УМКД. 042-18.22.1.9/03-2013 Редакция № от стр.1 из 59
advertisement
УМКД. 042-18.22.1.9/03стр.1 из 59 Редакция № от МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 2013 РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА г.Семей Документ СМК 3 уровня УМК УМКД 042-18.22.1.9/03-2013 УМКД Редакция № Учебно-методические от материалы по дисциплине «Современные проблемы физико-химической биологии» УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ «Современные проблемы физико-химической биологии » для специальности: 6М060700-«Биология» УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Семей 2013 УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № Содержание 1. Глоссарий 2. Лекции 3. Лабораторные занятия 4. Самостоятельная работа магистрантов от стр.2 из 59 УМКД. 042-18.22.1.9/032013 1. Глоссарий. Ангстрем Актин Агранулярная сеть Активный центр Адаптация Аденозинтрифосфат Амитоз Анафаза Бактерии Биобласты Вакуоли Вязкость Внеклеточные структуры Гаметогенез Гены Геном Гиалуроновая кислота Гранулярная сеть Дальтонизм Жгутики Зигота Зрительные пигменты Изолейцин Кариолизис Кариотип Кинетохор Полимеры Редакция № от Псевдопоидия Пуриновые основания Протоплазма Полисомы Протофибриллы Протеолитические ферменты Радиоактивные изотопы Радиография Радиоактивные изотопы Раздражимость Редукционные тельца Редупликация Рефлекторная дуга Рецепторы Рибосома Рибонуклеиновая кислота Сарколемма Секреция Секреторный цикл Сателлит Сиаловая кислота Суберин Сперматозоиды Сперматогенез стр.3 из 59 Тельца Нислля Трансляция Тромбоциты Трипсиноген Теплопродукция Урацил Фагосома Фагоцитоз Фермент Ферритин Фосфатазы Хемотаксис Хитин Хлоропласт Хлорофилл Хроматиды Хромомеры Центриоль Цитозин Циклоз Центромеры Эластин Эндоплазма Эндоплазматическая сеть Эухроматин 2. Лекции Тема №1: Введение История развития биологии. Использование физико-химических методов в биологии. На протяжении всей истории развития биологии физические и химические методы были важнейшим инструментом исследования биологических явлений и процессов живой природы. Важность внедрения таких методов в биологию подтверждают экспериментальные результаты, полученные с помощью современных УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.4 из 59 методов исследования, зародившихся в. смежных отраслях естествознания - физике и химии. В этой связи неслучайно в 1970-х годах в отечественном научном лексиконе появился новый термин "физико-химическая биология", состоящий из привычных и давно известных нам слов. Появление этого термина свидетельствует не только о синтезе физических, химических и биологических знаний, но и о качественно новом уровне развития естествознания, в котором происходит непременно взаимное обеспечение отдельных его отраслей. Физико-химическая биология содействует сближению биологии с точными науками - физикой и химией, а также становлению естествознания как единой науки о природе. В то же время изучение структуры, функций и репродукции фундаментальных молекулярных структур живой материи не лишает биологию ее индивидуальности и особого положения в естествознании, так как молекулярные структуры наделены биологическими функциями и обладают вполне определенной спецификой. Внедрение физических и химических методов способствовало развитию экспериментальной биологии, у истоков которой стояли крупные ученые: К. Бернар (1813- 1878), Г. Гельмгольц (1821- 1894), Л. Пастер (1822- 1895), И.М. Сеченов (1829- 1905), И.П. Павлов (18491936), С.Н. Виноградский (1856- 1953), К.А. Тимирязев (1843- 1920), И.И. Мечников (1845- 1916) и многие другие. Экспериментальная биология постигает сущность процессов жизнедеятельности преимущественно с применением точных физических и химических методов, при этом иногда прибегая к расчленению биологической целостности, т. е. живого организма с целью проникновения в тайны его функционирования. Современная экспериментальная биология вооружилась новейшими методами, позволяющими проникнуть в субмикроскопический, молекулярный и надмолекулярный мир живой природы. Можно назвать несколько широко применяемых методов: метод изотопных индикаторов, методы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии, методы фракционирования, методы прижизненного анализа и др. Дадим их краткую характеристику. Метод изотопных индикаторов, ранее называемый методом меченых атомов, был предложен вскоре после открытия УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.5 из 59 радиоактивности. Сущность его заключается в том, что с помощью радиоактивных (меченых) атомов, введенных в организм, прослеживаются передвижение и превращение веществ в организме. С помощью данного метода удалось установить динамичность процессов обмена веществ, проследить за их начальной, промежуточной и конечной стадиями, выявить влияние отдельных структур организма на протекание процессов. Метод изотопных индикаторов позволяет исследовать процессы обмена в живом организме одно из его достоинств. Постоянное обновление белков и мембран, биосинтез белков и нуклеиновых кислот, промежуточный обмен углеводов и жиров, а также многие другие важные микропороцессы были открыты с помощью данного метода. Рентгеноструктурынй анализ оказался весьма эффективным при исследовании структур макромолекул, лежащих в основе жизнедеятельности живых организмов. Он позволил установить двухцепочечное строение (двойную спираль) молекул - носителей информации и нитевидную структуру белков. С появлением рентгеноструктурных исследований родилась молекулярная биология. Возможности молекулярной биологии гораздо расширились с применением электронно-микроскопических исследований, позволивших установить многослойное строение оболочки нервных волокон состоящих из чередующихся белковых и липидных слоев. Электронно-микроскопические наблюдения дали возможность расшифровать молекулярную организацию живой клетки и механизм функционирования мембран, на основании которых в начале 50-х годов была создана современная мембранная теория; родоначальники ее английские физиологи А. Ходжкин (1914- 1994), А. Хаксли (р. 1917) а также австралийский физиолог Дж. Эклс. Мембранная теория имеет важное общебиологическое значение. Сущность ее заключается в следующем. По обе стороны мембраны за счет встречного потока ионов калия и натрия создается разность потенциалов. Данный процесс сопровождается возбуждением и деполяризацией ранее находящейся в покое поляризованной мембраны и заменой знака ее электрического потенциала. Изменение разности потенциалов едино для всех мембранных систем. Оно обеспечивает одновременно функции барьеров и своеобразных насосных УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.6 из 59 механизмов. Такие функции мембранных систем способствуют активному проникновению веществ как внутрь, так и за пределы клетки. За счет мембран достигается и пространственная изоляция структурных элементов организма. Раскрытие структуры мембранных систем и механизма их функционирования - крупное достижение не только в биологии, но и в естествознании в целом. В физико-химической биологии широко применяются различные методы фракционирования, основанные на том или ином физическом либо химическом явлении. Довольно эффективный метод фракционирования предложил русский биолог и биохимик М.С. Цвет (1872-1919). Сущность его метода заключается в разделении смеси веществ, основанном на поглощении поверхностью твердых тел компонентов разделенной смеси, на ионном обмене и на образовании осадков. Радиоспектроскопия, скоростной рентгеноструктурный анализ, ультразвуковое зондирование и многие другие современные средства исследования составляют арсенал методов прижизненного анализа. Все эти методы не только широко применяются в физико-химической биологии, но и взяты на вооружение современной медициной. Сейчас ни одно клиническое учреждение не обходится без рентгеноскопической, ультразвуковой и другой аппаратуры, позволяющей без ущерба для пациента определить структурные, а иногда функциональные изменения в организме. Техника эксперимента современной физико-химической биологии обязательно включает те или иные вычислительные средства, которые в значительной степени облегчают трудоемкую работу экспериментатора и позволяют получить более достоверную информацию о свойствах исследуемого живого объекта. Характерная особенность современной физико-химической биологии ее стремительное развитие. Трудно перечислить все ее достижения, но некоторые из них заслуживают особого внимания. В 1957 г. был реконструирован вирус табачной мозаики из составляющих его компонентов. В 1968- 1971 гг. произведен искусственный синтез гена для одной из транспортных молекул путем последовательного введения в пробирку с синтезируемым геном новых нуклеотидов. Весьма важными оказались результаты исследований по расшифровке УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.7 из 59 генетического кода: было показано, что при введении искусственно синтезированных молекул в бесклеточную систему, т. е. систему без живой клетки, обнаруживаются информационные участки, состоящие из трех последовательных нуклеотидов, являющихся дискретными единицами генетического кода. Авторы этой работы - американские биохимики М. Ниренберг (р. 1927), X. Корана (р. 1922) и Р. Холли (р.1922). Расшифровка различных видов саморегуляции - также важное достижение физико-химической биологии. Саморегуляция как характерное свойство живой природы проявляется в разных формах, таких, как передача наследственной информации - генетического кода; регуляция биосинтетических процессов белка (ферментов) в зависимости от характера субстрата и под контролем генетического механизма; регуляция скоростей и направлений ферментных процессов; регуляция роста и морфогенеза, т.е. образования структур разного уровня организации; регуляция анализирующей и управляющей функций нервной системы. Живые организмы - весьма сложный объект для исследований. Но все же современные технические средства позволяют все глубже и глубже проникнуть в тайны живой материи. Вопросы для самоконтроля: 1. Перечислите этапы развития биологии 2. Краткая история развития? 3. Назовите физико-химические методы Литература: 1-10 (основная); 11,12,20,22 (дополнительная) Тема № 2 История развитие биоорганической химии. Достижения и современные проблемы биоорганической химии. Место и роль биоорганической химии в системе биологических наук Биоорганическая химия, научное направление, сложившееся на стыке ряда отраслей химии и биологии. Биоорганическая химия возникла во 2-й половине 20 в. и развивается в тесной связи с молекулярной биологией, биохимией и другими биологическими дисциплинами, которые одновременно исследуют ряд важнейших типов веществ. Биоорганическая химия изучает вещества, лежащие в основе процессов жизнедеятельности, в непосредственной связи с познанием их биологической функции. Основные объекты биоорганической химии — биополимеры (белки и пептиды, нуклеиновые кислоты и нуклеотиды, липиды, УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.8 из 59 полисахариды и т.д.), превращения которых составляют химическую сущность биологических процессов, и биорегуляторы (ферменты, витамины, гормоны, в том числе и фитогормоны, и др., а также синтетические биологически активные соединения, например лекарственные препараты, ростовые вещества, инсектофунгициды, гербициды и т.д.), которые химически регулируют обмен веществ. Биоорганическая химия занимается получением этих веществ в химически чистом состоянии, установлением строения, синтезом, выяснением зависимостей между строением и биологическими свойствами, изучением химических аспектов механизма биологического действия биополимеров, а также природных и синтетических биорегуляторов. Характерная особенность Б. х. — использование всего комплекса химических и физических методов индивидуализации веществ (хроматографические и электро-форетические методы, противоточное распределение и др.) и выяснение их строения (ультрафиолетовая, инфракрасная, а также Раман-спектроскопия, ядерный магнитный резонанс, электронный и протонный резонанс, химическая массспектрометрия, рентгеноструктурный анализ и т.д.). Решение основных проблем биоорганической химии важно для дальнейшего прогресса биологии. Без выяснения строения и свойств важнейших биополимеров и биорегуляторов нельзя познать сущность жизненных процессов, а тем более найти пути управления такими сложными явлениями, как размножение и передача наследственных признаков, нормальный и злокачественный рост клеток, иммунитет, память, передача нервного импульса и многое др. В то же время изучение высокоспециализированных биологически активных веществ и процессов, протекающих с их участием, может открыть принципиально новые возможности для развития химии, химической технологии и техники. К проблемам, решение которых связано с исследованиями в области Б. х., относятся: создание строго специфичных высокоактивных катализаторов (на основе изучения строения и механизма действия ферментов), прямое превращение химической энергии в механическую (на основе изучения мышечного сокращения), использование в технике химических принципов хранения и передачи информации, осуществляемых в биологических системах, принципов саморегулирования многокомпонентных систем клетки в первую очередь избирательной проницаемости биологических мембран, и многое др. Перечисленные проблемы лежат далеко за пределами собственно Б. х.; однако она создает основные предпосылки для разработки этих проблем, обеспечивая главные опорные пункты для развития биохимических исследований, относящихся уже к области молекулярной биологии. Широта и важность решаемых проблем, разнообразие методов и тесная связь с другими научными дисциплинами обеспечили быстрое развитие биохимии. Биологическая химия, наука, изучающая состав организмов, структуру, свойства и локализацию обнаруживаемых в них соединений, пути и закономерности их образования, последовательность и механизмы УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.9 из 59 превращений, а также их биологическая и физиологическая роль. В зависимости от объекта исследования биохимию подразделяют на биохимию микробов, растений, животных и человека. Это подразделение условно, т.к. в составе различных объектов и в протекающих в них биохимических процессах много общего. Поэтому результаты исследований, проведённых на микробах, растительных или животных тканях и клетках, взаимно дополняют и обогащают друг друга. Тесно связаны между собой и разные направления биохимических исследований, однако принято делить биохимию на статическую, занимающуюся преимущественно анализом состава организмов, динамическую, изучающую превращения веществ, и функциональную, выясняющую, какие химические процессы лежат в основе различных проявлений жизнедеятельности. Это последнее направление исследований иногда выделяют под специальным названием физиологическая химия. Вся совокупность химических реакций, протекающих в организмах, включая усвоение веществ, поступающих извне (ассимиляция), и их расщепление (диссемиляция) вплоть до образования конечных продуктов, подлежащих выделению, составляет сущность и содержание обмена веществ- главного и постоянного признака всего живого. Понятно, что изучение обмена веществ во всех деталях — одна из основных задач биохимии. Биохимические исследования охватывают очень широкий круг вопросов: нет такой отрасли теоретической или прикладной биологии, химии и медицины, которая не была бы связана с биохимии, поэтому современная биохимия объединяет ряд смежных научных дисциплин, ставших с середины 20 в. самостоятельными. Возникновение и развитие современных направлений биохимии. В конце 19 века и в 20 в. развитие биохимии приобрело выраженный специализированный характер в зависимости от разрабатываемой проблемы и объекта исследования. Выдающуюся роль в развитии биохимии растений в России сыграли профессор Петербургского университета А. С. Фаминцын, его ученики Д. И. Ивановский, открывший вирусы, и И. П. Бородин, изучавший окислительные процессы в организме растений и их связь с превращениями белков. Работы С. П. Костычева (профессор Петербургского университета, позднее — ЛГУ) по анаэробному обмену углеводов и дыханию у растений обогатили химическую физиологию открытием новых промежуточных продуктов брожения, формулировкой оригинальных взглядов на сущность окислительных процессов, на обмен белков и фиксацию азота растениями. Все эти исследования создали прочную базу для разработки многих частных проблем, в том числе и промышленной биохимии. К ним относятся получение новых антибиотиков, разработка методов их очистки, поиски условий, благоприятных для микробиологического синтеза не УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.10 из 59 только антибиотиков, но и других биологически активных соединений — витаминов, дефицитных аминокислот, нуклеотидов и т.