Клеточный Уровень организации биологических систем

КЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

 

Учебное пособие

 

Саратов, 2012

«Саратовский государственный медицинский университет

Имени В. И. Разумовского» Министерства здравоохранения Российской Федерации

(ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского

Минздрава России)

 

Клеточный уровень организации биологических систем

Учебное пособие

 

 

Издательство Саратовского медицинского университета

2012

УДК 573 (072.8)

ББК 28. Оя 73

Б44

 

Учебное пособие содержит основополагающую информацию по разделу «Клеточный и молекулярно-генетический уровни организации биологических систем». Материал пособия представлен в форме заданий для самостоятельной внеаудиторной и аудиторной работы студентов, а также ситуационных задач и тестовых заданий, способствующих достижению целей изучения раздела и контролю успешности их достижения.

Издание предназначено для практических занятий по дисциплине «Биология» для студентов медицинских вузов, обучающихся по специальностям лечебное дело, педиатрия, медико-профилактическое дело, стоматология, фармакогнозия.

 

Авторский коллектив: докт. биол. наук, профессор С. И. Белянина; докт. биол. наук, профессор Н. В. Полуконова; докт. биол. наук, доцент Н. А. Дурнова; канд. биол. наук, доцент Л. Е. Сигарева; канд. биол. наук, доцент Т. А. Андронова; канд. биол. наук, старший преподаватель Ю. В. Белоногова; канд. биол. наук, доцент О. В. Синичкина.

 

Рецензенты:

 

доктор биологических наук, профессор И. О. Бугаева;

доктор биологических наук, профессор В. В. Аникин

 

Рекомендовано к печати ЦКМС СГМУ

 

© Авторский коллектив: С. И. Белянина,

Н. В. Полуконова, Н. А. Дурнова, Л. Е. Сигарева,

Т. А. Андронова, Ю. В. Белоногова, О. В. Синичкина

 

ISBN

 

© Саратовский государственный

медицинский университет, 2012

УСТРОЙСТВО СВЕТОВОГО МИКРОСКОПА

И ТЕХНИКА МИКРОСКОПИРОВАНИЯ

 

Цель занятия:

Знать

Строение светового микроскопа.

Правила работы с микроскопом при малом и большом увеличениях объективов.

Уметь изготавливать временные препараты различных биологических объектов.

Ознакомиться с методами изучения клеток.

 

Аудиторная работа

 

Выполнение заданий по данной и последующим темам фиксируется в тетради. Сначала необходимо написать тему занятия, затем – название задания и оформить его выполнение: зарисовать биологический объект, обозначив изучаемые компоненты; или заполнить таблицу; или ответить письменно на вопросы задания и т.д. Выполненная в аудитории работа подписывается преподавателем.

 

Задание 1. Методы изучения клеток

Для исследования клеток используют микроскопическую технику в виде световой, фазовоконтрастной, люминесцентной и электронной микроскопии. Электронная микроскопия применяется в сочетании с техникой ультратонких срезов. Сканирующие (растровые) электронные микроскопы позволяют получать трехмерное изображение клеток.

Клетки изучают также с помощью цитохимических, биохимических, генетических и иммунологических методов в сочетании с культивированием клеток на искусственных питательных средах. Используются: авторадиография – введение в клетки радиоактивных изотопов и обнаружение их затем на фотоэмульсиях; цитоспектрофотометрия; рентгеноструктурный анализ; хроматография; электрофорез. Клеточные компоненты выделяются посредством дифференциального центрифугирования.

 

Задание 2. Строение светового микроскопа

При световой микроскопии биологических объектов в качестве источника освещения используется искусственный или естественный свет. Световая микроскопия позволяет изучать общий план строения основных компонентов и органелл клетки. Максимальное увеличение светового микроскопа – 1500 раз.

Основными системами светового микроскопа являются оптическая, осветительная и механическая (рис. 1).

К механической системе, которая служит для управления осветительной и оптической системами, относятся основание, тубус, тубусодержатель, предметный столик, револьвер с отверстиями для объективов, макро- и микрометрический винты.

