Тема 2. Методы исследования клеток

Световая микроскопия. Световой микроскоп, фазово-контрастный, интерференционный, поляризационный микроскопы. Прижизненное изучение клеток: прижизненное окрашивание, культивирование, методы микрофотографии, флуоресцентная микроскопия.

Изучение фиксированных клеток. Фиксаторы, их химический состав и применение, изготовление временных и постоянных препаратов (мазки, тотальные препараты, срезы), основные виды красителей и окрашивание препаратов. Методы гистохимии (цитохимии). Ультрафиолетовая микроскопия. Цитофотометрия. Электронная микроскопия. Методы контрастирования клеток. Криоультромикротомия. Авторадиография. Биохимические и биофизические методы изучения клеток. Культура клеток. Микрохирургия. Фото- и киносъемка.

Тема 3. Строение обобщенной клетки

Общий план строения клетки: поверхностный аппарат, цитоплазма с органоидами и включениями, ядро. Элементарные структуры клетки (гранулярные, микротубулярные, фибриллярные, мембранные).

Тема 4. Поверхностный аппарат клетки

Клеточная мембрана. Структура клеточных мембран по данным электронно-микроскопических исследований, их химический состав. Молекулярная организация мембраны. Плазмалемма. Модель трехслойной липопротеиновой мембраны (Даниелли, Даусон). Гипотеза Робертсона. Липопротеиновый коврик. Жидкостно-мозаичная (динамическая) модель мембраны. Гликокаликс. Функции плазматической мембраны. Отграничение внутреннего содержания клетки от окружающей среды. Избирательная проницаемость. Транспорт веществ через плазматическую мембрану (диффузия, осмос, активный транспорт, транспорт в мембранной упаковке). Рецепторная функция цитоплазматической мембраны.

Другие функции плазматической мембраны: межклеточные контакты и связи. Десмосомы и другие специальные структуры межклеточных контактов; плотный контакт, щелевой контакт, простой контакт. Микроворсинки, структуры фоторецепторов, оболочки аксонов. Связь клеток друг с другом и с внеклеточным матриксом. Гликокаликс животных клеток.

Надмембранные структуры поверхностного аппарата: оболочка клеток растений, грибов и бактерий. Химический состав клеточной оболочки растений: пектины, целлюлоза, инкрустирующие вещества. Физические свойства оболочки. Субмикроскопическая структура: матрикс и микрофибриллы. Биологическая роль оболочки, транспорт веществ по ней. Образование и рост оболочки. Роль фрагмопласта и диктиосом в ее формировании. Клеточная пластинка. Межклеточное вещество. Первичная оболочка, ее текстура. Первичные поровые поля. Рост оболочки. Текстура вторичной оболочки. Поры, их типы и значение. Скульптурные утолщения клеточных оболочек. Вторичные изменения химического состава и свойств оболочек: одревеснение, опробковение, кутинизация, ослизнение, минерализация, биологическое значение этих процессов. Использование человеком веществ оболочек растительных клеток. Клеточные оболочки грибов и прокариотических клеток.

Тема 5. Цитоплазма

Общий химический состав цитоплазмы. Цитоплазма как сложноструктурированная система.

Гиалоплазма — матрикс цитоплазмы. Цитозоль. Химический состав и физико-химические свойства гиалоплазмы: вязкость, эластичность и движение цитоплазмы. Возбудимость.

Цитоскелет. Микрофиламенты, промежуточные филаменты, их химический состав, организация и функции. Строение мышечных фибрилл. Строение микротрубочек и их химический состав. Тубулины, их свойства и роль в образовании микротрубочек. Микротрубочки цитоплазмы, их функции в клетке. Каркасная роль микротрубочек. Белки-транслокаторы. Роль микротрубочек в образовании веретена деления клетки, функции веретена деления.

Субмембранный комплекс поверхностного аппарата. Пелликула простейших. Спектриновая сеть эритроцитов. Реснички и жгутики: ультратонкая организация и функции. Жгутики прокариот.

Органоиды цитоплазмы.

Рибосомы. Строение рибосом, их химическая организация. Характеристика рибосом прокариот и эукариот. Локализация рибосом в клетке. Функции рибосом – синтез белка. Общая схема биосинтеза белка. Роль разных типов РНК в синтезе полипептида.

Клеточный центр. Строение клеточного центра. Центриоли, их ультратонкая организация; локализация в клетке. Репликация (дупликация) центриолей. Функции центриолей: участие в образовании митотического аппарата, связь с базальными тельцами ресничек и жгутиков. Центриолярный цикл.

Эндоплазматическая сеть. Общая характеристика органоида, его локализация в клетке. Гранулярная эндоплазматическая сеть, ее строение и функции: участие в синтезе белков, накопление белковых веществ их превращение и транспорт, связь с оболочкой ядра. Гладкая эндоплазматическая сеть, ее строение и функции: синтез полисахаридов и липидов, накопление и транспорт этих веществ. Роль эндоплазматической сети в изоляции и нейтрализации веществ, поступающих в клетку.