д. Биохимия занимается проблемами рентабельного получения сырья, его удобного и рационального хранения, правильной обработки и эффективного использования, а также проблемы повышения урожайности культурных растений, вопросы виноградарства и технологии виноделия, запросы пищевой промышленности — привели к созданию новых отраслей биохимии — технической и промышленной. Биохимия животных и человека (медицинская и физиологическая химия). Большое значение для развития этой ветви биохимии имели многочисленные школы физиологов, химиков, патологов и врачей, работавших в разных странах. Во Франции в лаборатории физиолога К. Бернара в составе печени млекопитающих был открыт гликоген (1857), изучены пути его образования и механизмы, регулирующие его расщепление; здесь же Л. Корвизар (1856) открыл в поджелудочном соке фермент трипсин. В Германии в лабораториях Ф. Хоппе-Зейлера, А. Косселя, Э. Фишера, Э. Абдергальдена, О. Хаммарстена и др. подробно изучались простые и сложные белки, их структура и свойства, вещества, образующиеся при искусственном их расщеплении путём нагревания с кислотами и щёлочами, а также под влиянием ферментов. в питании. Крупных успеховбиохимия достигла в изучении витаминов, гормонов, минеральных веществ, в частности микроэлементов, их распространения в различных организмах, физиологической роли, механизма действия и регулирующих влияний на ферментативные реакции и процессы обмена веществ. Вопросы для самоконтроля: 1. Что изучает биоорганическая химия ? 2. Краткая история развития? 3. Место и роль биоорганическая химия в системе биологических наук Литература: 1-10 (основная); 11,12,20,22 (дополнительная) Тема № 3: Взаимодействие белков и нуклеиновых кислот Связь нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и белков. Причина возникновения генетических аномалий в связи с нарушением структуры ДНК Начиная с клеточной оболочки и заканчивая всеми составляющими клетки все построено с участием молекул белка. Жизнь в клетке без белка просто невозможна, как и невозможен синтез белков без нуклеиновых кислот. Белок относится к органическим веществам и состоит из полимерных молекул, мономеры которых - аминокислоты. Аминокислоты соединяются друг с другом, выстраиваясь в цепь аминокислот - первичную структуру молекулы белка. УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.11 из 59 Последовательность соединения аминокислот и задает уникальность белка, его назначение. Такие нити аминокислот закручиваются в спираль, витки которой прочно удерживаются водородными связями. Так представляется собой вторичная структура молекулы белка. Спираль закручивается еще плотнее, образуя третичную структуру, а затем еще и еще, пока не получается комок, называемый глобулой. Именно так представлен белок в клетке. Нуклеопротеиды — комплексы нуклеиновых кислот с белками. К нуклеопротеидам относятся устойчивые комплексы нуклеиновых кислот с белками, длительное время существующие в клетке в составе органелл или структурных элементов клетки в отличие от разнообразных короткоживущих промежуточных комплексов белок — нуклеиновая кислота (комплексы нуклеиновых кислот с ферментами — синтетазами и гидролазами — при синтезе и деградации нуклеиновых кислот, комплексы нуклеиновых кислот с регуляторными белками и т. п.). Чтобы синтезировать белок в клетке необходимы ДНК и РНК. ДНК несет в себе всю генетическую информацию, а значит, в зависимости от заложенных в ней данных и будет строиться тот или иной белок (особая очередность аминокислот). РНК ведет роль посредника между ДНК и синтезируемым белком. Рассмотрим, как это происходит. Для этого познакомимся со строением нуклеиновых кислот. Дезоксирибонуклеиновая кислота. Ее молекулы представляют собой полимерные цепочки из нуклеотидов (нуклеотид в свою очередь состоит из моносахарида дезоксирибозы, азотистого основания и одного из трех остатков фосфорной кислоты. Азотистые основания у молекула ДНК: аденин, гуанин, цитозин, тимин). Последовательность нуклеотидов в цепи молекулы всегда неповторима для организмов. Молекула ДНК состоит из скрученных в спираль двух полинуклеотидных цепочек. Скреплены между собой эти цепи с помощью обращенных внутрь спирали азотистых оснований. Причем соединены они избирательно в пары (комплиментарно): аденин с тимином, а гуанин с цитозином. Рибонуклеиновая кислота. Молекула РНК похожи на молекулы ДНК, но имеют всего одну цепь, а не две. А место тимина заменяет урацил. И, соответственно, вместо дезоксирибозы - рибоза. РНК несут разные смысловые задачи в процессе синтеза белка, потому их разделяют на типы. Информационные РНК (иРНК) считывают информацию с ДНК, выстраиваясь в цепь, комплиментарную одной из цепей ДНК (точнее ее фрагменту). Тем самым создавая абсолютную копию информации о первичной структуре белка. Затем она выходит из ядра в цитоплазму, вступая в контакт с рибосомами. Транспортные РНК (тРНК) служат переносчиками аминокислот к месту синтеза белка (к рибосомам). Рибосомные РНК (рРНК) - составляющие рибосом, в которых и происходит синтез белка. Рибосомы считывают информацию с иРНК и с помощью поставляемых тРНК аминокислот выстраивают из них необходимую последовательность. Молекулы РНК служат для копирования наследственной информации, заключенной в УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.12 из 59 молекулах ДНК, передачи ее и использования в процессе синтеза белка. Таким образом прослеживается прямая взаимосвязь нуклеиновых кислот и белков. Изучив зависимость ДНК и белков, можно объяснить причину, по которой нарушение в структуре ДНК вызывает тяжелые наследственные аномалии. Любая мутация гена ведет к изменению структуры белка и его вырабатываемого количества. Получается, что при нарушении в структуре ДНК белок может перестать вырабатываться, может вырабатываться в избыточном или недостаточном количестве, а может изменить свои свойства. Поскольку основную массу органических веществ в клетке составляют именно белки (50-70%), то "пораженными" могут оказаться любые структуры клетки, оболочка, все, что построено с участием белков. Клетка - биосистема. Нарушение или изменение функций одной части неминуемо ведет за собой перемены во всей биосистеме. Так же как и клетка, формирует ткани, ткани - органы, органы - системы органов, все вместе - организм, нарушение в структуре ДНК может проявиться как в незначительном масштабе, так и на всем организме в целом. Благодаря анализам ДНК и РНК учёные выяснили, что отклонения могут сказываться и при особых условиях (внешней среды, состояния организма на данный момент и т.п.), а могут иметь и постоянное проявление. Сбои в обмене веществ, биосинтезе, работе органа или системы органов, в жизнедеятельности клеток, в работе конечностей. Наследуются эти аномалии в соответствии со вторым законом Г. Менделя и делятся по типу наследования: аутосомнодоминантные, аутосомно-рецессивные, а так же сцепленные с полом (Х- или Yхромосомами). Изменение наследственного материала может быть вызвано разными обстоятельствами, например, при кроссинговере во время мейоза, при оплодотворении или же из-за мутации. Наиболее яркими примерами наследственных болезней являются дальтонизм, гемофилия, альбинизм, болезнь Дауна. Литература: основная (1-6), дополнительная (7-15). Вопросы: 1. Дайте определение белкам. 2. Перечислите простые белки. 3. Перечислите сложные белки. 4. Как происходит зависимость нуклеиновых кислот и белков Тема № 4: Современные проблемы клеточной и молекулярной биофизики Биофизика— наука, изучающая физические свойства и явления в целом организме, отдельных его органах, тканях, клетках, а также физико-химические основы процессов жизнедеятельности. В задачи молекулярной биофизики входит исследование фнзических и физико-химических свойств сложных химических соединений, в т. ч. белков и нуклеиновых кислот, входящих в состав живых организмов, а также характера их взаимодействия. Задачей биофизики клетки УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.13 из 59 является изучение физико-химических основ функции клетки, связи клеточных структур с их функцией, механических и электрических свойств клетки, а также энергетики и термодинамики течения клеточных процессов и т. д. Биофизика разрабатывает вопросы термодинамики и биологической кинетики. С этих позиций рассматривается, в частности, проблема адаптации отдельных клеток и целых организмов к различным условиям окружающей среды. Одной из центральных проблем биофизики является проблема структуры и функции биологических мембран. Методы биофизики и молекулярной биологии обеспечили расшифровку структуры крупных биомолекул, выявление пространственного расположения атомов в молекуле и т. д. Значительные успехи достигнуты в изучении механизмов превращения в клетках организмов физической энергии в химическую, в частности при фотосинтезе органических соединений в зеленых растениях под влиянием света. Ведутся работы по изучению превращения энергии при действии на живые организмы ионизирующих излучений (радиационная биофизика). Биофизика тесно связана с медициной. Современная биофизика, согласно классификации, принятой Международным союзом теоретической и прикладной биофизики (1961), включает следующие основные разделы: молекулярная биофизика, биофизика клетки, биофизика процессов управления и регуляции, которая занимается исследованием и моделированием внутренних связей системы управления в организмах, их физической природой, исследованием физических закономерностей живого на уровне целого организма. Молекулярная биофизика. Изучает строение и физические свойства молекул, входящих в состав организма (прежде всего белков и нуклеиновых кислот), исследует условия равновесия молекулярных биологических процессов, изменения их течения во времени, термодинамику биологических процессов. Основная проблема заключается в том, чтобы раскрыть природу взаимодействия атомных групп, определяющих конформационные особенности и внутреннюю динамику биологических макромолекул, механизмы взаимодействия электронных и конформационных переходов и этой основе понять механизм функционирования биополимеров в живых системах. Значительное место в молекулярной биофизике занимает проблема возбуждённых состояний молекул в биологических системах; такие молекулы приобретают высокую химическую активность. 2. Биофизика мембранных процессов или биофизика клетки. Изучает физические и физико-химические особенности клеточных структур, закономерности деления и дифференцировки клеток, а также такие высокоспециализированные функциональные проявления клеток, как генерация возбуждения и биопотенциалы. Эта часть биофизики изучает молекулярную организацию и конформационные свойства биологических мембран, биофизику процесса транспорта веществ через мембрану, электрогенез. УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.14 из 59 На современном этапе развития биофизики произошли принципиальные сдвиги, связанные, прежде всего с развитием биофизики сложных систем и молекулярной биофизикой. Именно в этих областях, занимающихся закономерностями динамического поведения биологических систем и механизмами молекулярных взаимодействий в биоструктурах, получены общие результаты, на основании которых в биофизике сформировалась собственная теоретическая база. Так в настоящее время приоритетными считаются исследования в области физико-химической биологии в целом и биофизики в частности следующие вопросы: 1) Изучение структуры и механизмов выражения генов; 2) Разнообразные аспекты клеточной биологии (в том числе хромосомногенетические исследования, проблемы клеточной дифференцировки и межклеточных взаимодействий); 3) Изучение структуры биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и их комплексов друг с другом и низкомолекулярными лигандами). Решение этих задач осуществляется как с помощью теоретического анализа, так и с помощью большого набора физических, химических и биологических методов. Изучение скорости биологических процессов позволяет установить закономерности ряда биологических явлений – роста, размножения, метаболизма не только в условиях нормального функционирования организма, но при патологических изменениях – бактериальной интоксикации, действие ионизирующего излучения, аллергии и т.д. Изучение проницаемости клеток и тканей в биофизическом аспекте позволяют фармакологам и токсикологам установить закономерности всасывания в организме и выведения из организма различных препаратов. Физиологи, патофизиологи и врачи, изучая проницаемость различных веществ могут выяснить изменения водно-ионного обмена, происходящие в организме в норме и в патологии. Особое значение эти вопросы приобрели в настоящее время в связи с установлением взаимосвязи расстройств водно-солевого баланса с различными патологическими процессами и наиболее часто встречающимися послеоперационными осложнениями. Тема №5: Биофизика макромолекулярных комплексов и их моделей УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.15 из 59 Макромолекулы, это— частицы вещества, масса которых превышает 5000 u; в воде эти частицы образуют микрогетерогенный раствор, обладающий высокой степенью раздробления частиц, имеющих размеры менее 0,0001 см (коллоидальный раствор). Протеины (связанные или нет в глюцидолипидные синапсы), нуклеиновые кислоты и мукоитиновые кислоты являются биологическими макромолекулами. Помимо коллоидальных растворов в кровяной плазме или в цитоплазме, макромолекулы образуют в организме и структурные сети тканей. Между их циркулирующим и неподвижным состояниями существует постоянный обмен. Кроме того, макромолекулы обладают динамическим стероловым строением и могут подвергаться обратимым изменениям (наиболее обычным примером могут послужить аллостерические транзиции энзимов), которые оправдывают их функциональность. Макромолекулы обладают рядом оптических, магнетических и термодинамических свойств, хорошо исследованных в области различных дисциплин. То, что следует, все же, понимать в клинике человека это — то, что данные, накопленные во время практической деятельности по уходу за подвергнутым шоку организмом, представляют собой общее, грубое отображение внутренних атомо-молекулярных расстройств живой материи. Макромолекулы сливаются в полимакромолекулярные структуры и образуют ряд биологических систем, обладающих новыми биофизическими способностями поведения, специфическими для выполнения определенных функций в организме. Все эти системы, при шоке, играют особую роль, заслуживающую проведения специальных исследований. I. Система переносящая генетическую информацию (нуклеиновые кислоты) регулирует всю ответную на шок реакцию организма. II. Системы, воспринимающие, анализирующие и переносящие биологическую информацию (невронные белки) обеспечивают генерализацию корригирующей ответной реакции на шоко-генное поражение. III. Система пассивного и активного проникновения веществ (липопротеины мембраны) пытается изменить обычную элективность, что почти всегда является недостаточным, имея в виду усиленные вариации градиентов различных факторов, действующих при шоковом состоянии. IV. Биокаталитические системы (гормоны, витамины, энзимы), являющиеся эргональным источником организма и управляющие всей ответной гемореодинамической и метаболической реакцией. V. Контрактилъная система (актомиозин) используется тогда, когда ответная реакция организма на наличие поражения выражается обращением в бегство или началом борьбы; у человека, у которого ответной реакцией на шок является УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.16 из 59 «эндогенная метаболическая борьба», актомиозинная система принимает участие, главным образом, путем эффективного подвоза энергии и метаболического субстрата. Молекулярные и клеточные системы. Основной вопрос, который возникает при изучении любой биологической системы, состоит в следующем: как эта система работает? Биофизики сначала исследуют саму систему, затем строят модель, описывающую в каком-то приближении ее поведение, и далее проверяют и уточняют исходную модель. Обычно важную роль при построении модели играют кинетические и термодинамические параметры. Среди биологических процессов, которые можно исследовать биофизическими методами, – восприятие света и звука высшими организмами, мышечное сокращение, прохождение нервного импульса, работа мембранных каналов и рецепторов, превращение энергии в митохондриях (клеточных органеллах), функционирование белков, участвующих в регуляции экспрессии