2

12 Червня, 2024

Методичні вказівки для практичного заняття

для студентів 1-го курсу фармацевтичного факультету

ЗАНЯТТЯ № 1

ТЕМИ: РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИВОГО. СТРУКТУРНО-ХІМІЧНА ОРГАНІЗАЦІЯ КЛІТИНИ. БІОЛОГІЯ ВІРУСІВ, БУДОВА ВІРУСУ ІМУНОДЕФІЦИТУ ЛЮДИНИ. СПАДКОВИЙ АПАРАТ ЕУКАРІОТИЧНИХ КЛІТИН І ЙОГО ФУНКЦІОНУВАННЯ. РОЗМНОЖЕННЯ ТА ЙОГО ФОРМИ. БІОЛОГІЧНА СУТНІСТЬ І ЦИТОЛОГІЧНІ ОСНОВИ СТАТЕВОГО РОЗМНОЖЕННЯ.

Кількість годин: 6

Мета: Вивчити предмет, завдання та значення медичної біології у системі підготовки фармацевта. Вивчити еволюційно зумовлені структурні рівні організації життя; елементарні структури рівнів та основні біологічні явища, що їх характеризують. Вивчити морфофізіологію клітини, структурні компоненти цитоплазми та ядра. Вивчити морфофункціональну характеристику та класифікацію хромосом людини, нормальний каріотип та ідіограму хромосом людини, принципи хромосомного аналізу. Вивчити основні напрямки потоку інформації у клітині, їх етапи і молекулярні механізми реалізації.

Професійна орієнтація студентів: З цієї теми починається вивчення біології, медичної генетики та паразитології. Знання будови світлового мікроскопа, правил користування ним, уміння виготовляти тимчасові мікропрепарати – все це студентам необхідно при подальшому навчанні на теоретичних та клінічних кафедрах, у практичній роботі стоматолога. В організмі людини – 10¹⁴-10¹⁵ клітин. Усі вони належать до клітин еукаріотичного типу. Еукаріотична клітина складається з плазмолеми, цитоплазми, ядра. На рівні клітини відбуваються патологічні процеси. Морфофізіологічні зміни складають основу патологічних процесів. Молекулярні механізми збереження, реалізації і передачі генетичної інформації лежать в основі нормального функціонування організму людини. Порушення цих процесів складають основу виникнення спадкової патології людини.

Чітка організація у живому пов’язана із зберіганням і потоком інформації у наступних поколіннях клітин і організмів. У клітині в цьому потоці послідовно беруть участь ДНК хромосом ядра, молекули РНК, рибосоми, ферменти активації амінокислот. Злагоджена у часі та просторі робота всіх складових приводить до передачі інформації або її реалізації у вигляді білкових молекул. Порушення цих процесів може привести до патологічних змін у клітині і організмі в цілому.

Хромосоми – структурні елементи ядра клітини, у яких розташовані гени (ДНК). Хромосоми разом з позахромосомними структурами забезпечують збереження, відтворення, реалізацію і передачу спадкової інформації в ряді поколінь. З порушеннями структури і кількості хромосом пов’язане виникнення хромосомних спадкових хвороб людини.

Методика виконання практичної роботи: (9⁰⁰– 12⁰⁰).

І. Структурно-хімічна організація клітини.

Робота. Клітини плівки цибулі

Приготувати і розглянути мікропрепарат клітин плівки цибулі під мікроскопом. Спочатку зніміть пінцетом плівку з внутрішнього боку соковитої лусочки цибулі. Відріжте ножицями 3-4 мм плівки, приготуйте тимчасовий мікропрепарат, як це було описано вище. Розгляньте під мікроскопом (7×8, 7×40). Ви побачите видовжені клітини, які мають форму більш або менш правильного прямокутника. Основними частинами живої клітини є ядро, цитоплазма і цитоплазматична мембрана. На тимчасовому препараті ви не побачите цитоплазматичну мембрану, але чітко розгледите в кожній клітині двоконтурну оболонку, яка лежить назовні від мембрани. Оболонка характерна для рослинної клітини. Овальне або округле ядро з одним або двома ядерцями розміщене або в центрі клітини, або біля оболонки. Замалювати і позначити оболонку, цитоплазму, ядро, ядерця, вакуолі.

