Тема 7. Воспроизведение клеток

Требования к подготовке

В результате изучения цитологии студент должен знать:

ü предмет, объект, методы и задачи исследования цитологии;

ü понятие о клетке как наименьшей структурной и функциональной единице жизни;

ü краткую историю развития цитологии;

ü общий план строения клетки: поверхностный аппарат, цитоплазма с органоидами и включениями, ядерный аппарат; элементарные структуры клетки (гранулярные, фибриллярные, мембранные, микротубулярные);

ü организацию поверхностного аппарата клетки: строение и функции плазмалеммы (барьерная, транспортная, рецепторная функции), строение и функции оболочки растительной, грибной и бактериальной клеток; субмембранные структуры поверхностного аппарата; связи между клетками;

ü организацию цитоскелета и строение его основных структурных компонентов (микрофиламентов, микротрубочек, промежуточных филаментов);

ü строение и функции немембранных органоидов (клеточный центр, рибосомы); особенности строения центриолей, центриолярный цикл;

ü строение и функции вакуолярного комплекса клетки (эндоплазматический ретикулум: шероховатого и гладкого; комплекса Гольджи, лизосом, пероксисом, вакуолей растительных и грибных клеток); связь между мембранными компонентами клетки;

ü строение и функции пластид; онтогенетические изменения хлоропластов; взаимопревращение пластид;

ü строение и функции митохондрий;

ü включения (классификацию и характеристику основных видов включений);

ü строение и функции ядра и его компонентов (кариолемма, кариоплазма, хроматин, ядрышки); сравнительную характеристику ДНК и РНК; генетический код и его свойства; общую схему биосинтеза белка;

ü строение митотической хромосомы; типы хромосом; организацию хромосом: нуклеосомный, нуклеомерный, хромомерный, хромонемный, уровни; понятие гаплоидного и диплоидного набора хромосом, полиплоидии, анеуплоидии, кариотипа;

ü понятие о клеточном и митотическом цикле, характеристику интерфазы и ее периодов;

ü способы деления клетки, характеристику фаз митоза и мейоза, виды митоза и мейоза, место мейоза в жизненном цикле организмов; понятие эндорепродукции, эндомитоза, политении;

ü особенности строения клеток, выполняющих разные функции (клетки с двигательной и транспортной функцией, осуществляющие сборку макромолекул (биосинтез веществ);

ü особенности строения клеток организмов разных царств;

ü понятие апоптоза и некроза, изменение клеток при апоптозе, механизм запуска и развертывания процессов апоптоза, значение апоптоза;

уметь:

ü использовать оптические приборы при изучении биологических объектов;

ü готовить временные препараты и изучать их;

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

ü распознавать органоиды и описывать их структуру на электоронно-микроскопических снимках;

ü схематически рисовать общий план строения клетки;

ü схематически изображать элементарные структуры клетки (плазмалемму, микрофиламенты, промежуточные филаменты, микротрубочки), органоиды клетки и их основные структуры;

ü схематически рисовать разные формы межклеточных контактов;

ü схематически изображать ядро, хромосому, типы хромосом;

ü рисовать схему митоза и мейоза (без кроссинговера и с кроссинговером).

Содержание курса

Введение

Определение живого. Общие свойства живых систем. Предмет и задачи цитологии. Цитология - наука о строении, функциях, процессах обмена веществ, взаимоотношениях с окружающей средой, развитии и происхождении клеток. Место цитологии в системе биологических наук. Связь 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.Русов, 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 4. Поверхностный аппарат клетки

Клеточная мембрана. Структура клеточных мембран по данным электронно-микроскопических исследований, их химический состав. Молекулярная организация мембраны. Плазмалемма. Модель трехслойной липопротеиновой мембраны (Даниели, Доусон). Гипотеза Робертсона. Липопротеиновый коврик. Жидкостно-мозаичная (динамическая) модель мембраны. Гликокаликс. Функции плазматической мембраны. Отграничение внутреннего содержания клетки от окружающей среды. Избирательная проницаемость. Транспорт веществ через плазматическую мембрану (диффузия, осмос, активный транспорт, экзоцитоз, эндоцитоз). Рецепторная функция. Роль плазматической мембраны в процессах фагоцитоза и пиноцитоза, эндосомы.

