Методические разработки - Биология Клетки

Методические разработки
ЦИТОЛОГИЯ
ОМСК – 2010-2011
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
кафедра ботаники, цитологии и генетики
ЦИТОЛОГИЯ
методические разработки лабораторных занятий для студентов …. курса ….
семестр химико-биологического факультета
направление «Естественнонаучное образование», профиль «Биология»,
дневное отделение
Параллельное образование, очно-заочное тделения
Омск – 2010-2011
Печатается по решению Ученого Совета
химико-биологического факультета
Омского государственного педагогического
университета
Цитология. Методические разработки лабораторных занятий для студентов 2
курса
4
семестр
химико-биологического
факультета,
направления
«Естественнонаучное образование» профиль «Биология», дневного отделения;
Параллельное образование, очно-заочное отделение, 2008-2009.- 12 с.
Составители:
- О.З. Мкртчан д.б.н., профессор зав. кафедрой ботаники, цитологии и генетики
- Е.И. Антонова д.б.н., профессор кафедры ботаники, цитологии и генетики
Омский государственный педагогический университет 2010-2011г.
Тема № 1
Предмет и задачи биологии клетки.
Методы исследований.
Положения клеточной теории.
Теории происхождения жизни
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Контрольные вопросы
1. Предмет и задачи цитологии. Определение понятия клетка. Место цитологии в
системе биологических дисциплин.
2. Методы исследования биологии клетки. Световая микроскопия – принцип
метода, разрешающая способность и строение микроскопа. Принцип
формирования изображения. Сферы применения метода. Методы световой
микроскопии: фазово-контрастный, интерференционный, поляризационный,
метод «темного поля».
2.1. Электронная микроскопия – принцип метода, разрешающая способность и
строение микроскопа. Трансмиссионная (просвечивающая) микроскопия.
Сканирующая (растровая) микроскопия. Специальные методы электронной
микроскопии: электронно-микроскопическая цитохимия, иммуноцитохимия,
электрорадиография. Сферы применения метода.
2.2. Иммуногистохимические методы исследований – принцип метода, принцип
визуализации.
Сферы
применения
метода.
Метод
авторадиографии.
Флуоресценция.
2.3. Метод гибридизации in situ. Технология получения рекомбинантных ДНК.
Принципы и сферы применения методов.
2.4. Фракционирование клеток и клеточного содержимого. Метод клеточных
культур. Цитофотометрия. Принципы и сферы применения методов.
2.5. Полимеразная цепная реакция.
3. Становление биологии клетки как науки. Характеристика положений
клеточной теории (Т. Шванн, М. Шлейден, Р. Вирхов): клетка – элементарная
структурно-функциональная единица живой материи; гомологичность клеток;
клетка от клетки; формирование многоклеточного ансамбля с едиными
механизмами регуляции.
4.
Информационно-схематический материал
Световой микроскоп и ход лучей в микроскопе.
Электронная микрофотография. Гепатоцит.
Электронная микрофотография. Нефроцит.
Схемы, отражающие различные методы биологии клетки.
Метод ПЦР. Исходные компоненты ПЦР.
Схема. Отличия в структурной организации животной и растительной клетки.
Схема. Строение бактериальной клетки.
Гистологический препарат растительная клетка. Определить оболочку,
цитоплазму, ядро, ядрышко, хлоропласты, вакуоли.
Тема № 2
Химическая организация клетки
Плазматическая мембрана
Контрольные вопросы
1. Примерный химический состав бактериальной и типичной клетки
млекопитающего (таблица).
2. Неорганические вещества и их роль в жизнедеятельности клетки – вода,
ионы, минеральные соли и их кислоты.
3. Органические вещества: углеводы, липиды. Особенности биологического
функционирования, строение мономерных и структурных блоков, полимеров.
4. Органические вещества: белки. Биологическое функционирование,
мономеры, конформации, состав.
