Методичні вказівки до практичного заняття
для студентів 1-го курсу стоматологічного факультету
ЗАНЯТТЯ № 1
Тема: РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИВОГО. ОПТИЧНІ СИСТЕМИ В БІОЛОГІЧНИХ ДОСЛІДЖЕННЯХ. МОРФОЛОГІЯ КЛІТИНИ. БІОЛОГІЯ ВІРУСІВ, БУДОВА ВІРУСУ ІМУНОДЕФІЦИТУ ЛЮДИНИ. КЛІТИННІ МЕМБРАНИ. ТРАНСПОРТ РЕЧОВИН ЧЕРЕЗ ПЛАЗМАЛЕМУ.
Кількість годин: 6
Мета. Вивчити предмет, завдання та значення медичної біології у системі підготовки лікаря. Вивчити еволюційно зумовлені структурні рівні організації життя; елементарні структури рівнів та основні біологічні явища, що їх характеризують. Вивчити будову світлового мікроскопа, правила роботи з ним, методику приготування тимчасових мікропрепаратів.
Вивчити структуру і функції компонентів еукаріотичної клітини і вміти розрізняти їх на мікропрепаратах. Знати морфологічні відмінності між рослинними і тваринними клітинами; шляхи надходження речовин в клітину і з клітини та мембранний принцип організації клітини.
Вивчити мембранний принцип організації еукаріотичної клітини, взаємозв’язок процесів асиміляції і дисиміляції у клітині, механізм транспорту речовин через плазмолему в клітину і з клітини та мембранний принцип організації клітини. Навчитися розв’язувати ситуаційні задачі на енергетичний обмін.
Професійна орієнтація студентів.
З цієї теми починається вивчення біології, медичної генетики та паразитології. Знання будови світлового мікроскопа, правил користування ним, уміння виготовляти тимчасовімікропрепарати – все це студентам необхідно при подальшому навчанні на теоретичних та клінічних кафедрах, у практичній роботі лікаря. В курсі вивчення медичної біології, паразитології та генетики студенти вивчатимуть життєві явища на всіх рівнях організації, а в темі даного заняття вони знайомляться з субклітинним і клітинним рівнями в нормі. Знаючи будову клітини, її ультраструктурну організацію, можна пізнати та зрозуміти закономірності процесів, що забезпечують життєдіяльність окремої клітини й багатоклітинного організму в нормі і при патологічних процесах.
За сучасними уявленнями, мембрани складають основу структурної організації клітини. Мембрани не лише оточують клітину, але і знаходяться у її середині. Тому діяльність мембран великою мірою буде визначати фізіологічний або патологічний стан самої клітини. Знаючи ультраструктуру мембран клітини і розуміючи закономірності її діяльності можна впливати на патологічні процеси для підтримання життєдіяльності цілісного багатоклітинного організму.
Методика виконання практичної роботи: (900 – 1200)
І. ВСТУП ДО МЕДИЧНОЇ БІОЛОГІЇ. РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИВОГО. ОПТИЧНІ СИСТЕМИ В БІОЛОГІЧНИХ ДОСЛІДЖЕННЯХ.
Робота 1. Будова світлового мікроскопа..
1.1. Вивчити будову світлового мікроскопа (рис. 1).
1.2. Описати в альбомі основні частини мікроскопа та їх призначення.
Рис.1. Мікроскоп МБР-1.
1 – ніжка штатива; 2 – колонка штатива; 3 – тубус, 4 – предметний столик; 5 – отвір предметного столика; 6 – гвинти предметного столика; 7 – окуляр; 8 – револьвер; 9 – об’єктиви; 10– макрометричний гвинт; 11 – мікрометричний гвинт; 12 – конденсор; 13 – гвинт конденсора; 14 – діафрагма; 15 – дзеркало.
Робота 2. Правила роботи з мікроскопом.
2.1. Вивчити правила роботи і догляду за світловим мікроскопом.
1. Мікроскоп зберігають захищеним від вологи, пилу та світла. При перенесенні мікроскоп беруть правою рукою за колонку штатива, а лівою підтримують знизу.
2. Окуляр, об’єктив, дзеркало протріть серветкою. Поставте мікроскоп перед собою ближче до лівого плеча. Праворуч від мікроскопа покладіть альбом.
