Биология. Руководство

Методическое пособие разработано для организации самостоятельной аудиторной и внеаудиторной работы студентов лечебного и педиатрического и факультетов Ярославской государственной медицинской академии и содержит рекомендации к выполнению работ по разделам «Биология клетки», «Размножение», «Генетика», «Онтогенез».

Руководство составлено в соответствии с ФГОС высшего профессионального образования (2010) и рабочей программы кафедры биологии с генетикой.

Авторы:

А.Г.Диунов – доцент, кандидат медицинских наук, заведующий кафедрой биологии с генетикой

Г.П.Жариков – доцент, кандидат биологических наук С.В.Тихомирова – старший преподаватель, кандидат биологических наук Н.А.Смирнова – преподаватель

Рецензент:

Гансбургский А.Н.- д.м.н., профессор кафедры гистологии с эмбриологией и цитологией

Рекомендовано к изданию цикловой методической комиссией по морфологическим дисциплинам ЯГМА (протокол № 4 от 26.04.2012).

© А.Г.Диунов, Г.П.Жариков, С.В.Тихомирова, Н.А.Смирнова

© ЯГМА

2

Занятие № 1

Тема занятия: «Методы изучения эукариотической клетки. Устройство светового микроскопа и техника микроскопирования»

Цель занятия:

- разобрать современные методы изучения эукариотической клетки;

-изучить устройство светового микроскопа и овладеть методикой работы с ним;

-освоить методику приготовления временных микропрепаратов

Работа № 1. Устройство и приемы работы с микроскопом

Световой микроскоп состоит из следующих основных частей: механической (штатив, предметный столик, тубус, револьвер, макро- и микровинты), осветительной (зеркало, служащее для направления светового пучка на изучаемый объект) и оптической (окуляр и объективы). Цифры на окуляре и объективах показывают степень увеличения. Чтобы определить степень увеличение объекта, необходимо перемножить цифры на окуляре и объективе.

Приемы работы с микроскопом:

1. Установить микроскоп на рабочем месте так, чтобы окуляр был обращен

к левому глазу. Не передвигать микроскоп до конца работы с ним.

2.Альбом для рисунков разместить справа (или слева) от микроскопа.

3.Перед началом работы с микроскопом необходимо:

- проверить комплектность: наличие окуляра, объективов, зеркала; - установить объектив малого увеличения (8 х);

- с помощью макровинта установить расстояние между объективом

ипредметным столиком около 1 см.

4.Смотря в окуляр микроскопа, с помощью зеркала добиться максимального освещения поля зрения.

5.Изучаемый микропрепарат разместить на предметном столике микроскопа покровным стеклом вверх. Изучаемый объект должен располагаться под

объективом.

6.Глядя в окуляр, с помощью макровинта добиться четкого изображения объ-

екта. Поскольку чаще в поле зрения оказывается только часть объекта, то необходимо рассмотреть весь препарат. Передвигать препарат следует большим и указательным пальцами левой руки, правая рука должна находиться на макровинте, слегка поворачивая его для поддержания фокусного расстояния.

7.Для изучения объекта на большом увеличении необходимо:

-выбранный участок объекта установить точно в центре поля зрения;

-вращая револьвер, установить объектив большого увеличения (40х) напротив отверстия в предметном cтолике. Переводить микроскоп на большое

3

увеличение следует очень аккуратно, при этом смотреть не в окуляр, а сбоку на микроскоп;

- для фокусировки изображения используйте микровинт.

Если самостоятельно не получается увидеть объект при большом увеличении микроскопа, пригласите преподавателя.

Для изучения объекта при большом увеличении можно использовать другой способ:

-выбранный участок объекта установить в центре поля зрения;

-макровинтом приподнять тубус микроскопа, вращением револьвера сменить объектив малого увеличения (8х) на объектив «40х»;

-СМОТРЕТЬ СБОКУ! Опустить объектив «40 х» почти до соприкосновения

спокровным стеклом препарата;

-очень медленно, глядя в окуляр, приподнять тубус микроскопа макровинтом до появления изображения объекта;

-далее четкость изображения поддерживать микровинтом.