5. Органические вещества. ДНК и РНК: химическая организация
мономерных звеньев, свойства, основные функции. Принцип комплементарности
(правило Чаргаффа).
6. ДНК – первичная конформация (дуплекс), типы вторичной конформации
(В, А и Z). Характеристика химических связей, объемных показателей.
7. РНК. Отличие РНК от ДНК. Первичная, вторичная и третичная
конформация РНК (на примере тРНК и рРНК). Особенности синтеза РНК у про.и эукариот.
8. Типы РНК. Минорные, вирусные РНК. Рибосомальная РНК. Ассоциации
рРНК с белками. Характеристика первичных транскриптов, процессинга.
9. мРНК – строение пре.-мРНК. Процессинг – кэпирование,
полиаденилирование, сплайсинг и альтарнативный сплайсинг. Строение зрелой
мРНК. Интрон. Экзон. Поли и моноцистронные мРНК.
10. Биологическое кодирование. Перекодирование и формирование
вторичного генетического кода.
11. Плазматическая мембрана – общая характеристика химических свойств
мембран. История мембранологии. Модели плазматических мембран – сэндвича,
элементарной мембраны, жидкостно-мозаичная, липидных плавающих платформ
(lipid-raft). Основные направления в современном исследовании мембран.
12. Химическая организация жидкостно-мозаичной модели мембраны.
Липиды – химические свойства, струткурная организация, диффундирование,
типы, ассиметричность мембран.
13. Белки и углеводы как компоненты мембран – характеристика типов
белков (на примере эритроцитов) и их роли. Углеводы – строение углеводного
надмембранного комплекса – гликокаликс, мономеры олигосахаридных цепей,
функции гликокаликса. Кортекс. Рост мембран, различные свойства мембран в
зависимости от компартмента клетки.
14. Функции плазмалеммы. Клеточная проницаемость.
Информационно-схематический материал
1. Схема строения молекулы воды.
2. Схема строения молекулы липидов
3. Схема строения нуклеотидов ДНК и РНК
4. Дуплекс ДНК
5. Схема форм вторичного строения ДНК – В-форма
6. Схема конформационного кода ДНК
7. Схема первичного строения РНК на примере пре.-тРНК
8. Схема вторичного строения РНК на примере тРНК
9. Схема сплайсинга пре.-мРНК
10. Схема строения зрелой мРНК
11. Таблица биологического кода
12. Схема трехкомпонентной организации плазматической мембраны жидкостно-мозаичная модель
13. Схемы и электронные микрофотограммы различных типов контактов.
14. Схемы транспорта малых молекул:
-степень проницаемости билипидного слоя;
-строение ионофора – валиномицин.
15. Схемы активного транспорта малых молекул:
-сквозной транспорт глюкозы в кровь через клетку кишечника,
-строение и работа Na-K-АТФазы;
16. Схема веезикулярного транспорта веществ – транспорт макромолекул
17. Схемы работы различных типов гормонов через рецептоы:
-механизм действия белковых гормонов путем активации цАМФ;
-механизм действия белковых гомонов через Са 2+;
- механизм действия стероидных гормонов.
Тема № 3 - 4
Вакуолярная система клетки
Аппарат внутриклеточного переваривания
Цитоскелет
Контрольные вопросы
1. Мембранные компоненты аппарата Гольджи – диктиосомы и их полярность,
пять структурно-функциональных компонентов, элементы цитоскелета, белки
аппарата Гольджи и их специфичность.
2. Эндоплазматический ретикулум или сеть (ЭР) – общая характеристики.
Агранулярный ЭР или гладкий (АЭС) – функции (синтез и транспорт липидов
мембран, стероидов и терпенов, депонирование Ca2+ , детоксикация).
3. Гранулярный ЭР или шероховатый (ГЭС) – общая хараткеристика,
расположение в различных клетках. Функции ГЭС.