генов, механизм действия ферментов. Экспериментальные подходы к изучению всех этих процессов различаются, но в основе любого исследования лежит анализ энергетики процесса. Компьютерный анализ и построение моделей. С появлением компьютеров построение моделей биологических систем и применение математических методов в биофизике перешли на качественно иной уровень. Без компьютеров было бы невозможно быстро обрабатывать рентгеноструктурные и ЯМР-данные, создавать сложные модели, отвечающие всему комплексу экспериментальных данных. Для построения адекватных моделей часто приходится анализировать свойства больших ансамблей молекул и частиц или поведение неравновесных систем. Строятся модели таких сложных феноменов и процессов организменного уровня, как научение и память, восприятие света и звука, кровообращение, мышечное сокращение, распределение в организме продуктов метаболизма. Разрабатываются методы предсказания трехмерной структуры макромолекул и моделирования флуктуаций, происходящих в этих структурах за времена порядка пикосекунд (триллионных долей секунды). Тема №6: Биофизика клеточных процессов Биофизика клетки изучает свойства биологических мембран, их молекулярную организацию, конформационную подвижность белковых и липидных комплексов, молекулярное строение и механизмы функционирования ионных каналов и межклеточных взаимодействий. Поверхностный аппарат клетки состоит из 3 компонентов: надмембранного комплекса – гликокаликса, слоя толщиной 10-20 нм; плазмалеммы и подмембранного комплекса. Клеточная оболочка занимает в клетке пограничное положение и играет роль полупроницаемого селективного барьера, УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.17 из 59 который, с одной стороны, отделяет цитоплазму от окружающей клетку среды, а с другой – обеспечивает ее связь с этой средой. Структура плазмолеммы (П). Основными составляющими гликокаликса служат комплекса полисахаридов с белками (гликопротеины) и жирами (гликолипиды). Изнутри к мембране примыкает кортикальный (корковый) слой цитоплазмы толщиной 0,1 – 0,5 мкм, в котором не встречаются рибосомы и пузырьки, но в значительном количестве находятся микротрубочки и микрофиламенты, имеющие в своем составе сократимые белки. Часть белковых частиц связана с молекулами олигосахаридов (гликопротеины), которые выступают за пределы наружной поверхности П., другая имеет липидные боковые цепи (липопротеины). Молекулы олигосахаридов связаны также с липидами в составе гликолипидов. Углеводные участки гликолипидов и гликопротеинов придают поверхности клетки отрицательный заряд, образуют основу гликокаликса, выявляющейся под ЭМ в виде рыхлого слоя умеренной электронной плоскости, покрывающего, наружную поверхность П. Углеводные участки играют роль рецепторов, обеспечивают распознавание клеткой соседних клеток и межклеточного вещества, а также адгезивные (прилипание) взаимодействия с ними. В состав гликокаликса некоторые авторы включают, помимо углеводных компонентов, периферические мембранные и полуинтегральные белки, функциональные участки которых находятся в надмембранной зоне (иммуноглобулины). В гликокаликсе находятся рецепторы гистосовместимости, некоторые ферменты, рецепторы гормонов. Плазмолемма самая толстая из клеточных мембран (7,5 - 11 нм). Под ЭМ, она, как и другие клеточные мембраны, имеет вид трехслойной структуры, представленной двумя электронно-плотными слоями, которые разделены светлым слоем. Ее молекулярное строение описывается жидкостно-мозаичной моделью. Она состоит из липидного (фосфолипидного) бислоя, в который погружены и с которым связаны молекулы белков. Функции П. определяются ее положением и включают: распознавание данной клеткой других клеток и прикрепление к ним; распознавание клеткой межклеточного вещества и прикрепление к его элементам (волокнам, базальной мембране); транспорт веществ и частиц в цитоплазму и из нее; взаимодействие с сигнальными молекулами (гормонами, медиаторами) благодаря наличию на ее поверхности специфических рецепторов к ним; движение клетки (образование псевдо-, фило- и ламеллоплодий) – благодаря связи плазмолеммы с сократимыми элементами цитоскелета. Высокая упорядоченность внутреннего содержимого эукариотической клетки достигается путем компартментации ее объема – подразделения на «ячейки», отличающиеся деталями химического (ферментного) состава. Компартментация способствует пространственному разделению веществ и процессов в клетке. Отдельный компартмент представлен органеллой (лизосома) УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.18 из 59 или ее частью (пространство, отграниченное внутренней мембраной митохондрии). Мембранный транспорт веществ может включать однонаправленный перенос молекулы какого-то вещества или совместный транспорт двух различных молекул в одном или противоположных направлениях. Пассивный транспорт включает простую (перенос мелких молекул кислорода, воды, углекислого газа) и облегченную (осуществляется через каналы, белки-переносчики) диффузию – процессы, которые не требуют затраты энергии. Активный транспорт является энергоемким процессом, благодаря которому перенос молекул происходит с помощью белков-переносчиков против электрохимического градиента (натриево-калиевый насос). Последний из цитоплазмы выводит ионы натрия, а ионы калия одновременно переносит в цитоплазму, что обеспечивает поддержание постоянства объема клетки (путем регуляции осмотического давления), а также мембранного потенциала. Облегченный транспорт ионов опосредуется особыми трансмембранными белками – ионными каналами, обеспечивающими избирательный перенос определенных ионов. Эндоцитоз – транспорт материала, находящийся во внеклеточном пространстве. При этом, он захватывается в области впячивания (инвагинации) плазмолеммы, края которых смыкаются с формированием эндоцитозного пузырька или эндосомы – мелкого сферического образования, герметически окруженного мембраной. Разновидностями эндоцитоза служат пиноцитоз и фагоцитоз. Экзоцитоз – процесс, обратный эндоцитозу. Судьба выделяемых молекул неодинакова: прикрепляясь к клеточной поверхности, они могут становиться периферическими белками (антигенами); войти в состав межклеточного вещества (коллаген); попадая во внеклеточную жидкость, они могут выполнять роль сигнальных молекул (гормоны). Трансцитоз – процесс, характерный для некоторых типов клеток, объединяющий признаки эндоцитоза и экзоцитоза. Мембранные рецепторы являются преимущественно гликопротеинами, которые расположены на поверхности цитолеммы клеток и обладают способностью высокоспецифически связываться со своими лигандами (). Они выполняют ряд функций: регулируют проницаемость плазмолеммы, изменяя конформацию белков и ионных каналов; регулируют поступление некоторых молекул в клетку; действуют как датчики, превращая внеклеточные сигналы во внутриклеточные; связывают молекулы внеклеточного матрикса с цитоскелетом. Эти рецепторы, называемые интегринами, играют важную роль в формировании контантов между клетками и клеткой и компонентами межклеточного вещества. УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.19 из 59 Тема №7: Регуляция метаболизма Метаболизм или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Метаболизм обычно делят на две стадии: в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых; в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты. Обмен веществ происходит между клетками организма и межклеточной жидкостью, постоянство состава которой поддерживается кровообращением: за время прохождения крови в капиллярах через проницаемые стенки капилляров плазма крови 40 раз полностью обновляется с интерстициальной жидкостью. Серии химических реакций обмена веществ называют метаболическими путями, в них при участии ферментов одни биологически значимые молекулы последовательно превращаются в другие. Ферменты играют важную роль в метаболических процессах потому, что: действуют как биологические катализаторы и снижают энергию активации химической реакции; позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения среды клетки или сигналы от других клеток. Катаболизмом называют метаболические процессы, при которых расщепляются относительно крупные органические молекулы сахаров, жиров, аминокислот. В ходе катаболизма образуются более простые органические молекулы, необходимые для реакций анаболизма (биосинтеза). Часто, именно в ходе реакций катаболизма организм мобилизует энергию, переводя энергию химических связей органических молекул, полученных в процессе переваривания пищи, в доступные формы: в виде АТФ, восстановленных коферментов и трансмембранного электрохимического потенциала. Анаболизм — совокупность метаболических процессов биосинтеза сложных молекул с затратой энергии. Сложные молекулы, входящие в состав клеточных структур, синтезируются последовательно из более простых предшественников. Анаболизм включает три основных этапа, каждый из которых катализируется специализированным ферментом. На первом этапе синтезируются молекулыпредшественники, например, аминокислоты, моносахариды, терпеноиды и нуклеотиды. На втором этапе предшественники с затратой энергии АТР преобразуются в активированные формы. На третьем этапе активированные мономеры объединяются в более сложные молекулы, например, белки, полисахариды, липиды и нуклеиновые кислоты. Гомеостазом называют постоянство внутренней среды организма. Так как внешняя среда, окружающая большинство организмов, постоянно меняется, для УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.20 из 59 поддержания постоянных условий внутри клеток, реакции обмена веществ должны точно регулироваться. Регуляция метаболизма позволяет организмам отвечать на сигналы и активно взаимодействовать с окружающей средой. В случае фермента, регуляция заключается в повышении и снижении его активности в ответ на сигналы. С другой стороны, фермент оказывает некоторый контроль над метаболическим путем, который определяется как эффект от изменения активности фермента на данный метаболический путь. Выделяют несколько уровней регуляции метаболизма. В метаболическом пути происходит саморегуляция на уровне субстрата или продукта; например, уменьшение количества продукта может компенсированно увеличить поток субстрата реакции по данному пути. Этот тип регулирования часто включает аллостерическое регулирование активности некоторых ферментов в [ метаболических путях. Внешний контроль включает клетку многоклеточного организма, изменяющую свой метаболизм в ответ на сигналы от других клеток. Эти сигналы, как правило, в виде растворимых мессенджеров, например гормоны и факторы роста, определяются специфическими рецепторами на поверхности клеток. Затем эти сигналы передаются внутрь клетки системой вторичных мессенджеров, которые зачастую связаны с фосфорилированием белков[ Тема №8: Гормоны и другие биологически-активные вещества Гормоны (греч. hormao - побуждаю, привожу в движение) — биологически активные вещества органической природы, вырабатывающиеся в специализированных клетках желёз внутренней секреции, поступающие в кровь и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции. Гормоны служат гуморальными (переносимыми с кровью) регуляторами определённых процессов в различных органах и системах. Во многих клетках биохимические реакции могут протекать только в присутствии гормонов. Они контролируют жизнедеятельность организма, функции клеток, активность генов. Регулируя активность ферментов, гормоны влияют на метаболизм. Все многообразие действия гормонов можно свести к трем важнейшим функциям: обеспечение роста и развития организма, обеспечение адаптации организма к постоянно меняющимся условиям внешней среды, обеспечение гомеостаза. Важнейшие свойства гормона - специфичность, биологическая активность, секретируемость, дистантность действия. Считается, что вещество может называться истинным гормоном, если оно обладает всей совокупностью этих свойств. Гормоны отличаются от других биологически активных веществ рядом свойств: УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.21 из 59 - гормоны участвуют в регуляции гомеостаза (постоянства внутренней среды), в обмене веществ, влияют на рост, дифференцировку, размножение; обеспечивают ответную реакцию организма на изменения внешней среды. - гормоны играют роль промоторов некоторых видов канцерогенеза в силу своего физиологического действия, вызывая избыточную пролиферацию чувствительных клеток. Все гормоны реализуют своё воздействие на организм или на отдельные органы и системы при помощи специальных рецепторов к этим гормонам. Рецепторы к гормонам делятся на 3 основных класса: рецепторы, связанные с ионными каналами в клетке (ионотропные рецепторы) рецепторы, являющиеся ферментами или связанные с белкамипередатчиками сигнала с ферментативной функцией (метаботропные рецепторы, например, GPCR) рецепторы ретиноевой кислоты, стероидных и тиреоидных гормонов, которые связываются с ДНК и регулируют работу генов. Увеличение или уменьшение выработки гормонов, а также снижение или увеличение чувствительности гормональных рецепторов и нарушение гормонального транспорта приводит к эндокринным заболеваниям. Механизмы действия. Когда гормон, находящийся в крови, достигает клетки-мишени, он вступает во взаимодействие со специфическими рецепторами; рецепторы «считывают послание» организма, и в клетке начинают происходить определенные перемены. Каждому конкретному гормону соответствуют исключительно «свои» рецепторы, находящиеся в конкретных органах и тканях — только при взаимодействии гормона с ними образуется гормон-рецепторный комплекс. Механизмы действия гормонов могут быть разными. Одну из групп составляют гормоны, которые соединяются с рецепторами, находящимися внутри клеток — как правило, в цитоплазме. К ним относятся гормоны с липофильными свойствами — например, стероидные гормоны (половые, глюко- и минералокортикоиды), а также гормоны щитовидной железы. Будучи жирорастворимыми, эти гормоны легко проникают через клеточную мембрану и начинают взаимодействовать с рецепторами в цитоплазме или ядре. Они слабо растворимы в воде, при транспорте по крови связываются с белками-носителями. Считается, что в этой группе гормонов гормон-рецепторный комплекс выполняет роль своеобразного внутриклеточного реле — образовавшись в клетке, он начинает взаимодействовать с хроматином, который находится в клеточных ядрах и состоит из ДНК и белка, и тем самым ускоряет или замедляет работу тех или УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.22 из 59 иных генов. Избирательно влияя на конкретный ген, гормон изменяет концентрацию соответствующей РНК и белка, и вместе с тем корректирует процессы метаболизма. Биологический результат действия каждого гормона весьма специфичен. Хотя в клетке-мишени гормоны изменяют обычно менее 1 % белков и РНК, этого оказывается вполне достаточно для получения соответствующего физиологического эффекта. Большинство других гормонов характеризуются тремя особенностями: они растворяются в воде; не связываются с белками-носителями; начинают гормональный процесс, как только соединяются с рецептором, который может находиться в ядре клетки, ее цитоплазме или располагаться на поверхности плазматической мембраны. В механизме действия гормон-рецепторного комплекса таких гормонов обязательно участвуют посредники, которые индуцируют ответ клетки. Наиболее важные из таких посредников — цАМФ (циклический аденозинмонофосфат), инозитолтрифосфат, ионы кальция. Классификация. По химическому строению известные гормоны позвоночных делят на основные классы: 1. Стероиды 2. Производные полиеновых (полиненасыщенных) жирных кислот 3. Производные аминокислот 4. Белково-пептидные соединения Тема № 9 Современные проблемы молекулярной биологии Молекулярная биология изучает основные свойства и проявления жизни на молекулярном уровне. Важнейшими направлениями в молекулярной биологии являются исследования структурно-функциональной организации генетического аппарата клеток и механизма реализации наследственной информации (молекулярная генетика), исследование молекулярных механизмов взаимодействия вирусов с клетками (молекулярная вирусология), изучение закономерностей иммунных реакций организма (молекулярная иммунология), исследование появления разнокачествениости клеток в ходе индивидуального развития организмов и специализации клеток (молекулярная биология развития) УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № стр.23 из 59 от и т. д. Молекулярная биология выделилась из биохимии и сформировалась как самостоятельная наука в 50-х годах. Рождение молекулярной биологии часто относят к 1953, когда была опубликована