
![]() |
|
Межклеточные взаимодействияПрограмма: авторская. Объяснительная запискаТема "Межклеточные взаимодействия" как тема курса для биологического класса выбрана не случайно. Во-первых, эта тема напрямую связывает основные курсы, изучаемые в 8 и 9 классах биологического профиля - цитологию и физиологию человека. Данный курс опирается на уже изученный гимназистами курс «Введение в биологию», включающий основные разделы цитологии и краткое знакомство с биохимией и генетикой. Изучается же он параллельно с курсом «Анатомия и физиология человека». Изучение данного курса позволяет сопоставить и связать между собой процессы, происходящие на клеточном и организменном уровне. Есть и вторая причина: именно изучение межклеточных взаимодействий и внутриклеточной передачи сигналов - одна из актуальнейших и интереснейших задач современной клеточной биологии. С ней самым непосредственным образом связаны фундаментальные научные проблемы, которые предстоит разрешить биологии в текущем веке - это прежде всего проблема становления сложной формы в онтогенезе и проблема функционирования мозга. С той же тематикой связано и разрешение важнейших прикладных медицинских задач, среди которых - лечение рака и СПИДа, а также лечение и предупреждение наследственных заболеваний человека. Таким образом, главная цель курса - профориентационная. На рубеже 9-10 классов школьники обычно решают, будут ли они выбирать биологию в качестве специальности, и знакомство с наиболее интересными (и в то же время достаточно сложными) проблемами современной биологии должно помочь сделать правильный выбор. Главная задача курса - на немногих конкретных примерах достаточно подробно разобраться в сложных биологических процессах на современном научном уровне. Курс построен в форме двухчасовых лекционно-семинарских занятий. Основные формы обратной связи и контроля усвоения - решение задач в ходе занятий курса и короткие самостоятельные работы в конце каждого занятия, посвященные его содержанию (с использованием записей в тетрадях). Предусматривается также подготовка коротких докладов учащимися и написание ими кратких рефератов (энциклопедических статей) на заданную тему. Спецкурс рассчитан на одно полугодие (17 занятий по два академических часа, всего 34 часа). Структура программыОбщие принципы межклеточных взаимодействий. Взаимодействие генов и их продуктов как основа взаимодействия клеток (10 часов).
Содержание программыОбщие принципы межклеточных взаимодействий. Взаимодействие генов и их продуктов как основа взаимодействия клеток. Межклеточные взаимодействия у одноклеточных (бактерий и протистов). Возникновение многоклеточности – специализация и кооперация клеток. Межклеточные взаимодействия как необходимая основа этих процессов. Примеры онтогенеза и жизненные циклы протистов (инфузории, вольвокс, диктиостелиум). Онтогенез многоклеточных как реализация генетической программы и как результат взаимодействия клеток. Формирование межклеточных контактов и механические взаимодействия. Электрическая передача сигналов. Обмен химическими сигналами. Аутокринная, паракринная, эндокринная и синаптическая передача сигналов. Общие принципы регуляции (повторение). Положительные и отрицательные обратные связи, их роль в регуляции функций. Регуляция транскрипции у прокариот (повторение) и у эукариот. Химические модификации ДНК и гистонов как распространенный механизм регуляции. Сплайсинг и его механизмы. Альтернативный сплайсинг как механизм увеличения разнообразия белков. Роль малых РНК в сплайсинге. Другие посттранскрипционные модификации иРНК. Регуляция трансляции. Роль нетранслируемых участков иРНК в регуляции трансляции. Различная скорость деградации РНК как механизм регуляции трансляции. РНК-интерференция и ее роль в естественной и искусственной регуляции трансляции. Белок как элементарный признак. Взаимодействие генов на организменном уровне. Общие принципы химической регуляции. Связь времени реакции с периодом полужизни сигнальной молекулы. Посредники, проникающие сквозь мембрану. Прямое действие NO на внутриклеточный фермент. Связывание стероидных и тиреоидных гормонов с внутриклеточными рецепторами и регуляция транскрипции. Посредники, действующие на мембранные