 |
|
ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ЛЕКЦИЯ № 4
По медицинской биологии и генетике
Для студентов 1 курса лечебного факультета
Тема: «Клеточный уровень организации живого».
Время - 90 мин.
Учебные и воспитательные цели:
1. Ознакомить с задачами биологии и ее местом в подготовке врача.
2. Дать представления о медико-биологических аспектах экологических проблем человечества.
3. Значение биологических исследований в современных условиях жизни.
4. Ознакомить с особенностями строения клеточных форм живых организмов.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Бекиш О.-Я.Л. Медицинская биология. Курс лекций для студентов мед. ВУЗов. - Витебск, 2000 с.32-49.
2. Биология / Под ред.В.Н. Ярыгина / 1-я книга - М.:Вш,1997. - с. 36-41.
3. О.-Я.Л. Бекиш, Л.А. Храмцова. Практикум по мед.биологии. - Изд. «Белый Ветер», 2000 - с. 9-25.
4. Заяц Р.Г., Рачковская И.В. Основы цитологии и генетики: Учебное пособие. Мн.- 1996, с 10-20.
МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
1. Мультимедийная презентация.
РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ
| № п/п | Содержание | Расчет рабочего времени |
| 1. | Цитология - наука об основной форме организации живого. Клетка - элементарная генетическая и структурно-функциональная единица живого. | |
| 2. | Клеточная теория и ее современное состояние. | |
| 3. | Жизненные формы организмов. | |
| 4. | Особенности строения прокариотической клетки. | |
| 5. | Структурные компоненты клеток эукариот: плазматическая мембрана, цитоплазма, ядро. | |
| 6. | Анаболическая и катаболическая системы клетки. | |
| 7. | СРС. | |
| Всего: |
Вопрос 1.
Раздел биологии, занимающийся изучением структурной и функциональной организации клетки как единицы живого, получил название цитологии (от греч. cytos - клетка, полость, logos - наука). Открытие клетки связано с именами великих ученых-микроскопистов - Роберта Гука, Мальпиги, Я.Грю, описавших ячеистое строение многих растительных объектов, а также с именем Левенгука, впервые наблюдавшего реальные клетки животных.
В 1939 году немецкий зоолог Т. Шванн опубликовал труд "Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений", в которых были заложены основы клеточной теории. В этой работе Шванн пришел к двум выводам:
1) клетка - главная структурная единица всех растительных и животных организмов;
2) процесс образования клеток обусловливает рост, развитие и дифференцировку всех растительных и животных тканей и организмов.
Дальнейшее развитие клеточной теории связано с именем немецкого ученого Рудольфа Вирхова, который в 1858 году опубликовал свой труд «Целлюлярная патология». В этой работе Вирхов дополнил клеточную теорию третьим выводом: «Omnis cellula e cellula» каждая клетка из клетки. Этот вывод блестяще подтвердился дальнейшим развитием биологии в настоящее время не известно иных способов появления клеток помимо их деления. В этой работе Вирхов впервые подошел к объяснению патологического процесса, показав его связь в организме с морфологическими структурами, с определенными изменениями в структуре и функции клеток. Он является основоположником патологической анатомии.
Но ряд выводов Вирхова оказались ошибочными и закономерно встретили возражения со стороны современников. По Вирхову патологический процесс в организме представляет собой сумму нарушений жизнедеятельности отдельных клеток, это локальный, местный процесс. Вирхов и его последователи не видели также качественных отличий между частью и целым, рассматривая организм вне его исторического развития и условий существования. Эту идею Вирхова обоснованно критиковали Сеченов, Боткин, Павлов, которые показали, что организм - единое целое и интеграция его частей осуществляется прежде всего ЦНС.
Благодаря исследованиям Шванна, Шлейдена, Вирхова, Моргана, Навашина, Кольцова, Насонова и др., клетку рассматривают как наименьшую элементарную единицу живого, которой свойственны такие признаки, как метаболизм, воспроизведение, реактивность, изменчивость.
Вопрос 2
Современная клеточная теория включает следующие положения:
1. Клетка - основная структурно-функциональная и генетическая единица живого.
2. Клетки одно- и многоклеточных организмов сходны по строению, химическому составу и проявлению жизнедеятельности.
3. Размножение клеток осуществляется путем деления исходной (материнской) клетки.
4. Клетки многоклеточных организмов специализируются по функциям и образует ткани, органы, организмы.
5. Единое целое организма и интеграции его частей осуществляется, прежде всего, ЦНС.
6. В основе непрерывности, единства, разнообразия органического мира лежат обмен веществ, размножение, наследственность, изменчивость и раздражимость клеток.
Значение клеточной теории:
- доказательство морфологической основы единства живой природы;
- общебиологическое объяснение живой природы;
- доказательство эволюционных процессов.
