Крымский государственный медицинский

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕИЯ УКРАИНЫ

КРЫМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. С.И. ГЕОРГИЕВСКОГО

Кафедра медицинской биологии

 

К. Л. Лазарев, М. Ф. Ромашова, Н.С. Прохорова

 

Молекулярно-клеточный уровень организации жизни

Методические разработки

К практическим занятиям

По медицинской биологии

 

 

Симферополь

 

 

Рецензенты:

Барсуков Н. П. – доктор медицинских наук, профессор

Троценко Б.В. – доктор медицинских наук, профессор

ПРОВЕРКА ИСХОДНОГО УРОВНЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ

Медицинская биология как наука про основы жизнедеятельности человека, которая изучает закономерности наследственности и изменчивости, индивидуального и эволюционного развития морфологической и социальной адаптации человека к условиям окружающей среды в связи с биосоциальной сутью.

Современные этапы развития медицинской биологии. Место биологии в системе медицинского образования.

Суть жизни. Формы жизни, ее фундаментальные свойства и атрибуты. Эволюционно организованы структурные уровни жизни; элементарные структуры уровней и основы биологических явлений, которые их характеризуют. Значение явлений про уровни организации живого для медицины.

Особое место человека в системе органического света. Отношение физико-химических, биологических и социальных явлений жизнедеятельности человека.

Оптические системы в биологических исследованиях. Строение светового микроскопа и правила работы с ним. Техника изготовления временных микропрепаратов, изучение и описание.

ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ

1.4.1. Теоретические вопросы, которые необходимо усвоить для достижения целей занятия.

а) виды микроскопов;

б) устройство микроскопа;

в.) правила работы с микроскопом;

г) этапы изготовления временного микропрепарата.

 

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ.

а) установить микроскоп в рабочее положение; определить общее увеличение микроскопа при «малом» и «большом» увеличении;

б) рассмотреть под малым увеличением микроскопа асимметричную букву шрифта: сделать заключение о том, какое изображение дает световой микроскоп;

в) рассмотреть микропрепарат «Волос человека» под «ма­лым» и «большим» увеличением и зарисовать:

г) изготовить временный препарат из волокон ваты, рассмотреть под микроскопом и зарисовать; на рисунке отметить артефакты в виде соринок и пузырьков воздуха.

 

РЕШЕНИЕ ЦЕЛЕВЫХ ОБУЧАЮЩИХ ЗАДАЧ

ЗАДАЧА 1. При работе с микроскопом обнаружено, что все поле зрения затемнено. Какова причина затемнения? Как ее устранить?

ЗАДАЧА 2. Имеется мутное изображение объекта наблюде­ния. Как устранить этот дефект?

ЗАДАЧА 3. При микроскопировании микропрепарат виден на «малом» увеличении, но не виден при «большом» увеличе­нии. Какова причина этого? Как устранить возникший де­фект?

ЗАДАЧА 4. При микроскопировании обнаружено, что часть поля зрения освещена ярко, а часть затемнена. Какова причина? Как устранить обнаруженный дефект?

1.5. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ ЗАНЯТИЯ преподавателем и проверка пра­вильности выполнения работ каждым студентом.

1.6. МЕСТО И ВРЕМЯ ЗАНЯТИЯ: учебная комната, 2 академичес­ких часа.

1.7. ОСНАЩЕНИЕ ЗАНЯТИЯ: микроскопы, микропрепараты, таблицы, схемы.

 

ЛИТЕРАТУРА: основная (1), дополнительная (2).

1.1. В.П. Пишак Биология медицинская Винница 2004

1.2. Королев В.А.; Кривошеина Г.Н.; Полякова Э. Г. Руководство к лабораторным занятиям по биологии. – Киев: Вища школа, 1986.

2.1. Лазарев К. Л. Клетка и биология развития. Симферополь, 2000.

 

 

З А Н Я Т И Е 2

МОРФОЛОГИЯ КЛЕТКИ. СТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

ЦИТОПЛАЗМЫ и ЯДРА

1.1. ЗНАЧЕНИЕ ТЕМЫ. Цитоплазма и цитоскелет. Циклоз. Органеллы цитоплазмы – мембраны и мембранные назначения и принципы функционирования. Включения в клетках и их функции.

Ядро – центральный информативный аппарат клетки. Структура интерфазного ядра. Хромосомный и геномный уровни организации материала. Хроматин: эухроматин и гетерохроматин. Методы изучения структуры и функционирования клетки.