рецепторы. Действие нейромедиаторов и гормонов на ионотропные рецепторы. Механизмы возбуждения и торможения при действии на ионотропные рецепторы. Общие принципы внутриклеточной передачи сигналов. Каскадные реакции как основа усиления сигнала. Действие медиаторов на метаботропные рецепторы. Адренорецепторы как пример рецепторов, сопряженных с G-белками (повторение). Роль цАМФ и ионов кальция как вторичных посредников. Рецепторы, активирующие фосфолипазу С, и роль трифосфоинозитола и диацилглицерола как вторичных посредников. Рецепторы с тирозинкиназной активностью и пути передачи сигнала от них. Протеинкиназы как основная группа "передатчиков" сигналов. Принципы регуляции работы клеточных рецепторов. Межклеточные взаимодействия в нервной и эндокринной системе. Механизмы действия медиаторов и гормонов. Особенности нервной и эндокринной регуляции – сходства и различия. Эволюционное и морфо-функциональное единство нервной и эндокринной систем. Нейроэндокринные клетки, их роль в организме человека. Механизмы работы нейрона (повторение). Химическое и биологическое разнообразие медиаторов. Механизмы действия медиаторов на нервные клетки. Рефлекторный принцип работы нервной системы. Сложность задач, решаемых ЦНС при осуществлении рефлексов. Совместная работа нервных клеток: распознавание цветов и запахов. Простейшие механизмы научения и памяти (на примере сенситизации). Влияние нервной системы на секрецию гормонов (на примере гипоталамо-гипофизарной системы). Влияние гормонов на работу мозга (на примере окситоцина и вазопрессина). Межклеточные взаимодействия и механизмы действия генов в развитииФормы клеточной активности в ходе развития. Дифференцировка клеток и морфогенез как относительно независимые процессы. Комбинация регуляторных белков как основа детерминации. "Клеточная память" – необходимое условие дифференцировки. "Ключевые гены" – регуляторы развития. Роль модельных организмов в изучении развития. Методы изучения механизмов онтогенеза. Типы мутаций, влияющих на ход онтогенеза. Мутации «потери функции» и «избытка функции». "Детерминированное" и "регулятивное" развитие. Межклеточные взаимодействия как основа регулятивного развития. Индукционные взаимодействия в развитии позвоночных. "Первичная эмбриональная индукция" и ее механизмы. Другие примеры индукционных взаимодействий. Роль индукционных взаимодействий в поддержании целостности организма и в эволюционных преобразованиях. Формирование пространственной организации и его генетическая основа у дрозофилы и позвоночных. Гипотезы о механизмах установления связей в ЦНС. Эксперименты Сперри, доказавшие специфичность установления связей. Примеры «поиска пути» аксонами и его механизмы. Генетические основы иммунитета. Межклеточные взаимодействия в иммунной системеИммунная система: органы и клетки (повторение). Виды иммунитета (повторение). Различия неспецифического и специфического иммунитета. Toll-рецепторы и "неспецифический" иммунитет. Общая схема воспалительной реакции – роль нейтрофилов, тучных клеток и комплемента. Выработка антител как основа специфического иммунитета. Строение и биологические функции антител (повторение). Роль презентации белков в различении своего и чужого. Центральная роль антиген-презентирующих клеток в иммунном ответе. Взаимодействия клеток иммунной системы. Развитие иммунной системы: подавление иммунной реакции на "свое". Генетические механизмы генерации разнообразия антител. Онкологические заболевания как следствие мутаций и как нарушение нормальных межклеточных взаимодействий. Роль иммунной системы в подавлении роста опухолей. Использование механизмов иммунитета в лечении рака. Требования к знаниям, умениям и навыкам учащихсяУчащиеся должны знатьопределения основных терминов и понятий: онтогенез, жизненный цикл; аутокринная, паракринная, эндокринная и синаптическая передача сигналов; положительная и отрицательная обратная связь; ген, мутация, белок; транскрипция, трансляция; промотор, РНК-полимераза; сплайсинг, альтернативный сплайсинг; фосфорилирование, метилирование, ацетилирование; гормон, нейромедиатор; щелевой контакт, десмосома, адгезивный контакт; рецептор, ионотропный рецептор, метаботропный рецептор; G-белок, вторичный