4. Особенность синтеза белков на рибосомах ГЭС – сигнальная
последовательность, SRP, транслакон, перенос полипептидной цепи в полость и
котрансляционный процессинг.
5. Синтез белков ассоциированных с мембраной ГЭС, синтез клеточных
мембран, транспорт между ЭР и аппаратом Гольджи.
6. Рибосомы - структурно-функциональная организация. РНК рибосом. Белки
рибосом. Характеристика субъединиц рибосомы – функциональные карманы с
позиции функций большой и малой субъединицы.
7. Аппарат внутриклеточного переваривания – гидролазные пузырьки, лизосомы
и их гетерогенность, эндосомы.
8. Аппарат внутриклеточного переваривания – пероксисомы, поросомы,
протеасомы, сферосомы.
9. Цитоскелет – опорно-двигательная система клетки. Общая характеристика.
Функции. Самоорганизация цитоплазмы.
10. Микрофиламенты. Миофиламенты. Актин, миозин. Взаимодействие актина и
миозина при мышечном сокращении – модель скольжения или качелей на
поперечных мостиках миозина. Рабочий цикл акто-миозинового комплекса.
11. Структурная организация миофибрилл – актиновых и миозиновых. Строение
саркомера.
12. Микрофиламенты – актиновые нити. Актинассоциированные белки.
13. Микротрубочки. Строение, характеристика белков – тубулина, МАР,
Клеточный центр, центриоли, центросома, центросфера.
14. Центросомный цикл. Митотический аппарат.
15. Микротрубочки – реснички и жгутики. Строение жгутика. Строение
базального тельца. Классификация ресничек.
16. Промежуточные микрофиламенты.
Информационно-схематический материал
1. Электронная микрофотограмма аппарата Гольджи.
2. Схематическое изображение аппарата Гольджи (АГ) и основных путей
транспорта к, через и от АГ.
3. Упрощенная схема синтеза переноса белков в ГЭР.
4. Структура и состав лизосом. Биосинтез и транспорт лизосомальных белков.
5. Микрофотограмма структурной организации пероксисомы.
6. Схематическое строение 26S протеасомы и протеолитических камер.
7. Схема протеасомной деградации белков.
8. Схема различных форм протеасом и их активаторов.
9. Схема строение молекулы актина.
10. Две схемы строения молекулы миозина.
11. Схема организации тропомиозинового комплекса.
12. Схемы структурных превращений актомиозинового комплекса при
сокращении миофибрилл.
13. Схема строения поперечнополосатой скелетной миофибриллы. Саркомер.
14. Схема строения клеточного центра. Митотический аппарат.
15. Схема организации микротрубочки жгутика.
16. Схема. Промежуточные микрофиламенты.
Тема № 5 - 6
МИТОХОНДРИИ
ЯДРО
Контрольные вопросы
1. Общая морфология митохондрий. Ультраструктурная организация - наружняя и
внутренняя мембрана, межмембранное пространство, митоплазма – матрикс.
Топография митохондрий в клетке – типы организации хондриома
(митохондриальный ретикулум) и эволюционный смысл его формирования,
межмитохондриальные контакты (ММК). Увеличение числа митохондрий –
биогенез или авторепродукция.
2. Главная функция митохондрий – синтез АТФ. Начальные этапы окисления
углеводов в цитоплазме – гликолиз. Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот,
цикл лимонной кислоты) – последовательность смены процессов окисления и
восстановления с образованием электронов и их акцептирование с коферментом
НАД – НАД*Н.
3. Белковые ферментные комплексы дыхательной цепи внутренней мембраны и
ферменты окислительного фосфорилирования – АТФ-синтетаза сопряженные
цепью переноса электронов. Характеристика химической организации
компонентов дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования – комплекс
I, III и IV, а так же комплекс II и V, молекулы переносчики - убихинон и цитохром
с.
