РАЗДЕЛ 1 БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ

Биология - наука о живых системах, закономерностях и механизмах их возникновения, существования и развития.

Существующая живая природа прошла длительный многоэтапный путь исторического развития. Элементарной структурной единицей биологических систем является клетка.

Впервые клетки с помощью микроскопа увидел и описал в 1665 г. Р. Гук. В 1839 г. Т. Шванн и М. Шлейден создали клеточную теорию, согласно которой клетки являются основой живых существ. В 1858 г. Р. Вирхов дополнил клеточную теорию положением о том, что всякая клетка происходит от другой клетки в результате деления.

Клетки характеризуются физико-химическими свойствами, размерами, формой.

Клетки делятся на прокариотические и эукариотические. Прокариотические клетки более древние (возникли около 3-3,5 млрд лет назад) и устроены более просто. Они образуют организмы-прокариоты (бактерии, сине-зеленые водоросли). Эукариотические клетки возникли позже (около 1-1,4 млрд лет назад), имеют более сложное строение и образуют одноклеточные и многоклеточные организмы-эукариоты (растения, грибы, животные).

Особую группу мельчайших организмов, не имеющих клеточного строения, составляют вирусы. Они занимают пограничное состояние между живыми биологическими системами и неживыми и произошли, очевидно, от клеточных организмов. Изучение морфофункциональных особенностей различных бактерий и вирусов является важным моментом для понимания их участия в возникновении и развитии стоматологических заболеваний человека.

Тема 1.1. Клеточный и неклеточный уровни организации биологических систем

Цель. Знать основные современные методы изучения клеток. Знать и уметь анализировать структуру клеточных и неклеточных организмов при световой или электронной микроскопии. Иметь представление о физико-химических свойствах клеток, функциях их структур.

Задание для студентов

Работа 1. Методы изучения клеток

Изучите и перепишите в тетрадь таблицу.

Работа 2. Химический состав клетки

Изучите и перепишите таблицу.

Работа 3. Молекулярная организация биологической мембраны

(по Б. Альберту, 1994) Изучите по рис. 1 трехмерное изображение мембраны. Обратите внимание на то, что липиды в мембране образуют бислой (представлены фосфолипидами, холестеролом и гликолипидами). Белки погружены в бислой липидов, их меньше, молекулы крупнее. Отметьте, что белки могут передвигаться в липидах и именно они в основном определяют специфику функций мембран.

Работа 4. Строение бактерии

Изучите по рис. 2 строение прокариотической (бактериальной) клетки.

Рис. 1. Строение биологической мембраны:

1 - липидный бислой; 2 - молекула белка; 3 - молекула липида

Рис. 2. Строение прокариотической клетки:

1 - жгутик; 2 - рибосомы; 3 - запасные питательные вещества; 4 - капсула; 5 - плазматическая мембрана; 6 - кольцевая молекула ДНК (нуклеоид); 7 - стенка клетки; 8 - мезосома; 9 - цитоплазма; 10 - тилакоиды (фотосинтетические мембраны)

Работа 5. Строение животной клетки

Изучите на микропрепаратах и по рис. 3 и 4 строение животной клетки, включения гликогена и жира. Зарисуйте несколько клеток.

Рис. 3. Строение животной клетки:

1 - оболочка клетки; 2 - цитоплазма; 3 - ядро

Рис. 4. Включения гликогена в клетках эпителия: 1 - включения гликогена в цитоплазме клеток

A. Строение клеток многослойного плоского ороговевающего эпителия слизистой оболочки твердого неба человека. Окраска гематоксилином - эозином (по Л.И. Фалину, 1963).

Б. Включения гликогена в цитоплазме клеток эпителия слизистой оболочки губы человека. ПАС-реакция (по Л.И. Фалину, 1963).

B. Включения жира в цитоплазме клеток печени. Окраска осмием. Рассмотрите под большим увеличением микроскопа клетки печени.

Найдите в цитоплазме жировые включения в виде круглых черных капель различной величины. Зарисуйте несколько клеток с включениями жира.

Обозначьте: 1 - оболочка клетки; 2 - ядро; 3 - цитоплазма с жировыми включениями.