работа Дж. Уотсона и Ф. Крика о пространственной структуре молекулы ДНК. В становлении молекулярной биологии сыграли большую роль идеи и методы классической генетики, микробиологии, вирусологии, использование достижений точных наук — физики, химии, математики, кристаллографии, особенно рентгено-структурный анализ. Основными объектами исследования в молекулярной биологии являются вирусы, в т. ч. бактериофаги, клетки и субклеточные структуры (ядра, митохондрии, рибосомы, хромосомы, клеточные мембраны), а также макромолекулы (белки, нуклеиновые к-ты). Наибольшие крупные достижения молекулярной биологии— расшифровка структуры некоторых белков и установление связи между их структурой и функцией (М. Перуц, Дж. Кендрю, Ф. Сенгер, К. Анфинсен и др.), определение структуры и механизма биол. функции нуклеиновых кислот и рибосом (Дж. Уотсон, ф. Крик, Р. Холли и др.), расшифровка генетического кода (М. Ниренберг, С. Очоа), открытие обратной транскрипции (X. Темин, Д. Балтимор), механизма основных этапов биосинтеза белковой молекулы (Ф. Крик, Ф. Жакоб, Ж. Mono) и нуклеиновых кислот (А. Корнберг, С. Очоа), установление структуры вирусов и механизмов их репликации, разработка методов генетической инженерии (П. Берг, В. Арбер, Г. О. Смит, Д. Натане), синтез гена (X. Корана) и др. Перед молекулярной биологии стоят задачи решения проблем молекулярных основ злокачественного роста, предупреждения наследственных заболеваний, выяснения молекулярных основ катализа, действия гормонов, токсических и лекарственных веществ, познания механизмов памяти, природы нервных процессов. Большое значение приобретает развитие генной инженерии, позволяющей целенаправленно оперировать генетическим аппаратом животных организмов. Молекулярная биология вместе с биохимией, биофизикой, биоорганической химией часто объединяют в одно общее направление — физикохимическую биологию. В любом организме в каждый момент его существования проходит огромное число биохимических реакций, в которых участвуют молекулы большие и малые, простые и сложные, органические и неорганические. Все эти реакции строго упорядочены и, в зависимости от условий и потребностей организма, подвергаются настройке и регулировке. Решающая роль в организации этих процессов принадлежит двум классам больших молекул – белкам и нуклеиновым кислотам. Тема № 10. Реакция клетки на внешние воздействия При воздействии биологических функциональные неблагоприятных внешних химических, физических и факторов на нарушения. клетку В в ней возникают зависимости от структурные и интенсивности, УМКД. 042-18.22.1.9/032013 продолжительности Редакция № и характера стр.24 из 59 от воздействия такая клетка может либо адаптироваться к новым условиям и возвратиться в исходное состояние, либо погибнуть. Изменения в цитоплазме поврежденной клетки. Цитоплазма утрачивает способность к гранулообразованию. В нормальной клетке частицы краски, поступившие в ее цитоплазму, заключаются в гранулы. Цитоплазма и кариоплазма при этом остаются светлыми. При утрате способности к гранулообразованию гранулы не образуются, а цитоплазма и кариоплазма диффузно окрашиваются. Изменения в ядре. В ядре начинается отек перинуклеарного пространства, его расширение. Хроматин конденсируется в грубые глыбки, коагулируется. Это называется пикнозом. Нарушается регуляция белкового синтеза. В дальнейшем разрывается на фрагменты. Это называется кариорексисом. В итоге ядро подвергается лизису- кариолизис. Изменения митохондрий. На начальном этапе митохондрии сжимаются, затем набухают, округляются, их кристы укорачиваются и редуцируются, снижается синтез АТФ. В итоге мембраны митохондрий разрываются, матрикс смешивается с гиалоплазмой. Изменения эндоплазматической сети.Цистерны гранулярной ЭПС фрагментируются и распадаются на вакуоли. Количество рибосом на поверхности мембран уменьшается, синтез белка снижается. Изменения комплекса Гольджи. Комплекс Гольджи может подвергнуться распаду в результате фрагментации его цистерн. Изменения лизосом.Количество первичных лизосом и аутофагасом возрастает. Мембраны первичных лизосом разрываются. Выделившиеся из них ферменты осуществляют самопереваривание (лизис) клетки. В результате нарушения проницаемости клеточных мембран, структуры и функции органелл нарушается метаболизм клетки, что может сопровождаться накоплением в цитоплазме липидов (жировая дистрофия), гликогена (углеводная дистрофия), УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № стр.25 из 59 от белков (белковая дистрофия). При слабой интенсивности и кратковременном воздействии повреждающих факторов цитофизиологические изменения клетки могут быть обратимыми. При этом в одних случаях структура и функция клетки полностью восстанавливается. Такая клетка продолжает нормально функционировать. В других случаях цитофизиология клетки восстанавливается неполностью. После этого клетка в течение некоторого времени продолжает функционировать, но вскоре погибает без видимых причин. Тема № 11. Молекулярная эволюция Молекулярная эволюция включает в себя две области исследования: эволюцию макромолекул и реконструкцию эволюционной истории генов и организмов. Под изучением эволюции макромолекул мы подразумеваем исследование скоростей и типов изменений, происходящих в генетическом материале (последовательностях ДНК) и его "продуктах" (белках), и механизмов, ответственных за эти изменения. Вторая область, известная также как молекулярная филогения, имеет дело с эволюционной историей организмов и макромолекул, получаемой на основе молекулярных данных. На первый взгляд может показаться, что эти две области являются совершенно независимыми друг от друга, поскольку целью первой является установление причин и следствий эволюционных изменений в молекулах, тогда как вторая использует эти молекулы просто как средство для восстановления биологической истории организмов и их генетических составляющих. Однако на практике две эти дисциплины глубоко взаимосвязаны, и прогресс в одной способствует исследованиям в другой. Например, знание филогении необходимо для определения последовательности изменений в изучаемых молекулярных структурах. И наоборот, знание способов и темпов изменений изучаемой молекулы необходимо для попыток восстановления эволюционной истории группы организмов. В рамки молекулярной эволюции традиционно принято включать и третью область - пребиотическую эволюцию или "происхождение жизни". Однако этот предмет слишком умозрителен и в гораздо меньшей степени поддается количественному анализу, нежели два первых. Более того, законы, направляющие процесс переноса информации в пребиотических системах (т.е. системах, лишенных реплицирующихся генов), в наше время не известны. Поэтому в дальнейших главах будут обсуждаться только первые два раздела молекулярной эволюции. Изучение молекулярной эволюции основывается на двух совершенно разных дисциплинах: популяционной генетике и молекулярной биологии. УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.26 из 59 Популяционная генетика дает теоретическую базу для изучения эволюционных процессов, тогда как молекулярная биология предоставляет опытные данные. Поэтому для понимания молекулярной эволюции необходимо знать основы как теории популяционной генетики, так и молекулярной биологии. Тема № 12. Молекулярно-генетические способы регуляции развития и дифференцировки Развитие организма - это не только авторепродукция его клеток и тканей, но и длинная цепь закономерных изменений, возникновение нового в химическом, физическом, морфологическом и функциональном отношении. Достаточно вспомнить, что из яйцеклетки человека, имеющей вес около 0, 0015 мг, после оплодотворения развивается ребенок массой около 3 кг. В основе роста и индивидуального развития многоклеточного организма лежат митотические деления клеток. Митоз - деление равнонаследственное. В силу этого клетки специализированных тканей организма (мозга, мышц, кожи, печени и др.) должны обладать идентичными генотипами. Поэтому генетические механизмы дифференцировки клеток и тканей в ходе онтогенеза требуют своего выяснения. Исходным моментом генетического исследования онтогенеза является анализ действия гена на формирование признака в соответствии с принципом: ген (ДНК) - и-РНК - белок - признак. Известно, что у животных первичная дифференцировка обусловлена структурой цитоплазмы яйца и его поверхностным слоем (кортексом) ооплазматическая сегрегация. После оплодотворения выявляется ещё более тонкая дифференцировка яйца, детерминирующая развитие зародыша на ранних стадиях. Бластомеры, возникающие путем митоза, содержат геномы, но размеры участков кортекса и цитоплазмы в них неодинаковые. Вследствие этого они имеют различно организованную цитоплазму, которая может служить регулятором считывания не одних и тех же генов в разных бластомерах и, т.о., влиять на ход дифференцировки. С оплодотворения начинается собственно онтогенез, в котором проявляется действие генов, полученных от отцовского организма. Если гены контролируют весь онтогенез, все признаки и реакции организма, то возникает ряд вопросов: одновременно или лишь отдельные гены действуют на разных этапах развития; чем определяется вступление их в действие; каким образом осуществляется специфическое действие генов? Ответ на некоторые вопросы был получен в опытах с пересадкой ядер. Неоплодотворенную яйцеклетку активируют уколом и удаляют из неё ядро. Затем с помощью микропипетки в неё пересаживают ядро из клетки зародыша, находящегося на более поздней стадии развития (бластулы, УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.27 из 59 гаструлы). В этом случае, если ядро клетки-донора уже претерпело дифференциацию, то после его пересадки яйцо-реципиент не даст нормального зародыша. И наоборот, если ядро донора ещё не было дифференцировано и сохранило способность давать полное развитие, то яйцеклетка-реципиент будет нормально дробиться. Опыты показали, что если ядро берется от клетки донора со стадии бластулы или ранней гаструлы, то из яйца-реципиента развивается нормальный головастик. Следовательно, ядра клеток на ранних стадиях развития ещё не дифференцированы и равноценны ядру зиготы. Из яйца с ядром, пересаженным из клеток поздней гаструлы, зародыш не развивается. Следовательно, к моменту гаструляции происходит необратимая дифференцировка ядра. Молекулярно-генетические процессы определения течения начальных этапов индивидуального развития в основном сходны как у беспозвоночных, так и позвоночных, и начинаются ещё в предзиготный период. В течение онтогенеза в будущей яйцеклетке происходит усиленный синтез РНК, рибосом и тех и-РНК, которые после оплодотворения понадобятся для начального развития эмбриона. В ооцитах земноводных и других животных интенсивность этого синтеза может возрастать благодаря процессу амплификации (или умножения) генов р-РНК. После оплодотворения начинается дробление, регулируемое на первых порах исключительно информацией, содержащейся в яйце. Активный синтез белка идет за счет полученного из яйца запаса рибосом и РНК. На протяжении первых стадий эмбриогенеза, вплоть до поздней бластулы, реализуется главным образом та часть генетической информации, которая касается: 1) общих метаболических процессов, присущих всем делящимся клеткам; 2) затем происходит постепенная репрессия неспецифических генов, т.е. начинается дифференцировка клеток зародыша. У животных на стадии гаструлы и позже обособляются так называемые стволовые клетки, разные популяции которых дают начало различным тканям и органам. Начиная с этого момента в ходе развития устанавливаются индукционные отношения между тканями и органами, т.е. влияние одной ткани на другую, направляющее характер её развития. Например, в ходе гаструляции у позвоночных зачаток хорды приходит в контакт с определенным районом эктодермы. В результате чего эпидермальные клетки дифференцируются не в эпителий кожи, как вся эктодерма, а в нервную систему. Феномен получил название ЭМБРИОНАЛЬНАЯ ИНДУКЦИЯ. Механизм индукции состоит в образовании в клетках ткани "индуктора" специфических веществ, которые, мигрируя в соседнюю индуцируемую ткань, меняют путь ее развития. Природу индукторов пока неясна. Очевидно, продукты деятельности генов клеток зачатка УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.28 из 59 хорды активируют деятельность тех участков клеток эктодермы, которые определяют развитие нервной системы. В ядрах дифференцированных клеток большинство генов находится в репрессивном состоянии, число же активно работающих генов различно в различных тканях и органах на разных стадиях развития. Тщательные исследования, проведенные на разных объектах, позволяют считать, что, повидимому, в большинстве случаев их доля превышает 10-20%, конечно, в разное время она состоит из разных генов. Все структурные гены эукариотов можно условно разделить на три типа: 1. Гены, функционирующие во всех клетках организма. К ним принадлежат гены, кодирующие ферменты энергетического обмена, ответственные за синтез важнейших макромолекул и образование общих для всех клеток структур. 2. Гены, функционирующие только в тканях одного типа. Это гены, определяющие синтез миозина в мышцах, коллагена - во всех опорных тканях и т.д. 3. Гены, необходимые для выполнения клетками специализированных узких функций (синтез гемоглобина в эритроцитах, разных гормонов в эндокринных железах, трипсина и амилазы и др. ферментов в пищеварительном тракте, белка хрусталика и др.). При этом клетки, морфологически почти тождественные и функционально близкородственные, могут отличаться по активности отдельных генов. Например, свойства хряща в позвоночнике отличаются от свойств отдельных генов хряща скелета пальца. Регуляция активности генов в онтогенезе была открыта и изучена Жакобом и Моно. Для эукариот характерна групповая регуляция генов в онтогенезе. Групповое выключение генов, находящихся в одной хромосоме, происходит в онтогенезе самок млекопитающих. У них гены обеих Х-хромосом активны только на ранних стадиях эмбриогенеза, когда решается, что последующая дифференциация организма пойдет в сторону женского, а не мужского пола. Позже, когда уже заложены гонады, дальнейшее развитие вторичных половых признаков определяется половыми гормонами. Если бы в это время у гомогаметных особей транскрибировались бы гены обеих Х-хромосом, это привело бы к возникновению больших различий особей разного пола не только по половым признакам, но и по другим жизненно важным признакам, регулируемым Х-хромосомой. У эукариот широко распространена регуляция активности генов особыми сигнальными веществами, вырабатываемыми другими клетками. Из таких сигнальных веществ лучше изучены гормоны. Регуляция, осуществляемая разными гормонами (адреналином, тироксином, половыми гормонами, гормоном роста и др.), имеет много общих черт. Все они действуют только на специфические клетки-мишени. Способность таких клеток реагировать на УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.29 из 59 определенный гормон обусловлена тем, что в клетке вырабатывается особый белок-рецептор, связывающийся с данным гормоном и при этом изменяющийся, после чего он приобретает свойства индуцировать работу одного или нескольких генов в хромосомах клеточного ядра. Так, при воздействии глюкокортикоидов на клетки печени или эстрагенов на клетки матки, в них происходит резкое возрастание матричной активности ядер и интенсивный синтез РНК и белка. Образование белков-рецепторов и гормонов контролируется генами. Например, у человека известно наследственное заболевание тестикулярная феминизация. У лиц с таким заболеванием отсутствуют рецепторы к тестостерону. Поэтому зародыш мужского пола приобретает черты, свойственные женскому организму. В случае адреногенитального синдрома из-за дефекта генетического контроля возникает нарушение в синтезе коры надпочечников, в результате чего образуется промежуточный продукт с андрогинной активностью. В результате этого нарушается формирование полуспецифических признаков. Т.о., у высших организмов имеется интегрированная система управления генами взаимосвязанных функций организма: одни гены контролируют синтез гормонов, другие - синтез рецепторов, третьи реагируют на гормональный статус. Развитие зародыша протекает при непрерывном взаимодействии наследственных и внешних факторов. В процессе таких взаимоотношений формируется фенотип, фактически отражающий результат реализации наследственной программы в конкретных условиях среды. Несмотря на то, что внутриутробное развитие зародыша у млекопитающих происходит в относительно постоянной вреде в оптимальных условиях, влияние внешних неблагоприятных факторов в этот период вовсе не исключено, особенно при их возрастающем накоплении в окружающей среде в связи с техническим прогрессом. В настоящее время человек во все периоды своей жизни подвергается воздействию химических, физических, биологических и психологических факторов. Экспериментальное изучение развития животных привело к представлению о так называемых критических периодах в развитии организмов. Под этим термином понимают периоды, когда зародыш наиболее чувствителен к повреждающему действию разнообразных факторов, которые могут нарушить нормальное развитие, т.