3. Вивчення будь-якого об’єкта починають з малого збільшення. Поставте в робоче положення об’єктив малого збільшення (х8). Для цього повертайте револьвер, поки потрібний об’єктив не займе центроване положення (над отвором предметного столика), про що буде свідчити легке клацання спеціального пристрою револьвера.
4. Підніміть за допомогою макрогвинта об’єктив над предметним столиком на висоту 0,5 см. Відкрийте діафрагму і підніміть конденсор.
5. Дивлячись в окуляр (лівим оком), поверніть дзеркало в напрямку до джерела світла, поки поле зору не буде освітлено яскраво і рівномірно.
6. Покладіть на предметний столик препарат з перехрещених волосин накривним скельцем догори, щоб об’єкт знаходився в центрі отвору предметного столика.
7. Потім під контролем зору повільно опустіть тубус за допомогою макрометричного гвинта, щоб об’єктив знаходився на відстані біля 2 мм від препарату.
8. Дивіться в окуляр і одночасно повільно піднімайте тубус за допомогою макрогвинта, поки в полі зору не з’явиться зображення об’єкта. Запам’ятайте, що фокусна відстань для об’єктива малого збільшення дорівнює приблизно 0,5 см.
9. Щоб перейти до розглядання об’єкта при великому збільшенні мікроскопа, необхідно відцентрувати препарат, тобто помістити точку перехрещення волосин точно в центр поля зору. Для цього, дивлячись в окуляр, пересувайте препарат руками, поки він не займе необхідне положення. Якщо об’єкт не буде відцентрований, то при великому збільшенніточка перехрещення волосин залишиться поза полем зору.
10. Поворотом револьвера за годинниковою стрілкою переведіть в робоче положення об’єктив великого збільшення (х40). Опустіть тубус під контролем ока (дивіться, як опускається тубус, не в окуляр, а збоку) майже до препарату. Запам’ятайте, що фокусна відстань для об’єктива великого збільшення дорівнює приблизно 1 мм!
11. Дивлячись в окуляр, повільно (!) піднімайте тубус, поки в полі зору не з’явиться зображення. Застосовуючи мікрометричний гвинт, потрібно одержати контрастне зображення волосин. Мікрометричний гвинт можна повертати не більше, як на півоберта. Якщо не видно зображення волосин під великим збільшенням, це означає, що препарат був не відцентрований або пропущена фокусна відстань. У цьому випадку перейдіть знову до малого збільшення і виконайте пункти 9-11.
12. При малюванні препарата дивіться в окуляр лівим оком, а в альбом – правим.
Робота 3. Методика приготування тимчасових мікропрепаратів.
3.1. Приготувати тимчасовий мікропрепарат
Рис. 2. Накривання об’єкта накривним скельцем.
Для приготування тимчасових мікропрепаратів потрібні предметні і накривні скельця. Старанно протріть їх серветкою (будьте обережні з ламким накривним скельцем,тримайтейого двома пальцями за грані). Відріжте ножицями частину волосини довжиною біля 3 см, розріжте навпіл і покладіть на предметне скельце.
Нанесіть з піпетки на волосини краплю води і накрийте об’єкт накривним скельцем. Навчіться накривати його так, щоб під накривним скельцем не утворилися пухирці повітря. Для цього з положення під кутом торкніться накривним скельцем краю краплі води, а потім обережно опустіть його на предметне скельце (рис. 2).
Навчіться також нанести краплю води такого об’єму, щоб вона повністю заповнила простір під накривним скельцем. Дуже мала крапля рідини не заповнить весь простір, і пухирці повітря будуть ускладнювати роботу. Взявши занадто велику краплю, ви побачите, що вода виступає за межі накривного скельця. У цьому випадку надлишок води потрібно вибрати смужкою фільтрувального паперу.
Робота 4. Перехрещення волосин
4.1. Приготувати тимчасовий препарат двох волосин, покладених перехресно.
4.2. Розглянути препарат спочатку при малому, а потім при великому збільшенні мікроскопа і замалювати.
Робота 5. Пряме та обернене зображення літери
5.1. Розглянути несиметричну друковану літеру газетного шрифту спочатку під лупою, а потім ту ж літеру – під мікроскопом (7×8).
5.2. Замалювати цю літеру і вказати, що лупа дає пряме, а мікроскоп – обернене зображення.
ІІ. МОРФОЛОГІЯ КЛІТИНИ. СТРУКТУРНІ КОМПОНЕНТИ ЦИТОПЛАЗМИ І ЯДРА.