4. Механизм работы комплекса III. Хемиосмотическая теория Митчелла о
сопряжении окисления субстратов с синтезом АТФ. Положения теории.
Окислительно-восстановительная петля. Протонные насосы.
5. Строение митоплазмы (матрикса) митохондрий. Геном митохондрий и его
отличие от генома ядра. Рибосомы. РНК. Ионы Са2+, Mg2+.
ЯДРО
6. Строение ядра эукариотических клеток. Организация ядерного белкового
матрикса – состав (фиброзный слой ламины, рыхлый фиброзный слой ламины,
остаточное ядрышко, белки). Фрагменты ДНК ассоциированные с ядерным
матриксом, РНК, сплайсосомы, информоферы, информосомы. MAR / SAR
последовательности – характеристика белков, функции.
7. Морфология РНП-компонентов в ядре. Перихроматиновые фебриллы и
гранулы или спеклы, зрелые комплексы из информоферов, интерхроматиновые
гранулы.
8. Хроматин – материальный носитель наследственной информации.
Химиический состав хроматина – ДНК, РНК, белки гистоны (Н1, Н2А, Н2В, Н3,
Н4) и негистоновые белки (ДНК-и РНК-полимеразы, нуклеазы, «белки
Джонсона» - HMG, топоизомеразы, лигазы, ламины). Структура хроматина –
последовательности ДНК (энхансеры, сайленсоры, экзоны, интроны, модули,
сателлитные, высокоповторяющиеся, умеренно повторяющиеся, «роскоши»,
центромерные, теломерные). Интерфазное состояние хроматина - гетерохроматин
(конститутивный и факультативный), эухроматин. Митотическое состояние
хроматина.
9. Уровни компактизации ДНК – нуклеосомный, фибриллярный или супербидный
и его модели (соленоидная, суперспирали, кросс-линкерная, ленточная), петельнодоменный (петлевые розетки – хромомеры), хромонемный, хромосомный.
Морфологические типы хромосом. Строение хромосомы. Хромосомный цикл.
АТФ-зависимые хроматинмоделирующие системы.
10.Ядерная мембрана (нуклеолемма). Характеристика и строение внутренней
(ламина и ее компоненты) и наружней мембраны. Строение порового комплекса –
нуклеопорины, цитоплазматические и ядерные кольца, центральный домен,
спицивые элементы, фибриллы нуклеоцитоплазматической стороны (NPC),
ядерная сетка (basket).
11.Нуклео-цитоплазматический транспорт веществ – пассивный и активный.
12.Ядрышко – источник рибосом. Ядрышковые организаторы, амплификация
ядрышка, 3 отдельных компонента - фибриллярные центры окружены плотными
фибриллярными компонентми (dense fibrillar components (DFCs)), гранулярные
компоненты расходящиеся из DFCs, белковый матрикс. Структурные типы
ядрышек.
13.Белки ядрышек. Неканоничнские функции ядрышка. Периферический
хромосомный материал (ПХМ) – ядрышко во время митоза.
Информационно-схематический материал
1. Электронная микрофотограмма ультраструктурной организации митохондрий.
2. хема топографической локализации митохондрий в симпласте поперечнополосатой мышечной ткани и кардиомиоцитах. Типы организации хондриома
(митохондриальный ретикулум), межмитохондриальные контакты (ММК).
3. Схема гликолиза и цикла Кребса.
4. Схема локализации во внутренней мембране митохондрий комплексов
дыхательной цепи и АТФ-синтетазы (грибовидное тело или оксисома).
5. Схема работы комплекса 3
6. Схема ультраструктуры ядра клетки.
7. Электронная микрофотограмма гепатоцита.
8. Электронная микрофотограмма нефроцита.
9. Схема уровней компактизации хроматина в ядре.
10. Схема расположения гистона Н1 при формировании супербида.
11. Схема строения ядерно-порового комплекса.
12. Схема организации ядрышка.