Вопрос 3.
Жизненные формы организмов:
1. Доклеточные – царство вирусы.
2. Клеточные: прокариоты – царства бактерий и цианобактерий,
эукариоты – царства растений, животных, грибов.
Большинство живых организмов состоит из клеток. Однако имеются неклеточные формы жизни - вирусы. С возникновением клетки живые системы приобретают способность к самостоятельному обмену веществ и размножению. Усложнение их организации связано с появлением клеточной, а затем ядерной мембраны и увеличением молекулярной массы ДНК.
Вопрос 4
Прокариоты -одноклеточные доядерные организмы. Наследственный аппарат представлен одной молекулой ДНК кольцевой формы (нуклеоид). Прокариоты являются гаплоидами. Молекулярная масса ДНК соответствует 2000 структурных генов. Клетка ограничена двойной плазматической мембраной (наружной и внутренней). Поверх мембраны образуется клеточная стенка. Она состоит из углевода муреина, образующего жесткую решетку. В цитоплазме отсутствуют органоиды мембранного строения. Их функцию выполняют впячивания внутренней мембраны – мезосомы. В цитоплазме имеются рибосомы. Бактерии могут содержаться мелкие молекулы ДНК (плазмиды). Фотосинтезирующие бактерии имеют фотомембраны. Запасные питательные вещества представлены углеводами.
Вопрос 5
Эукариотические клетки имеют обособленное ядро, наружную биологическую мембрану – плазмалемму, цитоплазму с органоидами и включениями.
Плазмалемма отделяет содержимое клетки от внешней среды и регулирует движение ионов и макромолекул в клетку и из нее. Плазмалемма имеет жидкостно-мозаичное строение (модель Сингера). Она состоит из двойного слоя фосфолипидов, белков и полисахаридов. Молекулы фосфолипидов представлены неполярными гидрофобными концами и полярными гидрофильными головками, обращенными к внешней среде. Белки расположены мозаично: поверхностные, погруженные, пронизывающие.
На поверхности мембраны находятся олигосахаридные цепи (антенны) из моносахаридных остатков. Их функции:
- распознавание внешних сигналов;
- контакт клеток и образование тканей;
- иммунный ответ, где гликопротеиды играют роль антигенов.
Клетки растений имеют целюллезную, а грибов – хитиновую оболочки поверх плазмалеммы. На наружной поверхности плазмолеммы животных клеток находится полисахаридный слой - гликокалекс.
Химический состав клеточной мембраны (плазмалеммы) следующий:
1) белки - 55% (из них до 200 ферментов);
2) липиды - 35%;
3) углеводы – 5-10% (в соединении с простыми или сложными белками).
Функции липидов мембран: структурная, барьерная.
Функции белков мембран: структурная, ферментативная, рецепторная, транспортная.
Функция гликопротеидов - рецепторная.
Свойства мембран: пластичность, полупроницаемость, динамичность.
Функции мембран:
1) структурная (входят в состав большинства органоидов);
2) барьерная (поддерживает постоянство химического состава и защитная);
3) регуляция обменных процессов;
4) рецепторная;
5) транспортная.
Плазмолемма включает комплекс элементарных мембран: 3-4 - у животной, 7-8 - у растительной клетки. Через плазмалемму осуществляется транспорт веществ в клетку. Транспорт бывает пассивный и активный.
1. Пассивный транспорт происходит без затрат энергии, по градиенту концентрации. Это может быть: диффузия газов, осмотическое движение воды, облегченная диффузия посредством белков-переносчиков (аминокислоты, сахара, жирные кислоты).
2. Активный транспорт идет против градиента концентрации, с затратой энергии. Для него необходимо наличие специальных ионных каналов, ферментов и АТФ. Так работает натрий-калиевый насос. Концентрация калия в клетке выше, чем в околоклеточном пространстве, и, тем не менее, ионы калия поступают в клетку, а ионы натрия выводятся наружу. Ионы натрия формируют на поверхности мембраны положительный заряд, внутри клетки заряд отрицательный по отношению к среде. На каждые 2 поступающие иона К+ из клетки выводится 3 иона Na+. Заряд на мембране обеспечивает передачу нервного импульса, всасывание питательных веществ ворсинами кишечника, адсорбцию в почечных канальцах.
Mg2+/Ca2+ насос обеспечивает мышечные сокращения.
Крупно-молекулярные соединения белков,нуклеиновых кислот, полисахаридов проникают внутрь клетки путем эндоцитоза. Различают два вида эндоцитоза: фагоцитоз и пиноцитоз. Фагоцитоз - захватывание мембранной твердых частиц. При этом внутри клетки при участии лизосом образуется пищеварительная вакуоль. Пиноцитоз – переваривание жидкостей.