Осветительная система предназначена для направления световых лучей на рассматриваемый объект. В нее входят зеркало, конденсор с диафрагмой и откидной линзой. Зеркало служит для концентрирования и направления светового пучка в объектив. Конденсор с диафрагмой представляет собой систему линз, позволяющую добиться различной степени концентрации световых лучей.

Оптическая система включает окуляры и объективы, состоящие из линз. Назначение оптической системы – увеличение изображения рассматриваемого объекта. На оправе окуляра и объектива имеются цифры, показывающие степень увеличения. Для выяснения разрешающей способности (увеличения) микроскопа перемножают цифры, стоящие на окуляре и объективе. Микроскоп дает плоское, обратное, увеличенное изображение.

Найдите на микроскопе все части механической, осветительной и оптической систем и запомните их назначение. Проверьте свои знания по тестам.

 

Задание 3. Работа со световым микроскопом при малом увеличении объектива

Изучите правила работы с микроскопом при малом увеличении:

Установите микроскоп в рабочее положение, для этого подведите под тубус объектив малого увеличения (×7, ×8 или ×10). Вращая макровинт, поставьте объектив над отверстием предметного столика на расстоянии 0,5 – 1,0 см. Поднимите конденсор, откройте диафрагму. Смотря в окуляр, хорошо осветите поле зрения, перемещая зеркальце. Положите на предметный столик непосредственно под объективом препарат (например, кожицы лука) покровным стеклом вверх.

Вращая макровинт от себя, опустите объектив на расстояние 0,5 см от препарата.

За перемещением объектива наблюдайте слева и сбоку.

Смотря в окуляр левым глазом (правый глаз при этом открыт), вращением макровинта к себе медленно поднимите тубус до появления четкого изображения объекта. Чтобы убедиться в том, что микроскоп дает обратное изображение, слегка сдвиньте препарат вправо, наблюдая за объектом в окуляр (объект при этом будет сдвигаться влево).

Зарисуйте объект. На рисунке обозначьте основные компоненты клетки (ядро, цитоплазма, оболочка).

 

Рис. 1. Устройство светового и стереоскопического микроскопов

Задание 4. Работа со световым микроскопом при большом увеличении объектива

Изучите правила работы с микроскопом при большом увеличении:

Найдите объект (клетки крови лягушки) при малом увеличении и установите его в центре поля зрения.

Поднимите тубус и, вращая револьвер, замените объектив малого увеличения на объектив большого увеличения (×40).

Глядя в окуляр, вращением макровинта на себя, очень медленноподнимите тубус до появления изображения.

Медленным вращением микровинта (пол-оборота вперед или назад) получите четкое изображение объекта, зарисуйте несколько эритроцитов и лейкоцитов.

По окончании работы поднимите тубус на 0,5 см от препарата и вращением револьвера поменяйте объектив большого увеличения на объектив малого увеличения.

 

Задание 5. Работа с микроскопом с применением иммерсионного объектива

Положите постоянный микропрепарат на предметный столик и нанесите на покровное стекло каплю иммерсионного масла. Глядя сбоку, опустите иммерсионный объектив (×90) в каплю масла и затем очень медленно, вращая макровинт на себя, получите изображение объекта. Для получения большей четкости изображения можно использовать микровинт. Зарисуйте объект.

Задание 6. Работа со стереоскопическим микроскопом

Стереоскопический микроскоп (рис. 2) позволяет выполнять препаровальные работы на мелких биологических объектах и увеличивает изображение в 3,5 – 87,5 раз. Этот микроскоп дает объемное, прямое, увеличенное изображение.

Рассмотрите при разных увеличениях окуляра и объектива препарат. Для этого расположите микроскоп так, чтобы его зеркало было обращено к свету. Глядя в окуляры, двумя руками установите тубусы (сдвигая или раздвигая их) в такое положение, при котором два изображения будут сведены в одно. Вращая винт зеркала, добейтесь равномерного освещения поля зрения. Вращением макровинта получите четкое изображение объекта. Обратите внимание на стереоскопический (объемный) характер изображения.

 

Задание 7. Изготовление временных препаратов биологических объектов

Временные препараты служат для кратковременного наблюдения объекта. Навыки изготовления временных препаратов необходимы при исследовании микроскопического строения различных биологических объектов, например, мазков крови, яиц гельминтов, среза ткани и др.