Тема № 7-9
РЕПЛИКАЦИЯ ДНК.
БИОСИНТЕЗ БЕЛКА.
КЛЕТОЧНАЯ РЕПРОДУКЦИЯ И ЕЕ РЕГУЛЯЦИЯ.
СТАРЕНИЕ И ГИБЕЛЬ КЛЕТКИ.
Контрольные вопросы
1. Механизмы репликации ДНК: комплементарность,
полуконсервативность, прерывистость, потребность в затравке,
антинаправленность и униполярность. Отличительные особенности репликации
ДНК у про.- и эукариот. Белки обеспечивающие процесс репликации у эукариот.
Инициация, элонгация, терминация и процессинг ДНК.
2. Биосинтез белка. Транскрипция – первая стадия реализации генетической
информации. Инициация – формирование преинициаторного базального
комплекса. Элонгация. Терминация и процессинг РНК.
3. Трансляция – собственно биосинтез белка. Компоненты аппарата
трансляции: аминокислоты, тРНК, аминоацил-тРНК-синтетаза, мРНК, рибосомы,
АТФ, ГТФ, Mg, белковые факторы. Этапы трансляции. Инициация, элонгация,
терминация, процессинг пробелка.
5. Клеточный (жизненный) цикл клетки и его регуляция. Точки рестрикции
(R1 и R2). Основные события интерфазы. G1 и G2-чекпойнт системы клеточного
цикла. Понятие о чекпойнте, система контроля повреждений ДНК.
6. Митоз – биологическое значение, характеристика фаз. Митотический
аппарат – ахроматиновые, полюсные, астральные микротрубочки, механизм
движения хромосом. Амитоз. Эндорепродукция.
8. Мейоз – биологический смысл. МейозI – редукционное деление.
Коньюгация, биваленты, хиазм, кроссинговер. Отличие МI от митоза. Мейоз II эквационное деление. Формирование гаплоидных гамет.
9. Гипотезы инволюции онтогенезов (старение): популяционно генетическая, метилирование, свободно-радикальная, элевационная, накопление
соматических мутаций, хромосомная, роль эпифиза. Система антиоксидантной
защиты организма от старения. Проблема концевой репликации, теломераза,
«гены бессмертия».
10. Апоптоз – генетически запрограммированная гибель клетки. Пути
запуска апоптоза. Энзимы (каспазы) апоптоза и некроза, отличие
морфологического проявления путей гибели, отличие в механизмах гибели
клетки. 11. Программируемый некроз. Аутофагия. Митотическая катастрофа.
Апоптоз/некрозные континиумы.
Информационно-схематический материал
2. Схема топография репликационной вилки.
7. Схема элонгации трансляции – транслокация
8. Схема элонгации трансляции – пептидация
10. Схема клеточного цикла
11. Схема механизма и пространственно-топографического расположения
хромосом во время митоза
12. Гистологический препарат. Кариокинез корешка лука. Определить
клетки на различной фазе митоза.
13. Схема механизма и пространственно-топографического расположения
хромосом при 1 мейотическом (редукционном) делении
14. Схема механизма и пространственно-топографического расположения
хромосом при 2 мейотическом (эквационном) делении
17. Общая схема программы апоптоза
18. Схема отличительных морфологических признаков клетки в состоянии
некроза и апоптоза.
Основная литература:
1. Афанасьев Ю.И., Бобова Л.П., Горячкина В.Л. и др. Лабораторные занятия по
курсу гистологии, цитологии и эмбриологии / под ред. Ю.И. Афанасьева, А.Н.
Яцковского. – М.: Медицина, 1999.- 323 с.
2. Кузнецов С.Л. Гистология, цитология и эмбриология: Учебник для мед.
вузов/С.Л. Кузнецов, Н.Н. Мушкамбаров. – Москва: Мед. информ. агенство, 2005.
– 600с.