е. это периоды наименьшей устойчивости зародыша к факторам внешней среды. Организм в разные периоды своей жизни неодинаково чувствителен к температуре, в другой - к хим. агентам и т.д. В критические периоды у зародыша сильно меняется метаболизм, резко усиливается дыхание, меняется содержание РНК, падает темп роста. Различают критические периоды, общие для всего организма и критические периоды в развитии отдельных органов. Критические периоды совпадают с активной морфологической дифференцировкой, с переходом от одного периода развития к другому. У млекопитающих имплантация бластоцисты в стенку матки является критическим периодом, переходом к новым условиям питания и газообмена, требующим УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.30 из 59 новых приспособлений. Развитие плаценты и переход к газообмену представляют новый критический период. Применительно к человеку большое значение отводится следующим критическим периодам: период имплантации [6-7 сутки после зачатия (.), период имплантации (конец 2-й недели беременности), перинатальный период (роды)]. Изучение критических периодов в эмбриогенезе показывает необходимость охраны материнского организма от вредных факторов, особенно в первые недели беременности. Воздействие на организм матери во время беременности различных химических, физических, биологических агентов может привести к нарушению развития эмбриона и рождению урода или внутриутробной смерти плода. Тератогенным действием могут обладать хинин, алкоголь, кофеин, различные токсические вещества, а также простейшие (токсоплазма), вирусы (вирус краснухи). Тератогенным действием могут обладать некоторые лекарства (талидомид), все виды ионизирующего излучения. Эти факторы говорят о необходимости охраны здоровья беременной, осторожного назначения лекарств, физиотерапевтических процедур. Форма и функции органов и тканей развивающего организма непрерывно взаимосвязаны и морфологические явления имеют свою физиологическую сторону. Организм ни на одной стадии развития не есть мозаика частей, органов или признаков. Организм развивается всегда как специфическое целое. Сложная система связей, т.е. корреляция, обусловливает развитие организма как целого. И. И. Шмальгаузен выделил геномные, морфологические и эргонтические корреляции. Корреляции в онтогенезе: ГЕНОМНЫЕ корреляции могут осуществляться, по-видимому, непосредственно веками, через какие-то биохимические процессы, совершающиеся в клетках, в которых реализуется изменение. Это зависимости одного или нескольких связанных генов - плейотропное действие гена, пенетрантность, множественный аллелизм. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ корреляции - это взаимозависимости между двумя или более морфогенетическими процессами (хорда-мезодерма), развитие нервной системы из эктодермы, преобразование эктодермы в наружную часть роговицы под влиянием хрусталика глаза. ЭРГОНТИЧЕСКИЕ (функциональные) корреляции - это корреляции между частями, обусловленные функциональными зависимостями между ними (зависимость между развитием нервных центров, нервов и развитием периферических органов, зависимость между развитием мышц, нервов, кровеносных сосудов мышц). УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.31 из 59 Различные типы корреляции характерны для различных этапов онтогенеза. В онтогенезе в результате процессов дифференциации происходят новые и новые корреляции. Это приводит к дальнейшим дифференцировкам. Движущие силы индивидуального развития создаются по мере дифференцировки зародыша в результате взаимодействия продуктов этой дифференцировки. В результате этих взаимодействий организм развивается на всех стадиях как одно согласованное целое. Тема № 13 Молекулярная патология Молекулярная патология новые дисциплины в рамках патологии, и фокусируется в области исследования и диагностики заболеваний на основе изучения молекул в органах, тканях и биологических жидкостей. Это научная дисциплина, которая включает в себя развитие молекулярногенетических подходов к диагностике и классификации человеческих опухолях, проектирования и проверки прогнозной биомаркеров для ответа лечения и прогрессирования заболевания, восприимчивость особей разных генетической конституции, чтобы заболеть раком, а также окружающей среды и образа жизни факторов, обуславливающих канцерогенеза. Одним из важнейших направлений молекулярной патологии является выявление биохимических нарушений, которые обусловливают возникновение многих приобретенных и наследственных болезней. К числу таких заболеваний относится альдегидная болезнь, вызываемая нарушениями в обмене альдегидов в клетках и организме в целом. Альдегиды необходимы для жизнедеятельности любого организма. Между тем избыток или значительное снижение их в клетках и биологических жидкостях могут являться причиной многих тяжелых заболеваний. В норме различные альдегиды, в частности ацетальдегид, непрерывно подвергаются обменным реакциям. В этом процессе участвуют различные мультиэнзимные системы. Нарушение в любом из звеньев этих систем, вызванные мутациями структурных или регуляторных генов, ответственных за синтез и активность ферментов обмена альдегидов, приводят к аномальному его накоплению альдегидов, а часто и к изменению его структуры и образованию комплексных соединений. Альдегидная болезнь носит название гиперальдегидогеноза в тех случаях, когда в клетках происходит избыточное накопление альдегидов, и гипоальдегидогеноза, когда наблюдается почто полное его отсутствие. В зависимости от того, какой конкретно ферментный дефект приводит к нарушениям в обмене альдегидов, различают типы гипер и гипоальдегидогенозов. Кроме того, возможно существуют разные формы этого заболевания, что определяется локализацией в клетке энзимного дефекта. Например, если аномальное накопление альдегидов происходит только в одном органе, а именно в скелетных мышцах (мышечная форма гиперальдегидоза). Различные по структуре альдегиды могут УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.32 из 59 накапливаться в органах (печень, мышцы и др.), что обусловливает существование различных форм и подтипов заболевания. При генерализованной форме гиперальдегидоза дефект выявляется во всех тканях. В зависимости от времени появления первых симптомов заболевания различают раннюю, юношескую и взрослую формы альдегидогенозов. Более редкими являются случаи, когда у одного и того же больного наблюдаются множественные ферментативные дефекты. Подобное многообразие типов и форм альдегидной болезни крайне усложняет изучение и диагностику этого заболевания. Альдегидогенозы можно отнести к так называемым болезням накопления, подобно таким заболеваниям, как гликогенозы, гликолипидозы, гликопротеинозы и т.д. Клиническая картина альдегидогенозов часто сходна с клинической картиной других заболеваний. В связи с этим диагностика альдегидогенозов так же, как и многих других энзимопатий, представляет значительные трудности. Классическая клиническая картина альдегидогеноза - это абстинентный синдром при алкоголизме и других наркотоксикоманиях, в частности при лекарственной зависимости. Другие варианты болезни могут быть связаны с фармакологическими препаратами ингибирующими альдегиддегидрогеназы. Методы диагностики альдегидной болезни: 1. определение содержания основных метаболитов в биологических жидкостях организма (альдегидов, спиртов, лактата, пирувата) 2. функцональные пробы на толерантность (этанол, ацетальдегид, лактат, пируват) с определениемактивности ферментов АДГ и АлДГ 3. биопсия тканей и определение активности ферментов АДГ и АлДГ. 4. проведение исследований на экспериментальной модели - альдегидной болезни (моделирование гиперальдегидоза - недостаточность АлДГ, моделирование гипоальдегидоза - гипериндукция АлДГ). Тема №14: Современные проблемы клеточной и молекулярной иммунологии Общая иммунология изучает клеточные и молекулярные основы иммунных реакций, их регуляцию, генетический контроль, а также роль иммунных механизмов в процессах индивидуального развития. [Частная иммунология Частная иммунология носит прикладной характер; к основным направлениям ее относятся: иммунопатология, молекулярная иммунология, иммунология эмбриогенеза, аллергология, трансплантационная иммунология, инфекционная иммунология, иммунохимия, иммуноморфология, нейроиммунология. УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.33 из 59 Клиническая иммунология или иммунопатология - клиническая и лабораторная дисциплина, которая занимается обследованием, диагностикой и лечением больных с заболеваниями или патологическими процессами, развивающимися в результате нарушения иммунных механизмов, а также теми случаями, когда иммунологические манипуляции являются важной частью терапии и/или профилактики. Инфекционная иммунология - раздел иммунологии, изучающий иммунный ответ при инфекционных болезнях человека и животных и разрабатывающий методы специфической профилактики, диагностики и лечения этих болезней. Неинфекционная иммунология - совокупность разделов иммунологии, изучающих иммунный ответ организма на антигены, не связанные с возбудителями инфекционных и инвазионных болезней, например, на изоантигены, опухолевые антигены и т.д. Молекулярная иммунология - раздел иммунологии, изучающий молекулярные механизмы иммунного ответа. Радиационная иммунология - раздел иммунологии, изучающий изменения иммунного ответа под воздействием ионизирующих излучений, разрабатывающий методы их использования для подавления трансплантационного иммунитета, методы восстановления системы иммунитета при лучевых поражениях и т. д. Иммунология эмбриогенеза или иммунология репродукции - раздел иммунологии и эмбриологии, изучающий процессы становления антигенной структуры тканей и органов в ходе эмбрионального развития и иммунологические взаимоотношения организма матери и плода. Иммуноморфология - раздел иммунологии, изучающий клеточные основы иммунитета. Иммунохимия иммунного ответа. раздел иммунологии, изучающий химические основы Трансплантационная иммунология изучает иммунную несовместимость тканей, отторжение трансплантатов, условия и способы преодоления несовместимости. Условно все исследования в иммунологии (как, впрочем, и в других областях знаний) делятся на две большие группы. Первая из них связана с решением общих иммунологических проблем, изучением клеточных и молекулярных механизмов работы иммунной системы, разработкой основных принципов функционирования данной системы, построением обобщенной концепции иммунитета. Вторая группа включает изучение частных проблем иммунологии. Исследования этой группы ориентированы на практическую медицину, УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.34 из 59 разработку способов прямого приложения иммунологических знаний к задачам клиники, лечения как самого нарушенного иммунитета, так и тех заболеваний, в развитии которых принимают участие иммунные механизмы. Конечно, подобная градация по группам в определенной степени условна, так как всегда практика стимулирует теорию, а теория ищет практическое приложение. Тем не менее, разделение иммунологических проблем на теоретические и практические удобно, по крайней мере с формальной точки зрения. Примеров единения теории и практики в иммунологии достаточно много. Вот два из них. Немецкий иммунолог Г. Келер и англичанин Ц. Милыптейн задались целью получить прямые доказательства повышенной мутабельности генов, контролирующих специфичность антител. Для решения этой чисто теоретической задачи им необходимо было иметь клон долгоживущих клеток, продуцирующих антитела одной, узкой специфичности. Такие клоны были получены, и продукт этих клонов — моноклональные антитела, стали доступны в неограниченном количестве для исследования. Сравнительное структурное изучение "ранних" и "поздних" антител, продуцируемых клоном, позволяло получить ответ на основной вопрос: подвержены ли повышенной мутабельности гены, контролирующие синтез иммуноглобулинов? Понятно, что решение этой проблемы носит сугубо теоретический, фундаментальный характер. В то же время возможность неограниченного получения моноклональных антител оказала неоценимую услугу практической медицине. Во-первых, меченые моноклональные антитела стали использовать с диагностической целью. Например, моноклональные антитела, специфичные к опухолевым антигенам, применяют для определения метастазов у больных со злокачественными новообразованиями. Во-вторых, ведутся практические исследования по использованию моноклональных антител в качестве вектора, доставляющего токсические соединения в злокачественно трансформированные или вирусинфицированные клетки. Если исследования Г. Келера и Ц. Милыптейна шли от теории к практике, то работы английского иммунолога П. Медавара имели обратное направление — от практической необходимости к теоретическому обобщению. В период второй мировой войны П. Медавар работал в клинике ожоговых поражений и неоднократно наблюдал отторжение кожных лоскутов, пересаживаемых от здорового донора на пораженные участки ожоговых больных. Он задался целью разобраться в причинах такого отторжения. Простое практическое наблюдение стимулировало постановку опытов на лабораторных животных, которые показали в результате иммунологическую природу реакции отторжения. Ход дальнейших рассуждений по природе конфликта привел его к открытию индуцируемой иммунологической толерантности — специфической ареактивности иммунной системы. Параллельно исследованиям П. Медавара проблемой толерантности занимался другой выдающийся иммунолог — М. Вернет. Выдвинув концепцию, по которой иммунитет есть реакция организма, УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.35 из 59 дифференцирующая все "свое" от всего "чужого", он утверждал, что состояние толерантности к "своему" формируется в раннем онтогенезе. Не вдаваясь в подробности всего хода исследований проблемы толерантности, следует лишь подчеркнуть, что, по современным представлениям, естественная толерантность к "своему" и индуцируемая искусственно толерантность к "чужому" — суть явления одного порядка, включающие в работу сходные механизмы. Определяющим звеном в реализации этих механизмов является тимус, способный проводить отрицательную селекцию антигенспецифических лимфоцитов, т.е. исключать из работы клоны, способные взаимодействовать с собственными антигенами или толерогенами. Этот последний пример ясно показывает, как чисто практическая необходимость стимулировала целый каскад фундаментальных исследований, вскрывших одну из принципиальных сторон работы иммунной систем. Проблема иммунологической специфичности была и остается одной из ведущих проблем иммунологии. Она касается не столько понимания собственно реакции взаимодействия антигена с антителом, сколько расшифровки механизмов онтогенетического становления специфичности антител (иммуноглобулинов) и клонов Т-клеток. Решение проблемы подразумевает ответ на вопрос: почему В- и Т- клоны лимфоцитов реагируют на чужеродные антигенные пептиды и не реагируют на собственные, отличающиеся от чужеродных эпитопов подчас всего одной аминокислотой? Однако прежде чем ответить на этот главный вопрос, иммунологам необходимо было знать в деталях структурные основы организации иммунной системы, ее молекулярные и морфологические особенности. Одна из наиболее характерных особенностей антигенного материала состоит в том, что запуск иммунного ответа осуществляется целой антигенной молекулой или клеткой (бактерии, грибки, чужеродные соматические клетки), но сам ответ в виде синтеза иммуноглобулинов или активации Т-клеточных клонов направлен только на отдельные части антигена — эпитопы. Антитела — основные участники зашиты организма от бактериальных инфекций — были обнаружены на заре становления иммунологии. Однако долгое время ничего не было известно об их организации и характере взаимодействия с антигеном. Только к середине 50-х годов создались условия для широкого изучения их молекулярных свойств. В настоящее время известны не только особенности строения различных классов иммуноглобулинов, локализации участков, способных взаимодействовать с антигеном, но выяснены, что крайне важно, генетические основы удивительно широкого многообразия антител. Если иммуноглобулины распознают антигенную детерминанту непосредственно, без участия каких-либо дополнительных структур, то Т-клеточный антигенраспознающий рецептор (ТКР) взаимодействует с комплексом антигенный пептид молекулы I или II классов МНС того организма, в котором развивается иммунный ответ. Этот своеобразный механизм распознавания "измененного своего", т.