Приготовьте временный препарат листа элодеи: на предметное стекло в каплю воды поместите кусочек листа элодеи, накройте его покровным стеклом (для этого покровное стекло ставят на ребро около капли воды, а затем осторожно опускают на объект).

Полученный препарат рассмотрите под малым и большим увеличениями микроскопа. Зарисуйте 2 – 3 клетки, обозначив оболочку, цитоплазму, ядро и хлоропласты.

 

Задание 8. Проверка усвоения материала

Проверьте усвоение материала занятия по тестовым заданиям с выбором одного или нескольких правильных ответов (стр. 37).

Внеаудиторная работа

 

Задание 1. Уровни организации живой материи

Изучите по табл. 1 классификацию, отражающую уровни иерархической системы организации живой материи.

Таблица 1

Уровень организации	Элементарная единица уровня
Молекулярно-генетический	Ген
Клеточный	Клетка
Организменный (онтогенетический)	Особь
Популяционно-видовой	Популяция
Биогеоценотический	Биогеоценоз

 

 

Ответьте на вопросы:

Какие основные универсальные свойства живого характерны для биологической системы на любом уровне ее организации?

Какие полимерные молекулы отвечают за самосохранение и самовоспроизведение живого?

Какие из уровней организации биологических систем относятся к организменным (1) и надорганизменным (2)?

Задание 2. Основные формы жизни. Общий план строения прокариотической клетки

В зависимости от степени структурной организации выделяют следующие формы жизни: доклеточные (вирусы) и клеточные (нанобактерии, цианобактерии, микоплазмы, бактерии, грибы, растения, животные). Исходя из особенностей организации клеточного наследственного материала выделяют про- и эукариотические клетки.

Изучите общий план строения прокариотической клетки (схема 1). Какие из указанных на схеме структур встречаются, как правило, во всех клетках прокариот?

Схема 1

Основные компоненты прокариотической клетки

 

 

Таблица 2

Строение и функции оболочки бактериальной клетки

 

Компонент	Характеристика
Слизистые слои и капсула	Комплекс полисахаридов. Создают дополнительную защиту; способствуют формированию клеточных колоний
Клеточная стенка (КС)	Основной компонент муреин. В него могут быть встроены полисахариды, белки (антигенные свойства), липиды. Придает клетке форму, препятствует ее осмотическому набуханию и разрыву. Через поры КС легко проникает вода, ионы, мелкие молекулы. За счет ферментов на поверхности КС расщепляются полимерные молекулы до низкомолекулярных соединений, поступающих затем в клетку
Жгутики	Один или несколько у многих бактерий. Состоят из одинаковых субъединиц белка, микротрубочек нет. Обеспечивают передвижение
Ворсинки (пили)	На поверхности ряда бактерий; короче и тоньше жгутиков. Служат для прикрепления клеток к субстрату или друг к другу; участвуют в транспорте продуктов обмена веществ; F-пили обеспечивают передачу части ДНК из клетки в клетку
Плазмалемма (ПМ)	Сходна с ПМ эукариот, но в ней больше белков. Содержит группу липидов (кардиолипины), которых нет в ПМ эукариот. Кардиолипины участвуют в процессах окислительного фосфорилирования и переноса электронов в процессе синтеза АТФ. ПМ не способна к эндо- и экзоцитозу.

 

Задание 3. Оболочка прокариотической клетки

Оболочка клеток прокариот состоит из плазмалеммы (ПМ) и поверхностных структур (клеточная стенка, капсула, слизистый чехол, жгутики, ворсинки).

Изучите по табл. 2 строение и функции компонентов оболочки бактериальной клетки. Особенности молекулярной организации надмембранного комплекса бактерий определяют их устойчивость к бактериолизинам (антитела, разрушающие клеточную стенку), лизоциму, фагоцитам и некоторым антибиотикам. Например, инкапсулированные штаммы пневмококков, имеющие толстую и плотную капсулу, интенсивно размножаются в организме человека, вызывая пневмонию, а некапсулированные уничтожаются фагоцитами и безвредны для человека. У грамотрицательных бактерий клеточная стенка имеет тонкий слой липидов, защищающий такие бактерии от действия лизоцима.