3. Данилов Р.К. Гистология человека в мультимедиа: Учебник/Р.К. Данилов,
А.А. Климов, Т.Г. Боровая. – 2-е изд. – Санкт-Петербург: Элби-СПб, 2004. – 361с.
4. Атлас по гистологии, цитологии и эмбриологии/ С.Л. Кузнецов, Н.Н.
Мушкамбаров, В.Л. Горячкина. – М.: МИА, 2002.
5. Быков В.Л. Цитология и общая гистология.-СПб.:SOTIS,1998.
6. Лекционный материал.
Дополнительная литература:
1. Атлас по гистологии: Учебное пособие/Ред. А.С. Пуликов, Т.Г. Брюховец;
Колл. авт. Красноярская медицинская академия. – Красноярск: КрасГМА, 2004. –
128с.
2. Гистология: Введение в патологию: Учеб. для студ. высш. мед. учеб.
заведений/Н.В. Бойчук, Р.Б. Исламов, Э.Г. Улумбеков, Ю.А, Челышев; Ред. Э.Г.
Улумбеков, Ю.А. Челышев. – М.: ГЭОТАР, 1997. – 947с.
3. Алмазов И.В. Атлас по гистологии и эмбриологии: Учеб. Пособие для мед. интов/И.В. Алмазов, Л.С. Сутулов. – М: Медицина, 1978. – 543с.
4. Быков В.Л. Частная гистология человека (краткий обзорный курс)/В.Л. Быков.
– 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Сотис, 1997. – 300с.
5. Быков В.Л. Гистология и эмбриология органов полости рта человека: Учебное
пособие/В.Л. Быков. – 2-е изд., испр. – Санкт-Петербург: Специальная
литература, 1999. – 247с.
6. Ролдугина Н.П., Никитченко В.Е., Яглов В.В. Практикум по цитологии,
гистологии и эмбриологии.- М.: КолосС, 2004.- 215 с.
7. Атлас по цитологии, гистологии и эмбриологии: Учеб. пособие для студентов
высш. мед. учеб. заведений / Р.П. Самусев, Г.И. Пупышева, А.В. Смирнов; Под
ред. Р.П. Самусева. – М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО
«Издательство Мир и Образование», 2004. – 400с.
8. Гистология, цитология и эмбриология: Атлас/ Под ред. О.В. Волковой и
Ю.К.Елецкого.-М.:Медицина,1996.
9. Терминологический словарь по цитологии, гистологии и эмбриологии / Ю.И.
Афанасьев, К.К. Рогажинская, Р.П. Самусев и др.; под ред. Ю.И. Афанасьева и
С.Л. Кузнецова. – М.: ООО «Издательство Новая Волна», 2002. – 224 с.
10. Тестовые задания для проверки знаний студентов по курсу цитологии,
эмбриологии и гистологии /Под ред. С.Л. Кузнецова. – М.: ГЭОТАР, 2000.
Учебно-методические пособия:
1. Гистология: Комплексные тесты: ответы и пояснения: Учебное пособие/Ред.
С.Л. Кузнецов, Ю.А. Челышев. – Москва: ГЭОТАР МЕДИЦИИНА, 2001. – 312с.
2. Пуликов А.С. Толковый словарь гистологических терминов/А.С. Пуликов,
Л.Е. Сухова; Колл. авт. Красноярская медицинская академия. – Красноярск: ИПЦ
«КАСС», 2004. – 37с.
3. Ситуационные задачи для студентов / Сост. А.С. Пуликов, С.Н. Ефремов, М.А.
Савченкова. – Красноярск, 1992. – 108с.
4. Тестовые задания по предмету «Гистология, цитология и эмбриология»:
приложение к учебнику «Гистология» / Н.В. Бойчук, Р.Р. Исламов, Э.Г.
Улумбеков, Ю.А. Челышев. – Москва: ГЭОТАР МЕДИЦИНА, 1997. – 317с.