Робота 2. Без’ядерні та одноядерні клітини

Розглянути під мікроскопом (7×40) препарат мазка крові людини, забарвленого за методом Романовського-Гімза. Замалювати і позначити еритроцити (без’ядерні клітини) і лейкоцити (одноядерні клітини).

Робота 3. Багатоядерні клітини

Розглянути під мікроскопом (7×40) препарат поперечносмугастої м’язової тканини. Замалювати кілька волокон і позначити: сарколему (оболонку волокна), саркоплазму (цитоплазму волокна), ядра, поперечну посмугованість.

Робота 4. Ультраструктура тваринної клітини (схема).

Ознайомитися з будовою тваринної клітини за даними електронної мікроскопії (рис. 3).

Рис.3. Схема ультраструктури тваринної клітини.

II. Хромосоми еукаріот. Каріотип людини.

Робота 5. Велетенські політенні хромосоми личинки дрозофіли.

4.1. Розглянути під мікроскопом (7х8) мікропрепарат велетенських хромосом слинних залоз личинки дрозофіли. У центрі клітини розміщується яскраво забарвлений хромоцентр, де з’єднуються центромери всіх хромосом. Від хромоцентру у вигляді стрічок відходять хромосоми, їх у дрозофіл 8. Але внаслідок соматичної кон’югації видно 6 стрічок. Перевести в робоче положення об’єктив 40. При розгляданні ділянки хромосоми видно її поперечну посмугованість, яка створюється чергуванням світлих і темних дисків. Розмір і розміщення дисків різні, але для кожної хромосоми вони постійні.

4.2. Замалювати: а) загальний вигляд хромосом (7×8); б) ділянку хромосоми із світлими і темними дисками (7×40). Позначити хромомери, гетерохроматинові та еухроматинові ділянки хромосоми.

Робота 6. Нормальний каріотип людини.

5.1. Знайти на препараті культури лейкоцитів людини під мікроскопом (7×40) набір хромосом (метафазну пластинку). Після цього перевести в робоче положення імерсійний об’єктив (х90). Звернути увагу на кількість хромосом (46), їх парність, будову.

5.2. Замалювати: а) схему будови хромосоми; позначити центромеру, коротке плече, довге плече, вторинну перетяжку, супутник; б)типи хромосом: метацентричні, субметацентричні, акроцентричні.

Робота 7. Ідіограма хромосом людини.

6.1. Ознайомитися з методикою каріотипування і розглянути на малюнку ідіограму хромосом людини.

6.2. Накреслити таблицю класифікації хромосом людини.

Таблиця. Класифікація хромосом людини.

Групи

№№ хромосом

Розмір, мкм

Характеристика хромосом,малюнок малюнокмалюнок

А (І)

І,2,3

11-8,3

В (ІІ)

4,5

7, 7

C (ІІІ)

6-12

7,2 – 5,7

D (ІV)

13-15

4,2

E (V)

16-18

3,6-3,2

F (VI)

19-20

2,8-2,3

G (VII)

21-22

2,3

Х-хромосома (ІІІ група)

Y–хромосома(VII група)

Каріотип людини

Зліва – жінки, справа – чоловіка. Зверху – хромосомні комплекси, знизу – ідіограми. В ідіограмах хромосоми розташовані попарно у напрямку зменшення розмірів. Окремо виділені статеві хромосоми: у жінок – ХХ; у чоловіків – ХУ.

ІІІ. Характеристика нуклеїнових кислот. Організація потоку інформації у клітині. Регуляція експресії генів.

Робота 8. Порівняльна характеристика нуклеїнових кислот

Дайте порівняльну характеристику нуклеїнових кислот, заповнивши таблицю.

Типи нуклеїнових кислот	Хімічний склад		Молекулярна структура	Локалізація в клітині	Біологічна роль
Типи нуклеїнових кислот	Вуглевод	Азотисті основи	Молекулярна структура	Локалізація в клітині	Біологічна роль
1.
2.

Робота 9. Вивчення процесу реплікації ДНК.