 

Ответьте на вопросы:

Какие прокариотические организмы с размером клетки ~ 0,1 мкм не имеют клеточной стенки?

Какие вещества (низко- или высокомолекулярные) легко проникают через клеточную стенку и ПМ бактерий?

Есть ли у бактерий лизосомы? Внутри или снаружи бактериальной клетки происходит расщепление белков, полисахаридов и других макромолекул экзогенной природы?

Лизоцим обнаружен у животных в слюне, слезах, слизистой оболочке носа и др. Какое действие оказывает лизоцим на полисахаридную основу муреина оболочки бактерий? Почему грамотрицательные бактерии устойчивы к лизоциму слюны и интенсивно размножаются в ротовой полости человека?

 

 

Задание 4. Цитоплазма прокариотической клетки

Изучите по табл. 3 особенности строения и функции компонентов цитоплазмы прокариотической клетки на примере бактериальной.

Таблица 3

Компоненты цитоплазмы прокариотической клетки

Компонент или структура	Характеристика	Функции
Основное вещество (гиалоплазма)	Коллоидная система (золь – гель), не способная к циклозу, т.к. нет цитоскелета	Выполняет роль внутре-нней среды клетки, в которой происходят разнообразные биохимические реакции
Органеллы – рибосомы (большая субчастица – 50S, малая – 30S)	Более мелкие, чем у эукариот. Отличаются от рибосом эукариот по числу белков и коэффициенту седиментации (70S- рибосомы)	Синтез белка
Система внутри-клеточных мембран	Отсутствует или выражена плохо. Могут образовываться мезосомы – многоскладчатые впячивания ПМ. Содержат ферменты дыхательной цепи. Фотосинтетические мембраны; образуются только у фотосинтетиков	Синтез АТФ     Фотосинтез
Включения	Липиды, гликоген, полифосфаты, белки	Запасные питательные вещества

Задание 5. Общий план строения эукариотической клетки

Изучите по схеме 2 общий план строения эукариотической клетки. Назовите органеллы мембранного и немембранного строения; органеллы общего (присущие всем клеткам) и специального (встречаются в особых клетках) назначения.

Схема 2

Компоненты эукариотической клетки

 

 

Задание 6. Органеллы эукариотической клетки

Изучите по табл. 4 и 5 особенности строения и функции органелл эукариотической клетки.

Ответьте на вопросы:

У представителей каких царств в клетках имеются лизосомы, пероксисомы, пластиды, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи?

В каких клетках человека (фагоцитах, эритроцитах, кишечного эпителия, мышечных) содержится большое количество лизосом?

За счет каких органелл в клетках животных устраняются избыточные или потерявшие свою активность органеллы?

Таблица 4

Органеллы общего назначения эукариотической клетки

 

