансляции. Так как этот кодон кодирует аминокислоту метионин, то белки (за исключением специальных случаев) начинаются с метионина.
Аминокислота метионин (на схеме она синего цвета), отделяется от тРНК и присоединяется к аминокислоте на соседней тРНК с образование пептидной связи. Так начинает расти цепочка белка. (фото 12);
Первая тРНК отделяется от иРНК, рибосома делает «шажок» на один триплет, к нему по принципу комплементарности присоединяется тРНК с аминокислотой и процесс повторяется (фото 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21);
Наконец, рибосома доходит до одного из так называемых стоп-кодонов (УАА, УАГ, УГА на схеме они белого цвета). Эти кодоны не кодируют аминокислот, они только лишь показывают, что синтез белка должен быть завершен. (фото 22);
Белковая цепочка отсоединяется от рибосомы, выходит в цитоплазму и формирует присущую этому белку вторичную, третичную, четвертичную структуры (фото 23, 24, 25).

Используя прием образного восприятия данного процесса, ученики легко его усваивают. Начинают работать разные виды памяти: зрительная, слуховая, моторно-двигательная, эмоциональная. Ученикам не надо прилагать усилий для запоминания материала (непроизвольный вид памяти), ученики не испытывают страха в том, что с данной темой они не смогут разобраться.

Схемой легко пользоваться и при объяснении нового материала, и при его закреплении, повторении, как учителю, так и ученику.

Конечно, рассматривая процесс трансляции на компьютере, ученик видит, слышит голос диктора, но не может сам участвовать в этом процессе. Поэтому считаю, что динамичная модель процесса трансляции может помочь учителю более доступно объяснить сложную тему, а ученикам – лучше ее понять.

Если по соседству с дачным участком расположен лес, очень вероятно, что некоторые его обитатели захотят поселиться рядом. Как известно, для птиц изготавливаются скворечники, для некоторых зверьков – клетки. Не менее интересно сделать беличий домик своими руками. Тем более, что изготовить его несложно, а если на участке поселятся белки, это только оживит местность.

Чтобы правильно изготовить бельчатник, нужно прежде всего учесть особенности поведения белок:

Домик изготавливается только из древесины. При этом она не обрабатываться морилкой, лаками или красками – любые посторонние запахи отпугнут белок.
Доски или бревна можно брать любые, но они должны быть непременно сухими – мокрое дерево будет очень медленно сохнуть, и если повесить бельчатник из свежего дерева, он не успеет полностью просохнуть к зиме.
Поскольку в наших широтах зимы могут быть достаточно суровыми, то на этапе проектирования домика важно учесть, чтобы все стены были достаточно толстыми, а внутренние поверхности важно выложить сухими теплыми материалами (мхом, хлопковой тканью, салфетками).
Если доска слишком опасная и содержит много щепы, ее необходимо зашкурить, чтобы белочки не поцарапались.

Таким образом, хорошо сделанный бельчатник – это домик, который максимально приближен к условиям натурального (беличьего дупла) и при этом достаточно теплый, чтобы белкам в нем было хорошо даже в морозные дни.

Хорошо сделанный бельчатник – это домик, который максимально приближен к условиям натурального беличьего дупла

Изготовление простой кормушки для белок

Сделать обычную кормушку для белок можно из подручных средств буквально за 1 день.

Создать проект и чертеж домика, на котором точно учесть соотношение размеров всех деталей: днища, боковых стенок и крыши (можно также сделать заднюю стенку и полочки).
Выбрать материал для домика – оптимально подойдет сухая деревянная доска.
Перенести все детали на доску с помощью карандаша и линейки; осторожно выпилить их.
Скрепить все части с помощью гвоздей или саморезов.
Зафиксировать кормушку на дереве с помощью прочной проволоки или хомутов.

Есть и другие, более простые варианты изготовления кормушки – например, из картонной коробки или пластиковой бутылки. Но это очень недолговечные модели, к тому же белки охотнее будут питаться в кормушках, изготовленных из натуральных материалов, а не из искусственных.

Галерея: домик для белки (25 фото)

Как сделать бельчатник своими руками (видео)

Как сделать домик для белки своими руками из досок

Сделать домик из досок не очень сложно. Важно верно рассчитать размеры всех деталей и надежно скрепить их друг с другом.

Определяемся с размерами и строим чертеж

Перед началом строительства бельчатника важно точно рассчитать все размеры его стен и крыши. Один из проверенных вариантов представлен такими деталями:

Параметры днища и крыши 55 см в длину, 30 см в ширину.
Боковые стенки одинаковы: 45*25 см.
Внутренняя перегородка параметрами 25 см в длину и 20 см в ширину.

Важно! В этом варианте получится обычный домик с плоской крышей. Однако можно сделать ее и сводчатой. Тогда работы станет несколько больше: нужно рассчитать угол свода, параметры кровли и выполнить окончания боковых стенок в виде углов, чтобы домик был полностью герметичен.

Перед началом строительства бельчатника важно точно рассчитать все размеры его стен и крыши

Подготовка материалов и инструментов

Для работы нужно использовать только древесную доску, желательно уже зашкуренную, чтобы не посадить занозы себе и белкам. Принципиальных требований к материалу только 2 – он должен быть необработанным, а толщина стенок в идеале от 1,5-2 см.

