Модуль "От молекулы к клетке"

модуль
«ОТ МОЛЕКУЛЫ К КЛЕТКЕ»
специальность: «ЛЕЧЕБНОЕ ДЕЛО»
1 курс, I семестр
ДИСЦИПЛИНЫ:
БИОЛОГИЯ С ЭЛЕМЕНТАМИ ЭКОЛОГИИ
ХИМИЯ
ФИЗИКА
ГИСТОЛОГИЯ
Цель: Изучение организма человека на молекулярно-генетическом,
субклеточном и клеточном уровнях, а также изучение механизмов
функционирования молекул, субклеточных структур, клеток тканей
и органов в норме, так как это необходимо для понимания
патологии при подготовке врача общей практики.
Задачи:
• формирование у студентов научного мышления в категориях
точных наук, что позволит глубже понять закономерности
человеческого организма в норме и патологии;
• Изучение фундаментальных закономерностей строения и
функций организма человека на различных уровнях
организации.
• Выяснить роль субмикроскопических и физико-химических
структур и жизнедеятельности клеток и тканей.
• Изучение основных принципов организации, химического
состава, физических свойств и строения молекул, биомембран,
субклеточных и клеточных структур.
• Изучение функций молекулярных, биомембранных,
субклеточных, клеточных структур и механизмов
их функционирования.
Объём по модулю «ОТ МОЛЕКУЛЫ К КЛЕТКЕ»
и виды учебной работы
Дисциплины
Медицинская
биология
Аудиторные
занятия
Лекции
Практика
СРС
Итоговый
контроль
30
12
18
30
Зачет
Зачет
Химия
60
24
36
60
Физика
Зачет
60
24
36
60
Гистология
15
6
9
60
Зачет
Итого:
Кредитов : 11
165
66
99
165
Экзамен
Медицинская биология
Объём по модулю
«ОТ МОЛЕКУЛЫ К КЛЕТКЕ»
и виды учебной работы
Аудиторные
занятия
30
Лекции
12
Практика
18
СРС
30
Итоговый
контроль
Зачет
МОДУЛЬ «ОТ МОЛЕКУЛЫ К КЛЕТКЕ»
Цель: : обеспечить современный уровень знаний на
молекулярно-генетическом, субклеточном и клеточном
уровнях организации живого.
Задачи: состоят в приобретении студентами
академической компетенции, основу которой составляет
способность к самостоятельному поиску учебноинформативных ресурсов, овладению методами
приобретения и осмысления знания:
•основных понятий общей и медицинской биологии;
•причин и механизмов типичных биологических явлений;
•важнейших процессов жизнедеятельности человека на
молекулярно-генетическом, уровнях организации
материи;
Перечень знаний и практических умений,
которыми должны овладеть студенты
Студент должен знать:
• общебиологические процессы, раскрывающие
сущность жизни на различных уровнях организации
живого;
• поток вещества, энергии и информации в клетке;
• закономерности наследования физиологических и
патологических признаков у человека;
• основные виды изменчивости и их проявления у
человека;
• влияние генетических факторов на здоровье человека;
• методы диагностики наследственных болезней;
• методы генной инженерии и генной терапии;
Перечень знаний и практических умений,
которыми должны овладеть студенты
Студент должен уметь:
• решать ситуационные задачи по молекулярной
биологии, общей и медицинской генетике,
• давать рекомендации по использованию
методов пренатальной диагностики
наследственной патологии человека;
• рассчитать частоты генов и генотипов в
популяциях людей по формуле закона ХардиВайнберга;
• использовать приобретенные знания при
изучении клинических дисциплин, а также в
Перечень знаний и практических умений,
которыми должны овладеть студенты
Студент должен владеть навыками:
• работы с оптическими приборами (лупа,
световой микроскоп);
• построения и анализа идиограмм человека;
• построения родословных человека, давать
заключение о типе наследования и вероятности
рождения больного ребенка;
• определения Х-полового хроматина.
Тематический план лекций
№
Темы лекций
Кол. час
1
Молекулярные основы структурнофункциональный организации
Хромосомный и геномный уровень организации
наследственного материала.
2
Организации наследственного материала.
Экспрессия генов у про- и эукариот.