Органелла	Строение и функции
Мембранные
Эндоплазма-тическая сеть (ЭПС)	Состоит из сообщающихся мембранных полостей. К гранулярной ЭПС прикреплены рибосомы, обеспечивающие синтез белков, преимущественно удаляемых из клетки. На мембранах агранулярной ЭПС нет рибосом, здесь происходит синтез углеводов и липидов, перемещение секретов, обезвреживание токсических веществ и некоторых лекарств, образование первичных мембранных пузырьков
Комплекс Гольджи (КГ)	Совокупность диктиосом и системы пузырьков. Диктиосома – стопка из 3 – 12 уплощенных мембранных цистерн, пронизанных порами. На территории КГ происходят преобразования предшественников секретов и ферментов, синтез полисахаридов, жиров, гликопротеидов и гликолипидов, образование секреторных пузырьков для восстановления мембран ряда органелл и ПМ. В КГ образуются первичные лизосомы. В растительных клетках КГ участвует в секреции слизи, воска, камеди, растительного клея
Органелла	Строение и функции
Мембранные
Лизосомы (Л)	Встречаются только в клетках животных и грибов. Представляют собой мембранные пузырьки, содержащие гидролитические ферменты в неактивной форме; разрыв мембраны пузырьков приводит к активации ферментов, повреждению клетки или её перевариванию. Л обеспечивают внутриклеточное пищеварение
Пероксисомы	Мембранные пузырьки с ферментами, нейтрализующими многие токсические соединения (этанол, пероксид водорода и др.). Участвуют в обмене холестерина, жиров, пуринов
Протеосомы	Структуры животной клетки, в которых происходит деградация ненужных белковых молекул, доставляемыx туда пептидом – убиквитином
Митохондрии	Ограничены двумя мембранами. Внутренняя мембрана образует кристы, погруженные в матрикс. В матриксе расположены ДНК и рибосомы. Главная функция – ферментативное извлечение из химических веществ энергии и трансформация ее в энергию молекул АТФ; побочная – синтез стероидных гормонов и некоторых аминокислот. Способны к автономному размножению
Пластиды	В клетках растений. В зависимости от окраски: лейко-, хромо- и хлоропласты. Хлоропласты (ХП) ограничены двумя мембранами. Внутренняя мембрана образует граны из тилакоидов, погруженных в строму. В строме находится молекула ДНК и рибосомы. В ХП происходит фотосинтез. Способны к размножению
Немембранные
Рибосомы (большая субчастица – 60S, малая – 40S)	Состоят из малой и большой субчастиц, в состав которых входят рРНК, белки и ионы магния. Рибосомы (Р) эукариот более крупные (80S-рибосомы), чем у прокариот. На Р гиалоплазмы синтезируются белки для нужд клетки, на Р гранулярной ЭПС – белки, выводимые из клетки
Органелла	Строение и функции
Немембранные
Клеточный центр	Образован 2 центриолями и центросферой. Стенку центриоли образуют 9 триплетов микротрубочек. Формирует веретено деления и определяет расхождение хромосом к полюсам клетки
Микротрубоч-ки	Образуют жгутики, реснички, митотическое веретено, центриоли. Микротрубочки кортикального слоя ПМ определяют форму клеток, переход гиалоплазмы из золя в гель и перемещение внутриклеточных компонентов
Микрофиламе-нты	Тонкие нити или пучки нитей, построенные из субъединиц различных белков. Актиновые микрофиламенты являются частью сократительного аппарата мышц

Таблица 5

Органеллы специального назначения

Органелла	Строение и функции
Реснички	Выросты эпителиальной клетки, окруженные плазмалеммой. В основании реснички находится базальное тельце, от которого тянутся дуплеты микротрубочек. Колебательные движения ресничек способствуют передвижению различных материалов, попавших на слизистую верхних дыхательных путей, маточных труб, семявыводящих канальцев
Жгутики	Напоминают реснички, но длиннее их. Обеспечивают движение (жгутик сперматозоида, органеллы движения у жгутиковых простейших)
Микроворсинки	Производные плазмалеммы; увеличивают всасывающую поверхность эпителиальных клеток кишечника
Миофибриллы	Сократимые белковые нити в мышечных клетках; обеспечивают их сокращение
Синаптические пузырьки	Находятся на разветвленных концах аксонов. Содержат вещества, участвующие в передаче нервного импульса

 

Ответьте на вопросы:

Какую функцию выполняют пероксисомы? В клетках каких органов человека присутствуют крупные пероксисомы, окисляющие алкоголь до ацетальдегида?

Представители каких царств имеют в клетках рибосомы? Сколько разновидностей рибосом (в зависимости от константы седиментации) существует в клетках эукариот?

Где в клетке эукариот происходит синтез субчастиц рибосом?

Какие элементы цитоскелета обеспечивают способность ПМ к эндо- и экзоцитозу?

Что такое включения? Какие выделяют типы включений в зависимости от их состава и способа использования клеткой?

 

Задание 7. Проверка усвоения материала

Проверьте усвоение материала занятия по тестовым заданиям с выбором одного или нескольких правильных ответов (стр. 41).

Аудиторная работа

 

Задание 8. Основные компоненты прокариотической клетки

Изучите схему субмикроскопического строения бактериальной клетки (рис. 1). На рисунке обозначьте: слизистый слой, клеточную стенку, плазмалемму, мезосомы, фотосинтетические мембраны, цитоплазму, рибосомы на иРНК, хромосомную ДНК, плазмиду, скопления запасных веществ, жгутики.

Ответьте на вопросы:

Какие древнейшие прокариоты, живущие в настоящее время, занимают промежуточное положение между вирусами и бактериями?