Инструменты, которые понадобятся для этой работы, следующие:

карандаш и линейка;
ножовка по дереву;
лобзик (желательно электрический);
шуруповерт и саморезы;
бумага наждачная;
водостойкий клей без запаха.

Для работы нужно использовать только древесную доску

Этапы изготовления домика для белки

Изготовление домика включает в себя 2 больших этапа – выпиливание всех деталей и их соединение в единое целое. Последовательность действий будет такой:

Перенесение всех деталей на деревянную доску с помощью карандаша и линейки. Это очень ответственная задача – погрешности должны быть в пределах 5 мм.
Выпиливание всех прямоугольных деталей по контуру.
Выпиливание в верхней трети одной из боковых сторон круглого отверстия диаметром не более 7 см.
Зашкуривание всех поверхностей, если это необходимо.
Склеивание всех частей с помощью водостойкого клея. Если нет возможности подобрать клей без запаха, лучше вообще им не пользоваться.
Дать всей конструкции просохнуть в течение дня на открытом солнце.
Скрепить саморезами (с помощью шуруповерта) все детали.
Повесить домик на дерево с помощью хомутов или проволоки.

Как сделать кормушку для белок (видео)

Декоративное оформление дома для белки

Домик для белок можно украсить любыми декоративными элементами, которые понравятся. Но главное условие – чтобы они понравились и белкам. Как уже говорилось, эти зверьки не переносят никаких искусственных запахов. Соответственно, красить домик нельзя в любом случае.

Соответственно, доступны только «натуральные» средства декора, например:

шишки, которые можно прибить гвоздями к стенами или крыше бельчатника;
элементы художественной резьбы по дереву (вариант подходит для домиков из цельных бревен);
картины, которые можно предварительно выжечь на доске, из которой затем изготовить стены домика;
декор входа – можно сделать подобие крылечка (площадку, как у скворечника); этот элемент имеет и практическую пользу – белкам будет легче попасть внутрь.

Домик для белок можно украсить любыми декоративными элементами, которые понравятся

Как сделать беличий домик из цельного бревна

Сделать домик из цельного бревна будет несколько сложнее – нужно приложить больше усилий, чтобы вырезать все элементы в плотной древесной породе. Однако и преимущества у такого домика перед предыдущей моделью, несомненно, есть:

цельная древесина – это полностью натуральный материал, в котором белки будут чувствовать себя как в природном дупле;
у таких бельчатников стены толстые и плотные, поэтому они всегда теплее, чем дощатые аналоги;
наконец, домик из бревна выглядит более натурально, он хорошо будет смотреться на фоне любого дерева.

Главное условие для создания хорошего домика в этом случае – найти хорошее, достаточно сухое бревно подходящих размеров. Если оно было отпилено от дерева совсем недавно, лучше просушить его в течение месяца на открытом воздухе. Однако если ждать столько долго возможности нет, можно сначала сделать бельчатник, а уже затем просушить готовое изделие, повесив его на дерево.

Сделать домик из цельного бревна будет несколько сложнее

Последовательность действий будет такой:

Заранее определяются размеры. как было описано в примере выше.
От бревна отпиливается кусок толщиной 6-7 см – это будет крыша будущего домика.
Далее отпиливается сам домик – в длину он обычно составляет от 40 до 50 см.
Теперь наступает самый сложный и трудоемкий этап – нужно выдолбить цилиндрическую полость внутри. Главное требование – чтобы ширина стенок была не менее 5 см, чтобы белки не замерзли зимой;
Далее выпиливается круглый вход – в диаметре не более 7 см, животным этого вполне достаточно.
По возможности перед входом можно прикрепить ветку, по которой белке будет удобно попасть в свой дом.

Готовый бельчатник фиксируется к дереву, как было описано выше.

Прикрепить домик можно с помощью хомутов или проволоки, но не приколачивая его к дереву – это очень навредит ему

Правила установки бельчатника в саду

Вот несколько простых правил, которые нужно учесть на этапе размещения бельчатника на дереве:

Прикрепить домик можно с помощью хомутов или проволоки. но не приколачивая его к дереву – это очень навредит ему.
Следует правильно выбрать дерево – оно должно быть достаточно толстым по всему протяжению и не раскачиваться от ветра. Например, молодая, невысокая береза для таких целей явно не подойдет.
Если есть возможность, то лучше всего зафиксировать домик на хвойных деревьях – так белки почувствуют себя как дома; также подходит дуб, в последнюю очередь предпочтение можно отдать березе или осине.
Высота расположения бельчатника должна быть не менее 5 метров.
Лучше всего прикрепить его с южной или восточной стороны, на которую попадает максимальное количество света. Однако если по этим сторонам постоянно дуют ветры, то прикрепить домик надо на другом месте.

Правильно выбрать место для крепления кормушки не менее важно, чем качественно изготовить ее. Белки – очень боязливые зверушки, и они не будут жить даже в очень хорошем домике, если сочтут его положение недостаточно безопасным.