е. распознавания собственных молекул МНС, УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.36 из 59 комплексированных с чужеродным пептидом, был открыт в самом конце 70-х годов и наиболее активно разрабатывался в 80-е годы. Обнаружение в середине 60-х годов клеточного взаимодействия при развитии иммунного ответа вскрыло большую группу молекулярных факторов, регулирующих иммуногенез. Эти эндогенные иммунорегуляторы получили общее название — цитокины. В настоящее время известно более 30 таких цитокинов. Для некоторых из них, имеющих наибольшее значение в клинике, получены генноинженерные аналоги. Особое место в молекулярной иммунологии занимает большая группа структурно близких белков, которые в той или иной степени участвуют в иммунном реагировании. Это группа гомологичных белков объединена в единое суперсемейство иммуноглобулинов. Сам по себе факт наличия у высших позвоночных животных, включая человека, такого суперсемейства крайне интересен. Во-первых, он указывает на удивительную сложность, многофакториальность работы иммунной системы и, во-вторых, говорит о филогенетическом единстве молекулярных участников процесса. Задача иммунологов — попытаться определить возможные филогенетические связи в суперсемействе и установить его эволюционное происхождение. Иммунная система, как и любая другая система организма, помимо арсенала эффекторных и регуляторных молекул имеет свои собственные клетки, ткани и органы. Центральной фигурой системы является лимфоцит. Неслучайно М. Бернет в свое время дал ему название — иммуноцит. Эволюционно он возник специально для осуществления надзора за генетической целостностью организма, а понятия "лимфоидный" и "иммунный" — суть синонимы, определяющие одну и ту же систему организма. В начале 60-х годов начались планомерные исследования тимуса как органа, оказывающего особое влияние на становление и проявление иммунной защиты и в первую очередь клеточных форм иммунного реагирования. В результате этих исследований иммунологи пришли к заключению о существовании в пределах иммунной системы двух относительно самостоятельных Т- и В-систем иммунитета. Говоря о существовании в организме тех или иных систем, необходимо определить их органные, тканевые, клеточные и молекулярные составляющие. В отношении Т- и В-систем эти критерии полностью выдержаны. Т-система иммунитета включает тимус (центральный орган иммунитета), различные субпопуляции Т-клеток (Т-киллеры/Т-супрессоры, Т-хелперы/Тклетки воспаления), антигенраспознающий комплекс как основной специфический компонент системы и, наконец, группу Т-клеточных цитокинов, которые выступают в качестве регуляторов как клеточного, так и гуморального иммунного ответа. Особое место занимает, конечно, тимус как место становления специфических клонов Т-клеток, прошедших положительную и отрицательную селекцию в органе. УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.37 из 59 В-система иммунитета, осуществляющая гуморальный иммунный ответ, представлена костным мозгом (основным местом дифференцировки В-клеток), Вклетками разной степени зрелости и способности к продукции различных изотипов иммуноглобулинов, антителами (иммуноглобулинами) и поверхностными антигенраспознающими рецепторами (slg). Становление Т- и В-систем иммунитета в доантигенный этап развития создает защитный потенциал к возможной в будущем встрече организма с тем или иным чужеродным антигеном. Проникающие в течение жизни индивидуума в организм антигены (вирусы, бактерии, грибки и др.) провоцируют запуск второго, постантигенного этапа развития систем. Этот этап включает: распознавание антигена клоноспецифическими Т- и В-клетками, усиление миграции лимфоцитов, взаимодействие иммунокомпетентных клеток, созревание наивных Т- и В-клеток до функционально активных клеточных форм, усиление продукции цитокинов, активацию системы комплемента, нейтрализацию и разрушение антигена, формирование Т- и В-клеток памяти. Уже отмечалось, что деление проблем иммунологии на общие и частные — достаточно условный прием. Он необходим лишь для систематизации фактического материала, упорядочения наших знаний. Иммуногенетика представляет пример такой условности. С одной стороны, этот раздел иммунологии самым тесным образом связан с решением вопросов генетической детерминации силы иммунного ответа, генетики трансплантационных антигенов, изучением механизмов презентации антигена и его распознавания, т.е. с наиболее общими проблемами работы иммунной системы. С другой стороны, именно иммуногенетика призвана решать практические задачи в трансплантологии и вакцинации. Если все-таки приводить пример наиболее общего, отвлеченного от задач практики направления в иммунологии, то это, конечно, — проблема эволюции иммунитета. Неслучайно именно данное направление в иммунологии самым тесным образом связано с общей биологией . Основные вопросы, решаемые в рамках проблемы эволюции иммунитета, связаны с выяснением причин и филогенетического уровня возникновения способности к специфическому иммунному распознаванию, эволюции лимфоидного клеточного комплекса, этапов исторического становления различных форм иммунной реактивности. При этом наиболее важный вопрос эволюционной иммунологии связан с оценкой роли специфического иммунитета в эволюции многоклеточных животных как одного из факторов, обеспечивших прогресс в мире животных по линии увеличения абсолютного количества соматических клеток особей одного вида. Тема №15: Искусственные антигены и синтетические вакцины. Иммуноглобулины человека и животных, регуляция иммунного ответа. Вакцины (лат. vaccinus коровий) — препараты, получаемые из микроорганизмов или продуктов их жизнедеятельности; применяются для УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.38 из 59 активной иммунизации людей и животных с профилактической и лечебной целями. Вакцины состоят из действующего начала — специфического антигена; консерванта для сохранения стерильности (в неживых вакцинах); стабилизатора, или протектора, для повышения сроков сохраняемости антигена; неспецифического активатора (адъюванта), или полимерного носителя, для повышения иммуногенности антигена (в химических, молекулярных вакцинах). Специфические антигены, содержащиеся в вакцинах, в ответ на введение в организм вызывают развитие иммунологических реакций, обеспечивающих устойчивость организма к патогенным микроорганизмам. В качестве антигенов при конструировании вакцин используют: живые ослабленные (аттенуированные) микроорганизмы; неживые (инактивированные, убитые) цельные микробные клетки или вирусные частицы; извлеченные из микроорганизмов сложные антигенные структуры (протективные антигены); продукты жизнедеятельности микроорганизмов — вторичные метаболиты (например, токсины, молекулярные протективные антигены): антигены, полученные путем химического синтеза или биосинтеза с применением методов генетической инженерии. В соответствии с природой специфического антигена вакцины делят на живые, неживые и комбинированные (как живые, так и неживые микроорганизмы и их отдельные антигены). Живые вакцины получают из дивергентных (естественных) штаммов микроорганизмов, обладающих ослабленной вирулентностью для человека, но содержащих полноценный набор антигенов (например, вирус коровьей оспы), и из искусственных (аттенуированных) штаммов микроорганизмов. К живым вакцинам можно отнести также векторные вакцины, полученные генно-инженерным способом и представляющие собой вакцинный штамм, несущий ген чужеродного антигена (например, вирус оспенной вакцины со встроенным антигеном вируса гепатита В). Неживые вакцины подразделяют на молекулярные (химические) и корпускулярные. Молекулярные вакцины конструируют на основе специфических протективных антигенов, находящихся в молекулярном виде и полученных путем биосинтеза или химического синтеза. К этим вакцинам можно отнести также анатоксины, которые представляют собой обезвреженные формалином молекулы токсинов, образуемых микробной клеткой (дифтерийный, столбнячный, ботулинический и др.). Корпускулярные вакцины получают из цельных микроорганизмов, инактивированных физическими (тепло, ультрафиолетовое и другие излучения) или химическими (фенол, спирт) методами (корпускулярные, вирусные и бактериальные вакцины), или из субклеточных над-молекулярных антигенных структур, извлеченных из микроорганизмов (субвирионные вакцины, сплит-вакцины, вакцины из сложных антигенных комплексов). Молекулярные антигены, или сложные протективные антигены бактерий и вирусов, используют для получения синтетических и полусинтетических вакцин, представляющих собой комплекс из специфического антигена, полимерного УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.39 из 59 носителя и адъюванта. Из отдельных вакцин (моновакцин), предназначенных для иммунизации против одной инфекции, готовят сложные препараты, состоящие из нескольких моновакцин. Такие ассоциированные вакцины, или поливакцины, поливалентные вакцины обеспечивают иммунитет одновременно против нескольких инфекций. Примером может служить ассоциированная АКДСвакцина, в состав которой входят адсорбированные дифтерийный и столбнячный анатоксины и коклюшный корпускулярный антиген. Насчитывается около 30 вакцинных препаратов, применяемых с целью профилактики инфекционных болезней; примерно половина из них живые, остальные инактивированные. Среди живых вакцин выделяют бактерийные — сибиреязвенную, чумную, туляремийную, туберкулезную, против Ку-лихорадки; вирусные — оспенную, коревую, гриппозную, полиомиелитную, паротитную, против желтой лихорадки, краснухи. Из неживых вакцин применяют коклюшную, дизентерийную, брюшнотифозную, холерную, герпетическую, сыпнотифозную, против клещевого энцефалита, геморрагических лихорадок и другие, а также анатоксины — дифтерийный, столбнячный, ботулинический, газовой гангрены. Основным свойством вакцин является создание активного поствакцинального иммунитета, который по своему характеру и конечному эффекту соответствует постинфекционному иммунитету, иногда отличаясь от него лишь количественно. Вакцинальный процесс при введении живых В. сводится к размножению и генерализации аттенуированного штамма в организме привитого и вовлечению в процесс иммунной системы. Хотя по характеру поствакцинальных реакций при введении живых В. вакцинальный процесс и напоминает инфекционный, однако он отличается от него своим доброкачественным течением. Вакцины при введении в организм вызывают ответную иммунную реакцию, которая в зависимости от природы иммунитета и свойств антигена может носить выраженный гуморальный, клеточный или клеточно-гуморальный характер. В зависимости от способа применения вакцины делят на инъекционные, пероральные и ингаляционные. В соответствии с этим им придается соответствующая лекарственная форма: для инъекций применяют исходные жидкие или регидратированные из сухого состояния вакцин; пероральные вакцины — в виде таблеток, конфет (драже) или капсул; для ингаляций используют сухие (пылевые или регидратированные) вакцины. Вакцинопрофилактика занимает значительное место в борьбе с инфекционными болезнями. Благодаря вакцинопрофилактике ликвидирована оспа, сведена к минимуму заболеваемость полиомиелитом, дифтерией, резко снижена заболеваемость корью, коклюшем, сибирской язвой, туляремией и другими инфекционными болезнями. Успехи вакцинопрофилактики зависят от качества вакцин и своевременного охвата прививками угрожаемых контингентов. УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.40 из 59 Большие задачи стоят по совершенствованию вакцин против гриппа, бешенства, кишечных инфекций и других, а также по разработке вакцин против сифилиса, ВИЧ-инфекции, сапа, мелиоидоза, болезни легионеров и некоторых других. Современные иммунология и вакцинопрофилактика подвели теоретическую базу Иммунные реакции могут вызвать искусственные антигены. Искусственные антигены бывают: модифицированные, получаемые при химическом изменении какого-либо вещества; синтетические. Антигены обладают двумя основными характеристиками: антигенность – способность инициировать иммунный ответ; иммуногенность – способность вызвать иммунный ответ с развитием иммунитета. Гаптенами являются антигены, которые не обладают антигенностью, то есть не могут индуцировать иммунный ответ, однако могут взаимодействовать с продуктами иммунного ответа. Эти вещества могут после попадания в организм человека контактировать с его белками и стать полноценными антигенами. Вещество, проявляющее свойства антигена, помимо чужеродности, должно обладать несколькими признаками: растворимость; сложное строение; макромолекулярность; жесткость структуры; способность переходить в коллоидное состояние. Молекула антигена состоит и 2 частей: детерминантная группа – она составляет 2-3% поверхности антигена, именно эта часть определяет чужеродность антигена. проводниковая часть – не проявляет антигенного действия при отделении от детерминантной группы, однако продолжает реагировать с гомологичными антителами (становится гаптеном). Эта часть содержит все признаки антигенности, кроме чужеродности. Антигены по специфичности делятся на: УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от гетероантигены (перекрестно-реагирующие); группоспецифические; видоспецифические; варинтспецифические (типоспецифические). стр.41 из 59 По локализации антигены бактерий делятся на: не связанные с клеткой – экстрацеллюлярные: продукты, которые секретируются бактериями во внешнюю среду, в частности антигены ферментов агрессии и защиты, экзотоксинов и т.д.. связанные с клеткой – целлюлярные: соматический О-антиген, поверхностные – капсульные – К-антиген, fi-антиген, Vi-антиген, жгутиковый – Н-антиген. Антигены - это вещества, способные вызывать на себя различные иммунные реакции. Антигены – одно из ключевых понятий в современной иммунологии. Близким является понятие аллерген (это антиген, вызывающий на себя иммунную реакцию по типу аллергии). В соответствии со своими характеристиками антигены разделяют на инфекционные и неинфекционные, растворимые и нерастворимые, естественные и искусственные. По своему генетическому происхождению выделяют три основные типа антигенов. 1. Аутоантигены. Вызывают аутоиммунные реакции. То есть это антигены собственного организма. Они могут быть первичными, отделенными от иммунной системы гистогематическими барьерами и вызывающими иммунный ответ после их повреждения, и вторичными, вызывающими на себя иммунный ответ только после изменения своих свойств в результате тех или иных патологических процессов. К первичным аутоантигенам относят хрусталик глаза, ткань головного мозга, коллоид щитовидной железы, тестикулярную ткань. 2. Изоантигены. УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № стр.42 из 59 от Это различные антигены, различающиеся между особями одного биологического вида. Так, к изоантигенам относят группы крови (система АВО) человека. 3. Ксеноантигены. К ним относятся антигены, различающиеся между представителями различных биологических видов, например антигены, различающиеся между человеком и лошадью. Кроме того, в зависимости от способности вызывать иммунный ответ, антигены разделяют на полные и неполные (гаптены). Полные антигены обладают способностью самостоятельно вызывать сенсибилизацию и индуцировать развитие иммунного ответа. К полным антигенам относят белки, полисахариды, гликопротеиды, липополисахариды, нуклеопротеиды, полипептиды. Гаптены это вещества, способные вызывать иммунный ответ, только соединяясь с молекулой носителем. Любой 1. 2. 3. 