В каких структурах клетки происходит синтез АТФ у гетеротрофных а автотрофных прокариот?

Какие системы жизнеобеспечения присущи любой клетке? Чем представлена система самовоспроизведения в прокариотической клетке?

Рис. 1. Обобщенная схема строения клетки бактерий

 

Задание 9. Строение эукариотической растительной клетки

Рассмотрите схему строения растительной клетки (рис. 2). На рисунке обозначьте: оболочку, плазмалемму, цитоплазму, митохондрии, пластиды, комплекс Гольджи, ЭПС, вакуоли, рибосомы, ядро, ядрышко, ядерную мембрану, кариоплазму.

Перечислите структуры, свойственные только растительным клеткам.

Какие органеллы, характерные для животных клеток, отсутствуют в клетках высших растений?

Приготовьте временный препарат листа элодеи. Зарисуйте 1 – 2 клетки, обозначьте: оболочку, плазмалемму, цитоплазму, ядро, хлоропласты. Обратите внимание на движение хлоропластов под воздействием света. Укажите основные структурные отличия между животными и растительными клетками.

Рис. 2. Схема строения эукариотической растительной клетки

Рис. 3. Схема строения эукариотической животной клетки

Задание 10. Строение животной эукариотической клетки

Рассмотрите схему субмикроскопического строения животной клетки (рис. 3). На рисунке обозначьте: плазмалемму, цитоплазму, эндоплазматическую сеть, комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, рибосомы, клеточный центр. Обратите внимание на компартментацию клетки, определяемую большим количеством внутриклеточных мембран. Рассмотрите электронные микро-фотографии органелл эукариотической клетки.

На микропрепаратах под малым и большим увеличениями микроскопа рассмотрите строение клеток слизистой оболочки рта человека или клеток печени крысы. Зарисуйте 1 – 2 клетки, обозначьте: плазмалемму, цитоплазму, ядро, включения гликогена (клетки печени).

 

Задание 11. Поверхностный комплекс животной клетки

В клеточной оболочке животной клетки различают надмембранный комплекс (гликокаликс), плазмалемму и кортикальный (корковый) слой, который изнутри примыкает к плазмалемме.

Изучите по табл. 6 особенности организации и функции компонентов поверхностного комплекса животной клетки.

Изучите по рис. 4 схему строения плазматической мембраны и обозначьте: фосфолипидный бислой, полярные гидрофильные головки и неполярные гидрофобные хвосты молекул фосфолипидов, периферические и интегральные (погруженные) белки, молекулы гликопротеидов и гликолипидов, слой гликокаликса.

 

Рис. 4. Схема строения плазматической мембраны

Ответьте на вопросы:

Как поступают в клетку неполярные (холестерин и его производные) вещества (1), полярные высокомолекулярные соединения (2) и ионы (3), вода (4):

а) свободно без участия мембранных пузырьков;

б) через белковые ионные насосы;

в) только путем эндо- и экзоцитоза при помощи мембранных пузырьков;

г) путем осмоса?

Для каких клеток крови человека важное значение имеет транспорт веществ в мембранной упаковке (пино- и фагоцитоз)? Какие элементы цитоскелета клетки, соединяясь с плазмалеммой, обеспечивают изменение ее конфигурации и далее пино- и фагоцитоз?

Липосомы – это искусственно приготовленные из фосфолипидов мембранные пузырьки. Почему их можно использовать для введения внутрь клеток лекарственных препаратов?

Таблица 6

Поверхностный комплекс

животной эукариотической клетки

Компонент	Особенности и функции
Гликокаликс	Представлен периферическими белками ПМ и углеводами (2 – 10 %) в составе гликолипидов и гликопротеидов. Определяет межклеточные узнавания, антигенные, адгезивные и рецепторные свойства клетки
Плазмалемма	Бислой фосфолипидов (25 – 60 %) в комплексе с белками (40 – 75%). Периферические белки расположены на поверхности ПМ, связаны с полярными головками липидных молекул. Основная их функция – рецепторная. Полупогруженные в бислой белки связаны с липидами гидрофобными взаимодействиями. Пронизывающие бислой белки определяют рецепторную, ферментативную и транспортную функции
Кортикальный слой	Представлен микротрубочками и микрофиламентами. Определяет форму клетки, передачу внешних сигналов глубинным структурам клетки

 

Задание 12. Ядро

Изучите по табл. 7 особенности строения и функции компонентов ядра. На электронной микрофотографии ядра найдите оболочку, поры, хроматин, ядрышко. Обратите внимание на связь наружной мембраны ядерной оболочки с каналами эндоплазматической сети.