8.После завершения изучения и зарисовки микропрепарата следует:

-вращением револьвера установить объектив малого увеличения;

-снять микропрепарат с предметного столика.

Работа № 2. Строение животной клетки

Перед выполнением работы ознакомьтесь с обобщенной схемой разреза яичника млекопитающего (Рис.1). Яичник является местом образования женских половых клеток. У млекопитающих в яичниках содержатся не яйцеклетки, а клетки-предшественники, находящиеся на той или иной стадии овогенеза.

Рис. 1. Схема разреза яичника млекопитающего

1 – первичный фолликул, 2 – растущий фолликул, 3 – созревающий фолликул, 4 – Граафов пузырек, 5 – разорвавшийся фолликул

4

Рассмотрите постоянный микропрепарат «Яичник млекопитающего» при малом увеличении микроскопа (объектив – 8 х). В корковом (наружном) слое яичника располагаются растущие фолликулы – овоциты I-го порядка, окруженные слоями фолликулярных клеток. Между овоцитом и окружающими его фолликулярными клетками имеется толстая прозрачная оболочка – zona pellucida (блестящая оболочка).

Выберите овоцит I-го порядка и установите его в центре поля зрения. Переведите микроскоп на большое увеличение (объектив – 40х) и изучите строение клетки. Овоцит имеет почти правильную округлую форму. В центре клетки располагается ядро с нитями хроматина и ядрышками. Цитоплазма овоцита равномерно заполнена относительно небольшим количеством питательных веществ.

В альбоме сделайте рисунок с обозначениями: цитоплазматическая мембрана, цитоплазма с питательными веществами, кариолемма, кариоплазма, хроматиновые нити, ядрышки.

Работа 3. Строение растительной клетки кожицы чешуи лука

Возьмите дольку луковицы, отделите мясистую чешую и снимите пинцетом тонкую пленку, покрывающую чешую с внутренней стороны. Положите пленку на предметное стекло и капните на ее пипеткой раствор йода, накройте покровным стеклом и рассмотрите препарат при малом увеличении микроскопа (объектив – 8х).

На препарате видны тесно прилегающие друг к другу клетки вытянутой, почти прямоугольной формы. В клетках можно увидеть округлое ядро, окрашенное йодом в желто-коричневый цвет.

При большом увеличении микроскопа найдите двухконтурную оболочку клетки, обратите внимание на зернистую структуру цитоплазмы. В цитоплазме некоторых клеток видны как бы пустоты – вакуоли с клеточным соком. Нарисуйте несколько клеток в альбом с обозначением их основных структур.

* * * * *

Тема следующего занятия:

«Структурно-функциональная организация эукариотической клетки»

Вопросы для устного собеседования:

1 . Клетка – элементарная открытая биологическая система. Типы клеточной организации. Основные положения клеточной теории.

2.Строение плазмолеммы: надмембранный, мембранный и субмембранный комплекс. Медицинские аспекты функций плазмолеммы.

3.Строение ядра клетки: кариолемма, кариоплазма, хроматин, ядрышки. Понятие об эухроматине и гетерохроматине. Функции ядра.

4.Классификация органоидов клетки по строению и по функции. Строение и функции мембранных органоидов клетки: митохондрии, эндоплазматичес-

5

кая сеть, пластинчатый комплекс, пероксисомы.

5.Органоиды внутриклеточного пищеварения: первичные и вторичные лизосомы, аутофаголизосомы, остаточные тельца. Понятие об аутолизе.

6.Немембранные органоиды клетки: рибосомы, филаменты, центриоли, реснички, жгутики. Цитоскелет клетки.

7.Биологическое и медицинское значение клеточных включений.

Рекомендуемая литература:

1.Лекционный материал

2.Под ред. В.Н.Ярыгина. Биология (в двух книгах). М., «Высшая школа»,

2006. – Книга 1, с. 38 – 51.

3.Цитология (учебное пособие для студентов медицинских ВУЗов) под ред. Зайцева В.Б.., Киров, Кировская государственная медицинская академия, 2001, 64 с.

