Цитология

Программа: авторская
Авторы: канд. биол. наук Ребриков Д.В., канд. биол. наук Быков Ю.С., Глаголева Н.С.
Год утверждения (начало апробации): 1991
Курс преподает Н.С. Глаголева

Пояснительная записка

Во всех школах России в настоящее время преподается курс цитологии как часть курса общей биологии. Представления об основных закономерностях работы клеток, несомненно, важно сформировать у каждого ученика общеобразовательной средней школы. Но цитология как фундаментальная биологическая дисциплина отражена в таких курсах лишь поверхностно. Ученики старших классов средней школы биологического профиля должны получить представление о фундаментальных основах цитологии — научной дисциплины, теми или иными аспектами которой они, став биологами, с большой вероятностью будут заниматься профессионально.

Формирование у будущих биологов представлений об основных достижениях, теориях и методах современной фундаментальной цитологии составляет задачу настоящего спецкурса. Программа спецкурса включает в углубленном виде всё, что должны усвоить из цитологии ученики общеобразовательных школ в ходе курса общей биологии, а также ряд дополнительных составляющих, посвященных не вошедшим в базовый школьный курс цитологическим фактам, теориям и методам цитологических исследований.

Спецкурс рассчитан на одно полугодие (17 занятий по два часа, всего 34 часа). Данный курс тесно взаимосвязан с курсом генетики, который преподается с опорой на полученные в ходе изучения курса цитологии сведения. По программе обоих курсов ученики сдают устный переводной экзамен в конце 10 класса.

Структура программы

Клеточная теория и методы изучения клетки.
Плазматическая мембрана клетки.
Цитоскелет, двигательные белки, межклеточные контакты.
Межклеточные взаимодействия и внутриклеточная передача сигнала.
Эндомембранная система клетки. Транспорт между компартментами.
Митохондрии и хлоропласты.
Строение ядра и реализация наследственной информации

Содержание программы

Клеточная теория и методы изучения клетки

Основные положения клеточной теории. Строение растительной и животной клеткок. Структурно-функциональные образования клетки. Световая микроскопия. Витальное (прижизненное) изучение клеток. Изучение фиксированных клеток. Электронная микроскопия.

Общие свойства биологических мембран. Плазматическая мембрана

Строение плазмалеммы. Типы липидов плазмалеммы. Барьерно-транспортная роль плазмалеммы. Трансмембранный перенос. Эндоцитоз и экзоцитоз. Рецепторная роль плазмалеммы. Специализированные структуры плазматической мембраны.

Цитоскелет, двигательные белки и межклеточные контакты

Типы филаментов цитоскелета. Промежуточные филаменты. Актиновые микрофиламенты. Мышечные клетки. Актиновые компоненты немышечных клеток. Общая характеристика микротрубочек. Клеточный центр. Центриоль. Центросомный цикл. Микротрубочки цитоплазмы. Строение и движение ресничек. Белки, ассоциированные с микрофиламентами и микротрубочками. Миозин, динеин и кинезин. Типы межклеточных контактов. Адгезионные и фокальные контакты. Десмосомы и полудесмосомы.

Межклеточные взаимодействия и внутриклеточная передача сигнала

Типы межклеточной передачи сигналов. Передача сигнала в синапсе. Регуляция сокращения мышц. Типы мембранных рецепторов. Типы внутриклеточной передачи сигналов. Сигнальные каскады. G-белки и роль фосфорилирования белков. Различные адреналиновые каскады.

Эндомембранная система и транспорт между компартментами

Транспорт между компартментами

Разные типы транспорта: «воротный», трансмембранный, везикулярный

Ядерная оболочка

Компоненты ядерной оболочки. Роль ядерной оболочки в ядерно-цитоплазматическом обмене. Импорт кариофильных белков. Экспорт из ядра в цитоплазму. Динамика ядерной оболочки в митозе.

Транспорт белков в митохондрии и хлоропласты.

Посттрансляционный транспорт.

Гранулярный эндоплазматический ретикулум. Гладкий ретикулум и другие мембранные компартменты

Эндоплазматическая сеть. Строение гранулярного ретикулума. Синтез растворимых белков. Синтез клеточных мембран. Секреция белков и образование мембран у бактерий. Гладкий (агранулярный) эндоплазматический ретикулум.

Аппарат Гольджи. Лизосомы

Строение аппарата Гольджи. Секреторная функция аппарата Гольджи. Модификация белков в аппарате Гольджи. Сортировка белков в аппарате Гольджи. Общие характеристики лизосом. Фагоцитоз и разные типы аутофагии. Болезни человека, связанные с лизосомами.