Робота 6. Клітини плівки цибулі
6.1. 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 побачите у 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.
6.2. Замалювати і позначити оболонку, цитоплазму, ядро, ядерця, вакуолі.
Робота 7. Ультраструктура тваринної клітини (схема)
7.1. Ознайомитися з будовою тваринної клітини за даними електронної мікроскопії (рис. 3).
Рис.3. Схема ультраструктури тваринної клітини.
1 – клітинна мембрана; 2 – гіалоплазма; 3 – ядро; 4 – хроматин; 5 – ядерна оболонка; 6 – ядерце; 7 – ядерна пора; 8 – агранулярна ЕПС; 9 – гранулярнаЕПС; 10 – поодинокі рибосоми;11 – комплекс Гольджі; 12 – мітохондрія; 13 – травні вакуолі з лізосомами; 14 – лізосоми; 15 – пероксисоми; 16 – клітинний центр; 17 – мікротрубочки; 18 – мікрофіламенти
Робота 8. Без’ядерні та одноядерні клітини
8.1. Розглянути під мікроскопом (7×40) препарат мазка крові людини, забарвленого за методом Романовського-Гімза.
8.2. Замалювати і позначити еритроцити (без’ядерні клітини) і лейкоцити (одноядерні клітини).
Робота 9. Багатоядерні клітини
9.1. Розглянути під мікроскопом (7×40) препарат поперечносмугованої м’язової тканини.
9.2. Замалювати кілька волокон і позначити: оболонку (сарколему) волокна, саркоплазму, поперечну посмугованість ядра.
ІІІ. КЛІТИННІ МЕМБРАНИ. ТРАНСПОРТ РЕЧОВИН ЧЕРЕЗ ПЛАЗМОЛЕМУ.
Робота 10. Будова клітинної мембрани.
10.1. Розглянути на таблиці схему будови клітинної мембрани. Відповідно до рідинно-мозаїчної моделі будови, клітинні мембрани – це напівпроникний ліпідний шар із вбудованими в нього білками. Мембранні ліпіди в основному представлені фосфоліпідами, холестерином і гліколіпідами, від співвідношення яких залежить еластичність мембрани та її здатність до екзо- та ендоцитозу. Білки мембран можуть виконувати функцію рецепторів, формувати скелет мембрани, утворювати групи (кластери), які забезпечують транспорт електронів у дихальному ланцюгу. На поверхні цитоплазматичних мембран є гліколіпіди і глікопротеїди із розгалуженими вуглеводними ланцюгами. Вони переплітаються між собою, а також із білками і утворюють глікокалікс. З внутрішнього боку плазматична мембрана часто утворює безліч пальцеподібних виступів – мікроворсинок, що збільшує всмоктувальну поверхню, полегшує перенесення речовин через зовнішню мембрану та їх прикріплення до субстрату.
10.2. Замалювати будову клітинної мембрани. Позначити: цитоплазма, ліпідний бішар, глікопротеїн, гліколіпід, білки, глікокалікс, мікроворсинки.
Рис. 1. Будова клітинної мембрани
Робота 11 . Розв’яжіть ситуаційні задачі, які моделюють етапи енергетичного обміну.
Задача 1. У процесі дисиміляції у м’язах людини відбулося розщеплення 4 моль глюкози, з яких повного кисневого розщеплення зазнала лише половина. Визначте: 1) скільки грамівмолочної кислоти накопичилося в м’язах людини; 2) скільки всього виділилося енергії у кДж?
Розв’язок
1. За умовою задачі, в організмі глюкоза зазнала і повного, і безокисного розщеплення. Визначимо, скільки грамів молочної кислоти і молів АТФ утворилосяприанаеробному розпаді глюкози:
Ферменти
С6Н12О6 → 2С3Н603 + 2АТФ
1 моль 2моль 2моль
180г 2×90=180 г
2×40=80 кДж
Складаємо пропорцію:
1 моль глюкози — 180 г молочної кислоти
2 молі глюкози — 360 г молочної кислоти
Відповідно, при анаеробному розщепленні двох молів глюкози утворюється 4 молі АТФ, у яких запасається 160 кДж енергії.