Розгляньте схему процесу реплікації ДНК.

Робота 10. Розв’язування ситуаційних задач.

Задача 1. Ділянка ДНК має такий нуклеотидний склад: один ланцюг АГЦ—ГЦА—ТТА—АГТ, а комплементарний йому — ТЦГ—ЦГТ— ЛАТ—ТЦА. Напишіть нуклеотидний склад обох ланцюгів дочірньої ДНК, яка утворилася внаслідок реплікації цієї ділянки.

Задача 2. В одному з ланцюгів фрагмента ДНК нуклеотиди розміщені в такому порядку: 5′ ГГЦ-ЦЦЦ-ЦАА-ГТА—ТГЦ 3′. Визначте послідовність нуклеотидів у комплементарному ланцюгу ДНК. Покажіть стрілкою напрямок синтезу нових ланцюгів ДНК під час її реплікації.

І. Будова гена про- та еукаріотів. Гени структурні, регуляторні, т-РНК, р-РНК.

Робота 1. Схема регуляції структурних генів (намалювати схему).

ІІ. Організація потоку інформації у клітині. Регуляція експресії генів.

Робота 11. Схема потоку інформації у клітині.

А) Намалювати схему етапів біосинтезу білка:

Б) Схема центральної догми молекулярної біології

Намалювати у протоколі схему і позначити назви етапів (1-4,9) і ферментів (5-7,8):

1 2,9 3 4

ДНК _____ ДНК _____ і-РНК _____Поліпептидний ланцюг ____ Білок

5 6,8 7

ІІІ. Молекулярні механізми мінливості в людини.

Робота 12. Процесинг (сплайсинг) – механізм молекулярної мінливості.

Накреслити схему варіантів перебігу процесингу:

Днк: А А Т – Ц Г Т – Ц Т Т – А А А – Г Г Ц

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Транскрипція

Про-І-РНК У У А – Г Ц А – Г А А – У У У – Ц Ц Г

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Процесинг

І-РНК Варіант-1 *** Варіант-2

У А Ц – А Ц Г *** У Г Ц – У Ц Ц

2 3 5 9 13 15 *** 1 4 7 12 13 14

Трансляція

Амінокислоти: Тир тре *** Амінокислоти: Цис СЕР

Робота 13. Розв’язування ситуаційних задач.

Для розв’язання ситуаційних задач необхідно знати:

Маса одного нуклеотида = 345 а.о.м. (атомних одиниць маси).

Довжина одного нуклеотида 0,34 нм. Маса однієї амінокислоти = 100 а.о.м.

Задача 1. Ділянка молекули ДНК має таку послідовність нуклеотидів: АЦЦ-АТА-ГЦТ-ЦАА-ГГА. Визначте послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюгу.

Р о з в ’ я з а н н я

ДНК: АЦЦ-АТА-ГЦТ-ЦАА-ГГА

і рнк : угг-уау-цга-гуу-ццу

білок: Триптофан-тирозин-аргінін-валін-пролін

Відповідь. Триптофан-тирозин-аргінін-валін-пролін.

Задача 2. На одному з ланцюгів ДНК синтезована іРНК, в якій А-14% , Г-20%, У-40%, Ц-26%. Визначте процентний вміст нуклеотидів у молекулі ДНК.

Р о з в ’ я з а н н я

ІРНК: А(14%) Г(20%) У(40%) Ц(26%)

ДНК: Т(14%) Ц(20%) А(40%) Г(26%)

А(14%) Г(20%) Т(40%) Ц(26%)

А=Т=(40+14):2=54:2=27%; Г=Ц=(20+26):2=46:2=23%

Відповідь: А(27%), Г(23%), Т(27%), Ц(23%)

Задача 3. У фрагменті ДНК знайдено 1040 гуанілових нуклеотидів, що становить 26% від загальної кількості нуклеотидів. Визначте:

1) скільки в даному фрагменті міститься аденілових, цитидилових і тимідилових нуклеотидів?

2) Яка довжина даного фрагмента молекули ДНК?

3) Яка маса даного фрагмента молекули ДНК?

4) Яка маса відповідної молекули іРНК?