Работа 6. Строение поверхностного аппарата животной клетки (по А.А. Заварзину, 1982) Изучите по рис. 5 и зарисуйте молекулярную структуру поверхностного аппарата.

Рис. 5. Строение поверхностной структуры животной клетки: 1 - поверхностный аппарат клетки; 2 - надмембранные структуры (гликокаликс); 3 - плазматическая мембрана; 4 - субмембранные структуры (микрофиломенты и микротрубочки); 5 - билипидный слой; 6 - интегральный белок; 7 - полуинтегральные белки; 8 - туннельный белок; 9 - поверхностный белок; 10, 11 - гликопротеиды и гликолипиды гликокаликса

Работа 7. Органеллы эукариотических клеток

Заполните таблицу, указав функции перечисленных органелл.

Работа 10. Строение вируса

Изучите по рис. 7 строение бактериофага и его электронную микрофотографию (по Н. Грину, 1990). Зарисуйте схему строения вируса, обозначьте его структуры.

Рис. 7. Строение вируса:

а - строение бактериофага; б - электронная микрофотография бактериофага; 1 - головка вируса; 2 - воротничок; 3 - стержень; 4 - чехол; 5 - базальная пластинка с шипами и отростками

Работа 11. Особенности строения: ДНК- и РНК-содержащих вирусов животных (по А.П. Коротяеву, 1998) Изучите рис. 8 и зарисуйте на выбор несколько вирусов различной формы и размеров.

Рис. 8. ДНК- (а) и РНК-содержащие (б) вирусы

Вопросы для самоподготовки

1. Каковы основные свойства биологических систем?

2. Какие уровни организации биологических систем являются эволюционно обусловленными?

3. Каковы основные положения клеточной теории Т. Шванна, М. Шлейдена, Р. Вирхова? Современное состояние клеточной теории?

4. Каковы основные физико-химические свойства клетки?

5. Каково современное представление о молекулярной организации биологической мембраны и ее функциях?

6. Как устроены прокариотические клетки?

7. Как устроены эукариотические клетки?

8. Как устроены вирусы?

9. Какие существуют гипотезы происхождения эукариотических клеток?

Тестовые задания

Выберите один правильный ответ.

1. ОРГАНЕЛЛАМИ ПРОКАРИОТИЧЕСКИХ КЛЕТОК ЯВЛЯЮТСЯ:

1. Митохондрии

2. Рибосомы

3. Центросома

4. Пластинчатый комплекс

2. УСТОЙЧИВОСТЬ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ВИДОВ БАКТЕРИЙ

К ЛИЗОЦИМУ СЛЮНЫ И СЛЕЗ ОБЪЯСНЯЕТСЯ НАЛИЧИЕМ

В ИХ КЛЕТОЧНОЙ СТЕНКЕ:

1. Белков

2. Мягких липидов

3. Муреина

4. Полисахаридов

3. БОЛЕЗНЕТВОРНЫЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ВИДОВ БАКТЕРИЙ ОБУСЛОВЛЕНЫ НАЛИЧИЕМ В ИХ КЛЕТОЧНОЙ СТЕНКЕ:

1. Полисахаридов. муреина

2. Полисахаридов. липидов

3. Полисахаридов. капсульных полисахаридов

4. Полисахаридов. белков

Выберите несколько правильных ответов.

4. ПО СОВРЕМЕННОЙ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ, КЛЕТКА - ЭТО

СИСТЕМА:

1. Открытая

2. Закрытая

3. Элементарная

4. Универсальная

5. Целостная

5. СВОЙСТВАМИ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЯВЛЯЮТСЯ:

1. Целостность и дискретность

2. Размножение

3. Метаболизм

4. Низкая энтропия (негэнтропия)

5. Наследственность и изменчивость

6. Высокая энтропия

6. ЭВОЛЮЦИОННО-ОБУСЛОВЛЕННЫМИ УРОВНЯМИ ОРГАНИЗАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЯВЛЯЮТСЯ:

1. Молекулярно-генетический

2. Клеточный

3. Тканевый

4. Популяционно-видовой

5. Биогеоценотический

7. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ КЛЕТОК ОБЕСПЕЧИВАЮТ:

1. Компартментацию

2. Барьерную функцию

3. Формирование рибосом и полисом

4. Транспорт веществ

5. Рецепцию

Установите соответствие.

8. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ КЛЕТОК:

1. Световая микроскопия

2. Поляризационная микроскопия

3. Флюоресцентная микроскопия

4. Электронная микроскопия

5. Рентгеноструктурный анализ

6. Культура тканей

ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДА:

а) Исследование живых клеток в питательной среде

б) Изучение конфигурации молекул биополимеров

в) Изучение клеточных структур на основе рассеивания ими пучка электронов

г) Изучение клеток в световом микроскопе

д) Исследование клеток, окрашенных веществами-флюорохромами

е) Изучение клеток на основе двойного лучепреломления)

9. ТИП КЛЕТКИ:

1. Прокариотическая

2. Эукариотическая

ХАРАКТЕРИСТИКА ПОВЕРХНОСТНОГО АППАРАТА:

а) Клеточная стенка содержит муреин

б) Клеточная стенка содержит целлюлозу

в) Плазматическая мембрана

г) Гликокаликс содержит липопротеины и гликолипиды

д) Субмембранные структуры - микрофибриллы и микротрубочки.

10. ОРГАНЕЛЛЫ КЛЕТОК

ЭУКАРИОТ:

1. Гладкая эндоплазматическая

сеть (ЭПС)

2. Рибосомы

3. Митохондрии

4. Центросома

5. Пластинчатый комплекс

6. Лизосомы

ИХ ФУНКЦИИ:

а) Синтез белка

б) Синтез углеводов и липидов

в) Деление клеток

г) Образование энергии

д) Внутриклеточное переваривание веществ

е) Выделение веществ из клетки

Литература

Основная

Биология / Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.: Высшая школа, 2001. -

Кн. 1. - С. 18-21, 24-51, 54-55.

Пехов А.П. Биология и общая генетика. - М.: Изд-во РУДН, 1993. -

С. 20-48.

Дополнительная

Альберт Б., Брейд Д. и др. Молекулярная биология клетки. - М.: Мир, 1994. - Т. 1.

Гилберт С. Биология развития. - М.: Мир, 1995. - Т. 1-3. Грин Н, Стаут У., Тейлор Д. Биология. - М.: Мир, 1990. - Т. 1. Заварзин А.А., Харазова А.Д. Основы общей цитологии. - Л.:

Изд-во ЛГУ, 1982.

Тема 1.2. Организация наследственного материала у про- и эукариот. Реализация генетической

информации и ее регуляция

Цель. Знать молекулярную структуру и свойства нуклеиновых кислот, хромосом, стадии биосинтеза белка, принципы регуляции генной активности. Уметь выявлять ДНК в ядрах клеток с помощью реакции Фельгена.

Задание для студентов

Работа 1. ДНК в ядрах клеток

На постоянном препарате под большим увеличением микроскопа рассмотрите в ядрах клеток эпителия слизистой оболочки ротовой полости ДНК, выявленную с помощью реакции Фельгена.

Зарисуйте несколько ядер, в которых ДНК окрашена в пурпурномалиновый цвет.

Работа 2. Молекулярная структура ДНК эукариот

Рассмотрите рис. 1. Зарисуйте строение вторичной (2) структуры

ДНК.

Рис. 1. Строение ДНК эукариот.

Структуры ДНК: 1 - первичная; 2 - вторичная; 3 - третичная.

А - аденин; Г - гуанин - пуриновые азотистые основания; Ц - цитозин; Т - тимин-пиримидиновые азотистые основания; Д - дезоксирибоза; Ф - остаток фосфорной кислоты; Н - нуклеотид

Работа 3. Структурно-функциональная организация ДНК у про- и эукариот

Изучите таблицы, перепишите их в рабочую тетрадь.

Работа 4. Организация наследственного материала у прокариот (нуклеоид)

Рассмотрите рис. 2 и обратите внимание на укладку ДНК в виде петель.