4. антиген должен обладать следующими свойствами: Чужеродность Антигенность Специфичность Иммуногенность В молекуле полного антигена различают две функционально различные единицы: антигенная детерминанта (эпитоп) и носитель. Антигенная детерминанта (эпитоп) – это участок антигена, непосредственно на который и развивается иммунный ответ. На поверхности одного антигена может быть несколько эпитопов. Соответственно, на один и тот же антиген может вырабатываться несколько различных клонов антител. Иммунологическая специфичность антигенов изменяется при изменении их химического состава и строения. Замена одной-двух аминокислот в составе полипептидной цепи молекулы белка или концевых аминокислот часто достаточно, чтобы молекулы различались в антигенном отношении. Антигенная специфичность белка зависит и от его вторичной и третичной структуры. Количество эпитопов на поверхности антигена определяется понятием валентность антигена. Носитель – это участок антигена, несущий на себе эпитопы и не вызывающий развитие иммунных реакций. Носителями в молекулах естественных антигенов чаще всего являются белки и полисахариды, а также липополисахариды и нуклеиновые кислоты. В искусственных антигенах роль носителей выполняют органические полимеры (синтетические полипептиды, полисахариды, УМКД. 042-18.22.1.9/032013 полиэлектролиты Редакция № от и стр.43 из 59 др.). Молекулярная масса антигена является признаком антигенности. Она должна быть, как правило, больше 10000 Дальтон. Большинство антигенов, особенно антигены белковой природы, имеют достаточно высокий молекулярный вес. Наименьшая молекулярная масса вещества, необходимая для проявления антигенности, составляет 1000 дальтон. Принцип создания антигенов разработан в нашем отделе и заключается в конструировании комплексных «неприродных» макромолекул на основе синтетических полимеров, обеспечивающих развитие мощной иммунной реакции на прикрепленные к ним антигены. Суть задачи заключается в создании искусственных вакцин, которые должны состоять не только из ответственных антигенов или их фрагментов. Макромолекулы искусственных вакцин должны содержать одновременно и такую структуру, которая обеспечила бы мощную продукцию антител к разнообразным антигенам, независимо от природы и, что следует специально подчеркнуть, генетических особенностей иммунизируемого организма. В образовании антител активное участие принимаем генотип, то есть наследственная структура организма. Один и тот же организм может быть «сильным» (высокореагирующим) по отношению к другому. Образование антител (иммуногенез) контролируется генами иммунного ответа (IR-гены). И если ген, обеспечивающий способность к иммунному ответу на данный антиген, у индивидуума отсутствует, то сколько ни вакцинируй такого человека, антигены вырабатываться не будут. Итак, еще одна сложнейшая задача: искусственные вакцины должны стимулировать образование антител к разным антигенам в любом организме, даже в генетически слабо реагирующем или не реагирующем вовсе. Сформулированный нами принцип предполагает получение комплексных макромолекул, состоящих из необходимой антигенной детерминанты (наиболее ответственного антигена) и заданной искусственной части, обеспечивающей независимость всей макромолекулы от силы или слабости генетического контроля иммуногенеза и других иммунобиологических особенностей организма. Вот уже несколько лет ведется поиск и изучение веществ, стимулирующих иммунитет. Раньше иммунологи оценивали эффект стимуляторов иммунитета только по количеству вырабатываемых антител, то есть по конечному этапу иммуногенеза. Сейчас исследования проходят на качественно новой ступени. УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.44 из 59 Мы ищем стимулирующие иммунитет вещества, исследуя механизм их действия на уровне отдельных клеточных событий, отдельных этапов иммуногенеза, из которых складывается в целом иммунная реакция. 8.3. Темы лабораторных занятий Тема 1. Гипотетические пути появления первичных клеток как наименьшей единицах живого. Про- и эукариоты 1.Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам 2. Усвоить субмикроскопическое строение прокариотических , эукариотических клеток Задание 1. Усвоить строение прокариотических клеток Задание2. . Усвоить строение эукариотических клеток Вопросы для самоконтроля: 1.Строение прокариотической клетки 2. Строение эукариотической клетк 3. Какой формы могут быть клетки и с чем это связано? Приведите примеры. Литература: 1-10 (основная), 11-23(дополнительная) Тема 2. Разделение функции клеток в многоклеточных организмах 1.Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам 2. Усвоить тотипотентность, дифференциацию, компетенцию, детерминацию. Дифференцировка клеток и ее связь с экспрссией генов Задание 1. Изучить тотипотнтность, дифференциацию, компетенцию клетки Задание 2. Изучить детерминацию, дифференцировку клеток Вопросы для самоконтроля: 1. Что тотипотентность, дифференциация, компетенция, детерминация 2. Перечислите виды дифференцировки клеток Литература: 1-10 (основная), 11,12,15,19,20,22 (дополнительная). Тема 3. Современные представления о стволовых клетках 1. Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам 2. Изучить строение и свойства стволовых клеток Задание 1. Изучить строение и свойства стволовых клеток Задание 2. Их роль в норме и патологии. Возможности применения стволовых клеток в медицине Вопросы для самоконтроля: 1.Дайте определение стволовым клеткам 2.В чем заключается применение стволовых клеток в медицине 3. В чем заключается их роль в норме и патологии Литература: 1-10 (основная), 11,12,15,19,20,22 (дополнительная) Тема 4. Функциональные системы клеток 1. Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.45 из 59 2. Изучить функциональные системы клеток Задание 1. Изучить систему транспорта веществ Задание 2. Изучить синтез белка, энергитического обеспечения, поглощения, секреции, движения Вопросы для самоконтроля: 1.Как осущетвляется транспорт веществ в клетку и из клетки 2. Как протекает синтез белка, энергетического обмена, секреции и движения клетки Литература: 1-10 (основная), 11,12,15,19,20,22 (дополнительная) Тема 5. Структура и функция клеточного ядра 1. Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам 2.Усвоить названия и значение структурных компонентов ядра интерфазной клетки. 3. Изучить форму ядер клеток различных типов, их роли в жизнедеятельности клетки, в хранении и передаче генетической информации. Задание 1. Изучить на препаратах и микрофотографиях структуру ядра в растительных клетках. При малом увеличении микроскопа на препарате сделанном из корешка лука найти прямоугольные клетки, а затем при большом увеличении рассмотреть более детально компоненты ядра. Обратите внимание на форму. Задание 2. Изучить строение ядра животных клеток. После просмотра препарата зарисовать и обозначить: 1. Ядро, а) кариолемма (оболочка ядра), б) кариоплазма (ядерный сок), в) глыбки хроматина (гетерохроматин), г) ядрышко. Обратите внимание на форму, размеры и число ядер в разных типах клеток. Вопросы для самоконтроля: 1. Назовите компоненты интерфазного ядра? 2. Что такое гетерохроматин и эухроматин? 3. Расскажите о химическом составе, строении и функции ядрышка. Литература: 1-10 (основная), 11-23 (дополнительная) Тема 6. Клеточный цикл. Деление клеток 1.Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам . 2. Закрепить понятие о клеточном цикле, запомнить названия его периодов. 3. Изучить митоз, амитоз, мейоз. Регуляцию клеточного деления у многоклеточных 4. Изучить строение хромосомы Задание 1. Изучить периоды клеточного цикла со схемы. Задание 2. На препарате, сделанном из корешка лука рассмотреть митоз растительной клетки. Зарисовать и обозначить: 1- профаза на стадии плотного клубка, а - цитолемма, б - ядро, в - спирализующиеся хромосомы, г - ядрышко, 2профаза на стадии рыхлого клубка, а- цитолемма, б- миксоплазма, вспирализованные хромосомы, 3- метафаза, а- удвоенное количество хромосом в экваториальной плоскости клетки, 4- анафаза, а- перемещение хромосом к УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.46 из 59 центриолям дочерних клеток, 5- телофаза, а- формирующиеся ядра дочерних клеток, б- перегородка между дочерними клетками. Задание 3. Изучить амитоз на препарате. Зарисовать фазы деления. Задание 4. Изучить ультромикроскопическое строение хромосом по микрофотографиям и схемам. Зарисовать и обозначить: 1-хроматиды, 2центромера, 3-вторичная перетяжка, 4-матрикс хромосом. Вопросы для самоконтроля: 1. Перечислите виды деления клеток 2. Клеточный цикл и его периоды 3. Поясните структуру хромосом Литература: 1-10 (основная), 11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 7. Современные представления о строении клеточных мембран 1.Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам. 2. Изучить структуру, функции и молекулярную организацию биомембран. Транспортная функция мембран. Каналы, насосы, переносчики химический состав, морфофункциональная организация плазматической мембраны, процесс переноса транспортных веществ через мембрану. Задание 1. Химический состав и ультраструктура биомембран Задание 2. Изучить факторы определяющие стабильность биомембран Задание 3. Усвоить локализацию белков и липидов в биомембранах Вопросы для самоконтроля: 1. Что входит в химический состав биомембран? 2. Поясните строение биомембран 3. Назовите основные пути транспорта веществ через биомембрану 4. Что входит в состав специализированных структур биомембраны? 5. Какие структуры могут быть на свободной поверхности клеток? Литература: 1-10 (основная), 11,16,17,21 (дополнительная). Тема 8. Межклеточные взаимодействия. Рецепторы клеточной поверхности вторичные мессенджеры. Ультраструктурная организация клеточных контактов 1. Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам. 2.Изучить рецепторы клеточной поверхности вторичные мессенджеры. Ультраструктурная организация клеточных контактов Задание 1. Изучить рецепторы клеточной поверхности Задание 2. Изучить вторичные мессенджеры Задание 3.Изучить виды межклеточных контактов. Зарисовать со схемы и обозначить: 1-простой контакт, 2-замок, 3-плотный замыкающий контакт, 4десмосома, 5-щелевидный контакт Вопросы для самоконтроля: 1. Перечислите виды рецепторов на клеточной поверхности 2. Поясните что такое вторичные месседжеры 3. Перечислите виды межклеточных контактов? Литература: 1-10 (основная), 11,16,17,21 (дополнительная). УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.47 из 59 Тема 9. Организация цитоскелета. Транспортная и сократительная функция цитоскелета 1. Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам. 2. Изучить цитоскелет клетки. Транспортную и сократительную фукнцию цитоскелета.Тубулины, G и F –актин, миозин и другие белки- конструкторы цитоскелета. Микрофиламенты и микротрубочки Задание 1. Изучить строение и функции цитоскелета Задание 2. Изучить микрофиламенты и микротрубочки Вопросы для самоконтроля: 1. Перечислите функции цитоскелета 2. Поясните строение цитоскелета 3. Поясните строение микрофиламентов и микротрубочек Литература: 1-10 (основная), 11,16,17,21 (дополнительная). Тема 10. Биоэнергетика клетки 1. Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам. 2. Изучить ультраструктуру и функции митохондрий и пластид Задание 1. Зарисовать со схемы строение митохондрий и обозначить: 1-внешняя мембрана,2- внутренняя мембрана, 3- впячивания внутренней мембраны (кристы) Задание 2. На схеме рассмотреть строение пластид Вопросы для самоконтроля: 1. Перечислите функции митохондрий, пластид 2. Поясните субмикроскопическое строение митохондрий 3. Поясните субмикроскопическое строение пластид Литература: 1-10 (основная), 11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема: 11. Межклеточная сигнализация. Регенерация и репарация 1. Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам.. 2. Изучить межклеточную и внутриклеточную сигнализацию. Регенерацию и репарацию Задание 1. Изучить межклеточную и внутриклеточную сигнализацию Задание 2. Изучить регенерацию и репарацию Вопросы для самоконтроля: 1. Перечислите виды межклеточной и внутриклеточной сигнализации 2. Дайте определение регенерации и репарации Литература: 1-10 (основная), 11,12,15,20 21 (дополнительная) Тема 12. Ферменты и метаболизм клетки. 1.Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам. 2. Изучить строение и свойства ферментов. Виды движения веществ в клетку и из клетки Задание 1. Изучить ферменты и метаболизм клетки. Вопросы для самоконтроля: 1. Дайте определение ферментам 2. Что такое метаболизм? Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.48 из 59 Тема: 13. Особенности строения растительных клеток 1.Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам. 2. Изучить оболочку растительной клетки. Комплекс Гольджи и диктиосом. Задание 1. Изучить структурно-функциональные особенности строения растительных клеток с использованием схем, препаратов. Записать в тетрадь следующие основные признаки присущие растительным клеткам: 1)наличие особых органоидов ( пластид ), 2) образование прочной оболочки значительной толщины, 3) существование развитой системы вакуолей, 4) накопление в клетках продуктов синтеза. Задание 2. Запомнить отличия прокариотических клеток от эукариотических клеток Задание 3. Изучить структуру клеточной оболочки на препаратах, схемах.. Зарисуйте и обозначьте: 1) первичная оболочка, 2) вторичная оболочка, 3) третичная оболочка. Задание 4. Изучить химический состав растительной клетки. Вопросы для самоконтроля: 1. Перечислите признаки по которым растительные клетки отличаются от животных клеток. 2. Опишите строение растительных клеток. 3. Какие химические элементы входят в состав растительных клеток? 4. Какую функцию выполняет растительная оболочка? Литература: 1-10 (основная), 11,12,15,20 21 (дополнительная) Тема 14. Клеточная гибель 1.Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам. 2. Изучить некроз и апоптоз. Морфологические и биохимические признаки дифференциации и продолжительность жизни клеток. Задание 1. Усвоить признаки дифференциации. Задание 2. Изучить продолжительность жизни клеток и скорость обновления клеток. Задание 3. Изучить биохимические изменения при старении. Причины вызывающие старение. Задание 4. Изучить посмертные изменения клетки. Некробиоз. Аппоптоз Вопросы для самоконтроля: 1. Дать определение дифференциации. 2. Дать определение продолжительности клеток. 3. Какие изменения происходят в клетке при наступлении старения и гибели клеток? 4. Какие причины способствуют старению клеток? Литература: 1,3(основная),11,12,22 (дополнительная). Тема 15. Взаимодействие клеток с окружающей средой 1.Теоретическое обсуждение темы по контрольным вопросам. 2. Изучить основные действующие на клетки факторы Задание 1. Изучить факторы влияющие на клетку УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.49 из 59 Вопросы для самоконтроля: 1. Какие внешние факторы действуют на клетку Литература: 1-3(основная) 11,19,23 (дополнительная) 8.4. План лабораторных занятий в рамках самостоятельной работы под руководством преподавателя (СРСП) Тема 1. Устройство микроскопа. Правила работы с ним Задание 1. Изучить устройство микроскопа Задание 2. Изучить правила работы с ним Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 2. Химический состав и функции биологических мембран Задание 1. Изучить химический состав биологических мембран Задание 2. Изучить функции биологических мембран Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 3. Органоиды и включения в клетке Задание 1. Изучить органоиды в клетке Задание 2. Изучить включения в клетке Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 4. Сравнительная цитология представителей синезеленых-водорослей, бактерий и актиномицетов Задание 1. Изучить сравнительную цитологию представителей синезеленыхводорослей, бактерий и актиномицетов Задание 2. Изучить значение представителей синезеленых-водорослей, бактерий и актиномицетов Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 5 Вирусы Задание 1. Изучить вирусы Задание 2. Изучить значение вирусов Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 6. Особенности строения растительной оболочки. Химический состав Задание 1. Изучить строение растительной клетки Задание 2. Изучить химический состав растительной клетки Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 7. Строение и функции митохондрий. Их морфологические особенности в клетке Задание 1. Изучить строение митохондрий Задание 2. Изучить функции митохондрий Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 8. Межклеточные контакты Задание 1. Изучить виды межклеточных контактов Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 9. Факторы влияющие на клеточные повреждения Задание 1. Изучить факторы влияющие на клеточные повреждения Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.50 из 59 Тема 10. Вакуолярная система Задание 1. Изучить вакуолярную систему клетки Задание 2. Изучить функцию вакуолярной системы Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 11. Понятие о некробиозе Задание 1. Изучить некробиоз Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 12. Цитологические основы полового размножения Задание 1. Изучить цитологические основы полового размножения Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 13. Консервация половых клеток Задание 1. Изучить методы консервации половых клеток Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 14. Обмен веществ в клетке Задание 1. Изучить виды обмена веществ Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 15. Факторы способствующие появлению опухолевых клеток. Трансформация клеток. Задание 1. Изучить факторы способствующие появлению опухолевых клеток Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) План лекций в рамках СРСП Тема 1. Предмет и задачи биологии клетки Вопросы: 1.