1.2. ЦЕЛИ ЗАНЯТИЯ. Общая: Структурно- функциональная организация эукариотической клетки. Химический состав клетки: макро- и микроэлементы. Вода, значение связей в процессах жизнедеятельности клетки. Органические структуры – углевместимость вещей живых организмов.

1.3. КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ ЗАНЯТИЯ:

1.3.1. Уметь находить и определять на микропрепаратах клетки и их основные компоненты.

1.3.2. Получить представление о субмикроскопическом строении клеточных структур.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В настоящее время на планете Земля есть две основные формы жизни: неклеточная и клеточная.

Неклеточная форма жизни - это вирусы. Их объединяют в само­стоятельную систематическую категорию Царство вирусы.

Клеточная форма жизни представлена огромным разнообразием клеток, которые существуют в виде самостоятельных одноклеточных организмов или входит в состав многоклеточных живых существ. Клеточная форма жизни существует в виде безъядерных структур (прокариот) и ядерных структур (эукариот). Различия между ними представлены в таблице.

Детальное изучение клеточных структур и их взаимодействия привело в середине нашего века к формированию представлений о клеточном уровне организации. Возникновение клетки сыграло решающую роль для прогрес­са жизни на нашей планете.

За последние 150 лет представления о клетке существенно изменились и расширились. Однако суть клеточной теории осталась неизменной.

 

Основные положения клеточной теории.

1.Клетка - элементарная структурно-функциональная единица жи­вой материи.

2. Клетки различных организмов сохраняют одинаковый принцип строения.

3. Размножение клеток происходит путем деления исходной мате­ринской клетки.

 

Органеллы общего значения

Эндоплазматический ретикулум (ЭР) - разветвленная внутрикле­точная структура, представленная системой субмикроскопических канальцев с расширениями - цистернами.. Существует два типа ЭР.

Гранулярный ЭР, мембраны которого содержат рибосомы (рис. 4).

Рибосомы - это ультрамикроскопические сферические гранулы, состоящие из двух половинок - большой и малой субъединиц, а также рибосомальной РНК. Главное назначение их - участие в синтезе белка.

Гладкий ЭР несет мембраны, лишенные рибосом. Здесь происходит синтез липидов и углеводов. ЭР объединен с ядром клетки, поскольку наруж­ная мембрана ядра непосредственно переходит в мембраны ЭР. Глад­кий и гранулярный ЭР связаны друг с другом, но отличаются по со­ставу содержащихся в них белков.

Митохондрии. Как по­казала электронная микроскопия, митохондрии имеют наружную и внутреннюю мембрану (рис. 5).

Рис 6. Схема комплекса Гольджи: 1 – формирующий полюс диктиосомы, 2 – секретирующий полюс диктиосомы, 3 – мешочки-цистерны, 4 – микропузырьки, 5 – лизосома.

Наружная мембрана напоминает сито, прони­цаемое для небольших белков. Внутренняя мембрана образует мно­гочисленные складки -кристы, в виде гребней, вдающихся во внут­реннюю полость, называемую матрикс. Промежуток между наружной и внутренней мембраной называют межмембранным пространством. На кристах содержатся дыхательные ферменты, необходимые для окис­лительного фосфорилирования. Результатом его является образование АТФ и выделение боль­шого количества энер­гии, необходимой для жизнедеятельности кле­ток. Митохондрии со­держат цитоплазматическую ДНК, отличную от ДНК ядра.

Комплекс Гольджи. По данным электронной микроскопии он состоит из диктиосом. Каждая диктиосома представляет стопку плоских мешочков-цистерн (рис. 6). Число цистерн в одной диктиосоме 5 - 7. От краев цистерн отделяются микропузырьки.

Основная функция комплекса Гольджи заключается в накоплении и конденсации продуктов синтезируемых эндоплазматическим ретикулумом и в образовании лизосом.

Лизосомы. Лизосомы представляют сферические частицы размерами 0,5 - 2,0 мкм. Они имеют плотную липопротеиновую мем­брану. содержат большой набор гидролитических ферментов. Они необ­ходимы для процессов внутриклеточного пищеварения.

Другой важной функцией лизосом является автолиз - посмертное растворение структурных компонентов клетки под действием ферментов лизосом.