Ответьте на вопросы:

Сколько ядер имеют большинство клеток человека? Какие клетки человека безъядерные? Имеют два и много ядер?

Зависит ли количество пор в ядерной мембране от функционального состояния клетки? Увеличивается или уменьшается их количество с повышением синтетической активности в клетке? Чем это можно объяснить?

Таблица 7

Функции компонентов ядра

Компонент	Функции
Оболочка	Состоит из двух мембран, пронизана порами. Разъединяет процессы транскрипции и трансляции, обеспечивает передачу внешних воздействий на хромосомы
Плотная пластинка	Белковый слой, подстилающий внутреннюю ядерную мембрану, сохраняет форму ядра, способствует упорядоченному расположению хромосом в ядре
Перинуклеолярное пространство	Регулирует ядерно-цитоплазматические перемещения веществ и структур
Поровый комплекс	Состоит из двух рядов белковых гранул, отверстие поры закрыто тонкой диафрагмой. Через поры осуществляется избирательный транспорт молекул и частиц в цитоплазму и обратно
Кариоплазма	Коллоид в форме геля, выполняет опорную функцию за счет фибриллярных белков, обеспечивает нормальное функционирование генетического материала
Ядрышко	Одно или несколько в одном ядре. В ядрышке синтезируется рРНК и образуются субчастицы рибосом
Хроматин	Форма существования хромосом в интерфазе. Комплекс ДНК и белков. Обеспечивает хранение и передачу наследственного материала, регулирует все обменные процессы в клетке

Задание 13. Митохондрии

Рассмотрите на электронной микрофотографии субмикроскопическое строение митохондрии. Найдите наружную и внутреннюю мембраны, кристы, матрикс, рибосомы. Пользуясь материалом табл. 8, ответьте на вопросы:

Какие факты свидетельствуют о том, что митохондрии – потомки древних прокариотических клеток, вступивших на ранних этапах происхождения эукариотической клетки в эндосимбиотические отношения с другими прокариотическими клетками?

Общая масса митохондрий по отношению к массе клеток различных органов крысы составляет: в поджелудочной железе – 7,9%, в печени – 18,4%, в сердце – 35,8%. Почему в клетках этих органов различное содержание митохондрий?

В каких клетках человека – эмбриональных или взрослого организма митохондрии более многочисленны?

Таблица 8

Строение и функции митохондрий

Элемент органеллы	Особенности и функции
Наружная мембрана	Не образует впячиваний, способна растягиваться, содержит 15% белков и 85% липидов. Характеризуется высокой неспецифической проницаемостью, имеет туннельные белки с широкими проками, проницаема для большинства растворимых низкомолекулярных соединений
Внутренняя мембрана	Легко меняет форму, образует листовидные (кристы) или трубчатые (тубулы) впячивания. Сходна по составу с ПМ прокариот, содержит 75% белков, 20% липидов, значительное количество кардиолипинов. Непроницаема для ионов. Содержит ферменты кислородного этапа дыхания
Элемент органеллы	Особенности и функции
Матрикс	Внутренняя среда митохондрии, в которой размещена ДНК, мелкие рибосомы, ферменты репликации, транскрипции, трансляции, цикла Кребса

 

Учебно-исследовательская работа студентов (УИРС)

 

Задание 14. Влияние изо-, гипо- и гипертонического растворов на эритроциты крови человека

Если к одной капле крови добавить изотонический (0,85%) раствор хлористого натрия, к другой – гипертонический (10%), к третьей – гипотонический (0,5%), то можно наблюдать разное влияние растворов на эритроциты. В изотоническом растворе эритроциты не изменяются, в гипертоническом – они сморщиваются, в гипотоническом – набухают и лопаются (происходит гемолиз). Объясните наблюдаемые явления.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ КЛЕТКИ

 

Цель занятия:

Знать

Характеристику основных периодов жизненного цикла клетки.