Молекулярно- генетические механизмы
наследственности и изменчивости у человека
Основные положения хромосомной теории
наследственности.
Генетические изменение под действием
экологических факторов.
2
2
3
4
5
6
2
2
2
2
12
Тематический план практических занятий
№
Темы практических занятий
Кол.
час
1
Биология клетки. Ядро - компонент эукариотического
клетки
Закономерности существования клетки во времени
2
Основы общей генетики. Моногенное и полигенное
наследование
Взаимодействия между генами в генотипе
2
5
Сцепленное наследование признаков. Биология и
генетика пола
2
6
Генный уровень организации генетического аппарата
2
7
Хромосомный уровень организации генетического
аппарата
2
8
Геномный уровень организации наследственного
материала
2
9
Методы антропогенетики.
2
Всего
18
2
3
4
2
2
Тематический план СРС
№
Темы практических занятий
Кол
час
1
Строение типичной клетки многоклеточного организма.
2
2
Способ записи генетической информации в молекуле ДНК.
2
3
Механизмы снижающие неблагоприятный эффект генных
мутаций.
2
4
Ген – функциональная единица наследственного материала. 2
5
Особенности пространственной организации генетического 2
материала в прокариотической клетке.
6
Значение хромосомной организации в функционировании
и наследовании генетического аппарата
2
7
Биологическое значение хромосомного уровня
организации наследственного материала
2
Тематический план СРС
№
Темы практических занятий
Геном. Генотип. Кариотип .
Кол. час
9
Механизмы поддержания постоянство кариотипа в ряду
поколений организмов
2
10
Рекомбинация наследственного материала в генотипе.
Комбинативная изменчивость.
Эволюция про-эукариотического генома
2
Регуляция экспрессии генов на геномном уровне
организации наследственного материала.
Регуляция экспрессии генов у про -эукариот
2
13
Генетические болезни соматических клеток
2
14
Митохондриальные болезни
2
15
Генетические картирование
2
Всего
30
8
11
12
2
2
2
ЛИТЕРАТУРА:
1. Биология. В.Н. Ярыгин, В.И. Васильева и др. Москва, Изд-во
«Высшая школа», 2010 г.
2. Биология: учебник. В 2-х книгах. Ярыгин В.Н., Васильева В.И.,
Волков И.Н. и др. 9-е изд. Изд-во: Высшая школа. 2003г.
3. Гаврилова, Л. П. Медицинская биология и общая генетика :
учеб. пособие для студ. 1 курса, обуч. по спец. «Лечеб. дело» и
«Мед. – диагност. дело», учрежд., обеспеч. получение высш.
образ. по мед. спец. / Л. П. Гаврилова, В. В. Потенко, Е. М.
Бутенкова. – Гомель: ГомГМУ, 2012.
4. Жегунов Г.Ф. Медицинская биология . Биология клетки и
генетика. Часть 1. –СПб. СОТИС, 2005
Химия
Объём по модулю
«ОТ МОЛЕКУЛЫ К КЛЕТКЕ»
и виды учебной работы
Дисциплины
Химия
Аудитор.
занятия
Лекции
Практ.
СРС
Итогов.
контроль
60
24
36
60
Зачет
Цели и задачи дисциплины
Задача химии - заложить физико-химическую основу и
молекулярный уровень изучения функционирования систем
живого организма в норме и при патологиях.
Конечная цель курса - формирование системных знаний о физикохимической сущности и механизмах процессов, происходящих в
организме человека, закономерностях химического поведения
основных биологически важных классов неорганических и
органических соединений, а также биополимеров, во
взаимосвязи с их строением, необходимых для рассмотрения
процессов, протекающих в живом организме на молекулярном и
клеточном уровнях.
Перечень знаний и практических умений, которыми должны овладеть
студенты
Студент должен знать:
1. Количественную характеристику растворов (массовая доля, молярная
концентрация, молярная концентрация эквивалента, моляльная концентрация,
молярная доля, титр,)и способы приготовления растворов.
2. Свойства растворов электролитов и неэлектролитов, как основы для изучения
электролитного и кислотно-основного баланса организма;
3. Основные типы химических процессов и равновесий в организме (кислотно основные, окислительно-восстановительные, гетерогенные)
4. Механизм действия буферных систем организма, их взаимосвязь и роль
в поддержании кислотно-основного гомеостаза: особенности кислотноосновных свойств аминокислот и белков.