Центросома.. Ти­пичная центросома представлена двумя центриолями Они соединенны перемычкой центродесмозой и окружены «лучистой» сферой - астросферой. При электронной микроскопии центриоли имеют вид ци­линдра, стенки каждого образованы микротрубочками, собранными попарно. Центросома обеспечивает процесс митоза, формируя митотический аппарат клетки.

Пластиды – органеллы свойственные автотрофным клеткам, способных к синтезу органических соединений. Пластиды отличаются по окраске:

1) бесцветные – лейкопласты,

2) окрашенные в зеленый цвет – хлоропласты,

3) различные желто-красные оттенки – хромопласты.

Все пластиды имеют мембранный принцип строения. Наиболее слож­но организованы хлоропласты, содержащие зеленый пигмент хлоро­филл, необходимый для фотосинтеза. Тело хлоропласта состоит из белков и липидов. Внутренняя мембрана хлоропласта ограничивает большую центральную область называемую строма. Она пронизана системой параллельных дисковидных мешочков, возникших в резуль­тате впячивания внутренней мембраны.. Это тилакоиды, содержащие фотосинтезирующую систему поглощения света и цепь транспорта электронов. В строме также находятся рибосомы, крахмальные зерна и цитоплазматическая ДНК.

Органеллы специального значения

Реснички и жгутики встреча­ются у одноклеточных организмов (бактерии, простейшие) и у клеток в составе тканей (клетки эпителия трахеи). Они связаны с элементами движения, которые характерны определенным видам клеток.

Миофибриллы имеются в мышечных клетках и обеспечивают сокращение мыщц.

Нейрофибриллы - являются обязательным компонентом многих нервных клеток и их отростков. Участвуют в передаче возбуждения.

Включения - непостоянные компоненты клетки, возникающие в результате внутриклеточного метаболизма или других процессов жизнедеятельности клетки.

В функциональном отношении все включения подразделяются на три группы: трофические, секреторные и специальные,

Трофические включения отражают повседневный метаболизм клетки. Они представлены гранулами гликогена, белковыми зернами, каплями жира.

Секреторные включения характерны, в основном, для желези­стых клеток.

Специальные включения присутствуют в высокоспециализированных клетках. К этой группе относят гранулы пигмента меланина, плотно заполняющего цитоплазму меланоцитов - особых клеток с защитной функцией.

ПРОВЕРКА ИСХОДНОГО УРОВНЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ

Структурно – функциональная организация эукариотической клетки. Химический состав клетки: макро- и микроэлементы. Вода значение водных связей в процессах жизнедеятельности клетки. Органические связи – углевместимость вещей живых организмов. Цитоплазма и цитоскелет, Циклоз. Органеллы цитоплазмы мембранные и немембранные, назначение и принципы функционирования. Включения в клетках их функции.

Ядро – центральный информационный аппарат клетки. Структура интерфазного ядра. Хромосомный и геномный уровни организации наследственного материала.Хроматин: еухроматин, гетерохроматин. Методы изучения структуры и функционирования клеток.

КРОК 1

1. При биохимческом анализе клеток человека была получена ДНК, отличающаяся по составу от хромомсомной ДНК. Эта нуклеиновая кислота была получена из: А. Рибосом; В. Пластинчатого комплекса; С. Гладкой эндоплазматической сети Д. Митохондрий; Е. Лизосом.

2. У человека в клетках кишечного эпителия происходит синтез видоспецифичных жиров и липидов. Этот процесс происхо­дит в: А. Митохондриях В. Пластинчатом комплексе Гольджи С. Лизосомах Д. Гладкой эндоплазматической сети Е. Гранулярной эндоплазматической се­ти.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ

1. Рассмотреть под микроскопом и зарисовать:

а) микропрепарат «Пленка кожицы лука»,

б) микропрепа­рат «Эритроциты лягушки»,

в) микропрепарат «Эритроциты человека».

2. Изготовить и изучить временные микропрепараты живой растительной клетки из мякоти помидора и кожицы листа.

3. Зарисовать схему строения клетки, отметить детали строения клетки.

