Тема 1. Краткая история развития цитологии

Цитология.

Методические материалы для студентов.

Требования к результатам обучения

В результате изучения цитологии студент должен:

знать:

- современные методы цитологических исследований, строение светового микроскопа и правила работы с ним;

- строение и функционирование клетки как наименьшей структурной и функциональной единицы жизни; структурные и функциональные характеристики всех субклеточных структур и комплексов; механизмы трансмембранного переноса веществ и внутриклеточных движений;

- способы воспроизведения клетки, механизм распределения генетического материала между дочерними клетками.

уметь:

- характеризовать особенности строения прокариотических и эукариотических клеток, клеток организмов разных царств, клеток, выполняющих разные функции в многоклеточном организме (клетки с двигательной и транспортной функцией, осуществляющие сборку макромолекул);

- анализировать и интерпретировать микропрепараты и электронные микрофотографии, распознавать клеточные структуры на них;

- пользоваться микроскопической техникой, лабораторным оборудованием;

- изготавливать простейшие временные препараты и изучать их;

- определять тип клеток на временном препарате, находить ядро, органоиды, оболочку, включения;

- работать с различными источниками информации, в том числе электронными;

владеть:

- основными биологическими понятиями и научной цитологической терминологией;

- навыками практической работы с микротехникой, постоянными и временными препаратами;

- методикой фиксирования результатов цитологических наблюдений, навыками биологического рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

Введение

Цитология - наука о строении, функциях, процессах обмена веществ, взаимоотношениях с окружающей средой, развитии и происхождении клеток. Предмет, объект и задачи цитологии. Место цитологии в системе биологических наук. Связь цитологии с зоологией, ботаникой, эмбриологией, экологией, биохимией, биофизикой, генетикой, физиологией, молекулярной биологией и другими науками. Клетка — открытая живая система.

Тема 1. Краткая история развития цитологии

Изобретение микроскопа и развитие цитологии в ХVII и ХVIII веках. Развитие цитологии в ХIХ веке. Открытие структурных элементов клетки. Работы М. Шлейдена и Т. Швана. Создание клеточной теории. Дальнейшее развитие клеточной теории (Р. Вирхов, Э. Руссов, И.Н. Горожанкин и др.). Цитологические исследования во второй половине ХIХ века. Работы А. Шимпера, Р. Альтмана, К. Гольджи и др. Достижения электронной микроскопии. Современное состояние клеточной теории. Главные направления современной цитологии.

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 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.

ОСНОВНАЯ

1. Лисов Н.Д.Лабораторный практикум по цитологии: учеб.-метод. пособие/ Н.Д.Лисов, В.В.Шевердов. – Минск: БГПУ, 2006.

2. Ченцов Ю. С. Введение в клеточную биологию: Учебник для вузов. –

4-е изд., перераб. и доп./ Ю.С.Ченцов. – М., ИКЦ Академкнига», 2004.

3. Ченцов Ю.С. Общая цитология/ Ю.С.Ченцов. – М., МГУ, 1995.

4. Ролан Ж.К. Атлас по биологии клетки/ Ж.К. Ролан, А. Селеши, Д. Селеши. – М., Мир, 1978.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Альбертис Б. Молекулярная биология клетки. Т. 1, 2/ Б. Альбертис и др. – М., Мир, 1994.

2. Верещагина, В.А. Основы общей цитологии: учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений /В.А.Верещагина. – 2-е изд., перераб. М.: издательский центр «Академия», 2007. – 176 с.

3. Вермель Е.М. История учения о клетке / Е.М.Вермель. – М., Наука, 1970.

4. Дерябин Д.Г. Функциональная морфология клетки. Учебное пособие./ Д.Г.Дерябин. – М., КДУ, 2005.

5. Заварзин А.А. Биология клетки: общая цитология/ А.А. Заварзин, А.Д. Харазова, М.Н. Молитвин. – СПб., Изд. СПб. Университета, 1992.

6. Збарский Н.Б. Скелетные структуры клеточного ядра/ Н.Б. Збарский, С.Н. Кузьмина. – М., Наука, 1991.

7. Кольман Я. – Г. Наглядная биохимия: Пер. с нем. / Я. Кольман, К. Рем. – М., Мир, 2000.

ПЕРЕЧЕНЬ ЗАДАНИЙ И КОНТРОЛЬНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

В процессе самостоятельной работы необходимо проработать рекомендованную учебную и научную литературу, подготовиться к выполнению лабораторных работ.

При подготовке к лабораторным занятиям необходимо проработать соответствующие разделы учебника и конспект лекций по определенной теме, уметь давать краткие ответы на основные вопросы занятия и контрольные вопросы по теме.

На лабораторных занятиях после выполнения лабораторных работ необходимо проанализировать результаты микроскопических наблюдений и сделать на их основе выводы. После этого целесообразно выполнить тренировочные задания.