Рис. 2. Укладка ДНК в нуклеоиде прокариот:

1 - кольцевая молекула ДНК; 2 - укладка ДНК в виде петель; 3 - белки, связывающие петли ДНК

Работа 5. Уровни организации интерфазного хроматина

Рассмотрите по рис. 3 уровни организации наследственного материала у эукариот.

Рис. 3. Схема различных уровней компактизации хроматина: а - нуклеосомная нить; б - микрофибрилла; в - интерфазная хромонема; г - молекулярная организация нуклеосомной нити: 1 - нуклеосома; 2 - ДНК; 3 - гистоны Н2А, Н2В, Н3 и Н4; 4 - гистон Н1

Работа 6. Биосинтез белка у прокариот и эукариот

Изучите и зарисуйте процесс биосинтеза белка по схеме 1.

Схема 1. Биосинтез белка у прокариот (а) и эукариот (б)

Работа 7. Транскрипция и процессинг у эукариот

Изучите транскрипцию и процессинг по рис. 4.

Рис. 4. Транскрипция и процессинг у эукариот:

1 - ДНК; 2 - пре-мРНК; 3 - РНК-полимераза; 4 - кодогенная цепь ДНК; 5 - экзоны; 6 - интроны; 7 - зрелая мРНК; Т - терминатор; КЭП и поли-А - концевые последовательности нуклеотидов; ТАЦ и АУГ - инициаторные триплеты

Работа 8. Трансляция. Этапы рибосомного цикла

Изучите и зарисуйте по рис. 5 процесс трансляции.

Рис. 5. Процесс трансляции:

1 - малая субъединица рибосомы; 2 - большая субъединица рибосомы; 3 - аминоацильный (А) центр; 4 - пептидильный (П) центр; 5 - АУГ-инициаторный триплет мРНК; 6 - терминатор мРНК; 7 - инициаторная тРНК; 8 - аминокислоты формирующегося полипептида; 9 - колпачок

Работа 9. Регуляция активности генов у прокариот (схема Жакоба-Моно)

Рассмотрите и зарисуйте изображение регуляции синтеза белка путем индукции и репрессии (рис. 6).

Рис. 6. Регуляция синтеза белка путем индукции (а, б) и репрессии (в, г): а - структурные гены оперона блокированы; б - дерепрессирование генов индуктором; в - при недостаточном количестве конечного продукта (корепрессора) оперон дерепрессирован, а при избыточном - блокирован (г)

Работа 10. Основные принципы регуляции активности генов у эукариот

Изучите и перепишите.

1. У эукариот не установлено оперонной организации генов, так как гены, определяющие синтез ферментов одной цепи биохимических реакций, могут быть рассеяны в геноме и не имеют, как у прокариот, единой регулирующей системы (ген-регулятор, промотор, оператор и т.д.).

2. Регуляция транскрипции у эукариот комбинационная, т.е. активность каждого гена регулируется большим числом генов-регуляторов.

3. У многих эукариотических генов в ДНК имеется несколько зон, узнаваемых разными белками.

4. У эукариот существуют белки-регуляторы, контролирующие работу других регуляторных белков, и их действие может характеризоваться плейотропным эффектом.

5. В регуляции экспрессии эукариотических генов важную роль играют гены энхансеры (усиливают транскрипцию) и сайленсеры (тормозят транскрипцию).

6. В регуляции транскрипции участвуют гормоны, а генной активности - гистоны хромосом.

7. Регуляция экспрессии генов осуществляется на всех этапах реализации наследственной информации.

Вопросы для самоподготовки

1. Каковы особенности организации наследственного материала у про- и эукариот?

2. Какова молекулярная организация и функции нуклеиновых кислот?

3. Что такое ген? Какое определение гена Вы считаете более точным?

4. Каковы особенности строения генов у про- и эукариот?

5. Что такое генетический код и каковы его свойства?

6. Каковы основные этапы биосинтеза белка, в чем их сущность?

7. Каковы механизмы регуляции генной активности у прокариот (схема Жакоба-Моно)?

8. Каковы основные принципы регуляции генной активности у эукариот?