КРОК 1

1. Клетку лабораторного животного подвергли избыточному рентгеновскому облучению. В результате образовались белковые фрагменты в цитоплазме. Какой органоид клетки примет участие в их утилизации?   А. Комплекс Гольджи. В. Рибосомы. С. Эндоплазматический ретикулум. Д. Лизосомы. Е. Центросомы	2. В клетку путем фагоцитоза поступили высокомолекулярные соединения - белки и углеводы. Клетка синтезировала собственные соединения протеогликаны и выделила их в виде оформленных капель секрета. Какие из органелл клетки включены в работу на завершающем этапе, связанном с формированием капель секрета? А. Гладкая эндоплазматическая сеть. В. Лизосомы. С. Гранулярная ЭПС Д. Свободные рибосомы цитоплазмы. Е. Пластинчатый комплекс Гольджи.
3. Как называется процесс синтеза АТФ, идущий сопряженно с реакциями окисления при участии системы ферментов митохондрий?   А.Восстановительное фосфорилирование B. Свободное окисление C.Окислительное фосфорилирование D.Фотосинтетическое фосфорилирование E. Субстратное фосфорилирование	4. Женщине 67 лет удалена опухоль матки. При гистологическом исследовании в опухолевых клетках найдены многополюсные митозы. С нарушением состояния каких органелл клетки связано проявления многополюсных митозов? А. Вторичных лизосом. В. Гладкой эндоплазматической сетки С. Гранулярной ЭПС Д. Пероксисом. Е. Центриолей.
5. После удаления зуба у пациента образовалась раневая по­верхность, где произошла активная ре­генерация. Определите, какие из органелл обеспечили регенерацию тканей. А. Лизосомы В. Рибосомы С. Пероксисомы D. Митохондрии. Е. Центросомы	6. В клетках курящего человека произошло разрушение комплекса Гольджи. После этого нарушилась функция:   А. биосинтез белка В. сокращение мышечных волокон С. накопление различных веществ D. формирование рибосом Е. процесс деления клетки.
7. При исследовании некоторых органоидов клетки в них обнаружены собственные нуклеиновые кислоты, содержащие урацил. Это органоиды: А Клеточный центр; В. Пластинчатый комплекс С. Хромосомы; D. Микротрубочки Е. Рибосомы	8. В растущих тканях организма чело­века непрерывно синтезируются специфич­ные клеточные белки. Этот процесс происхо­дит благодаря работе: А. Лизосом В. Рибосом; С. Клеточного центра; Д. Гладкой ЭПС; Е. Ядрышка.

1.5. Подведение итогов занятия преподавателем и проверка правильности выполнения работы каждым студентом.

1.6. Место и время занятия: учебная комната, 2 академических часа.

1.7. Оснащение занятия: микроскопы, микропрепараты, таблицы, схемы.

Литература: основная (1) и дополнительная(2).

1.1. В.П. Пишак Биология медицинская Винница 2004

1.2. Слюсарев А.А., Жукова С.В. Биология. – М.: Медицина, 1987.

1.3. Биология /Под ред. Ярыгина В.Н. – М.: Медицина, 1984.

1.4. Королев В.А. с соавт. Руководство к лабораторным занятиям по биологии. – Киев: Вища школа, 1986.

1.5. Королев В.А. Лекции по медицинской биологии. - Киев: Вища школа, 1993.

2.1. Королев В.А., Ромашова М.Ф. Биология живой клетки. – Симферополь, 1999.

2.2. Лазарев К. Л. Клетка и биология развития. Симферополь, 2000.

2.3. Лазарев К.Л., Демиденко Л.А. Медико-биологический словарь-спра-вочник – Сиферополь: Ната, 2003.

 

 

З А Н Я Т И Е 3

КЛЕТОЧНЫЕ МЕМБРАНЫ. ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ ПЛАЗМоЛЕМУ

 

1.1. Значение темы. Изучение микроскопического строения клеточных мембран позволяет глубже понять причины возникновения болезненного процесса, способствует внедрению в практику новых методов диагностики и лечения.

1.2. 1.2. Цели занятия. Общая: Получить представление о структуре и функции клеточных мембрат и о процессах трансмембранного переноса веществ.

1.3. 1.3. Конкретные цели занятия:

1.3.1. Уметь находить и определять на микропрепаратах клетки и их основные компоненты.

1.3.2. Получить представление о строении клеточных мембран.

 

Клеточная мембрана

Клетка со всех сторон окрухена плотно прилегающей мембраной, которая приспосабливается к любому изменению её формы с кажущейся лёгкой пластичностью. Эта мембрана называется плазматической мембраной, или плазмалеммой (греч. plasma - форма; lemma - оболочка).