Краткая история развития. 2.Расскажите историю создания и основные положения клеточной теории. 3.Что изучает биология клетки? Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 2. Методы в биологии клетки Межклеточные и внутриклеточные механизмы сигнальных взаимодействий 1.Перечислите основные методы используемые в биологии клетки 2.Расскажите о межклеточных и внутриклеточных сигнальных взаимоотношениях Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 3. Общее строение прокариотических и эукариотических клеток. Химический состав клетки 1.Перечислите основные отличия прокариотических и эукариотических клеток 2. Что входит в молекулярный состав клетки Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 4. Проявление жизнедеятельности клеток 1.Перечислите виды жизнедеятельности клеток 2. Какими признаки отличается живое от неживого Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.51 из 59 Тема 5. Ферменты и метаболизм клетки. Движение веществ в клетку и из клетки 1. Дайте определение ферментам 2.Перечислите виды ферментов 3. Перечислите пути движения веществ в клетку и из клетки Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 6. Современные представления об организации клеточного ядра. Структура и репликация хромосомы 1. Опишите структуру ядра 2. Перечислите функции ядра 3. Структура и репликация хромосомы Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 7. Современные представления о строении клеточных мембран 1. Опишите структуру клеточной мембраны 2. Перечислите функции клеточной мембраны Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 8. Микроскопическая и субмикроскопическая организация, химический состав и ферментативные свойства клеточных структур. Цитоплазматический матрикс. Эндоплазматическая сеть. Рибосомы. Аппарат Гольджи 1. Перечислите структуру и функции эндоплазматической сети 2. Перечислите структуру и функции рибосом 2. Перечислите структуру и функции аппарата Гольджи Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 9.Микроскопическая и субмикроскопическая организация, химический состав и ферментативные свойства клеточных структур. Митохондрии. Лизосомы. Клеточный центр 1. Перечислите структуру и функции митохондрий 2. Перечислите структуру и функции лизосом 2. Перечислите структуру и функции клеточного центра Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 10. Роль клеточных структур в явлениях наследственности. Консервация половых клеток 1.Роль клеточных структур в явлениях наследственности 2. Перечислите методы консервации Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 11. Особенности строения растительных клеток 1. Перечислите особенности строения растительных клеток 2. Перечислите признаки отличия животных клеток от растительных Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 12. Нуклеиновые кислоты 1. Перечислите виды нуклеиновых кислот 2. Перечислите функции нуклеиновых кислот УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.52 из 59 Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 13. Биосинтез белка 1. Перечислите пути биосинтеза белка 2. Как осуществляется биосинтез белка Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 14. Дифференцировка, рост, обновление и старение. Некробиоз 1. Как протекает дифференцировка, рост и обновление клетки 2. Дайте определение некробиозу Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) Тема 15. Патология клетки 1. Какие изменения протекают в клетке при возникновении патологий 2. Перечислите типы патологий Литература: 1-3(основная)11,19,23 (дополнительная) 8.5. Самостоятельная работа студентов Тема 1. Современные методы клеточной биологии (2 часа) Задание 1.Изучить современные методы применяемые в клеточной биологии Задание 2. Изучить устройство светового и электронного микроскопов Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 2. Факторы и скорость эволюции клеток. Разнообразность геномов: бактерии, археи, эукариоты (2 часа) Задание 1.Изучить разнообразность геномовстроение прокариотических клеток Задание 2. Изучить строение бактерий, археи,эукариоты Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 3. Универсальные особенности про-эукариотических клеток (2 часа) Задание 1.Изучить строение прокариотических клеток Задание 2. Изучить строение эукариотических клеток Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 4 Факторы среды и сохранение клеточного гомеостаза (2 часа) Задание 1.Изучить факторы среды клеточного гомеостаза Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 5. Рост и деление клеток (2 часа) Задание 1. Изучить фазы роста Задание 2. Изучить виды деления клеток Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 6. Клеточные компартменты и сортировка белков (2 часа) Задание 1. Изучить компартмены и сортировку белков Задание 2. Изучить виды белков Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 7. Внутриклеточный транспорт веществ (2 часа) Задание 1.Изучить виды транспорта веществ в клетку Задание 2. Изучить пути выведения веществ из клетки Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 8. Энергетическая конверсия: функция митохондрий и пластид УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.53 из 59 (2 часа) Задание 1.Изучить строение и функции митохондрий Задание 2.Изучить строение и функции пластид Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 9. Динамическая структура цитоскелета (2 часа) Задание 1.Изучить строение цитоскелета Задание 2.Изучить функцию цитоскелета Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 10. Организация и эволюция ядерного генома (2 часа) Задание 1. Изучить строение и функции ядра Задание 2. Изучить ультраструктуру ядрышка Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 11. Клеточный цикл, контроль клеточного деления и роста клеток (2 часа) Задание 1. Изучить клеточный цикл Задание 2.Изучить деление и рост клеток Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 12. Проблемы клеточной дифференцировки, канцерогенез (2 часа) Задание 1. Изучить проблемы клеточной дифференцировки Задание 2. Изучить канцерогенез Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 13. Современные представления о роли камбиальных и стволовых клеток (2 часа) Задание 1.Изучить роль камбиальных клеток Задание 2. Изучить роль стволовых клеток в норме и патологии Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 14. Клеточная гибель, некроз и апоптоз (2 часа) Задание 1. Изучить некроз Задание 2. Изучить апоптоз Задание 3. Изучить Изучить патологические изменения в клетке по схеме. Зарисовать и обозначить: 1-плазматическая мембрана, 2-митохондрии,3полисомы, 4-ядрышки, 5-ядро, 6-аппарат Гольджи, 7-Гранулярный ЭР, 8лизосомы. Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Тема 15. Регенерация клеток (2 часа) Задание 1. Изучить виды регенерации клеток Литература: 1-10 (основная)11,12,15,20,22 (дополнительная) Методические рекомендации к выполнению СРС. В рамках СРС магистраты должны посещать библиотеку, работать с литературой по данной дисциплине. Итоги самостоятельной работы магистрантов над курсом предоставляются в письменном виде и могут быть обсуждены на занятиях. Часть вопросов предусматривает подготовку магистрантами устного ответа, позволяющего продемонстрировать как уровень знания морфологии изучаемых УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.54 из 59 структур, так и степень понимания сути цитофизиологических процессов. Часть вопросов требует заполнения таблиц, зарисовки рисунков. Оценивание работы студентов в рамках СРС, будет производиться с учетом наличия у магистрантов всех видов самостоятельных работ по указанным заданиям . 8.5 Содержание самостоятельной работы студентов под руководством преподавателя (СРСП) и самостоятельной работы студентов (СРС). Планы СРСП и СРС Таблица 6 № СРСП СРС п/п Аудиторная Внеаудиторная 1 Введение Устройство микроскопа. Современные Правила работы с ним методы клеточной биологии 2 3 4 5 6 7 8 Основные этапы эволюции клеток Химический состав и функции биологических мембран Факторы и скорость эволюции клеток. Разнообразность геномов: бактерии, археи, эукариоты Основные типы и Органоиды и включения Универсальные разнообразие клеток в клетке особенности проэукариотических клеток Функциональные Сравнительная Факторы среды и системы эукариотных и цитология сохранение прокариотных клеток представителей клеточного синезеленых-водорослей, гомеостаза бактерий и актиномицетов Взаимодействие клеток с Вирусы Рост и деление окружающей средой клеток Организация и эволюция Особенности строения ядерного генома растительной оболочки. Химический состав Механизмы клеточного Строение и функции деления митохондрий. Их морфологические особенности в клетке Структура, функции и Межклеточные контакты Клеточные компартменты и сортировка белков Внутриклеточный транспорт веществ Энергетическая УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № стр.55 из 59 от молекулярная организация биомембран конверсия: функция митохондрий и пластид 9 Межклеточная и внутриклеточная сигнализация Факторы влияющие на клеточные повреждения Динамическая структура цитоскелета 10 Организация цитоскелета Вакуолярная система Организация и эволюция ядерного генома 11 Механизмы преобразования энергии в клетках Понятие о некробиозе Клеточный цикл, контроль клеточного деления и роста клеток 12 Молекулярная и ультраструктурная организация митохондрий, пластид Цитологические основы полового размножения Проблемы клеточной дифференцировки , канцерогенез 13 Роль клеточных структур Консервация половых в явлениях клеток наследственности. Криконсервация половых клеток Программируемая Обмен веществ в клетке клеточная смерть Современные представления о роли камбиальных и стволовых клеток Клеточная гибель, некроз и апоптоз Опухолевые клетки Регенерация клеток 14 15 Факторы способствующие появлению опухолевых клеток. Трансформация клеток. 8.5. Календарный график учебного процесса по дисциплине « По дисциплине клеточная биология » Вид Бал Недели Таблица 7. Итого УМКД. 042-18.22.1.9/032013 контроля Посещаемо сть, работа на лекциях Конспекты лекции Работа на ПЗ Работа на семинарски х занятиях (СРСП) Коллоквиу м Защита доклада, реферата СРС (домашний контроль) составлени и схем, таблиц, выполнение тренировоч ных заданий Промежуто чный (рубежный контроль) Итого (максимум) Экзамен (максимум) Всего за семестр (максимум) Редакция № лы 0,4 1 2 3 4 5 6 8 Р 7 9 К 1 * * * * * * * 1 * стр.56 из 59 от * * 1 0 1 1 1 2 1 3 * * * * * 1 4 1 5 Р К 2 балло в * * 6 * 4 * 0,5 * * * * * * * * * * * * * * * 7,5 0,5 * * * * * * * * * * * * * * * 7,5 2 * 1,5 1 5 * * * * * * * * 4 * * * * * * * 6 * * * * * * 15 * 10 60 40 100 УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № стр.57 из 59 от 8.6. Вычисление рейтинга студента № сту дента по списку По Д сещ 3 е ние АК … ГС ∑ Р Р Р1, По Д % сещ 3 е ние АК Р 1.Иван 15 ов А.М. 2.Кажи 18 кенов Е.М. 30 10 55 44 25 40 35 40 40 20 11 8 94 20 45 40 Идеаль 20 ный студент 45 40 20 12 5 10 0 25 45 40 Таблица 8 … ГС От ∑ Р ра бо т ка 20 30 20 5 20 24 3 20 25 5 Р2, % 80 95 100 Пример расчета рейтинга студента Иванова А.М. Первый рейтинг: Р1= ∑ 1Иванов/ ∑1ид. студент∙100%= 55/ 125∙100%==44% При вычислении второго (итогового) рейтинга необходимо к результату прибавить баллы, заработанные студентом за второй период по всем видам работ. Кроме того, к этим баллам у студента Иванова добавлено 30 баллов за работу (АКР), которую он не выполнил ранее. Тогда, второй рейтинг Иванова будет равен: Р2=Иванов/ ∑2 ид. студент∙100%=205/255∙ 100%=80% Если студент пропустил занятия и не смог сдать рубежный контроль в установленные сроки по болезни или другим уважительным причинам, документально подтвержденным, соответствующей организацией, он имеет право на индивидуальное прохождение рубежного контроля. В этом случае директор института устанавливает индивидуальные сроки сдачи рубежного контроля согласно предоставленным документам, до начала экзаменационной сессии и выдает студенту индивидуальную рейтинговую ведомость. Для подготовки к итоговому контролю по дисциплине в УМКД необходимо представить перечень экзаменационных вопросов. Студент, допускается к итоговому контролю по дисциплине, если за семестр его суммарный рейтинговый балл больше или равен 50%. Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (Таблица 10). 8.7. Шкала оценок в буквенном эквиваленте, в баллах и процентах. Оценка по Цифровой Процентное Оценка Таблица 10 по УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от буквенной системе А АВ+ В ВС+ С СД+ Д F эквивалент баллов содержание I P NA 4,0 3,67 3,33 3,0 2,67 2,33 2,0 1,67 1,33 1,0 0 95-100 90-94 85-89 80-84 75-79 70-74 65-69 60-64 55-59 50-54 0-49 прошел стр.58 из 59 традиционной системе Отлично Хорошо Удовлетворительн о Неудовлетворител ьно Незаконченный Прошел дисциплину Экзаменационные билеты по дисциплине «Клеточная биология» 1. Что изучает клеточная биология ? 2. Перечислите основные этапы эволюции клеток 3. Что из себя представляет эукариотическая клетка? 4. Перечислите достижения и современные проблемы клеточной биологии 5. Что из себя представляет прокариотическая клетка? 6. Как осуществляется транспорт веществ? 7. Как осуществляется межклеточная сигнализация? 8. Какие фазы различают в митозе? 9. Какова роль ядра в жизнедеятельности клеток? 10. Как осуществляется синтез белка? 11. Перечислите признаки жизнедеятельности клеток 12. Как осуществляется энергетическое обеспечение, транспорт веществ 13. Что такое рост клетки 14. Перечислите рецепоры клеточной поверхности 15. Как осуществляется движение клеток 16. Какие физические факторы действуют на клетку 17. За счет чего происходит рост клетки? 18. Что такое клеточная дифференцировка? 19. Какую функцию выполняют рибосомы и перексисомы в клетке? 20. Что такое пиноцитоз и как он протекает? 21. За счет чего происходит рост клетки? 22. Молекулярня и структурная организация митохондрий 23. Какова роль клеточных структур в явлениях наследственности? 24. Перечислите природные и антропогенные факторы влияющие на клетку 25. Где осуществляется синтез РНК и формирование рибосом? 26. Как происходит кооперация и конкуренция клеток и организмов друг с другом УМКД. 042-18.22.1.9/032013 Редакция № от стр.59 из 59 27. В чем значение плазматической мембраны 28. В чем значение стволовых клеток? 29. Как осуществляется контроль генной экспресии 30. Что собой представляют клеточные и неклеточные структуры. Понятие о межклеточных контактах 31. Какими путями протекает обмен веществ в клетке? 32. Что такое компетенция и детерминация ? 33. Строение ядерной оболочки и ядерных Пор 34.Перечислите структурные компоненты ядра и какую функцию они выполняют 35. Структура и репликация хромосом 36.Перечислите основные отличия эукариотических клеток от прокариотических 37. Клеточный цикл, контроль клеточного деления и роста клеток 38. Дайте характеристику аппаптозу 39. Что подразумевается под автономностью опухолевых клеток? 40. Перечислите неклеточные структуры 41. Строение клеточной стенки в растительных клетках 42. Какие факторы определяют стабильность биомембран 43. Перечислите общность и уникальность клеток 44. Где хранится генетическая информация. Опишите строение хромосом? 45. Дайте определение клетке. Какие разновидности клеток Вы знаете? 46. Как осуществляется криоконсервация половых клеток 47. Молекулярня и структурная организация пластид 48. Как осуществляется регуляция клеточного деления у млекопитающих 49. Что такое раздражимость клетки? 50. Перечислите виды секреции и где образуется секрет? 51. Химический состав и ультраструктура биомемран 52. Транспортная и сократительная фукция цитоскелета 53. Как осуществляется межклеточная и внутриклеточная сигнализация ? 54. Опишите строение и развитие половых клеток 55. Что такое некроз и апоптоз? 56. Локализация белков и липидов в биомембранах 57. Роль стволовых клеток в норме и патологии 58. Какие факторы регулируют программируемую смерть клетки 59. Транспортная функция мембран 60. Назовите возможности применения стволовых клеток в медицине