5) Скільки амінокислот матиме поліпептид, якщо в про-і-РНК 86 нуклеотидів інтронних (неінформативних)?

Р о з в ’ я з а н н я

1) у молекулі ДНК нуклеотиди Г-Ц і А-Т комплементарні, тому Г=Ц (1040+1040=2080, що становить 52%). На решту нуклеотидів припадає: 100% -52%-=48% (по 24% ). Далі визначаємо загальну кількість нуклеотидів у фрагменті ДНК за пропорцією:

2080 – 52%

х – 48%; х=1920; А+Т=1920; А=960 нуклеотидів; Т=960 нуклеотидів.

2) Г+Ц+А+Т=2080+1920=4000; (4000:2)х0,34 нм=680 нм

3) Маса ДНК: 4000х345=1380000

4) Маса молекули про-і-РНК: 2000х345=690000

Кількість амінокислот у поліпептиді, кодованому про-і-РНК: (2000-86):3=638.

Тестові завдання та ситуаційні задачі

1. Одномембранну будову мають такі органели:

А. Лізосоми. В. Мітохондрії. С. Клітинний центр. D. Рибосоми. Е. Пластиди

2. Назвіть функції мітохондрій.

3. Яку основну функцію виконують клітини слинних залоз, якщо в них добре розвинутий апарат Гольджі?

4. Клітину в експерименті обробили речовинами, які порушили цілісність мембран лізосом. Які зміни відбудуться в клітині?

5. Під час мітозу в клітині культури тканини людини відбулась елімінація однієї хромосоми. Скільки хромосом буде в кожній з двох новоутворених клітин ?

6. Якщо на клітину, що має 46 хромосом, подіяти колхіцином (речовина, що руйнує мікротрубочки веретена поділу і перешкоджає розходженню хромосом до полюсів), то скільки хромосом буде мати клітина?

7. Якщо хромосома, що складається з двох хроматид, буде 9 разів послідовно подвоюватися, то скільки хроматид буде мати політенна хромосома?

8. Диплоїдний набір хромосом людини становить 46 хромосом. Скільки хромосом йде до кожного полюса: а) в

анафазі першого мейотичного поділу? б) в анафазі другого мейотичного поділу?

9. На препараті видно дві клітини. Ядро однієї з них (а) містить багато інтенсивно забарвлених грудочок хроматину. У другій клітині (б) ядро світле, хроматин розміщений дифузно. Який тип хроматину переважає в кожній клітині і чим ці типи різняться функціонально?

10. Яка довжина і маса гена, який кодує інсулін? До складу інсуліну входить 51 амінокислота.

11. Довжина фрагмента ДНК 680 нм. Яка кількість азотистих основ у даному фрагменті.?

12. Яка молекулярна маса гена (двох ланцюгів ДНК), якщо в одному його ланцюгу запрограмований білок з молекулярною масою 3 000?

Семінарське обговорення теоретичних питань: (12³⁰– 14⁰⁰).

Програма самопідготовки студентів

І. Структурно-хімічна організація еукаріотичної клітини.

1. Клітина як елементарна структурно-функціональна одиниця живого.

2. Клітинна теорія та її сучасний стан. Значення для медицини.

3. Прокаріотичні та еукаріотичні клітини.

4. Клітинні мембрани. Принцип компартменталізації.

5. Цитоплазма: гіалоплазма, органели, включення.

6. Органели цитоплазми: мембранні та немембранні, загального та спеціального призначення, їх будова і функції.

7. Структура інтерфазного ядра: ядерна оболонка, ядерний сік, ядерце, хроматин.

ІІ. Хромосоми еукаріот. Каріотип людини.

1. Рівні організації спадкового матеріалу: генний, хромосомний і геномний.

2. Морфофункціональна характеристика хромосом людини.

3. Хроматин: еухроматин і гетерохроматин.

4. Каріотип людини. Аутосоми та гетерохромосоми. Статевий хроматин.

5. Класифікація хромосом людини. Ідіограма хромосом.

6. Хромосомний аналіз.

1. Молекулярна організація клітинних структур.

2. Нуклеїнові кислоти: ДНК і РНК, їх роль у збереженні, реалізації і передачі генетичної інформації, хімічна будова і просторова організація, видова специфічність.