5. Принципы классификации, номенклатуры и изомерии органических
соединений.
6. Фундаментальные основы теоретической органической химии, являющиеся
базисом для изучения строения и реакционной способности органических
соединений.
7. Пространственное и электронное строение органических молекул и
химические превращения веществ, являющихся участниками процессов
жизнедеятельности, в непосредственной связи с их биологической функцией.
Перечень знаний и практических умений, которыми должны овладеть
студенты
Студент должен уметь:
1. Обращаться с химической посудой, с едкими, ядовитыми,
легколетучими соединениями; работать с горелками, спиртовками и
электрическими нагревательными приборами.
2. Решать типовые практические задачи, рассчитывать величины рН,
буферной емкости и другие параметров, характеризующих кислотнощелочное равновесие организма;
3. Готовить растворы заданной концентрации с предварительным
проведением соответствующих расчетов;
4. Классифицировать органические соединения по строению углеродного
скелета и по природе функциональных групп.
5. Составлять формулы по названиям и называть по структурной формуле
типичные представители биологически важных веществ и лекарственных
средств.
6. Выделять функциональные группы, кислотный и основный центры,
сопряженные и ароматические фрагменты в молекулах для определения
химического поведения органических соединений.
7. Прогнозировать направление и результат химических превращений
органических соединений.
Тематический план лекций
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Тема лекции
Кол.
час.
Химическая термодинамика
Кинетика
Учение о растворах
Типы протолитических реакции
Окислительно- восстановительные реакции
2
Комплексные соединения
Химия биополимеров и их структурные компоненты.
Аминокислоты, входящие в состав белков.
Химические свойства α-аминокислот.
Химия белков. Пептиды.
2
Химия углеводов. Моносахариды.
Химия углеводов. Олигосахариды. Полисахариды.
Химия нуклеотидов и нуклеиновых кислот.
Химия липидов. Омыляемые и неомыляемые липиды.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Тематический план лабораторно-практических занятий
№
Тема лабораторных работ
Кол.
часов
1 Введение. Химическая лаборатория и её оснащение. Определение объема одной капли.
Весы и взвешивание.
2
2 Определение теплоты растворения соли
Определение теплоты нейтрализации.
3
3 Изучение зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.
Изучение зависимости скорости реакции от температуры
3
4 Приготовление растворов с заданной концентрацией.
Наблюдение явления осмоса.
Изменение состояния эритроцитов крови в растворах разной концентрации NaCl
2
5 Алкалиметрия. Определение концентрации серной кислоты по исходному раствору
буры.
2
6 Приготовление ацетатных буферных смесей и колориметрическое определение рН
буферов.
2
7 Перманганатометрия. Иодометрия.
3
8 Получение, исследование свойств и разрушение комплексного соединения сульфата
тетраамина меди. Определение жесткости воды комплексонометрическим методом.
3
Тематический план лабораторно-практических занятий
№
9
10
11
12
13
Тема лабораторных работ
Проведение реакции глицина с нингидрином.
Проведение реакции глицина с формальдегидом.
Проведение реакции глицина с азотистой кислотой.
Проведение ксантопротеновой реакции на тирозин.
Доказательство наличия гидроксильной группы в Д-глюкозе.
Проведение реакции восстановления гидроксида меди (II) в щелочной среде (проба
Гроннера).
Проведение реакции восстановления аммиачного раствора гидроксида серебра
глюкозой.
Проведение реакции Селиванова на фруктозу.
Проведение реакции дезаминирования.
14 Липиды и низкомолекулярные биорегуляторы.
15 Доказательство наличия двух карбоксильных групп в винной кислоте
Комплексообразующие свойства винной кислоты
Разложение лимонной кислоты.
16 Цветные реакции антипирина и амидопирина
Основные свойства пиридина
Получение солей мочевой кислоты
Доказательство пуриновой структуры в мочевой кислоте (мурексидная проба)
Кол.
часов
2
2
2
2
2
2
2
2
Тематический план СРС
№
Тема
1 Строение атомов и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Метод
молекулярных орбиталей. Химическая связь.