Тестовые задания

Выберите один правильный ответ.

1. ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ЕДИНИЦЕЙ ФУНКЦИИ НАСЛЕДСТВЕННОГО МАТЕРИАЛА ЯВЛЯЕТСЯ:

1. Мутон

2. Рекон

3. Ген

4. Оперон

2. ТРАНСКРИПЦИЮ ОСУЩЕСТВЛЯЕТ ФЕРМЕНТ

1. ДНК-полимераза

2. РНК-полимераза

3. Геликаза

4. Лигаза

3. МУЛЬТИГЕННЫЕ СЕМЕЙСТВА И КОМПЛЕКСЫ В ГЕНОМЕ

СОДЕРЖАТ:

1. Прокариоты

2. Вирусы

3. Эукариоты

4. Фаги

Выберите несколько правильных ответов.

4. СВОЙСТВАМИ ДНК КАК ВЕЩЕСТВА НАСЛЕДСТВЕННОСТИ ЯВЛЯЮТСЯ:

1. Химическая стабильность

2. Репликация

3. Репарация

4. Способность к трансляции

5. БИОСИНТЕЗ БЕЛКА ПРОИСХОДИТ С УЧАСТИЕМ ОРГАНЕЛЛ:

1. Лизосомы

2. Гладкая ЭПС

3. Рибосомы

4. Полисомы

6. ОСОБЕННОСТЯМИ РЕГУЛЯЦИИ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ У ЭУКАРИОТ ЯВЛЯЮТСЯ:

1. Отсутствие оперонной организации генов

2. Наличие оперонной организации генов

3. Наличие комбинационной регуляции транскрипции

4. Регуляция экспрессии генов на всех этапах реализации генетической информации

Установите соответствие.

7. ТРИПЛЕТЫ ДНК:

1. ААГ

2. АГЦ

ТРИПЛЕТЫ мРНК:

а) ГГЦ

б) ЦЦУ

в) УУЦ

г) ГГА

д) ГУА

е) ГЦГ

ж) ЦУЦ

з) УЦГ

Установите правильную последовательность.

8. УПАКОВКИ ДНК В ХРОМОСОМЕ ЭУКАРИОТ:

1. Хромонема

2. Хроматида

3. Нуклеосомная нить

4. Микрофибрилла

9. БИОСИНТЕЗА БЕЛКА У ЭУКАРИОТ:

1. Трансляция

2. Транскрипция

3. Процессинг

4. Посттрансляция

10. РЕГУЛЯЦИИ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ У ПРОКАРИОТ

(СХЕМА ЖАКОБА-МОНО):

1. Считывание информации со структурных генов

2. Образование комплекса индуктор-репрессор

3. Поступление индуктора в цитоплазму прокариота

4. Освобождение оператора от репрессора

5. Образование полицистронного транскрипта

6. Синтез отдельных пептидов

Литература

Основная

Биология / Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.: Высшая школа, 2001. - Кн. 1. - С. 65-138, 147-152, 163-171.

Пехов А.П. Биология с общей генетикой. - М.: Изд-во РУДН, 1993. - С. 95-112, 141-154, 166-171.

Дополнительная

Альберт Б. и др. Молекулярная биология клетки. - М.: Мир, 1994. -

Т. 1.

Гильберт С. Биология развития. - М.: Мир, 1994. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. - Н.: Сибирское университетское издательство, 2003.

Тема 1.3. Воспроизведение на клеточном уровне

Цель. Знать жизненный цикл клеток, процессы, протекающие в митотическом цикле и при терминальной дифференцировке. Иметь представление о механизмах регуляции клеточного цикла. Уметь определять на микропрепаратах фазы митоза и вычислять митотический коэффициент. Знать сущность и биологическое значение мейоза.

Задание для студентов

Работа 1. Клеточный цикл

Соматические клетки организма образуются в результате митоза. В дальнейшем возможны три варианта жизненного пути (цикла) клеток:

1. Клетки готовятся к делению и заканчивают свою жизнь митозом (митотический цикл).

2. Клетки дифференцируются, функционируют и погибают.