Выделение из клетки веществ, заключенных в мембрану, называется экзоцитозом.
Поступившие в клетку вещества могут использоваться:
1) для синтеза веществ, необходимых самой клетке (анаболическая система);
2) как источник энергии (катаболическая система).
Цитоплазма – живое содержимое клетки без ядра. В цитоплазме различают гиалоплазму, органеллы и включения.
Гиалоплазма является основным веществом клетки, с которым связаны коллоидные свойства цитоплазмы, ее вязкость, эластичность, сократимость, внутреннее движение. Гиалоплазма состоит из двух фаз: жидкой и твердой. Жидкая фаза представлена: коллоидным раствором белков, углеводов, нуклеотидов, ионов неорганических веществ. Твердая фаза представлена микротрабекулярной системой, микротрубочками, микрофиламентами (фибриллы), которые образуют цитоскелет клетки.
Ядро (nucleus, karion) -это постоянный структурный компонент всех клеток эукариот. Оболочка интерфазного ядра состоит из двух элементарных мембран (наружной и внутренней), пространство между которыми называется перинуклеарным. Мембраны имеют поры, через которые идет обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Наружная ядерная мембрана переходит в стенки каналов эндоплазматической сети. На ней расположены рибосомы.
Нуклеоплазма -однородная масса, заполняющая пространство между структурами ядра. Она содержит белки, нуклеотиды; АТФ и различные виды РНК, а так же хроматин и ядрышки.
Хроматин - комплекс ДНК и гистоновых белков (дезоксирибонуклеопротеид, ДНП) в отношении 1: 1,3. Выявляется в виде нитей, глыбок, гранул. В процессе митоза спирализованный хроматин образует хромосомы.
Ядрышко - состоит из белков (80%), РНК (до 15%), ДНК (до 12%). Образуются в ядрышковом организаторе на хромосоме. Обеспечивают синтез
р-РНК и образование субъединиц рибосом.
Функции ядра: хранение и передача генетической информации, регуляция процессов жизнедеятельности клетки.
Вопрос 6
Анаболическая (ассимиляция, пластический обмен) и катаболическая (диссимиляция, энергетический обмен) системы клетки неразрывно связаны, так как все процессы жизнедеятельности клетки немыслимы без энергии АТФ, которая, в свою очередь, не может образовываться без ферментных систем, строящихся в результате анаболических реакций. Также неразрывно связаны друг с другом потоки вещества и энергии, так как гетеротрофные клетки способны использовать только энергию, заключенную в сложных химических соединениях.
К анаболической системе клетки относятся: рибосомы, ЭР, комплекс Гольджи.
К катаболической системе клетки относятся: лизосомы, пероксисомы, глиоксисомы, митохондрии.
Пероксисомы – клеточные органеллы, в которых осуществляются окисления жирных кислот, синтез желчных кислот, холестерина, а так же эфиросодержащих липидов, участвующих в построении миелиновой оболочки нервных волокон. Пероксисомы окружены только одной мембраной и не содержат ДНК и рибосом. Они есть во всех эукариотических клетках. Их функции сильно различаются в клетках разных типов. Это один из главных центров утилизации кислорода в клетке. Содержат ферменты: оксидазы, уратоксидазы и каталазы. Каталаза окисляет фенолы, муравьиную кислоту, формальдегид и спирты. Этот тип окислительных реакций особенно важен в клетках печени и почек, где пероксисомы обезвреживают ядовитые вещества попадающие в кровоток.
Глиоксисомы – клеточные органеллы, которые содержат ферменты необходимые для превращения жиров в углеводы. Они принимают метаболиты. Поступающие из жировых капель – сферосом, превращают их в янтарную кислоту, которая затем подвергается последовательному превращению в продукты, восстанавливаемые до сахаров.
Органеллы - это специализированные постоянные компоненты цитоплазмы, обладающие определенным строением и выполняющие ту или иную функцию в жизнедеятельности клетки. Органеллы делятся на две группы: органеллы общего назначения и специального.
1. Органеллы общего назначения:
а) мембранного строения (митохондрии, пластиды, комплекс Гольджи, эндоплазматический ретикулюм, лизосомы, вакуоли);
б) немембранного строения (рибосомы, клеточный центр).
2. Органеллы специального назначения: миофибриллы, тонофибриллы, нейрофибриллы, реснички, жгутики.
Цитоплазматические включения - это непостоянные структуры в цитоплазме, представляющие собой продукты жизнедеятельности клеток. По своему биологическому значению включения могут быть условно разделены на основные группы: трофические, секреторные, специального назначения, экскреторные, пигментные.
ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Лаборантскому составу по материально-техническому обеспечению лекции:
1. Обеспечить мультимедийную презентацию.
Зав. кафедрой,
доцент Л.П. Гаврилова
«___» ___________________ 20__ г.