Клеточная мембрана или плазмолема, представляет тонкую биологическую пленку, которая ограничивает клетку. Все известные биологические мембраны образуют замкнутые пространства – компартменты. Таким образом, главная функция клеточной мембраны – обеспечить поступление в клетку веществ и сохранить постоянство ее состава, то есть клеточной.

Все клетки отделены от окружающей среды плазматической мембраной. Клеточные мембраны не являются непроницаемыми барьерами. Клетки способны регулировать количество и тип проходящих через мембраны веществ, а часто и направление движения.

Общая характеристика клеточных мембран:

1. Разные типы мембран различаются по своей толщине, но в большинстве случаев толщина мембран составляет 5 - 10 нм; например, толщина плазматической мембраны равна 7,5 нм.
2. Мембраны - это липопротеиновые структуры (липид + белок). К некоторым липидным и белковым молекулам на внешних поверхностях присоединены углеводные компоненты (гликозильные группы). Обычно на долю углевода в мембране приходится от 2 до 10%.
3. Липиды образуют бислой. Это объясняется тем, что их молекулы имеют полярные головы и неполярные хвосты.
4. Мембранные белки выполняют различные функции: транспорт веществ, ферментативная активность, перенос электронов, преобразование энергии, рецепторная активность.
5. На поверхностях гликопротеинов находятся гликозильные группы - разветвлённые олигосахаридные цепи, напоминающие антенны. Эти гликозильные группы связаны с механизмом распознавания.
6. Две стороны мембраны могут отличаться одна от другой и по составу, и по свойствам.

Рис 7. В настоящее время наибольшим признанием пользуется жидкостно-мозаичная модель мембраны, предложенная в 1972 году Сингером и Николсоном (Singer, Nicolson). Согласно этой модели мембрана состоит из бислоя липидов, в котором плавают (или закреплены) белковые молекулы, образуя в нём своеобразную мозаику. Мембранные белки могут пронизывать бислой насквозь (интегральный белок - 1), примыкать к бислою (периферический белок - 2) или погружаться в него. Многие белки мембраны являются гликопротеинами (3), а мембранообразующие липиды - гликолипидами (4). на схеме также показаны: холестерол (5); углевод (6); элементы цитоскелета (7).

 

Функции клеточных мембран:

· ограничение клеточного содержимого от окружающей среды

· регуляция обменных процессов на границе "клетка - окружающая среда"

· передача гормональных и внешних сигналов, контролирующих рост и дифференцировку клеток

· участие в процессе клеточного деления.

Типы проникновения веществ в клетку через мембраны
Транспорт через мембраны жизненно важен, т.к. он обеспечивает:

· соответствующее значение рН и концентрации ионов

· доставку питательных веществ

· выведение токсичных отходов

· секрецию различных полезных веществ

· создание ионных градиентов, необходимых для нервной и мышечной активности.

Регуляция обмена веществ через мембраны зависит от физических и химических свойств мембран и идущих через них ионов или молекул.
Вода - основное вещество, поступающее в клетки и выходящее из них. Движение воды как в живых системах, так и в неживой природе подчиняется законам объёмного потока и диффузии. Объёмный поток - это общее движение воды (или другой жидкости), которое происходит благодаря разнице в потенциальной энергии воды, обычно называемой водным потенциалом.

Другой источник водного потенциала - давление. Вода перемещается из области более высокого водного потенциала в область более низкого независимо от причины, создающей это различие. Например, вода, находящаяся на вершине водопада, обладает потенциальной энергией. При падении воды, её потенциальная энергия переходит в кинетическую, которая может быть превращена в механическую и способна совершить работу.

Диффузия - это распространение вещества в результате движения их ионов или молекул, которые стремятся выровнять свою концентрацию в системе.

 

Признаки диффузии: каждая молекула движется независимо от других; эти движения хаотичны. Диффузия - процесс медленный. Но она может быть ускорена в результате тока плазмы, метаболической активности.
Обычно вещества синтезируются в одном участке клетки, а потребляются в другом. Т. о. устанавливается концентрационный градиент, и вещества могут диффундировать по градиенту из места образования к месту потребления.
Органические молекулы, как правило, полярны. Поэтому они не могут свободно диффундировать через липидный барьер клеточных мембран. Однако двуокись углерода, кислород и другие вещества, растворимые в липидах, проходят через мембраны свободно. В обе стороны проходит вода и некоторые мелкие ионы.

 

Пропуская воду, клеточные мембраны в то же время не пропускают большинство растворённых в ней веществ. Такие мембраны называют полупроницаемыми, а диффузию через такие мембраны - осмосом.