3. Клетки переходят в период G₀, в котором могут находиться от нескольких часов до многих лет. При определенных условиях они могут перейти из этого периода в митотический цикл или терминальную дифференцировку.

Изучите и зарисуйте схему жизненного цикла клеток, представленную на рис. 1.

Рис. 1. Жизненный цикл клеток:

G₁ - пресинтетический период; S - синтетический период; G₂ - постсинтетический период;

МЦ (митотический цикл) = G₁ + S + G₂ + митоз;

G_{0 -} период клеточного цикла, который включает:

•  клетки пролиферативного пула медленнообновляющихся тканей;

•  клетки, вышедшие из МЦ для репарации ДНК;

•  клетки, не способные пройти МЦ из-за дефицита питательных веществ или факторов роста;

•  резервные и стволовые клетки; n - гаплоидный набор хромосом;

c - одинарный набор ДНК

Работа 2. Удвоение хромосом и репликация ДНК у эукариот

Удвоение ДНК и хромосом происходит в S-периоде митотического цикла.

Репликация ДНК начинается одновременно во многих местах - точках инициации (рис. 2а). Происходит прикрепление комплекса ферментов («репликативная машина»), ДНК освобождается от гистонов и расплетается, образуется репликационный глазок (рис. 2б). Разделение исходных матричных и синтез новых дочерних цепей ДНК в глазке происходят одновременно в обе стороны в репликационных вилках (рис. 2в). После удвоения ДНК с ними соединяются гистоны, и хромосома становится двойной, состоящей из двух хроматид, которые соединены в области центромеры (рис. 2г).

Рис. 2а. Начало репликации ДНК в хромосоме

Рис. 2б. Образование репликационных глазков и репликационных вилок

Рис. 2в. Синтез ДНК в репликационной вилке:

1 - матричные цепи ДНК; 2 - фермент геликаза, разделяющий цепи матричной ДНК; 3 - ДСБ-белки, препятствующие воссоединению цепей ДНК; 4 - праймаза; 5 - РНК-затравка (синтезируется РНК-полимеразой - праймазой); 6 - ДНКполимераза, синтезирующая дочерние цепи; 7 - лидирующая дочерняя цепь ДНК; 8 - лигаза, соединяющая фрагменты Оказаки отстающей цепи ДНК; 9 - фрагмент Оказаки (150-200 нуклеотидов); 10 - топоизомераза

Рис. 2г. Завершение удвоения ДНК и хромосомы

Изучите схему репликации ДНК и удвоения хромосом, представленную на рис. 2а-2г. Зарисуйте рис. 2в.

Работа 3. Митоз растительных клеток

Рассмотрите под большим увеличением микроскопа микропрепарат корешка лука. Найдите клетки, находящиеся в интерфазе и разных фазах митоза. Зарисуйте и обозначьте:

I - стадии митоза: 1 - профаза;

2 - метафаза;

3 - анафаза;

4 - телофаза;

II - интерфаза (неделящаяся клетка).

Работа 4. Митоз клеток человека

Рассмотрите под малым увеличением цитогенетический препарат лимфоцитов крови человека. Найдите клетку в стадии митоза. Переведите на большое увеличение, поставив иммерсионный объектив (х90). Рассмотрите на препарате метафазную пластинку. Обратите внимание на строение хромосом человека, их размеры, расположение центромеры, количество хроматид в метафазной хромосоме. Определите набор хромосом, найдите гомологичные хромосомы. Зарисуйте метафазные хромосомы с различным расположением центромер.

Работа 5. Определение митотического коэффициента

На микропрепаратах корешка лука посчитайте число делящихся и неделящихся клеток в нескольких полях зрения (около 1000 клеток). Определите митотический коэффициент по формуле:

Число митозов

МК выражается в промилле (%о).

Работа 6. Виды тканей в зависимости от уровня клеточной пролиферации

Стабильные - все клетки находятся в состоянии необратимой дифференцировки. Гибель части клеток в течение жизни организма ведет к убыванию общего количества клеток в ткани.

Растущие - количество клеток в ткани увеличивается, так как доля клеток, идущих в митотический цикл, превышает долю клеток, идущих в дифференцировку.