Динамику структуры хромосом, функции, количества ДНК и числа хромосом в жизненном цикле клетки.

Биологическое значение митоза.

Уметь определять на микропрепаратах фазы митоза.

Ознакомиться с основными механизмами регуляции митоза и его патологией.

 

Внеаудиторная работа

 

Задание 1. Жизненный цикл клетки

Жизненный цикл клетки (ЖЦК) – период существования клетки от ее образования (путем деления материнской клетки) до собственного деления или смерти.

Жизненный цикл клеток, способных к делению, складывается из гетерокаталитической интерфазы и митотического цикла. В период гетерокаталитической интерфазы клетка растет, дифференцируется и выполняет свои специфические функции.

В митотическом цикле выделяют период подготовки клетки к делению (автокаталитическая интерфаза) и само деление – митоз. Автокаталитическая интерфаза подразделяется на периоды: G₁ (пресинтетический), S (синтетический), G₂ (постсинтетический).

В многоклеточном организме есть клетки, которые после своего рождения вступают в период покоя (G₀), они представлены: клетками, выполняющими специфические функции в составе той или иной ткани; клетками, выходящими из митотического цикла; небольшим числом стволовых клеток (недифференцированные клетки с широкими потенциями). Все эти клетки рассеяны среди пролиферирующих клеток и практически неотличимы от них по морфологическим признакам.

 

Ответьте на вопросы:

Какие клетки человека очень быстро обновляются? Из каких периодов складывается их жизненный цикл?

Приведите примеры высокодифференцированных клеток человека, не способных к делению. Каковы особенности их жизненного цикла?

Способны ли к делению стволовые клетки?

На какие периоды подразделяется подготовка клетки к делению? Чем характеризуется G₁-, S-, G₂-периоды?

 

Задание 2. Типы деления клеток

Выделяют следующие типы деления клеток: митоз – непрямое деление; амитоз – прямое деление (встречается в основном в обреченных на гибель клетках); мейоз (лежит в основе гаметогенеза – образования половых клеток).

 

Ответьте на вопросы:

За счет какого типа деления клеток происходит дробление оплодотворенной яйцеклетки, развитие эмбриона, рост организма, регенерация тканей и органов?

Почему дочерние клетки, образовавшиеся в ходе митоза, генетически идентичны между собой и материнской клеткой?

 

Задание 3. Проверка усвоенного материала

Проверьте усвоение материала занятия по тестовым заданиям с выбором одного или нескольких правильных ответов (стр. 48).

Аудиторная работа

 

Задание 4. Митотический цикл клеток

Изучите материал таблицы 1 «Митотический цикл». Обратите внимание, что в период S на молекулярном уровне происходит удвоение ДНК – репликация, а на хромосомном уровне – авторепродукция хромосом, в итоге каждая хромосома становится двухроматидной, но так как эти хроматиды соединены центромерой в единую структуру, в итоге в клетке 2n4c (n – число хромосом, с – число молекул ДНК в гаплоидном наборе).

 

Ответьте на вопросы:

В каком состоянии (конденсированном или деконденсированном) находятся хромосомы в период подготовки клетки к делению?

Одинакова ли продолжительность автокаталитической интерфазы и митоза делящихся клеток: а) у разных организмов, б) разных органов одного организма?

В какой период митотического цикла клетки происходит репликация ДНК и авторепродукция хромосом?

Как называются дочерние хроматиды в составе одной хромосомы, образовавшиеся в S-период?

Сколько хроматид (1) и молекул ДНК (2) в одной хромосоме в периоды и фазы митотического цикла: а) G₁; б) S; в) G₂; г) профазы; д) метафазы; е) анафазы; ж) телофазы.

Решите задачу:

Общая масса всех молекул ДНК в 46 хромосомах одной соматической клетки человека (2n2c) составляет ~ 6 ∙ 10^-9 мг. Определите, чему равна масса всех молекул ДНК в сперматозоиде; яйцеклетке; в соматической клетке: а) перед началом ее деления (2n4c); б) после его окончания (2n2c).

Таблица 1

Митотический ц