2 Химическая термодинамика. Примеры экзергонических и эндергонических
процессов, протекающих в организме.
3 Химическая кинетика. Особенности каталитической активности ферментов.
Уравнение Михаэлиса – Ментен и его анализ.
4 Учение о растворах. Коллигативные свойства растворов электролитов и
неэлектролитов
5 Типы протолитических реакции. Конкуренция за протон: изолированное и
совмещенное протолитические равновесия.
6 Окислительно- восстановительные реакции. Токсическое действие окислителей
(нитраты, нитриты, оксиды азота), обезвреживание кислорода, пероксида
водорода и супероксид- иона. Применение редокс – реакции для детоксикации.
7 Комплексные соединения. Строение металлоферментов и других
биокомплексных соединений (гемоглобин, цитохромы, кобаламины)
8 Термодинамические принципы хелатотерапии. Механизм цитотоксического
действия соединений платины.
Кол.
час.
2
2
4
4
4
4
4
4
Тематический план СРС
№
9
Тема
Установление аминокислотного остатка с помощью современных химических
методов. Установление первичной структуры пептидов.
Определение аминокислотной последовательности.
Кол.
час.
4
10 Стратегия пептидного синтеза.
Биологически важные пептиды-гормоны, нейропептиды, антибиотики, токсины.
11 Полисахариды: гомополисахариды, гетерополисахариды.
Гомополисахариды: крахмал, гликоген, декстран, целлюлоза.
Медико-биологическое значение.
12 Гетерополисахариды: хондроитинсульфаты, гепарин, гиалуроновая кислота.
Белковые-полисахаридные комплексы (протеогликаны).
13 Нуклеозидмоно-полифосфаты. АМФ, АДФ, АТФ. Нуклеозидциклофосфаты (мАМФ)внутриклеточные регуляторы. Никотинамиднуклеотидные коферменты.
Флавинадениннуклеотид. Строение ФАД и ФАДН2. Химическая основа, участие в
окислительно-восстановительных процессах. Виды РНК: т-РНК, н-РНК, р-РНК.
Их роль в биосинтезе белка. Роль ДНК.
14 Желчные кислоты. Стероидные гормоны. Сердечные гликозиды.
4
15 Получение, общие химические свойства и специфические реакции гидрокси- и
4
аминокислот. Производные бензола как лекарственные средства.
16 Классификация и общая характеристика биологически активных гетероциклических
соединений. Алкалоиды. Антибиотики.
4
4
4
4
4
физика
Объём по модулю
«ОТ МОЛЕКУЛЫ К КЛЕТКЕ»
и виды учебной работы
Дисциплина
Аудиторные
занятия
Лекции
Практика
СРС
Итоговый
контроль
физика
60
24
36
60
Зачет
Цель – изучение моделей строения и
функционирования
живой
материи,
основанные на современных физикохимических представлениях, отражающие
физические
особенности
молекулярной
организации и элементарных процессов
живого, которые в свою очередь создают
молекулярную
основу
биологических
явлений.
Задачи:
•Изучение
физико-химических
основ
процессов, протекающих в отдельных
клеточных системах;
•структурную организацию и механизмы
функционирования
биомолекул
и
их
комплексов
•
Перечень знаний и практических умений,
которыми должны овладеть студенты
Студент должен уметь:
• определять физико-химические характеристики веществ и
самостоятельно обрабатывать результаты измерений:
Определять коэффициент вязкости жидкости методом
Стокса и вискозиметром.
• понимать и использовать некоторые физические законы для
объяснения процессов, протекающих в организме человека;
• определять размеры микрообъектов с помощью микроскопа
• Измерять физические параметры и оценивать физические
свойства – биологических объектов с помощью
механических, электрических и оптических методов.
• определять концентрации растворов с помощью рефрактометра,
поляриметра, ФЭКа, спектрофотометра
Перечень знаний и практических умений, которыми
должны овладеть студенты
Студент должен знать:
• закономерности протекания процессов в сложных биофизических
системах, структуру и динамику молекул, клетки.
• Физические параметры, характеризующие функциональное
состояние органов и тканей: механические, электрические,
электромагнитные, оптические.
• Биофизические принципы исследование электрических полей
тканей и органов. Потенциал электрического поля, создаваемого
диполем. Процессы поляризации.