2. Розрахуємо кількість енергії, накопиченої у вигляді АТФ, у разі повного розщеплення глюкози:
Мітохондрії
С6Н12О6 + 602 + 38АДФ + 38Н3Р04 → 6СО2 + 44Н2О + 38АТФ
1 моль 38моль
180г 1520 кДж
Складаємо пропорцію:
1 моль глюкози — 1520 кДж АТФ (енергії)
2 моль глюкози — 3040 кДж АТФ (енергії)
3. Енергія, акумульована в АТФ при анаеробному і повному розпаді глюкози, становитиме:
160 кДж + 1520 кДж = 1680 кДж АТФ (енергії)
Відповідь: 360 г молочної кислоти; 1680 кДж енергії
Задача 2. У процесі дисиміляції в тканинах людини відбулося розщеплення 6 моль глюкози, з яких повного розщеплення зазнала лише половина. Скільки грамів вуглекислого газу утворилося в організмі людини?
Задача 3. У процесі дисиміляції в тканинах людини відбулося розщеплення 8 моль глюкози, з яких повного розщеплення зазнала лише половина. Визначте скільки молівАТФ утворилося в тканинах людини ?
Задача 4. У процесі дисиміляції в тканинах людини відбулося розщеплення 10 моль глюкози, з яких повного розщеплення зазнала лише половина. Визначте, скільки енергії акумульовано у макроергічних зв’язках АТФ ?
Семінарське обговорення теоретичних питань: (1230 – 1400).
Програма самопідготовки студентів:
І. Вступ до медичної біології. Рівні організації живого. Оптичні системи в біологічних дослідженнях. Медична біологія як наука про основи життєдіяльності людини, що вивчає закономірності спадковості, мінливості, індивідуального та еволюційного розвитку і морфофізіологічної та соціальної адаптації людини до умов навколишнього середовища у зв’язку з їїбіосоціальною суттю.
1. Сучасний етап розвитку загальної та медичної біології. Місце біології в системі медичної освіти.
2. Суть життя. Форми життя, його фундаментальні властивості та атрибути. Еволюційно зумовлені рівні організації життя (молекулярно-генетичний, клітинний, організмовий,популяційно-видовий, біогеоценотичний, біосферний.); елементарні структури рівнів та основні біологічні явища, що їх характеризують. Значення уявлень про рівні організації живого для медицини.
3. Особливе місце людини в системі органічного світу. Співвідношення фізико-хімічних, біологічних та соціальних явищ у життєдіяльності людини.
4. Оптичні системи в біологічних дослідженнях. Будова світлового мікроскопа та правила роботи з ним. Техніка виготовлення тимчасових мікропрепаратів, вивчення та описування.
ІІ. Морфологія клітини. Структурні компоненти цитоплазми і ядра.
1. Клітинна теорія та її сучасний стан. Значення для медицини.
2. Клітинний рівень організації життя: прокаріотичні і еукаріотичні клітини.
3. Компоненти клітини, їх структура і функції: цитоплазма, ядро, цитоплазматична мембрана.
4. Цитоплазма: гіалоплазма, органоїди, включення.
5. Ядро: ядерна оболонка, ядерний сік, ядерце, хромосоми.
6. Органоїди загального і спеціального призначення, їх будова й функції.
7. Включення: трофічні, секреторні, спеціальні.
ІІІ. Клітинні мембрани. Транспорт речовин через плазмолему.
1.Клітина як відкрита система. Асиміляція й дисиміляція.
2.Клітинні мембрани, їх структура та функції. Принцип компартментації.
3.Рецептори клітин.
4.Транспорт речовин через плазмалему.
5.Організація потоків речовини й енергії в клітині. Етапи енергетичного обміну. Енергетичне забезпечення клітини, АТФ. Розподіл енергії.
Тестові завдання та ситуаційні задачі
1. При розгляданні під мікроскопом мікропрепарата волосин чорного кольору виникла необхідність збільшити інтенсивність освітлення. Як цього домогтися, використовуючи конденсор та ірис-діафрагму?
2. Які помилки допустив студент, якщо при переведенні з малого на велике збільшення об’єкт не видно в полі зору? Як усунути ці помилки?
3. Починаючи працювати з мікроскопом, студент виявив, що більша частина поля зору яскраво освітлена, а менша (біля краю) – затемнена. Поворотом дзеркала до джерела світла студенту не вдалося яскраво освітити все поле зору. Як домогтися рівномірного яскравого освітлення поля зору?