посредник, каскадная реакция, протеинкиназа; аксон, дендрит, синапс; гипоталамо-гипофизарная система; потенциал покоя, потенциал действия (нервный импульс); рефлекс, сенситизация, десенситизация; детерминация, дифференцировка, апоптоз, морфогенез; «клеточная память», «ключевой ген», «потеря функции», «избыток функции»; детерминированное развитие, регулятивное развитие; индукция, первичная эмбриональная индукция; иммунитет, специфический иммунитет, неспецифический иммунитет; система комплемента, антитело (иммуноглобулин); нейтрофил, макрофаг, тучная клетка, дендритная клетка, В-лимфоцит, Т-лимфоцит; острая воспалительная реакция; онкологические заболевания, онкоген, антионкоген, злокачественная трансформация, метастазирование. Учащиеся должны уметьобъяснять основные процессы, механизмы, явления и закономерности, связанные с тематикой курса: механизмы отрицательной и положительной обратной связи в работе генов, клеток и организма; сущность и причины мутаций, их возможные последствия для работы белков; основные механизмы регуляции транскрипции и трансляции, роль химических модификаций ДНК и гистонов в этих процессах; роль фосфорилирования как механизма регуляции работы белков; роль различных типов межклеточных контактов (десмосомы, адгезивные контакты, щелевые контакты) в обеспечении взаимодействия клеток; роль гормонов и нейромедиаторов в регуляции работы клеток; различные механизмы действия гормонов и нейромедиаторов на клетки; механизмы передачи сигналов внутри клеток, роль вторичных посредников в усилении сигнала; механизмы возникновения потенциала покоя и потенциала действия, распространения нервного импульса по аксону; рефлекторный принцип работы нервной системы; механизмы сенситизации и десенситизации клеток; роль «клеточной памяти» в различных процессах и устройство простейших внутриклеточных «запоминающих устройств»; роль взаимодействия клеток в процессах восприятия и обучения; роль процессов детерминации и дифференцировки клеток, клеточной подвижности, изменения формы клеток, апоптоза в процессах развития; роль индукционных взаимодействий в процессах развития, их механизмы; роль различных гуморальных и клеточных факторов в реакциях специфического и неспецифического иммунитета; механизм генерации разнообразия антител и биологические функции антител; механизмы и роль межклеточных заимодействий в иммунном ответе; причины и механизмы развития злокачественных опухолей. строить логические цепочки и выявлять причинно-следственные связи, объясняющие результаты различных воздействий на клетку и организм; анализировать и оценивать различные гипотезы, выдвигать и формулировать гипотезы; интерпретировать результаты мысленных экспериментов и предлагать схемы мысленных экспериментов для проверки гипотез; составлять и интерпретировать схемы, иллюстрирующие внутриклеточную передачу сигнала и регуляцию работы генов; устанавливать взаимосвязи между процессами, происходящими на клеточном и организменном уровне, в том числе между различными формами клеточной активности и механизмами морфогенеза, между внутриклеточными изменениями нейронов и механизмами памяти, между механизмами регуляции работы генов и ответной реакцией клеток на сигналы и т.п.; сравнивать различные системы регуляции (например, нервную и эндокринную), механизмы воздействия на клетку различных веществ, детерминированное и недетерминированное развитие, детерминацию и дифференцировку клеток, автономную и неавтономную дифференцировку, специфические и неспецифические механизмы иммунитета, злокачественные и доброкачественные опухоли и другие рассмотренные явления и процессы; осуществлять самостоятельный поиск информации в различных источниках (учебных текстах, справочниках, научно-популярных изданиях, ресурсах Интернет) и грамотно применять ее в собственной учебной деятельности; делать устные сообщения, составлять краткие рефераты, оформлять их в компьютерной форме, в том числе в виде статей энциклопедии «Википедия»; использовать полученные знания для научного объяснения причин заболеваний, выявлять факторы риска развития заболеваний. Литература для учащихсяОсновнаяАлбертс Б. и др. Молекулярная биология клетки (в 3-х т.). 2-е издание. М., Мир, 1994. Дополнительная
|