Перечень знаний и практических умений, которыми
должны овладеть студенты
Студент должен знать:
•
•
•
•
Физические свойства биологических жидкостей Ньютоновсике и
неньютоновские жидкости. Гидравлическое сопротивление. Коэффициент
вязкости биологических жидкостей
физические основы использования теплового излучения для диагностики
заболевания
процессы, происходящие в биологических тканях под действием лазерного
излучения
теоретические основы и принципы действия современных методов
исследования и диагностики, применяемых в медицине и медикобиологических исследованиях, включая рентгеновскую компьютерную
томографию (РКТ), магнитно-резонансную томографию (МРТ), позитронноэмиссионную томографию (ПЭТ);
Перечень знаний и практических умений,
которыми должны овладеть студенты
Студент должен владеть:
• методами приобретения и осмысления знания важнейших
проявлений типичных механических и реологических
свойств биотканей, физических свойств электрических и
магнитных полей, механических и электромагнитных волн
разных частотных диапазонов и особенностей их воздействия
на организм человека;
• физико-химическими и биологическими методами анализа,
приемами мониторинга обменных процессов в организме,
• методами работы с аппаратурой для электрических, магнитных,
оптических и спектроскопических измерений;
№
Темы лекций
Кол-во
часов
1
Введение в физику. Механика вращательного движения.
2
2
Механические колебания и волны
2
3
Акустика. Звук. Ультразвук. Инфразвук.
2
4
Основные характеристики электрического поля
2
5
Магнитное поле. Явление электромагнитной индукции
2
6
Электромагнитные колебания и волны
2
7
Основные явления волновой оптики
2
8
Тепловое излучение
2
9
Элементы квантовой механики
2
10
Излучение и поглощение энергии атомами и молекулами
2
11
Оптические квантовые генераторы и их использование в
медицине
Радиоактивность. основы дозиметрии
2
12
2
№
Практические и лабораторные занятия
Кол-во часов
1
Определение момента инерции с помощью трифилярного подвеса
2
2
Механические колебания и волны. Определение скорости звука в воздухе методом стоячих
волн
Определение области слышимости с помощью звукового генератора
2
Течение и свойства жидкости
Определение вязкости жидкости
Изучение физической основы аускультативного метода измерения артериального давления
крови
Биофизические основы реографии
Магнитные свойства тканей и органов
Геометрическая оптика.
Микроскопия. Оптическая система и устройство биологического микроскопа
2
2
2
2
12
Исследование зависимости показателя преломления растворов от их концентрации при
помощи рефрактометра. Эндоскопия.
Интерференция и дифракция света
13
Теплоотдача организма. Термография.
2
14
Определение интегральной чувствительности фотоэлемента
2
15
Биофизические механизмы взаимодействия лазерного излучения с биотканью
2
16
Биофизические основы действия ионизирующих излучений Дозиметрия излучений. Вредное
воздействие излучений. Излучения в медицине.
3
3
4
5
6
7
8
9
10
11
3
2
2
2
3
3
Тематический план СРС
№
Наименование темы задания
1
Физические методы, как объективный метод исследования закономерностей в живой
природе. Значение физики для медицины.
2
Механика поступательного движения. Виды взаимодействия. Законы Ньютона.
4
3
Температура внутренней среды как один из механизмов регуляции внутренних органов и
определение влажности воздуха
4
4
5
Действие ионизирующих излучений на клетку
Физические основы воздействия звука на биологические ткани.
4
4
6
Фотохимические превращения ДНК. Люминесцентные метки и зонды и их применение в
медицине.
4
7
Пассивные механические свойства биологических тканей.
4
8
Физические основы воздействия звука на биологические ткани. Применение ультразвуковых
исследований в медицине.