4. Яку основну функцію виконують клітини, якщо в них добре розвинуті: А) гранулярна ендоплазматична сітка; Б) апарат Гольджі?
5. Під електронним мікроскопом у клітинах виявлено деструкцію мітохондрій. Які процеси в клітинах порушені?
6. Клітину в експерименті обробили речовинами, які порушили цілісність мембран лізосом. Які зміни відбудуться в клітині?
7. Внаслідок дії іонізуючої радіації в деяких клітинах зруйновано окремі органели. Яким чином будуть утилізуватися клітиною їх залишки?
8. Що зображено на схемі ультраструктури клітини під цифрами: 1-18?
9. Які речовини найбільшою мірою визначають рідинно-мозаїчну будову мембран клітин еукаріот?
10. Які органічні сполуки мембран визначають її рецепторну функцію?
11. Як називається транспорт речовин у клітину і з неї?
12. Що відбудеться із клітиною, якщо зруйнувати мембрану лізосоми?
13. Які органели клітини тварини не містять мембран?
14. Що синтезується на мембранах гранулярного ендоплазматичного ретикулуму?
15. Яка основна функція глікокаліксу?
16. Що відбудеться з еритроцитами при поміщені їх у: А) гіпертонічний розчин; Б) гіпотонічний розчин?
Самостійна робота студентів: (1415 – 1500).
Письмове тестування студентів за системою «MOODLE», здача матрикулів практичних навичок, перегляд тематичних навчальних відеофільмів, тренінг тестів ліцензійного іспиту «Крок – 1», поглиблене вивчення матеріалу тем, винесених на самостійне опрацювання тощо.
Студент повинен знати:
1. Еволюційно обумовлені структурні рівні організації життя. Місце людини в системі органічного світу.
2. Будова світлового мікроскопа та правила роботи з ним.
3. Техніка безпеки при роботі з оптичними приладами та лабораторними інструментами.
4. Морфологічні відмінності між рослинними і тваринними клітинами.
5. Шляхи надходження речовин в клітину і з клітини (ендоцитоз, екзоцитоз).
6. Мембранний принцип організації клітини на основі знань молекулярної будови мембран.
7. Етапи енергетичного обміну.
Студент повинен вміти:
1. Користуватися світловим мікроскопом для вивчення біологічних об’єктів.
2. Уміти приготувати тимчасовий мікропрепарат і провести його мікроскопічний аналіз.
3. Оформити протокол виконаної роботи.
4. Знаходити і розрізняти на препаратах основні компоненти клітини, співвідносити структуру і функцію органоїдів клітини.
5. Проводити дослід про вплив на клітини гіпотонічного і гіпертонічного розчинів з наступним поясненням отриманих результатів.
6. Проводити дослід про вплив на клітини гіпотонічного і гіпертонічного розчинів з наступним поясненням отриманих результатів.
7. Розв’язувати ситуаційні задачі, які моделюють етапи енергетичного обміну.
Вихідний рівень знань та вмінь перевіряється шляхом розв’язування ситуаційних задач.
Вірні відповіді на тести і ситуаційні задачі:
1. Підняти конденсор і відкрити ірис-діафрагму. 2. Відцентрувати мікропрепарат, не пропустити фокусну відстань. 3. Виконати 3-й пункт “Правил роботи змікроскопом”. 4. А) синтезу речовин; Б) секреторну функцію. 5. Кисневий етап енергетичного обміну. 6. Аутоліз. 7. Лізосоми. 9. Ліпіди і білки. 10. Білки. 11. Ендоцитоз і екзоцитоз. 12. Загине. 13. Клітинний центр, рибосоми. 14. Білки. 15. Забезпечення міжклітинної взаємодії. 16. А) зморщення, Б) набряк.
Джерела інформації
1. Біологія: Підручник для студентів медичних спеціальностей ВУЗів ІІІ-ІV рівнів акредитації /Кол. авт.; За ред. проф. В.П.Пішака та проф. Ю.І.Бажори. Вінниця: Нова книга. 2004. – 656с.; 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. (книгаI): 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. Збірник задач і вправ із біології: Навчальний посібник / Кол. авт.: За заг. ред. проф. А.Д. Тимченка. – К.: Вища школа. 1992. – 391 с.; іл.
5. Матеріали для підготовки студентів до практичних занять.
Автор: проф. Федонюк Л.Я.
Затверджено на засіданні кафедри 13.01.2014 р., протокол № 6