Митохондрии и хлоропласты

Строение митохондрий. Функции митохондрий. Увеличение числа митохондрий. Хлоропласт. Строение и функции хлоропластов. Геном митохондрий и хлоропластов.

Строение ядра и реализация наследственной информации

Строение клеточного ядра

Роль ядра в жизнедеятельности клетки. Ядерные компоненты прокариотов. Ядро эукариотов. Клеточный цикл. Полиплоидия. Пространственное расположение хромосом в интерфазном ядре.

Структура хроматина

ДНК хроматина. Эухроматин и гетерохроматин. Репликация ДНК эукариотов. Белки хроматина — гистоны. Уровни компактизации хроматина. Ядерный белковый матрикс. Ультраструктура митотических хромосом.

Ядрышко. Синтез рРНК и мРНК

Чем определяется число ядрышек в клетке. Строение и функционирование генов рРНК. Структура ядрышка и типы ядрышек. Ядрышко во время митоза. Механизмы транскрипции генов. Структурные изменения РНК в ядре. Синтез РНК в пуфах политенных хромосом.

Роль сигнальных путей в регуляции клеточных процессов

Регуляция клеточного цикла. Регуляция клеточного роста.

Митотическое деление клеток

Общая организация митоза. Кинетохор. Динамика митоза. Митоз растительной клетки. Различные типы митоза эукариотов.

Мейоз

Общая организация мейоза. Динамика мейоза.

Требования к знаниям, умениям и навыкам учащихся

Учащиеся должны знать:

положения клеточной теории и теории симбиогенеза; особенности клеток прокариот и эукариот, животных и растений;
основные методы изучения живых и фиксированных клеток;
строение и принцип удвоения ДНК, основные этапы и механизмы синтеза белка;
строение и функции основных органоидов клеток эукариот;
строение и функции клеточных мембран, элементов цитоскелета клеток;
признаки и ход митоза и мейоза;

определения и значения основных понятий и терминов курса, а именно:
клетка, органоид;
обмен веществ, метаболический путь;
фермент, ферментативная реакция;
клеточный рецептор, лиганд, сигнальный путь, каскадная реакция;
белок-канал, белок-переносчик, активный и пассивный транспорт;
матричный синтез, конвариантная редупликация;
генетическая информация, генетический код, мутация;
митоз, мейоз, клеточный цикл;
положительная и отрицательная обратная связь.

Учащиеся должны уметь:

использовать знания о химических и физических процессах и законах для объяснения механизмов работы живых систем, а именно:
атомно-молекулярная теория и её связь с изменчивостью и наследственностью;
понятие катализа, его приложимость к ферментативным реакциям;
взаимосвязь между строением, химическими свойствами и биологическими функциями ДНК, РНК и белков;
взаимосвязь между строением, химическим составом и биологическими функциями мембранов и компонентов цитоскелета;

раскрывать взаимосвязь между строением и биологическими функциями основных органоидов клеток эукариот;
сравнивать строение и особенности обмена веществ клеток эукариот и прокариот, растений и животных;
интерпретировать результаты биологических экспериментов и придумывать мысленные эксперименты для проверки гипотез;
предлагать различные варианты ответов на задачи с неоднозначным решением;
объяснять и илллюстрировать примерами принципы регуляции функций на основе отрицательной и положительной обратной связи на уровне клетки и генетических систем;
связывать строение органоидов клетки и клеток мышечной и нервной ткани с их функциями;
объяснять взаимосвязи между работой различных органоидов клетки;
раскрывать взаимосвязи между работой генетического аппарата клетки и закономерностями передачи наследственных признаков на клеточном, организменном и популяционном уровне;
объяснять механизмы реакции клеток на внешние воздействия, механизмы регуляции работы клеток;
связывать нарушения в генетическом аппарате, работе органоидов и регуляторных механизмах клеток с различными патологиями;
объяснять цитологические и молекулярные основы хромосомной и внехромосомной наследственности, раскрывать их сходства и различия.

Учебные пособия

Основные:

Альбертс, Брей, Хопкин. Основы молекулярной биологии клетки. Лаборатория знаний, 2015
Общая биология (10-11). Учебник для классов с углубленным изучением биологии. Ред. Рувинский А.О. М., Просвещение, 1993

Дополнительные:

Альбертс Б. Молекулярная биологии клетки
Ребриков Д.В. Цитология (рукопись). Доступно школьникам в электронном виде и в виде распечаток
Грин Г., Стаут У., Тейлор Д. Биология (в 3-х т.т.). М., Мир, 1993

См. также: Внутренняя жизнь клетки(BioVisions at Harvard University) (20 Мб) (файл выложен в архиве rar)
Внимание! Для просмотра фильма необходим проигрыватель файлов flv: FLVPlayer.

Материалы к урокам

Примерные вопросы к экзамену