Эндоцитоз и экзоцитоз

Эндоцитоз и экзоцитоз - это два активных процесса, посредством которых различные материалы транспортируются через мембрану либо в клетки (эндоцитоз), либо из клеток (экзоцитоз). При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивания или выросты, которые затем, отшнуровываясь, превращаются в пузырьки или вакуоли. Различают два типа эндоцитоза:

1. Фагоцитоз - поглощение твёрдых частиц. Специализированные клетки, осуществляющие фагоцитоз, называются фагоцитами.

Рис 8. Макрофаг, фагоцитирующий
две красные кровяные клетки

2. Пиноцитоз - поглощение жидкого материала (раствор, коллоидный раствор, суспензия). Часто при этом образуются очень мелкие пузырьки (микропиноцитоз).

Экзоцитоз - процесс, обратный эндоцитозу. Таким способом выводятся гормоны, полисахариды, белки, жировые капли и другие продукты клетки. Они заключаются в пузырьки, ограниченные мембраной, и подходят к плазмалемме. Обе мембраны сливаются, и содержимое пузырька выводится в среду, окружающее клетку.

Na-K насос

Одной из важнейших и наиболее изученных систем активного транспорта в клетках животных является Na-K насос. Большинство клеток животных поддерживают разные градиенты концентрации ионов натрия и калия по разные стороны плазматической мембраны: внутри клетки сохраняется низкая концентрация ионов натрия и высокая концентрация ионов калия. Энергия, необходимая для работы Na-K насоса, поставляется молекулами АТФ, образующимися при дыхании. О значении этой системы для всего организма свидетельствует тот факт, что у находящегося в покое животного более трети АТФ затрачивается на обеспечение работы этого насоса.

Рис 9. Модель работы Na-K насоса

А. Ион натрия в цитоплазме соединяется с молекулой транспортного белка.
Б. Реакция с участием АТФ, в результате которой фосфатная группа (Р) присоединяется к белку, а АДФ высвобождается.
В. Фосфорилирование индуцирует изменение конформации белка, что приводит к высвобождению ионов натрия за пределами клетки
Г. Ион калия во внеклеточном пространстве связывается с транспортным белком (Д), который в этой форме более приспособлен для соединения с ионами калия, чем с ионами натрия.
Е. Фосфатная группа отщепляется от белка, вызывая восстановление первоначальной формы, а ион калия высвобождается в цитоплазму. Транспортный белок теперь готов к выносу другого иона натрия из клетки.

Типы обменных процессов

Совокупность всех реакций биосинтеза принято называть ассимиляцией (лат. ассимиляцию – уподобление), или пластическим обменом. В се реакции пластического обмена идут с поглощением энергии.

Противоположный процесс – распад и окисление клеткой органических соединений – носит название диссимиляции. (лат. диссимиляцию-делать неподобным).или энергетического обмена. Все реакции этого процесса идут с выделением энергии.

АТФ как источник клеточной энергии. Для того чтобы осуществлять и выполнять определенные функции клетка нуждается в энергии. Энергия, приобретаемая клеткой сохраняется главным образом в виде молекул аденозитрифосфата – АТФ (аденозитрифосфорная кислота). Молекула АТФ является нуклеотидом, так как состоит из азотистого основания – аделина, сахара, рибозы и трех фосфатных групп (остатки фосфорной кислоты).

АТФ - это макроэргическое соединение, поскольку в двух фосфатных связях накапливается большое количество энергии. Химические связи которыми соединены молекулы фосфорной кислоты, неустойчивы. Под действием фермента АТФ – в ходе гидролиза (присоединения воды) один богатый энергией остаток фосфорной кислоты отщепляется от молекулы АТФ с образованием аденозиндифосфата АТФ и выделением энергии в количестве около 40 кДж/моль. Указанный процесс называется дефосфорилированием.

Обратное явление переход АДФ в АТФ путем присоединения неорганического фосфата – фосфорилированием. Накопление и концентрация энергии в макроэнергетических фосфатных связях при образовании АТФ происходит в ходе энергетического обмена, а также во время фотосинтеза.

Образование АТФ в процессе энергетического обмена.

Энергетическим обменом или диссимиляцией называются процессы распада и окисления клеткой органических соединений. Внутриклеточный этап энергетического обмена подразделяется на два периода.