Комплекс Гольджи. Форма и размещение органоида в клетках растений и животных. Ультраструктура диктиосом. Функции комплекса Гольджи: синтез полисахаридов и липидов, сегрегация, накопление, образование секреторных продуктов (белки, липиды, полисахариды) и выведение их в цитоплазму и за пределы клетки, образование лизосом, роль комплекса Гольджи в формировании цитоплазматической мембраны и клеточной оболочки.

Лизосомы. Морфология лизосом, их химическая организация. Первичные и вторичные лизосомы. Ферменты лизосом. Преобразование материалов, поступивших в клетку путем эндоцитоза (гетерофагия). Фагоцитоз и пиноцитоз. Остаточные тельца. Автофагия. Выделение ферментов из клетки. Автолиз.

Пероксисомы, или микротельца, их строение и функции в клетке.

Центральная вакуоль клеток растений и грибов, ее образование и функции в клетках. Взаимоотношения между мембранными системами клетки.

Митохондрии. Морфологическая характеристика митохондрий: величина, форма, количество и локализация в клетке. Ультраструктурная организация: наружная и внутренняя мембраны, кристы, матрикс митохондрий (ДНК, РНК, рибосомы). Функции митохондрий. Гипотезы происхождения и эволюция митохондрий в системе клетки эукариот. Роль митохондрий в цитоплазматической наследственности.

Пластиды. Пластиды клеток растений. Типы пластид: хлоропласты, хромопласты, лейкопласты.

Хлоропласты: форма, величина и количество в клетках. Ультраструктура хлоропластов: наружная и внутренняя мембраны, тилакоиды (ламелы), граны. Пигменты. Матрикс хлоропластов, его характеристика, локализация ДНК, РНК, рибосом. Функции хлоропластов.

Хромопласты, их строение, локализация и функции.

Лейкопласты, их строение и функции. Онтогенез и функциональные перестройки пластид, пропластиды. Гипотезы происхождения пластид. Роль пластид в цитоплазматической наследственности.

Включения. Эргастические вещества и их образование. Транзиторный и запасной крахмал. Образование крахмальных зерен. Инулин. Гликоген. Запасные белки: алейроновые зерна, их формирование. Липиды. Образование сферосом. Лецитин в яйцеклетках. Секреторные гранулы.

Катаболиты. Кристаллические включения (кристаллы оксалата кальция в растительных клетках, гранулы мочевой кислоты в клетках эпителия почечных канальцев). Пигментные включения (меланин, липофусцин, билирубин и др.).

Тема 6. Ядро

Ядро интерфазной клетки. Расположение и количество ядер в клетке, их величина, форма. Корреляция с величиной и формой клетки. Роль ядра в жизнедеятельности клетки. Опыты Гамерлинга.

Основные структурные и функциональные компоненты ядра. Хроматин. Гетеро- и эухроматин. Химический состав хроматина. ДНК хроматина. Гетерогенность состава ДНК. Универсальность и видовая специфичность ДНК. Белки хроматина. Гистоновые и негистоновые белки, их особенности и функции. Структурная организация хроматина.

Хромосомы. Общее строение, типы и формы митотических хромосом. Строение митотической хромосомы: первичная перетяжка, центромера, вторичная перетяжка, теломеры. Дифференциальная окраска хромосом. Кариотип. Видовая специфичность кариотипа.

Ультраструктура хромосом: основная наименьшая единица хромосомы - элементарная хромосомная фибрилла, ее нуклеосомная организация. Уровни структурной организации хромосом. Матрикс хромосомы и его функции.

Ядрышко. Величина, форма и количество ядрышек в ядре. Зависимость количества и величины ядрышек от функциональной активности клетки. Типы ядрышек. Ультраструктурная организация ядрышка. Химический состав: РНК, белки. Образование ядрышка на хромосомах. Ядрышковый организатор. Синтез РНК, процесс транскрипции. Формирование субъединиц рибосом в ядрышке, выход их в цитоплазму.

Ядерная оболочка. Наружная и внутренняя мембраны. Строение ядерных поровых комплексов. Связь ядерной оболочки с цитоплазматическими структурами и хромосомами. Функции кариотеки: барьер, отделяющий от цитоплазмы; функциональная связь с мембраной эндоплазматической сети; обмен веществ между ядром и цитоплазмой; роль ядерной оболочки в процессе деление клеток одноклеточных и многоклеточных организмов. Происхождение ядерной оболочки.

Кариоплазма. Ядерный белковый матрикс, ламина; их структура и функциональное значение.

Функциональные системы клеток: рецепторно-барьерно-транспортная, промежуточного обмена, каркасно-двигательная, энергетического обмена, фотосинтеза, система синтеза, сегрегации и внутриклеточного транспорта, хранения, воспроизведения и реализации генетической информации. Особенности строения клеток, выполняющих различные функции в многоклеточном организме. Особенности строения клеток разных систематических групп организмов.