4
9
10
11
Применение низких температур в медицине
Повреждающее действие переменного тока
Излучение Солнца. Использование ультрафиолетового и инфракрасного излучения в медицине
4
4
4
12
13
Открытие элементарных частиц. Методы их регистрации
История квантовой механики (работы де Бройля, Шредингера, Гейзенберга, Паули, Борна, Дирака)
4
4
14
15
Модели атомного ядра. Ядерные силы
ДНК глазами физика
4
4
Кол-во
часов
4
Гистология
Объём по модулю
«ОТ МОЛЕКУЛЫ К КЛЕТКЕ»
и виды учебной работы
Дисциплины
Гистология
Аудиторные
занятия
Лекции
Практика
СРС
Итоговый
контроль
15
6
9
15
Зачет
Цель: приобретение каждым студентом
глубоких знаний по гистологии изучение
тонкого строения организмов животных и
человека,
клеточном
и
субклеточном
(макромолекулярном)
уровнях,
сочетая
микроскопические методы исследования с
биохимическими
и
биофизическими
методами.
Перечень знаний и практических умений, которыми
должны овладеть студенты
Студент должен знать:
• Значение гистологии, цитологии и эмбриологии для медицины.
• Методы гистологических исследований.
• Этапы приготовления микропрепарата.
• Основные методы окрашивания для выявления структурных и
химических компонентов клеток и неклеточных структур.
• Определение клетки и неклеточных структур.
• Микроскопические и ультрамикроскопические структуры биологических
мембран.
• Цитоморфологию клеток общего и специального значения.
• Клеточный цикл различных популяций клеток тканей человека.
• Реактивность клеток и морфологию физиологического апоптоза.
• Основные закономерности структурной организации клеток с позиции
• единства строения и функции.
Перечень знаний и практических умений, которыми
должны овладеть студенты
Студент должен уметь:
• Пользоваться биологическим микроскопом и микротомом.
• Микроскопировать гистологические препараты с использованием сухих и
иммерсионных систем микроскопа.
• Уметь приготовить гистологические препараты с помощью наиболее
общих методик.
• Распознавать клетки и неклеточные структуры
• Определять различные виды клеток и неклеточных структур, исходя из
их структурных и цитохимических особенностей.
• Использовать конкретные данные строения внешней клеточной
мембраны для характеристики функционального состояния клеток
• Зарисовать гистологические препараты.
• Определять физиологический апаоптоз клетки и объяснять
функциональное значение в репродукции различных клеток человека.
№
Темы лекций
Кол-во
часов
1
Введение. Предмет и задачи цитологии. Методы
цитологических исследований. Гистологическая техника.
Этапы приготовления микропрепаратов
2
2
Морфология клеток тканей человека. Клетки и неклеточные
структуры. Клеточная поверхность и микросреда.
Межклеточные контакты. Цитоплазма, ядро.
2
3
Клеточный цикл различных популяций клеток человека.
Реактивность и физиологический апоптоз клетки.
2
Всего часов:
6
№
Темы практических занятий
Кол-во
часов
1
Методы цитологических исследований. Гистологическая
техника. Этапы приготовления микропрепаратов.
2
2
Морфология клеток человека. Клетки и неклеточные структуры.
Клеточная поверхность и микросреда. Ультраструктура
клеточной мембраны. Межклеточные контакты.
2
3
Цитоморфология клеток человека различных популяций.
Мембранные и немембранные структуры цитоплазмы
(органоиды, секреторные гранулы, транспортные везикулы,
вакуоли)
2
4
Изменения ядра и цитоплазмы в процессе деления.
Особенности митоза и мейоза. Другие способы клеточного
деления.
2
5
Клеточный цикл различных популяций клеток человека.
Реактивность и физиологический апоптоз клетки.
1
Всего:
9 часов
Литература
Основная:
1. Гистология, учебник под редакцией Афанасьева Ю.И., Юриной Н.А.
Медицина, М. – 2004
2. Кузнецов С.Л., Мушкамбаров Н.Н. Гистология, цитология и
эмбриология. Учебник. Изд-во: МИА, 2007.
3. Данилов Р.К. Гистология, эмбриология, цитология. Изд-во: ООО
«МИА», 2006.
4. Лабораторные занятия по курсу гистологии, цитологии и эмбриологии,
под редакцией проф. Ю.И.Афанасьева. – М.: 2004.
Дополнительная:
1. Гистология, учебник под ред Улумбекова Э.Г., М.: Мед., 2001.
2. Руководство по гистологии, т.1 и 2, под редакцией Р.К.Данилова,
В.Л.Быкова, И.А.Одинцова. Санкт-Петербург, 2001