Первый период безкислородный (анаэробный). Глюкоза поступает из крови в цитоплазму клеток, где под действием ферментов преобразуется в две молекулы молочной кислоты. В реакции участвуют АДФ и Н₂ РО_4.

С₆Н₂ О₆ + 2Н₃ РО₄ + 2АДФ → С ₃Н₆ О₃ + 2АТФ + 2Н₂О

Образование двух молекул АТФ из одной молекулы глюкозы в целом мало эффективно. Количество выделяемой энергии невелико 200 кДж. Основные процессы связанные с накоплением энергии, происходит во втором периоде.

Второй период – кислородный (аэробный) называют окислительным фосфолирированием (клеточное дыхание). Входе его наблюдается полное кислородное расщепление молочной кислоты до двуокиси углерода СО_2. Происходит освобождение атомов водорода Н (водород выделяется из углеводов в результате прохождения ими сложного ряда химических превращений, называемых циклом Кребса).

Реакция протекает с участием АДФ и Н₃ РО_4.

 

2С₂ Н₆ О₃ + 6О + 36АДФ + 36НРО → 6СО + 36 АТФ + 42НО

При этом выделяется большое колличество энергии 2600 кДж. Окислительное фосфорирование совершается в митохондриях клеток. Атомы водорода Н (электроны и протоны) переносятся на систему ферментов в митохондриальной мембране. Здесь они окисляются, то есть теряют электроны: Н _{2 __}- 2 _е → 2Н⁺. Образуются свободные электроны е и ионы водорода Н ⁺ (протоны). В ходе дыхания элетктроны несколько раз пересекают мембрану вынося протоны Н⁺ в наружную поверхность. Количество положительно заряженных протонов там резко возрастает. Возникает градиент концентрации протонов и электрический потенциал. Благодаря ему протоны стремятся вернутся назад во внутрь.

ПРОВЕРКА ИСхОДНОГО УРОВНЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ

Клетка как открытая система. Ассимиляция, диссимиляция. Клеточные мембраны. Их структура и функции. Принцип компартментации Рецепторы клеток. Транспорт веществ через плазмолему. Организация потоков веществ и энергии в клетке. Этапы энергетического обмена. Энергетическое обеспечение клеток АТФ. Разделение энергии. Этапы энергетического обмена. Энергетическое обеспечение клеток АТФ, Разделение энергии.

 

КРОК 1

1. На практическом занятии по биологии клеток студенты изучали плазматическую мембрану. Преподаватель спросил, как в клетку попадают макромолекулы, которые связываются со специфическими рецепторами на поверхности клетки? А. через ионные каналы благодаря В. эндоцитозу С. с помощью белков переносщиков которые перемещаются наподобие вращающейся двери Д. путем пассивного транпорта Е. благодаря работе натрий –калиевого насоса.

2. При электронно-микроскопичес-ком изучении клетки выявлена трехслойная ультраструктура, которая ограничивает цитоплазму. Внешняя поверхность ее представлена гликокаликсом, внутрення – лабильными белками. Что представляет собой эта ультраструктура? А. цитоскелет В. оболочка ядра С. плазмолемма Д. ЭПС гладкая Е. ЭПС гранулярная.

3. Вследствие полного (анаэробного и аэробного) распада одного моля глюкозы в клетках человека высвободилась энергия. Часть ее рассеялась, а часть была аккумулирована в виде: А. 2 молей АДФ А В. 2 молей АТФ С. 36 молей Д. 38 молей Е. 40 молей

4. С помощью электронной микроскопии обнаружено, что поверхность большинства клеток образует многочисленные выросты цитоплазмы. Какой процесс активно происходит в этих клетках? А. биосинтез белка В. фагоцитоз С. биологическое окисление Д. диффузия Е. Синтез АТФ.

1.5. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ ЗАНЯТИЯ преподавателем и про­верка правильности выполнения работ каждым студентом.

1.6. МЕСТО И ВРЕМЯ ЗАНЯТИЯ: учебная комната, 2 академи­ческих часа.

1.7. ОСНАЩЕНИЕ ЗАНЯТИЯ: микроскопы, микропрепараты, таблицы, схемы.

ЛИТЕРАТУРА: основная (1), дополнительная (2).

1.1. В.П. Пишак Биология медицинская Винница 2004

1.3. Королев В.А. Лекции по медицинской биологии. - Ки­ев: Вища школа, 1993.

1.5. Пехов А.П. Биология с общей генетикой. – М.: Медицина, 1993.