Обновляющиеся - происходит размножение клеток, однако общее количество клеток остается постоянным, так как половина клеток переходит в необратимую дифференцировку и погибает.

Изучите и перепишите таблицу.

Применение стволовых клеток в медицине и стоматологии

Совершенствование методов выделения стволовых клеток, изучение факторов, регулирующих их рост и дифференцировку, открывает широкие возможности для использования таких клеток в медицине. Стволовыми клетками, взятыми из пуповинной крови или из других тканей, можно заменять собственные поврежденные клетки в любых органах, не опасаясь их отторжения. Применение эмбриональных клеток, терапевтическое клонирование и использование методов генной инженерии позволят выращивать органы и ткани и получать доступный материал для трансплантации. В настоящее время у экспериментальных животных из стволовых клеток удается получить целые зубы или их отдельные ткани (эмаль, пульпу и другие). Так, зародыши зуба, выращенные у мышей из клеток зубного сосочка, после имплантации взрослым животным вместо удаленных резцов прижились и сформировали полноценные зубы. У человека из стволовых клеток пульпы или апикального бугорка удаленных зубов мудрости удалось вырастить корни и периодонтальные связки, на основе которых восстановили (пока - с помощью обычных методов протезирования) коронку зуба. Таким образом в дальнейшем планируется получение материала для аутотрансплантации. Использование мезенхимальных стволовых клеток и композитных материалов позволило разработать имплантаты для замещения костных дефектов в челюстно-лицевой хирургии. Необходимо отметить, что в настоящее время применение стволовых клеток находится на стадии экспериментальных исследований или клинических испытаний. Их широкое внедрение в практическую медицину - дело ближайшего будущего.

Работа 8. Различные направления дифференцировки клеток ротовой полости

Изучите и зарисуйте схему 1.

Схема 1. Направления дифференцировки клеток ротовой полости Работа 9. Регуляция размножения клеток

В обновляющихся тканях постоянное количество клеток поддерживается в результате саморегуляции, осуществляемой по принципу отрицательной обратной связи. При уменьшении количества клеток включаются механизмы, активирующие протоонкогены. Индукция этих генов ведет к синтезу факторов роста, оказывающих митогенную стимуляцию на клетки, находящиеся в Go-периоде, в том числе стволовые клетки. Происходит их усиленное размножение и увеличение количества. Избыток клеток ведет к репрессии протоонкогенов и активации генов-супрессоров, отвечающих за синтез ингибиторов клеточной пролиферации. Периодические колебания числа делящихся клеток, проявляющиеся в суточных ритмах пролиферации, позволяют достичь состояния динамического равновесия - количество клеток поддерживается на том уровне, который необходим для данной ткани.

Изучите схему 2. Приведите примеры факторов роста и ингибиторов клеточного деления.

Схема 2. Саморегуляция клеточной пролиферации

Работа 10. Сравнительная характеристика нормальных клеток и клеток злокачественных опухолей

Спонтанно или при действии канцерогенных факторов могут происходить мутации протоонкогенов или генов супрессоров, регулирующих размножение клеток. Протоонкогены превращаются в онкогены, которые не реагируют на регуляторные факторы и образуют большое количество факторов роста. Повреждение генов-супрессоров не позволяет сдерживать избыточное размножение клеток - возникает опухоль. Для клеток опухоли характерна генетическая нестабильность - в них возникают новые мутации, которые еще больше нарушают регуляцию клеточной пролиферации. Доброкачественная опухоль может трансформироваться в злокачественную.

Изучите таблицу.

Параметры Нормальные клетки Опухолевые клетки

Окончание табл.

5. Фазы митоза. Биологическая сущность и значение митоза.

6. Что такое политения, эндомитоз и полиплоидия?

7. Что такое митотический коэффициент и как он определяется?

8. Какие виды тканей различают в зависимости от их митотической активности? Чем они характеризуются?

9. Чем отличаются жизненные циклы нормальных и опухолевых клеток?

10. Каковы механизмы регуляции клеточного деления?

11. Что такое стволовые клетки? Виды стволовых клеток и их значение для стоматологии.