** * * *

Занятие № 2

Тема занятия: «Структурно-функциональная организация эукариотической клетки»

Цель занятия:

-изучить строение и функции органоидов эукариотической клетки;

-ознакомиться с микроскопическим и ультромикроскопическим строением органоидов;

-разобрать структурную организацию наследственного аппарата клеток;

-сформировать представление о клетке как открытой элементарной биологической системе.

Самостоятельная аудиторная работа

Клетка – это живая открытая биологическая система, способная к саморегуляции, самообновлению и самовоспроизведению. Эти особенности функционирования клетки обеспечиваются различными структурами. Клеточные органоиды участвуют в постоянном потоке вещества, энергии и информации в клетке; воспринимают различные внешние раздражители (физические, механические, гормоны, медиаторы и т.д.), что, в свою очередь, влияет на функциональную и митотическую активность клеток.

Любой многоклеточный организм характеризуется чрезвычайным разнообразием клеток; у человека насчитывают более 200 различных типов клеток. Нейрон и гладкое мышечное волокно содержат сходные органоиды, но по

6

строению совершенно не похожи друг на друга. Особенности строения клетки обеспечивают специфичность ее функции. Знания особенностей строения клеток позволяют определить не только их принадлежность к определенной ткани, но и выявить различные заболевания, причины которых связаны с нарушением функций отдельных органоидов или клетки в целом. Поэтому для будущих врачей особое значение имеют слова одного из создателей клеточной теории Р.Вирхова о том, что любой патологический процесс в организме начинается на уровне клеток, а это следует учитывать при диагностике, лечении и профилактике заболеваний.

Работа 1. Строение плазмолеммы

Изучите и зарисуйте молекулярную структуру цитоплазматической мембраны (Рис.2). Обозначьте надмембранный, мембранный и субмембранный комплексы. Укажите типы белков, входящих в состав мембраны и их функции.

Рис 2. Строение плазмолеммы.

Таблица 1. Строение и функции плазмолеммы

Структурные Функции компоненты

Надмембранный

комплекс

Мембранный

комплекс

Субмембранный

комплекс

7

Работа 2. Плазмолиз в клетках листа элодеи

От ветки элодеи отделите лист, желательно молодой, ярко-зеленой окраски. На предметное стекло нанесите каплю воды, поместите в нее лист и накройте покровным стеклом. Рассмотрите препарат при малом увеличении микроскопа, найдите центральную жилку листа, образованную вытянутыми клетками. Один из ее участков установите в центре поля зрения и рассмотрите при большом увеличении. Лист элодеи состоит из нескольких слоев клеток, поэтому для изучения клеток следует слегка вращать микровинт.

Клетки листа имеют прямоугольную форму, в цитоплазме видны округлые тельца зеленого цвета – хлоропласты. Обратите внимание на движение хлоропластов. Какие причины приводят их в движение?

Нанесите на один край покровного стекла каплю 10% раствора хлорида натрия, а с противоположной стороны положите полоску фильтровальной бумаги. Наблюдайте за состоянием цитоплазмы в клетках при большом увеличении микроскопа. Вода из цитоплазмы клеток будет переходить в окружающую гипертоническую среду. Объем цитоплазмы при этом уменьшится, и она начнет отходить от клеточных стенок. Постепенно цитоплазма приобретет форму шара. Это явление называется плазмолиз. Зарисуйте в альбоме строение нормальной клетки листа элодеи и клетку с явлением плазмолиза.

Работа 3. Пластинчатый комплекс в нервных клетках спинального ганглия

Рассмотрите препарат при малом увеличении микроскопа. Найдите крупные, округлой формы клетки, расположенные группами и разделенные пучками волокон. Клетки имеют сероватый цвет, ядро светлое, практически неокрашенное. При большом увеличении в цитоплазме вокруг ядра можно увидеть фрагменты пластинчатого комплекса в виде темно-коричневых изогнутых нитей. Выберите клетку с хорошо выраженным пластинчатым комплексом и зарисуйте ее с обозначениями: ядро, ядрышко, пластинчатый комплекс.