2.1. Королев В.А., Ромашова М.Ф. Биология живой клетки. – Симферополь, 1999.

 

ЗАНЯТИЕ 4

КРОК 1

1. При обследовании 2-х месячного мальчика педиатр обратил внимание, что плач ребенка похож на кошачье мяуканье. Кроме того, у ребенка отмечались микроцефалия и порок сердца. Его кариотип 46, ху, 5р-. В какую стадию митоза был исследован кариотип?

А. Интерфаза,

В. Профаза,

С. Метафаза,

D. Анафаза,

Е. Телофаза.

2. Известно, что в интерфазных ядрах мужских соматических клеток в норме содержится не более 0-5 % глыбок полового хроматина, а в женских 60-70%. С какой целью в практической медицине используют определение глыбок полового хроматина?

А. Для изучения структуры Х-половой хромосомы,

В. Для экспресс-диагностики пола человека,

С. Для изучения структуры У-половой хромосомы,

D. Для определения кариотипа,

Е. Для изучения структуры аутосом

1.5. Подведение итогов занятия преподавателем и проверка правильности выполнения работы каждым студентом

1.6. Место и время занятия: учебная комната, 2 академических часа.

1.7. Оснащение занятия: таблицы, схемы.

1.8. Литература основная (I) и дополнительная (II):

(I) 1. Биология (под ред. Ярыгина В.Н.), М., Медицина, 1999.

2.Слюсарев А.А., Жукова С.Н. Биология, Вища школа, 1987, с. 85-97.

З. Пехов А.П. Биология с общей генетикой. Медицина, 1993,

(II) 4. Альюин В. Гены, Мир, 1987.

5. Георгиев Г. П. Гены высших организмов и их экспрессия, Мир, 1987.

6. Инге-Вечтамов A.B., Введение в молекулярную генетику, 1987.

7. Щипков В.П. Кривошеина Г.Н. «Общая медицинская генетика». Москва 2003

 

ЗАНЯТИЕ 5

КРОК 1

1. Нуклеиновая кислота ДНК состоит из двух комплементарных цепей, способных к самокопированию — репликации, что обеспечивается особенностями ее химической организации. Как называется способ удвоения молекул ДНК? А. Полуконсервативный В. Матричный С. Полимеразный D. Cинтетический Е. Консервативный

2) В эукариотческих клетках молекулы ДНК находятся не только в ядре, но и в цитоплазме. В какой органелле имеется ДНК? А. рибосомы В. митохондрии С. лизосомы Д. комплекс Гольджи Е. эндоплазматическая сеть

1.5. Подведение итогов занятия преподавателем и проверка правильности выполнения работы каждым студентом

1.6. Место и время занятия: учебная комната, 2 академических часа.

1.7. Оснащение занятия: таблицы, схемы.

Литература основная (I) и дополнительная (II):

(I) 1. Медицинская биология (под. редакцией Пишак В.Н.), Винница, 2004, с. 82 – 94.

2. Биология (под ред. Ярыгина В.Н.), М., Медицина, 2004.

3.Слюсарев А.А., Жукова С.Н. Биология, Вища школа, 1987, с. 85-97.

4. Пехов А.П. Биология с общей генетикой. Медицина, 1993,

(II) 4. Альюин В. Гены, Мир, 1987.

5. Георгиев Г. П. Гены высших организмов и их экспрессия, Мир, 1987.

6. Инге-Вечтамов A.B., Введение в молекулярную генетику, 1987.

7. Королев В.А., Ромашова М.Ф. Живая клетка. Симферополь, 1996, с.34-44.

8. Щипков В.П. Кривошеина Г.Н. «Общая медицинская генетика». Москва, 2003.

 

 

ЗАНЯТИЕ 6

Генетический код и-рнк

первый нуклеотид триплета (5 – конец)	второй нуклеотид триплета	третий нуклеотид триплета (3-конец)
	а	г	у	ц
а	лиз лиз асн асн	арг арг сер сер	иле мет иле иле	тре тре тре тре	а г у ц
г	глу глу асп асп	гли гли гли гли	вал вал вал вал	ала ала ала ала	а г у ц
у	стоп стоп тир тир	стоп три цис цис	лей лей фен фен	сер сер сер сер	а г у ц
ц	глн глн гис гис	арг арг арг арг	лей лей лей лей	про про про про	а г у ц

КРОК 1