12. Клеточные циклы и направления дифференцировки при образовании тканей органов ротовой полости человека.

13. Каково биологическое значение и сущность мейоза?

14. Как изменяется набор хромосом, хроматид и ДНК в процессе мейоза?

15. Какие процессы ведут к рекомбинации генетического материала при мейозе?

Тестовые задания

Выбрать один правильный ответ.

1. УДВОЕНИЕ ХРОМОСОМ ПРОИСХОДИТ В ПЕРИОДЕ КЛЕТОЧНОГО ЦИКЛА:

1. Пресинтетическом

2. Постсинтетическом

3. Синтетическом

4. Митозе

5. Go-периоде

2. УВЕЛИЧЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА МОЛЕКУЛ ДНК В ХРОМОСОМАХ ОБЕСПЕЧИВАЕТ:

1. Митоз

2. Мейоз

3. Эндомитоз

4. Амитоз

5. Политения

3. СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ СОХРАНЯЮТСЯ В ПЕРИОДЕ

КЛЕТОЧНОГО ЦИКЛА:

1. G0

2. G₁

3. S

^4. G2

5. В дифференцировке

4. В МЕЙОЗЕ РАСХОЖДЕНИЕ ГОМОЛОГИЧНЫХ ХРОМОСОМ

ПРОИСХОДИТ В:

1. Профазе I

2. Метафазе I

3. Анафазе I

4. Метафазе II

5. Анафазе II

Выберите несколько правильных ответов.

5. КОНЪЮГАЦИЯ ГОМОЛОГИЧНЫХ ХРОМОСОМ В МЕЙОЗЕ

НЕОБХОДИМА ДЛЯ:

1. Удвоения хромосом

2. Кроссинговера

3. Репарации

4. Амплификации

5. Упорядоченного расположения гомологичных хромосом

6. К БЫСТРО ОБНОВЛЯЮЩИМСЯ ТКАНЯМ ОТНОСЯТСЯ:

1. Нервная

2. Эпителий кишечника

3. Паренхима печени

4. Красный костный мозг

5. Эмаль зубов

6. Эпителий языка

7. Эмбриональные ткани

Установите соответствие.

7. КОЛИЧЕСТВО КЛЕТОК:

1. Не изменяется

2. Увеличивается

3. Уменьшается

ТКАНИ:

а) Растущие

б) Медленно обновляющиеся

в) Быстро обновляющиеся

г) Стабильные

8. ПОСЛЕ ДЕЛЕНИЯ:

1. Митоз

2. Мейоз

3. Эндомитоз

КОЛИЧЕСТВО ХРОМОСОМ (n) И ДНК (с)

СОСТАВЛЯЕТ В КЛЕТКЕ:

а) nc

б) п2с

в) 2п2с

г) 4п2с

д) 2п4с

е) 4п4с

9. ФЕРМЕНТ:

1. Геликаза

2. РНК-полимераза

3. ДНК-полимераза

ФУНКЦИИ:

а) Синтез праймеров

б) Вырезание праймеров

в) Разъединение матричных цепей ДНК

г) Стабилизация матричных цепей ДНК

д) Синтез дочерних цепей ДНК

е) Сшивание фрагментов Оказаки

Установить правильную последовательность. 10. СОБЫТИЯ ПРИ РЕПЛИКАЦИИ ДНК:

1. Разделение цепей ДНК

2. Соединение фрагментов Оказаки

3. Синтез праймеров

4. Удаление праймеров

5. Синтез фрагментов Оказаки

Литература

Основная

Биология / Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.: Высшая школа, 2001. -

Кн. 1. - С. 55-60, 72-79, 118-144, 200-207.

Пехов А.П. Биология и общая генетика. - М.: Изд-во РУДН, 1993. -

С. 64-80, 107-112.

Дополнительная

Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. - Новосибирск: Изд-во Новосибирского ун-та, 2002.

Лушников Е.Ф., Абросимов А.Ю. Гибель клетки (апоптоз). - М.: Медицина, 2001.

Епифанова О.И. Лекции о клеточном цикле. - М.: КМК, 2003.