Работа 4. Пигментные включения в эпителии кожи головастика

На малом увеличении микроскопа найдите клетки отросчатой формы, в теле которых видна коричневая зернистость. Рассмотрите препарат на большом увеличении, обратите внимание на зернышки пигмента меланина в цитоплазме клеток. Ядра клеток не видны, однако в том месте, где они располагаются, пигмента мало. Зарисуйте клетку с обозначениями: цитоплазма, зерна пигмента.

* * * * *

8

Самостоятельная внеаудиторная работа

Задание 1. На этой веселой картинке (Рис. 3) обозначены функции органоидов клетки. Определите эти органоиды и запишите функции, которые они выполняют. Какие органоиды эукариотической клетки не обозначены на рисунке? Придумайте символические рисунки, обозначающие функции этих органоидов.

Рис. 3. Обобщенная схема строения клетки

Вопросы для самоконтроля:

1.Какие свойства характеризуют клетку как биологически открытую систему?

2.Какие существуют гипотезы происхождения эукариотических клеток?

3.Какими свойствами мембраны можно объяснить ее участие в эндоцитозе и экзоцитозе?

4.Что такое осморегуляция живой клетки?

5.Какие органоиды эукариотической клетки являются полуавтономными? Какой биологический смысл имеет это явление?

6.При различных интоксикациях организма (например, алкогольной) в клет-

ках печени обнаруживаются увеличенные в размерах митохондрии. Как можно объяснить эти изменения органоидов клетки?

7. В норме рН гиалоплазмы клетки слабощелочная. Какие причины могут изменить рН в кислую сторону? Какие при этом возникнут последствия?

9

8. В медицине известен синдром «неподвижных ресничек». Какие нарушения могут возникнуть в организме больных при этом синдроме? К каким последствиям они приведут?

Темы учебно-исследовательской работы студентов:

1.Современные методы изучения клеток.

2.История возникновения и современное состояние клеточной теории.

3.Клеточные включения: норма и патология.

4.Патология органоидов эукариотической клетки.

** * * *

Словарь терминов

Активный транспорт – перенос через мембрану клетки веществ против градиента их концентраций; осуществляется с помощью белков-переносчиков и требует затрат энергии (АТФ).

Аутофагия – процесс разрушения лизосомами структурных компонентов собственной клетки, выработавших свой ресурс.

Включения – временные и необязательные компоненты клетки, которые могут образовываться как при нормальном функционировании, так и при различных патологических состояниях.

Гетерофагия - процесс разрушения лизосомами внеклеточных веществ, поступивших в клетку путем эндоцитоза.

Гетерохроматин – конденсированные (cпирализованные) участки хроматиновых нитей, для которых характерна низкая транскрипционная активность. Гиалоплазма (цитоплазматический матрикс, цитозоль) – часть цитоплазмы, занимающая пространство между органоидами клетки; представляет собой коллоидную систему, которая может изменяться по типу гель-золь.

Гистоны – эволюционно консервативные белки эукариот, связывающие ДНК; участвуют в формировании структурных единиц хроматина – нуклеосом. Гликокаликс – надмембранный комплекс плазмолеммы, представлен гликопротеинами и гликолипидами; выполняет рецепторную функцию, участвует в адгезии (слипании) клеток и пристеночном пищеварении.

Диктиосома – структурно-функциональная единица комплекса Гольджи; состоит из стопки одномембранных мешочков, внутренние полости которых не сообщаются друг с другом.

Кариолемма – ядерная оболочка, состоящая из двух мембран разделенных перинуклеарным пространством; содержит ядерные поры, обеспечивающие транспорт высокомолекулярных веществ: из ядра в цитоплазму – РНК и субъединицы рибосом, из цитоплазмы в ядро – синтезируемые клеткой белки и другие органические вещества.

Кариоплазма (нуклеоплазма) – жидкий компонент ядра, заполняющий пространство между ядерными структурами; коллоидный раствор, содержащий различные белки, ферменты, нуклеотиды, минеральные соли.

10