3. Організація потоку інформації у клітині.

4. Транскрипція. Процесинг, сплайсинг.

5. Трансляція (ініціація, елонгація, термінація).

6. Посттрансляційна модифікація білків.

7. Регуляція експресії генів у прокаріотів.

8. Екзонно-інтронна організація генома еукаріотів.

Вихідний рівень знань та вмінь перевіряється шляхом розв’язування ситуаційних задач з кожної теми, відповідями на тести та конструктивні запитання.

Самостійна робота студентів: (14¹⁵– 15⁰⁰).

Студент повинен знати:

1. Еволюційно обумовлені структурні рівні організації життя.

2. Будову світлового мікроскопа та правила роботи з ним.

3. Морфофізіологічну організацію еукаріотичної клітини.

4. Молекулярну організацію клітинних структур.

5. Значення найважливіших хімічних компонентів клітини в здійсненні процесів її життєдіяльності.

6. Морфофункціональна характеристика хромосом людини.

7. Нормальний каріотип людини.

8. Класифікація хромосом людини. Ідіограма.

9. Хромосомний аналіз.

10. Основні напрями потоку інформації у клітині

11. Суть транскрипції, процесингу, трансляції; ферменти, що забезпечують ці процеси.

12. Значення після трансляційної модифікації поліпептидного ланцюга.

Студент повинен вміти:

1. Розрізняти на мікропрепараті основні компоненти клітини.

2. Вивчати під мікроскопом хромосоми людини.

3. Аналізувати каріотип людини.

4.Розв’язувати ситуаційні задачі, які моделюють етапи потоку інформації у клітині.

5. Оформляти протокол виконаної роботи.

Вірні відповіді на тести і ситуаційні задачі:

1. A. 2. Синтез АТФ. 3. Cекреторну. 4. Аутоліз. 5. По 45 хромосом; 6. 92 хромосоми; 7. 1024; 8. а) 23 хромосоми; б) 23 хроматиди. 9. а) гетерохроматин, генетично не активний; б) еухроматин, генетично активний. 10. 52 нм; 105570 а.о.м.; 11. 4000 основ; 12. Молекулярна маса гена 62100;

Джерела інформації:

Основні:

1. Біологія: Підручник для студентів медичних спеціальностей ВУЗів ІІІ-ІУ рівнів акредитації / Кол. авт.; За ред. проф. В.П.Пішака та проф. ІО.І.Бажори. Вінниця: Нова книга. 2004. – 656 с.; іл.

2. Биология: Учебник для студентов медицинских специальностей ВУЗов. В 2-х книгах /Кол. авт.; Под ред. проф. Ярыгина В. Н. – М: Высшая школа, 2001 (1997). – 432 (448) с. (книга I): 334 (340) с. (книга II); ил.

3. Слюсарєв А.О., Жукова С.В. Біологія: Підручник для студентів медичних спеціальностей ВУЗів (Переклад з російської мови к.біол.н. В.О.Мотузного). – К.: Вища школа. Головне видавництво, 1992. – 422 с.; іл.

4. Руководство к лабораторным занятиям по биологии: Учеб пособие / Под ред. Ю.К.Богоявленского. – М.: Медицина., 1988.

5. Збірник задач і вправ із біології: Навчальний посібник / Кол. авт.: За заг. ред. проф. А.Д. Тимченка. – К.: Вища школа. 1992. – 391 с.

6. Матеріали для підготовки студентів до практичних занять.

Додаткові:

1. Медична біологія: Посібник з практичних занять / О.В. Романенко, М.Г. Кравчук, В.М. Грінкевич та ін.:; За ред. О.В.Романенка. – К.: Здоров’я, 2005.

2. Альбертс Б., Брей Д, Льюис Д. Ж. Молекулярная биология клетки – В з-х т. Пер. с англ. М.:Мир, 1994.

3. Фаллер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки. Руководство для врачей. Пер. с англ. М.:БИНОМ – Пресс, 2003. – 272с.

Автор: проф. Федонюк Л.Я.

Затверджено на засіданні кафедри 13.01.2014 р., протокол № 6