Другие функции плазматической мембраны: межклеточные контакты и связи. Десмосомы и другие специальные структуры межклеточных контактов; плотный контакт, щелевой контакт, простой контакт. Микроворсинки, структуры фоторецепторов, оболочки аксонов. Связь клеток друг с другом и с внеклеточным матриксом. Гликокаликс животных клеток.

Надмембранные структуры поверхностного аппарата: оболочка клеток растений, грибов и бактерий.Химический состав клеточной оболочки растений: пектины, целлюлоза, инкрустирующие вещества. Физические свойства целлюлозной оболочки. Субмикроскопическая структура: матрикс и микрофибриллы. Биологическая роль оболочки, транспорт веществ по ней. Образование и рост оболочки. Роль фрагмопласта и диктиосом в ее формировании. Клеточная пластинка. Межклеточное вещество. Первичная оболочка, ее текстура. Первичные поровые поля. Рост оболочки. Текстура вторичной оболочки. Поры, их типы и значение. Скульптурные утолщения клеточных оболочек. Вторичные изменения химического состава и свойств оболочек: одревеснение, опробковение, кутинизация, ослизнение, минерализация. Биологическое значение этих процессов. Использование человеком веществ оболочек растительных клеток. Клеточные оболочки грибов и прокариотических клеток.

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.

Реснички и жгутики: ультратонкая организация. Базальное тельце ресничек и жгутиков, его строение и функция. Жгутики прокариот.

Органоиды цитоплазмы.

Рибосомы. Строение рибосом, их химическая организация. Характеристика рибосом прокариот и эукариот. Локализация рибосом в клетке. Функции рибосом - синтез белка. Механизм трансляции. 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, образование лизосом и роль в формировании плазматической 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. Запасные белки: алейроновые зерна, их формирование. Гликоген. Сферосомы.

Катаболиты. Кристаллические включения.

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 ператяжка, теломера. 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 пор. 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: система белкового синтеза, систем энергетического обмена и др.

Тема 7. Воспроизведение клеток

Клеточный цикл. Характеристика клеточного (митотического) цикла, его длительность у одноклеточных и многоклеточных организмов, разница в пролиферативной активности клеток разных тканей многоклеточных. Зависимость длительности клеточного цикла от условий окружающей среды (температура и т.д.). Периоды клеточного цикла в интерфазе: пресинтетический, синтетический, постсинтетический и их характеристика.

Деление клетки, способы деления (митоз, амитоз). Митотическое деление. Фазы митоза, их характеристика. Понятие о плевромитозе и ортомитозе. Амитоз - прямое деление клетки, характерное для дегенерирующих и патологически измененных клеток.Бинарное деление прокариотических клеток.

Эндорепродукция. Соматическая полиплоидия. Политения. Гигантские (политенные) хромосомы личинок двукрылых, хромосомы типа "ламповых щеток", особенности их строения и функционирования.

Эндомитоз. Патология митоза; факторы, вызывающие патологические изменения в клетке во время митоза.

Мейоз. Определение мейоза, его отличие от митоза. Первое деление мейоза (редукционное). Профаза и ее стадии. Характеристика метафазы, анафазы. Второе деление (митоз мейоза). Типы мейоза: зиготный (исходный), споровый (промежуточный), гаметный.

Особенности морфологии и функциональной активности мужских и женских половых клеток. Развитие половых клеток у растений. Процесс оплодотворения, его сущность и биологическое значение. Понятие о двойном оплодотворении у покрытосеменных.

Чередование гаплоидной и диплоидной фаз в жизненном цикле одноклеточных и многоклеточных организмов. Процесс развития половых клеток у животных: сперматогенез и овогенез.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: