Задания в обеих методичках, выполнять каждое задание в каждой теме. отвечать кратко 5-10 предложений.
В первом задании написать доклад о проблемах биологии, нужен доклад, но кратко.
ПОЛНОЕ ЗАДАНИЕ В ДЕМО ФАЙЛЕ
ЧАСТЬ ДЛЯ ПОИСКА ДУБЛИРУЮ НИЖЕ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Естественнонаучный Институт
Кафедра Биологии
СБОРНИК МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ
К ПРАКТИЧЕСКИМ РАБОТАМ
по дисциплине
ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ
Уровень профессионального образования: высшее образование – бакалавриат
Направление подготовки: 06.03.01 Биология
Профиль подготовки: Биоэкология
Квалификация выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная, очно-заочная
Тула 2020 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Тема: Проблемы современной биологии (выбор темы доклада). Биологическая сложность. Системная биология.. 5
Тема: Свойства живых систем. Масштабы биологии.. 6
Тема: История биологии. Классификация и.. 7
многообразие биологических наук.. 7
Тема: Уровни организации живых систем. Составление устойчивого биоценоза. Методы биологии на различных уровнях изучения живых систем... 9
Тема: Происхождение жизни на Земле. Новые теории. 12
ТЕМа: Циклические изменения деятельности клеток, органов, систем, организма (биоритмы). Отрицательная энтропия живых объектов. Теория информационного воздействия.. 14
Тема: Химия жизни. Основные типы биополимеров.. 18
Тема: Основные пути метаболизма. Клеточное дыхание. Фотосинтез. 21
Тема: Экспрессия генов. Генетический код.. 22
Тема: Универсальная биологическая мембрана. 24
Тема: Методы изучения клеток.. 26
Тема: Клетка. Ядро. Одно- и двумембранные органеллы. Основные типы клеток: прокариотная - бактериальная, и эукариотные - растительная, грибная и животная.. 28
Тема: Типы деления клеток (митоз, мейоз, амитоз). 33
Тема: Половое и бесполое размножение. Развитие живых систем. Онтогенез. Эволюция.. 36
Тема: Биоразнообразие. Сообщества, экосистемы и биосфера.. 39
Введение
Общая биология как учебный предмет – неотъемлемая составная часть естественнонаучного образования на всех ступенях обучения. Как один из важных компонентов образовательной области «Естествознание» общая биология вносит значительный вклад в достижение целей естественнонаучного образования, обеспечивая освоение учащимися основ специальных учебных дисциплин, развитие интеллектуальных и творческих способностей, формирование научного мировоззрения и ценностных ориентаций.
Биология как наука стала носить комплексный характер, её исследования производятся на стыке многих наук: химии, физики и математики. Это привело к возникновению целого ряда молодых наук, которые изучают глубинные, физико-химические основы живого. К таким перспективным направлениям можно отнести молекулярную биологию, биохимию, биофизику, генную инженерию и другие науки. Современный биохимик, молекулярный биолог или исследователь в области генной инженерии должен обладать широким научным кругозором, быть подкованным теоретически и практически в области общей биологии, свободно владеть биологическими методами исследования.
Цель курса – ознакомление со спецификой биологического естественнонаучного знания, его роли в развитии промышленности и культуры, а также с основными идеями и теориями ХХ столетия и развитием идей, характеризующих современную биологию, в начале ХХI столетия. Поэтому в задачи данного учебного курса – общей биологии – входит формирование базовых знаний о фактах, общих закономерностях развития живой природы, а также попытка раскрыть сущность жизни, её основные формы.
В результате освоения программы студенты должны уметь наблюдать и объяснять биологические явления, учиться самостоятельно применять биологические знания в своей будущей практической деятельности, учитывая тот факт, что в результате объединения наук произошло интенсивное обогащение биологии фактическим материалом, новыми теориями, обобщениями. Современная биология настолько сложна и разнообразна, что можно заранее говорить о нелёгком пути в изучении предмета "Общая биология", что предполагает построение занятий по типу семинаров с активным обсуждением, включая полемику сформированных групп и ролевые игры.
ЗАНЯТИЕ 1.
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Система бальной оценки дисциплины «Общая биология».
2. Обсуждение проблем современной биологии для выбора темы доклада в результате самостоятельного анализа публикаций (направление «Проблемы биологии»).
Выбор темы доклада в результате самостоятельного анализа публикаций (направление «Проблемы биологии»)
Современная биология изобилует узловыми проблемами, решение которых может оказать революционизирующее влияние на естествознание в целом и прогресс человечества. Конференции, проводимые по проблемам биологии, обычно включают следующие подразделы:
· Биотехнология
· Геномные и постгеномные технологии
· Экспериментальная биология и охрана окружающей среды
· Биоинформатика.
На научных конференциях в основном освещаются вопросы молекулярной биологии и генетики, физиологии и биохимии мышц, желёз, нервной системы и органов чувств (память, возбуждение, торможение и др.); фото- и хемосинтез, энергетика и продуктивность природных сообществ и биосферы в целом; коренные философско-методологические проблемы (форма и содержание, целостность и целесообразность, прогресс) и др.
Одной из проблем биологии является изначальное многообразие форм жизни, окружающей человека. Все преобразовательные мероприятия, которые человек проводит в биосфере, невозможны без знания богатства главных форм и их взаимоотношений, что предполагает необходимость инвентаризации животных, растений и микроорганизмов в разных районах Земли, ещё далеко не завершенной. Во многих крупных группах организмов неизвестен даже качественный состав входящих в группу видов организмов. Развёртывание инвентаризации требует оживления и резкой интенсификации работ по систематике, полевой биологии (ботаника, зоология, микробиология) и биогеографии.
Важное практическое направление биологических исследований - изучение среды обитания человека в широком смысле и организация на этой основе рациональных способов ведения народного хозяйства. Это направление исследований связано с решением проблемы охраны природы и должно проводиться в основном в биогеоценологическом аспекте.
Следующей проблемой является повышение биологической продуктивности Земли и обеспечение оптимальных условий существования на нашей планете для всё более увеличивающегося численно человечества. К решению этой проблемы привлечено внимание прогрессивных биологов всего мира –зоологов и ботаников, генетиков и экологов, физиологов и биохимиков и др.; их деятельность в этом направлении координируется Международной биологической программой.
При выборе темы доклада студент должен руководствоваться личными пристрастиями, чтобы наиболее полно осветить проблему с разных точек зрения, дав аудитории возможность занять ту или иную позицию по данной проблеме и активно полемизировать с докладчиком.
Для выбора темы доклада кроме самостоятельного поиска в сети Интернет студентам рекомендуется ознакомиться с тематическим материалом по проблемам современной биологии: «Биосфера и человечество», «Строение и функции макромолекул», «Регуляция функций клетки», «Индивидуальное развитие организмов», Трансгенез – проблема или польза?», «Развитие медицины», «Развитие сельского и промыслового хозяйства», изложенном в Теме 1, Раздел №1 «Живые системы и их свойства» (Методические указания по самостоятельной работе студентов, стр. 5 - 13).
ЗАНЯТИЕ 2.
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Свойства живых систем.
2. Масштабы биологии.
Свойства живых систем
При изучении свойств живого особое внимание обратить на целостность, дискретность и отрицательную энтропию биологических систем.
Студенты должны освоить определения важнейших терминов биологии:
· Клетка
· Гомеостаз
· Метаболизм
· Раздражимость
· Наследственность
· Изменчивость
· Онтогенез
· Филогенез
· Целостность
· Дискретность
Масштабы объектов биологии
Задание 1. Выбрать несколько макрообъектов (человек, дерево, мышь и т.д.), микрообъектов (клетки про- и эукариот) и нанообъектов (вирусы, органеллы, крупные биологические молекулы) построить в тетради для практических работ логарифмическую шкалу масштабов объектов биологии. Сделать вывод о разнообразии живых объектов.
ЗАНЯТИЕ 3.
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Биология как наука.
2. Классификация и многообразие биологических наук.
3. История развития биологии.
Биология как наука
Основные темы для обсуждения:
§ Понятие биологии (определение).
§ Понятие жизни и живого. Сущность жизни.
§ Объект изучения биологии – биологические системы.
Классификация и многообразие биологических наук
Биология как наука крайне разнообразна, что диктуется многообразием объектов ее изучения. Биология делится на блоки по изучению:
· Систематических групп
· по объекту исследования
· по его строению, развитию, жизнедеятельности, распространению
· Разных уровней организации живого
· Структуры, свойств и проявлений жизни
· отдельных организмов
· коллективной жизни и сообществ
· Развития живой материи
· По методам исследования
· По использованию в народном хозяйстве
· По созданию теоретической основы для прикладных наук и медицины.
История развития биологии
Задание 1. Используя материал, изложенный в Теме 2, Раздел №1 «Живые системы и их свойства» (Методические указания по самостоятельной работе студентов, стр. 13 - 22), подготовить ответы на вопросы 1 - 5 (стр.22).
Задание 2. Для подготовки к участию в семинаре «История биологии. Классификация и многообразие биологических наук» выполните задания и ответьте на вопросы.
1. Сравните предмет и методы изучения в науках биофизика, биохимия, молекулярная биология. На каком уровне организации живого применимы биофизические методы исследования? Приведите примеры.
2. Дайте характеристику системной биологии как науке. Объясните необходимость возникновения системной биологии в конце 20 века и перечислите основные направления исследований в этой области. Какое достижение Вы считаете наиболее значимым?
3. Сравните предмет и методы изучения в науках популяционная биология, биоценология и экология. На каком уровне организации живого применимы физиологические методы исследования? Приведите примеры.
4. Дайте описание живого как объекта биологической науки. Что такое отрицательная энтропия, саморегуляция и самообновление живых систем? Какие науки оперируют этими понятиями при своих исследованиях?
5. Сравните методы и объем исследования в науках эмбриология и биология индивидуального развития. На каком уровне организации живого применимы биохимические методы исследования? Приведите примеры.
6. Сравните предмет и методы изучения в науках биомеханика и биометрия. На каком уровне организации живого применимы цитологические методы исследования? Приведите примеры.
7. Охарактеризуйте основные направления развития биологии в 16 и 17 веке. В чем диалектика борьбы эпигенеза и преформизма? Какое направление Вы считаете наиболее верным для интерпретации биологических данных?
8. Сравните основные направления развития биологии в 18 и 19 веках.
9. Перечислите основные направления развития биологии в 20 веке. Оцените влияние мировых войн на развитие биологии и ее достижения, приведите примеры.
10. Какова цель и задачи бионики? Представители какого таксона живых объектов наиболее востребованы для построения инженерных моделей?
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Уровни организации живых систем.
2. Разбор принципа устройства биоценоза.
3. Методы биологии.
Студенты должны освоить определения важнейших терминов биологии и уметь охарактеризовать соответственные уровни:
· Клетка
· Ткань
· Орган
· Организм
· Популяция
· Вид
· Биоценоз
· Биогеоценоз
· Биосфера
Задание 1: Опишите биоценоз (самостоятельный выбор) по количеству составляющих его биологических видов. Приведите примеры: в каждом крупном таксоне необходимо написать наиболее характерных для этого биоценоза представителей (используйте бинарную номенклатуру). Сделайте вывод об устойчивости биоценоза.
Методы биологических исследований
Обсудить основные методы биологических исследований:
· Исторический метод.
· Наблюдение (описательный и сравнительный методы).
· Эксперимент.
· Построения и изучения моделей явлений, процессов или систем.
Задание 2: Прочитайте и законспектируйте в тетрадь для практических работ основные определения и понятия.
Как известно, новые теоретические представления и продвижение познания вперед в любой науке всегда определялись и определяются созданием и использованием новых методов исследования. Биология не является исключением из этого правила. Основными методами, используемыми в биологических науках, являются описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный.
Наиболее общим и важным для биологических исследований является исторический метод, позволяющий проанализировать весь ход развития и становления изучаемого объекта. Исторический метод входит в биологию во второй половине XIX в. благодаря Ч. Дарвину, который позволил поставить на научные основы исследование закономерностей появления и развития организмов, становления структуры и функций организмов во времени и в пространстве. С введением этого метода в биологии немедленно произошли значительные качественные изменения. Исторический метод превратил биологию из науки чисто описательной в науку, объясняющую, как произошли и как функционируют многообразные живые системы. Благодаря этому методу биология поднялась сразу на несколько ступеней выше. В настоящее время исторический метод вышел, по существу, за рамки метода исследования и стал всеобщим подходом к изучению явлений жизни во всех биологических науках.
Другим важным и очень распространенным методом в биологии является наблюдение. Каждый исследователь должен обладать известным трудолюбием в наблюдении и сборе фактов. Но простое наблюдение без анализа не предоставляет нам нужного количества полезной информации.
В некоторых источниках наблюдательный метод принято подразделять на описательный и сравнительный. В этом есть принципиальный смысл, т.к. можно проследить историческое зарождение этих методов в биологии. Описательный метод является самым старым методом и основан на наблюдении организмов. Он заключается в сборе фактического материала и описании его. Возникнув в самом начале биологического познания, этот метод долгое время оставался единственным в изучении строения и свойств клеток, тканей и организмов. Описательный метод широко используется и в наше время, особенно в зоологии, ботанике, цитологии, экологии и других науках. Изучение клеток с помощью светового или электронного микроскопа и описание выявленных при этом микроскопических или субмикроскопических особенностей в их строении представляет собой один из теперешних примеров использования описательного метода.
Сравнительный метод также широко используют в разных биологических науках и в наше время. Сравнение приобретает особую ценность тогда, когда невозможно дать определение понятия. Например, с помощью электронного микроскопа часто получают изображения, истинное содержание которых заранее неизвестно. Только сравнение их со светомикроскопическими изображениями позволяет получить желаемые данные.
Метод эксперимента позволяет в контролируемых и управляемых условиях изучать явления природы и в этом смысле является очень удобным, а поэтому чрезвычайно распространенным.
Начиная примерно с 40-х годов XX в. экспериментальный метод в биологии подвергся значительному усовершенствованию за счет повышения разрешающей способности многих биологических методик и разработки новых экспериментальных приемов. Например, была очень повышена разрешающая способность генетического анализа, ряда иммунологических методик. В практику исследований были введены культивированные соматические клетки, выделение биохимических мутантов микроорганизмов и соматических клеток и т. д.
Экспериментальный метод стал широко обогащаться методами физики и химии, которые оказались исключительно ценными не только в качестве самостоятельных методов, но и в сочетаниях с биологическими методами. Например, структура и генетическая роль ДНК были выяснены в результате сочетанного использования химических методов выделения ДНК, химических и физических методов определения ее первичной и вторичной структуры и биологических методов (трансформации и генетического анализа бактерий).
В настоящее время экспериментальный метод характеризуется исключительными возможностями в изучении явлений жизни. Эти возможности определяются использованием:
§ микроскопии разных видов, включая электронную с техникой ультратонких срезов,
§ биохимических методов,
§ высокоразрешающего генетического анализа,
§ иммунологических методов,
§ разнообразных методов культивирования и прижизненного наблюдения в культурах клеток, тканей и органов,
§ маркировки эмбрионов,
§ техники оплодотворения в пробирке,
§ метода меченых атомов,
§ рентгеноструктурного анализа,
§ ультрацентрифугирования,
§ спектрофотометрии,
§ хроматографии,
§ электрофореза,
§ секвенирования,
§ конструкции биологически активных рекомбинантных молекул ДНК и т. д.
Новое качество, заложенное в экспериментальном методе, вызвало моделирование в биологии. Наряду с моделированием на уровне организмов в настоящее время очень развивается моделирование на молекулярном и клеточном уровнях, а также математическое моделирование различных биологических процессов. Исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения моделей их функционирования необходимо в биологии. По существу, на идее моделирования базируется любой метод, однако неизбежным следствием при этом является упрощение рассматриваемого явления или объекта.
Успехи, достигнутые в результате использования экспериментального метода, сопровождались изменениями в подходах к изучению явлений жизни. Продвижение вперед биологических наук в XX-XXI вв. во многом определилось также возникновением и развитием системно-структурного подхода к изучению организации и функций живых организмов, анализом и синтезом получаемых данных о структуре и функциях исследуемых объектов. Экспериментальный метод в современном оснащении и в сочетании с системно-структурным подходом в корне преобразил биологию, углубил ее познавательные возможности, расширил представления о научной картине мира, еще больше связал ее с производством, с медициной.
Задание 3. Найти достоинства и недостатки каждого метода на конкретных примерах. Студент выбирает живой объект, предлагает аспект его изучения – внешнее или внутреннее строение, особенности физиологии и биохимии, поведение, экологию питания и размножения и т.д. Затем выбирает методы, которыми можно получить эти данные и обсуждает с группой в рамках дискуссии полноту и адекватность возможных результатов исследования. Особое внимание необходимо обратить на материальные затраты, возможность постоянного контроля за изменениями в системе и влияние условий (естественных или искусственных) на конечный результат.
ЗАНЯТИЕ 5.
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Происхождение жизни на Земле – одна из проблем биологии.
2. История развития представлений о зарождении жизни.
3. Гипотезы происхождения жизни на Земле.
Задание 1. Подготовиться к обсуждению по вопросам:
1) Современная естественнонаучная картина мира.
2) История развития представлений о зарождении жизни.
3) Вселенная и жизнь.
4) Гипотезы происхождения жизни на Земле и других планетах.
Происхождение жизни на Земле – одна из проблем биологии
Происхождение жизни - одна из методологически важных проблем биологии, которую не снимает ни маловероятное предположение о занесении жизни на Землю из других миров (см. Биогенез, Панспермия), ни теории о постоянном возникновении жизни на нашей планете во все периоды её истории (см. Абиогенез). Научный подход здесь состоит в том, чтобы выяснить, в каких условиях зарождалась жизнь на Земле (это произошло несколько млрд. лет назад), и попытаться моделировать процессы, которые при этом могли происходить, реконструируя экспериментально последовательные этапы возникновения жизни. Так, на основании данных о физическом и химическом состоянии атмосферы и поверхности Земли в ту эпоху получены теоретические и экспериментальные доказательства возможности синтеза простейших углеводородов и более сложных органических соединений - аминокислот и мононуклеотидов, что подтверждает принципиальную вероятность их полимеризации в короткие цепочки - пептиды и олигонуклеотиды.
Однако следующий этап происхождения жизни пока не изучен. Существенным для теории было применение понятия естественного отбора к органическим структурам, находящимся на грани живого и неживого. Естественный отбор может играть конструктивную роль в эволюции только в применении к саморазмножающимся структурам, способным хранить и многократно воспроизводить содержащуюся в них информацию.
Этим требованиям удовлетворяют только нуклеиновые кислоты (преимущественно ДНК), самокопирование которых может происходить лишь при соблюдении ряда условий (наличие мононуклеотидов, подвод энергии и присутствие ферментов, которые осуществляют полимеризацию - комплементарно к существующему полинуклеотиду, повторяя тем самым содержащуюся в нём информацию). Самокопирование других химических соединений и в иных, более простых условиях пока неизвестно. Основная трудность теории, т.о., состоит в том, что для удвоения нуклеиновых кислот нужны ферментные белки, а для создания белков нужны нуклеиновые кислоты. Это напоминает извечную философскую проблему: «что первично – дух или материя? курица или яйцо?».
После появления первичной саморазмножающейся системы её дальнейшую эволюцию представить уже менее сложно - тут начинают действовать уже открытые Дарвином принципы, которые определяют эволюцию более сложных организмов. Поскольку неизвестен механизм возникновения жизни на Земле, трудно оценить вероятность возникновения жизни во внеземных условиях. Исходя из астрономических данных о множественности планетных систем во Вселенной и из достаточно высокой вероятности возникновения условий, совместимых с жизнью, многие учёные допускают множественное возникновение жизни. Однако существует и иная точка зрения, что земная жизнь чрезвычайно редкое, практически уникальное явление в обозримом участке окружающей нас части Галактики (см. Астробиология, Экзобиология).
История развития представлений о зарождении жизни
Необходимые для обсуждения значимые исторические этапы:
· Стихийно-материалистическое мировоззрение Фалеса (8-6 в до н.э.).
· Необходимость возникновения растений и животных по Демокриту.
· Самозарождение жизни (на примере личинок мух в гниющем мясе) и понятие о «жизненной силе» (энтелехии) Аристотеля.
· Уильям Гарвей: «всякое животное из яйца».
· Принцип Реди: «Живое от живого». Развитие эксперимента с гниющим мясом.
· Луи Пастер: гниение и разложение – результат действия микроорганизмов. Окончание эксперимента с гниющим мясом.
· Опарин и Холдейн: живое из неживого в результате биохимической эволюции.
· Стенли Миллер: доказательства принципиальной возможности неорганического пути образования биогенных органических соединений.
· Современные представления: не случайность, а закономерность возникновения жизни (квантовая теория).
Гипотезы происхождения жизни на Земле
Гипотезы, выносимые на обсуждение:
· Креационизм.
· Гипотеза стационарного состояния (панспермия).
· Гипотеза самозарождения живого из неживого и биохимической эволюции.
· Новые теории (например: ферменты – носители жизни).
Необходимо обсудить, что все теории, несмотря на приводимые доказательства, умозрительны, т.к. доказательства – не прямые, а косвенные.
Особенно остановиться на:
1. противоречиях в гипотезе самозарождения живого из неживого и биохимической эволюции,
2. актуальности креационизма по причине биосоциальной природы человека и слиянии наблюдения и веры, эксперимента и веры.
При изложении гипотезы самозарождения живого из неживого и биохимической эволюции особенно остановиться на условиях, благоприятствующих зарождению жизни на Земле.
Условия зарождения жизни на Земле
1. Первоначальное отсутствие жизни до момента ее возникновения.
2. Единая химическая основа.
3. Определенная масса планеты.
4. Наличие в атмосфере восстановителей.
5. Наличие воды.
6. Совокупность определенных физических факторов.
Задание 2. Обсудить необходимость и достаточность совокупности условий в форме ролевой игры: докладчик – оппоненты.
Задание 3. используя ресурсы Интернет, найдите новую теорию происхождения жизни на Земле, кратко изложите ее в тетради для практических работ и докажите, что она не является вариантом трех основных теорий.
ЗАНЯТИЕ 6.
ТЕМа: Циклические изменения деятельности клеток, органов, систем, организма (биоритмы). Отрицательная энтропия живых объектов. Теория информационного воздействия
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Биоритмы и внешние ритмы, влияющие на биоритмы.
2. Обсуждение теории «трёх ритмов».
3. Отрицательная энтропия живых объектов.
4. Зависимость живого от непрерывных потоков информации.
Биоритмы. Внешние ритмы, влияющие на биоритмы
Центральное место среди ритмических процессов занимает циркадианный (циркадный, или околосуточный) ритм, имеющий наибольшее значение для организма. Этот ритм является видоизменением суточного ритма с периодом 24 часа, протекает в константных условиях и принадлежит к свободно текущим ритмам с ненавязанным внешними условиями периодом. Они врожденные, эндогенные, то есть, обусловлены свойствами самого организма. Период циркадианных ритмов (ЦР) длится у растений 23-28 часов, у животных 23-25 часов.
ЦР обнаружены у всех представителей животного царства и на всех уровнях организации. У человека выявлено около 500 функций и процессов, имеющих циркадианную ритмику. В опытах на животных установлено наличие ЦР двигательной активности, температуры тела и кожи, частоты пульса и дыхания, кровяного давления. Суточным колебаниям оказались подвержены содержания различных веществ в тканях и органах, например, глюкозы, натрия и калия в крови, плазмы и сыворотки в крови, гормонов роста и др.
По существу, в околосуточном ритме колеблются все показатели: эндокринные и гематологические, показатели нервной, мышечной, сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем. В этом ритме меняется содержание и активность десятков веществ в различных тканях и органах тела, в крови, моче, поте, слюне, интенсивность обменных процессов, энергетическое и пластическое обеспечение клеток, тканей и органов.
Этому же циркадианному ритму подчинены чувствительность организма к разнообразным факторам внешней среды и переносимость функциональных нагрузок. Также необходимо учесть, что живые организмы находятся в среде с циклическими изменениями ее условий, поэтому внутренние ритмы организмов затягиваются этими изменениями и становятся суточными.
Задание 1. Используя материал, изложенный выше и в Теме 3, Раздел №1 «Живые системы и их свойства» (Методические указания по самостоятельной работе студентов, стр. 23-27), разберитесь, что такое биологические ритмы, каковы их классификации, какие существуют важнейшие природные ритмы, оказывающие значительное влияние на биоритмы.
Задание 2. Подготовьте ответы на вопросы и задания 1 – 11, при необходимости используя современные Интернет-публикации.
1. Дайте характеристику инфрадианным и ультрадианным ритмам. Какие ритмам подчиняется человек, на каком уровне организации? Приведите примеры.
2. Каковы особенности планирования эксперимента на дневных животных и животных, ведущих ночной образ жизни? Тема эксперимента – на усмотрение выступающего.
3. Применение опытных фармпрепаратов в экспериментальных клиниках в течение суток – необходима ли корректировка по времени, например, контрольной и опытной группы?
4. Сочетание фактора усиления занятий фитнесом (у студента) или тренировок (у профессионального спортсмена) со временем суток – есть ли необходимость учитывать этот фактор?
5. Нужен ли контроль над объемом и интенсивностью физической нагрузки при изменении условий внешней среды?
6. Проблема расписания занятий: физкультура первой парой – есть ли вред и как его минимизировать? Сравните с проблемой перевода часов на зимнее (летнее) время для человека и сельскохозяйственных животных.
7. Время сдачи биологических жидкостей для анализа и приготовление экстрактов тканей живых организмов: надо ли планировать и как?
8. Хронобиология и улучшение качества жизни.
9. Существует тесная зависимость между фазой солнечного цикла и антропометрическими данными молодежи. Каково Ваше отношение к акселерации? Ответ обоснуйте.
10. Известно, что лунные ритмы хорошо заметны у морских растений и животных, наблюдаются при культивировании микроорганизмов. Какие рекомендации Вы дадите исследователям для постановки экологически ориентированного эксперимента?
11. Как Вы относитесь к мнению психологов, что смена фаз луны вызывает изменения в поведении некоторых людей (в частности, известно, что в новолуние растёт число самоубийств, сердечных приступов и пр.)? Рассмотрите конкретную жизненную ситуацию и выразите к ней отношение с позиций биоэтики.
Обсуждение теории «трёх ритмов»
Задание 3. Используя материал, изложенный в Теме 3, Раздел «Живые системы и их свойства» (Методические указания по самостоятельной работе студентов, стр. 26-27), ознакомьтесь с теорией трех ритмов и сделайте заключение о ее однозначности. Каждому студенту необходимо выбрать позицию «за» или «против» данной теории и попытаться обосновать свое мнение в открытой полемике с оппонентом.
Задание 4. Используя данные таблицы 1, постройте несколько диаграмм, отражающих количество собственных частот колебаний органов. Старайтесь на одной диаграмме, по возможности, группировать данные по частотам органов, относящихся к одной системе. Сделайте вывод, связав эти данные с количеством тканей в органе и особенностями регуляции работы органа.
Задание 5. Используя построенные диаграммы и ресурсы Интернет, укажите наиболее вредные для биоритмов высших млекопитающих внешние ритмы. Особое внимание уделите инфразвуку (0-20 Гц), указав этот диапазон на диаграммах. Перечислите органы, наиболее уязвимые для воздействия инфразвука.
Таблица 1. Частоты собственных колебаний некоторых органов
и структур организма человека
Органы и структуры организма человека
Собственные частоты колебаний, Гц
Бронхи
32,5; 46,0; 76,5; 86,0; 92,0
Венечные (коронарные) сосуды сердца
43,5; 44,0; 95,5
Вилочковая железа (тимус)
69,0; 79,0
Гипоталамус
7,5; 15,0; 100,0
Гипофиз, задняя доля
92,5; 99,0
Гипофиз, передняя доля
91,5; 98,0
Глаза
72,5; 64,0
Глотка
71,5
Гортань
13,5
Мышечная система
23,5; 62,0; 63,0
Диафрагма
91,0
Евстахиева труба
27,0
Желудок
49,0; 55,5; 58,25; 59,75; 73,0
Желчный пузырь
63,5
Кожа
6,0; 26,5; 85,0
Костный мозг
9,0; 93,0
Легкие
72,0
Миндалины
20,5
Надпочечники
52,75; 53,0; 53,5
Отрицательная энтропия живых объектов и зависимость живого от непрерывных потоков информации
При обсуждении данной темы необходимо подробно разобрать основной принцип упорядочивания биологического объекта за счет непрерывного извлечения вещества, энергии и информации из внешней среды на конкретных примерах (прием пищи, обогрев помещений, чтение книг на бумажных и электронных носителях и т.д.).
Задание 6. При обсуждении зависимости живого от непрерывных потоков информации выступающим необходимо подробно остановиться на влиянии количества и качества информации на жизнь биологического объекта, в случае человека – на успешность биологического и социального существования.
ЗАНЯТИЕ 7.
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Химический состав клетки. Самые распространенные элементы. Макро- и микроэлементы.
2. Строение и функции молекул органических веществ (аминокислот, белков, углеводов, липидов). Взаимосвязь строения и функций молекул.
Химический состав клетки. Самые распространенные элементы.
Макро- и микроэлементы
При изучении молекулярных основ жизни необходимо подробно разобрать:
· Количественный и качественный состав самых распространенных элементов, макро- и микроэлементов. Разобрать на примерах конкретных биомолекул состав входящих в них элементов.
· Отсутствие связи между количеством микроэлементов и их значением для жизнедеятельности клетки и организма в целом.
· Содержание, свойства и функции воды в живых объектах. Роль воды в жизни клетки и организма в целом.
· Минеральные соли и их функции в клетке. Буферные свойства гиалоплазмы клеток и тканевой жидкости.
· Роль минеральных солей в образовании межклеточного вещества соединительных тканей и поддержании трансмембранного потенциала.
Строение и функции молекул органических веществ (аминокислот, белков, углеводов, липидов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот). Взаимосвязь строения и функций молекул
Изучаемые вопросы:
· Строение аминокислот. Пептидная связь. Роль пептидов в организме.
· Аминокислоты как основа построения белковой молекулы. Амфотерные свойства аминокислот.
· Классификация аминокислот по строению бокового радикала на незаряженные, полярные и заряженные.
· Классификация белков по химическому составу и форме. Простые и сложные белки.
· Основные свойства фибриллярных и глобулярных белков и их функции.
· Первичная и вторичная структура белков.
· Третичная и четвертичная структура белков.
· Денатурация. Ренатурация.
· Каталитическая функция белков. Ферменты, их строение.
· Активный центр, его строение. Кофактор. Кофермент. Факторы, влияющие на активность ферментов.
· Углеводы, их классификация, строение и функции.
· Моносахариды, их роль в растительной и животной клетке. Олигосахариды.
· Полисахариды, их классификация. Гликоген, крахмал, целлюлоза и их роль в жизни бактерий, грибов, растений и животных.
· Строение и свойства липидов, их классификация и биологические функции.
· Липиды: триглицериды, фосфолипиды, холестерол, липиды на основе сфингозина.
· Нуклеотиды, их строение и функции.
· Аденозинтрифосфат и его роль в клетке.
· Строение и свойства нуклеиновых кислот. Функции ДНК в клетке.
· Первичная структура ДНК. Эухроматин и гетерохроматин.
· Вторичная структура ДНК, правило Чаргаффа. Конденсация ДНК, образование хромосомы.
· Репликация и репарация ДНК.
· Конденсация хроматина в хромосому. Строение хромосом.
· Сходства и различия в структуре ДНК и РНК.
· Разновидности РНК, их функции, количество в клетке и роль в экспрессии генов.
Задание 1. Выполните задания и ответьте на вопросы.
1. Составьте трипептид Met-Asn-Lys. Запишите его в ионизированной форме. Может ли данный фрагмент являться N-концом полипептида? Ответ поясните.
2. Составьте трипептид Ala-Ser-Asp. Запишите его в ионизированной форме и найдите рН, при котором его суммарный электрический заряд равен нулю.
3. Назовите моносахара, являющиеся мономерами строения клеточных стенок и запасных веществ живых организмов. Какие наиболее схожи?
4. Чем отличаются фосфатидилэтаноламин и фосфатидилхолин по строению и распространению в мембранах живых организмов? Что у этих липидов общего?
5. Опишите этапы конденсации ДНК в метафазную хромосому. В чем необходимость этого процесса? На каком этапе происходит инактивация генов?
6. Чем функционально отличаются эухроматин и гетерохроматин? Могут ли хромосомы находиться в ядре? Ответ обоснуйте.
Задание 2: используя данные по химическому составу клетки, постройте диаграмму. Сколько диаграмм потребуется для масштабного отображения данных – одна или две? Почему?
Дано: в организме человека обнаружено 86 постоянно присутствующих элементов периодической системы Д.И. Менделеева. Из них 25 необходимы для поддержания жизнедеятельности, 18 из которых абсолютно необходимы, а 7 - полезны. На долю четырех химических элементов - кислорода, водорода, углерода и азота - приходится около 98% массы клетки (кислород-70%, углерод-16%, водород-9%, азот-2,5%). Другие элементы присутствуют в ней в незначительных количествах: кальций-1%, фосфор-0,5%, калий-0,3% и 0,3% - другие элементы, причем серы 0,15-0,2%, цинка 0,003%, а йода – всего 0,000001%.
Задание 3. Установите, в какой последовательности происходит процесс редупликации ДНК.
1. раскручивание спирали молекулы
2. воздействие ферментов на молекулу
3. отделение одной цепи от другой на части молекулы ДНК
4. присоединение к каждой цепи ДНК комплементарных нуклеотидов
5. образование двух молекул ДНК из одной
Задание 4. Ответьте на вопросы и обоснуйте свои ответы.
1. Почему повышение температуры тела животных выше 42° опасно для жизни?
2. Почему в условиях жаркого лета фотосинтез в растениях идет утром на рассвете и вечером на закате?
Задание 5. Даны элементы: Fe, C, Ca, Na, N, S, Cl, Со, Mg, Ni, O, Zn, H, P, I, K, P, Cu, Мn. Выполните задания и ответьте на вопросы:
1. Сгруппируйте элементы по их содержанию в клетке. Какая зависимость существует между количеством в клетке и биологической значимостью элемента?
2. Выберите элементы, входящие в ферменты и витамины. Поясните, насколько при их отсутствии снижается активность фермента. Как это отражается на метаболизме живого организма?
3. Объясните, чем отличаются особенности минерального питания растений и животных.
4. У каких биологических объектов, по Вашему мнению, возможны серьезные дисбалансы из-за изменения поступления в организм минеральных веществ – у наземных или водных? С чем это может быть связано? Рассмотрите естественные изменения и антропогенного характера.
ЗАНЯТИЕ 8.
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Основные пути метаболизма.
2. Дыхание.
3. Фотосинтез.
Задание 1. Используя материал, изложенный в лекциях и в Теме 4, Раздел №2 «Метаболизм. Экспрессия генов» (Методические указания по самостоятельной работе студентов, тема «Метаболизм» стр. 28-31, тема «Клеточное дыхание» стр. 31-33, тема «Фотосинтез» стр. 33-35), подготовьте развернутые ответы.
· Метаболизм: катаболизм и анаболизм. Основные пути катаболизма.
· АТФ – универсальная энергетическая единица живых организмов, его строение и функции.
· НАД·Н+Н+, НАДФ·Н+Н+, ФАДН2 - коферменты дегидрогеназ. Их роль в переносе атомов водорода в ЭТЦ.
· Метаболизм, сопровождающийся синтезом АТФ преимущественно АТФ-синтазами: фотофосфорилирование, брожение и окислительное фосфорилирование субстратов (клеточное дыхание). Промежуточный метаболизм – уксусное брожение и метаболизм восстанавливающих бактерий.
· 3 стадии окисления глюкозы в клетке, их энергетический выход.
· Клеточное дыхание. Работа электрон-транспортной цепи митохондрий.
· Фотосинтез, характеристика его этапов.
· Фотосинтез, гликолиз, ЦТК, дыхательная цепь. Итоговые уравнения и количество АТФ.
· Клетка как открытая система. Потоки вещества, энергии и информации в клетке.
Необходимо обратить внимание на в 1,5 раза большее количество молекул АТФ, затрачиваемое на синтез молекулы глюкозы, чем получаемое при ее окислении. Обсуждение результата, основываясь на свойствах живых систем.
Задание 2. Укажите, какие из перечисленных ниже веществ, образующихся в реакциях, вызываемых светом, необходимы для фиксации углерода. Дайте характеристику световым и темновым реакциям фотосинтеза и напишите суммарное уравнение синтеза глюкозы.
1) О2 и Н2О
2) АТФ и НАДФ∙Н+Н+
3) АТФ и Н2О
4) Н2О и НАДФ∙Н+Н+
Задание 3. Установите правильную последовательность процессов фотосинтеза.
1. Преобразование солнечной энергии в энергию АТФ
2. Образование возбужденных электронов хлорофилла
3. Фиксация углекислого газа
4. Образование крахмала
5. Преобразование энергии АТФ в энергию глюкозы
Задание 4. Решите задачу. Ответ обоснуйте.
Пристли обнаружил, что мышь не гибнет в закрытом сосуде, если там находится живое растение. Что еще требуется в этих условиях для того, чтобы мышь осталась жива? Исходите из двух возможностей – однодневный эксперимент и длительный.
1) Хлорофилл
2) Вода
3) Ионы водорода
4) Ионы К+, N5+, P5+
5) Химическое соединение, разлагающееся с выделением СО2
6) Химическое соединение, разлагающееся с выделением О2
7) Солнечный свет
8) Источник НАДФ∙Н
9) Органические соединения
10) Семена злаков
ЗАНЯТИЕ 9.
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Общие закономерности передачи генетической информации в биологических системах.
2. Транскрипция.
3. Трансляция.
4. Генетический код и его свойства.
Задание 1. Используя материал, изложенный в лекциях и в Теме 5, Раздел №2 «Метаболизм. Экспрессия генов» (Методические указания по самостоятельной работе студентов, стр. 36-40), подготовьте развернутые ответы.
· Общее направление передачи генетической информации. Исключение - ретровирусы.
· Геном, его характеристика.
· Генетический код, его свойства.
· Транскрипция, ее этапы.
· Трансляция, ее этапы.
· Отличия в работе структурных генов эукариот и прокариот. Оперон прокариот. Позитивная и негативная регуляция.
Обратите внимание, что репликацию, транскрипцию и трансляцию необходимо уметь изображать в виде схем на доске.
Задание 2. Решите задачу. Ответ обоснуйте.
В молекуле ДНК тиминовый нуклеотид составляет 16% от общего количества нуклеотидов. Выберите правильное процентное соотношение в данной ДНК каждого из остальных видов нуклеотидов. Сопроводите свой ответ рисунком. Какой принцип и какое правило Вы использовали для ответа?
1) А – 32%; Г – 24%; Ц – 30%
2) А – 16%; Г – 34%; Ц – 34%
3) А – 16%; Г – 40%; Ц – 40%
4) А – 18%; Г – 32%; Ц – 34%
5) А – 16%; Г – 24%; Ц – 24%
Задание 3. Известно, что реакции матричного синтеза имеют ряд преимуществ перед прочими реакциями. Перечислите эти преимущества. Особое внимание уделите полисомам и укажите, в каких клетках они образуются. В чем состоит «биологическая выгода» использования полисом?
Задание 4. Решите задачу. Ответ обоснуйте.
Участок молекулы ДНК имеет следующий состав: -Г-А-Т-Г-А-А-Т-А-Г-Т-Г-Ц-Т-Т-Ц. Перечислите не менее 3 последствий, к которым может привести случайная замена седьмого нуклеотида тимин на цитозин. Замена восьмого нуклеотида аденин на тимин? Какая замена может иметь более серьезные последствия? Для ответа на вопрос используйте таблицу генетического кода (приведена ниже).
Задание 5. Решите задачу. Ответ обоснуйте.
1) Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГААТЦААТЦГГААТ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
2) Решите задачу, если фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГТТГГГЦТАГГЦТТ.
Генетический код (мРНК)
Первый нуклеотид триплета мРНК
Второй нуклеотид триплета мРНК
Третий нуклеотид триплета мРНК
У
Ц
А
Г
фен
сер
тир
цис
У
У
фен
сер
тир
цис
Ц
лей
сер
STOP
STOP
А
лей
сер
STOP
три
Г
лей
про
гис
арг
У
Ц
лей
про
гис
арг
Ц
лей
про
глн
арг
А
лей
про
глн
арг
Т
иле
тре
асн
сер
Г
А
иле
тре
асн
сер
Ц
иле
тре
лиз
арг
А
мет
тре
лиз
арг
Г
вал
ала
асп
гли
У
Г
вал
ала
асп
гли
Ц
вал
ала
глу
гли
А
вал
ала
глу
гли
Г
Примечание: сокращения аминокислот общепринятые.
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Строение и функции биологических мембран.
2. Пассивный транспорт.
3. Активный транспорт.
Задание 1. Используя материал, изложенный в лекциях и в Теме 6, Раздел №3 «Клетка, ее строение и воспроизведение» (Методические указания по самостоятельной работе студентов, стр. 41-43), подготовьте развернутые ответы.
· Строение и функции биологических мембран.
· Свойства биологических мембран. Межклеточные контакты.
· Пассивный транспорт. Белки-переносчики в мембране.
· Активный транспорт, его разновидности.
· Градиент Na+ и К+ в клетке. Na+/К+-АТФаза.
· Симпорт и антипорт.
· Везикулярный перенос. Роль эндоцитоза и фагоцитоза в клетке.
Задание 2. Опишите свойства универсальной мембраны. Какое свойство основное и почему? Сколько времени составные элементы биологической мембраны могут находиться в неподвижности? Дайте по рисунку характеристику белкам мембраны. Зачем на внешней стороне гидрофильной поры располагается элемент гликокаликса? Как он называется? Можно ли изъять этот белок из мембраны без ее разрушения? Найдите на рисунке гидрофильные и гидрофобные слои мембраны. Чем они образованы?
Задание 2. Какой вид транспорта представлен на рисунке? Охарактеризуйте его. Перечислите органеллы, занятые в процессе, изображенном на верхнем рисунке и на нижнем. Какой связан с катаболизмом, какой с анаболизмом?
Задание 3. Рассмотрите рисунок. С внешней стороны мембраны находятся два вещества, которые поступают внутрь клетки. Опишите эти процессы, охарактеризуйте их энергозатратность. Приведите примеры веществ, поступающих в клетку с помощью этих механизмов. В каком случае изменяется конформация белка, в каком – нет? Чем обеспечивается высокая избирательность одного из процессов?
Занятие 11.
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Методы изучения морфологии клетки. Микроскопия.
2. Методы изучения физиологии и биохимии клетки. Спектроскопия. Рентгеноструктурный анализ.
3. Авторадиография.
4. Методы исследования живых клеток. Культура ткани. Микрохирургия.
5. Фиксация. Цитохимия.
6. Фракционирование клетки.
Задание 1. Используя материал, изложенный в Теме 7, Раздел №3 «Клетка, ее строение и воспроизведение» (Методические указания по самостоятельной работе студентов, стр. 43-45), выполните задания.
1. Какой метод изучения клетки или ее части основан на поглощении клеткой радиоактивного изотопа и выявлении его внутриклеточной локализации? Дайте краткую характеристику методу, ответьте на вопросы и выполните задания:
1) Как изучают полученные этим методом изображения?
2) Этот метод используют только для животных или для всех организмов?
3) Предложите схему эксперимента по определению локализации активного вещества лекарственного препарата и времени его метаболизма и выведения из организма.
4) Какие дополнительные методы Вы рекомендуете использовать в этом эксперименте?
5) Какую фиксацию Вы используете и почему?
6) Сколько объектов необходимо взять в опытную и контрольную группы?
7) Какие объекты Вы выберите – животных или культуру тканей? Ответ обоснуйте с точки зрения биоэтики и однозначности объяснения экспериментальных данных.
2. В чем заключается метод микрургии (микрохирургии) клетки? Дайте характеристику методу в ответах на вопросы:
1) Какое оборудование для этого нужно?
2) Какие манипуляции позволяет осуществлять данный метод и где это можно использовать?
3) На каком уровне организации ведутся эти исследования?
4) В каких науках этот метод особенно востребован?
3. Основной прибор для непосредственного наблюдения клетки - микроскоп. Назовите отличия электронного микроскопа от оптического и ответьте на вопросы:
1) Структуры какого размера можно наблюдать при использовании белого света, ультрафиолетовых лучей и при использовании пучка электронов?
2) Какова разрешающая способность электронного микроскопа?
3) В какой микроскопии используют красители или специальные методы повышения контрастности изображения?
4) Какие объекты в клетке можно наблюдать с помощью оптического микроскопа, а какие – только электронной микроскопией? Придумайте темы исследования для обоих случаев.
4. Первая стадия в лабораторном исследовании компонентов клетки - фракционирование. Перечислите основные этапы фракционирования и назовите четыре морфологически различные фракции, получаемые в результате. Какие методы применяют для дальнейшего разделения? Как идентифицируют выделенные таким образом вещества?
5. Какие исследования доступнее в морально-этическом аспекте при исследовании начальных этапов индивидуального развития человека? Возможно ли, по Вашему мнению, применение достижений клеточной и генной инженерии для решения проблем человечества? Дайте объяснение, используя эволюционный подход.
Занятие 12-13.
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Основные даты развития клеточной теории.
2. Современная клеточная теория.
3. Клетка. Симпласты. Синцитии.
4. Общий план организации клеток.
5. Одномембранные органеллы.
6. Двумембранные органеллы.
7. Прокариотная клетка.
8. Разнообразие и гомологичность эукариотных клеток.
Клеточная теория
Задание 1. Используя материал, изложенный в Теме 8, Раздел №3 «Клетка, ее строение и воспроизведение» (Методические указания по самостоятельной работе студентов, стр. 46-50), выполните задания.
· Охарактеризуйте основные даты развития клеточной теории. Какие достижения, на Ваш взгляд, являются основополагающими?
· Клеточная теория М.Шлейдена и Т.Шванна. В чем ее значение, учитывая время появления? Какое суждение затормозило развитие представлений о воспроизводстве клеток, и кто его разрешил?
· Основные положения современной клеточной теории.
· Докажите сходство клеток разных организмов по строению.
· Объясните, как реализация клеточных генов, одинаковых для каждой клетки организма, приводит к функциональной специализации клетки.
Клетка. Симпласты. Синцитии. Общий план организации клеток. Одномембранные органеллы. Двумембранные органеллы
Задание 2. Подготовьте темы, используя лекционный материал. Требования к освоению материала: студент должен уметь рисовать на доске органоиды и основные элементы их строения и при этом давать необходимые объяснения о связи структуры и функций объекта.
· Структурно-функциональная организация клетки: цитоплазма, ядро, органоиды, включения. Схема строения клетки.
· Строение и функции частей и органоидов клетки. Взаимосвязи строения и функций частей и органоидов клетки.
· Деление органоидов на немембранные, одномембранные и двумембранные.
· Ядро. Хромосомы.
· Многообразие клеток. Симпласты. Синцитии.
Задание 3. Решите тестовые задания с множественным ответом. Поясните ответы.
1. Растительная клетка отличается от животной:
1) Наличием митохондрий и рибосом
2) Наличием рибосом, пластид и вакуолей с клеточным соком
3) Наличием клеточной стенки, пластид и вакуолей
4) Отсутствием микроворсинок и веретена деления
5) Наличием плазмодесм и вакуолей с клеточным соком
2. Из перечисленных пар правильно подобраны:
1) Хромопласт – хранение ферментов
2) Пероксисома – клеточное передвижение
3) Ядрышко – синтез рибосомальной РНК
4) Лизосомы – энергоблок клетки
5) Микротрубочки – кариокинез животных клеток
6) Ядро – участие в регуляции числа органелл
7) Гладкий ЭПР – синтез стероидов
3. Какие свойства характерны для рибосом?
1) Наличие двух разделяющихся субъединиц
2) Построены из рРНК, склеенной углеводами
3) Расположение внутри митохондрий
4) Расположение внутри хлоропластов
5) Мембранное строение
6) Расположение на мембранах ЭПС
7) Расположение на мембранах АГ
Задание 4. Заполните тематическую таблицу.
Структура, локализация и функции основных клеточных элементов
Название
элемента
Локализация и характеристика
Структура,
состав
Основные
функции
Ядро
Клеточная мембрана
(цитолемма)
Хромосомы
Ядрышки (одно или несколько)
Цитоплазма
Гиалоплазма (матрикс)
Включения
Ограноиды
Митохондрии
Пластиды растительных клеток (хлоропласт, хромопласт, лейкопласт)
Эндоплазматическая сеть (ЭПС)
гладкая (агранулярная)
Эндоплазматическая сеть шероховатая (гранулярная)
Аппарат (комплекс) Гольджи
Лизосомы
Пероксисомы
Тонопласт (вакуоль растительных клеток)
Рибосомы
Микротрубочки
Микрофиламенты
Прокариотная клетка. Разнообразие и гомологичность
эукариотных клеток
Задание 5: Заполните таблицы 1-3, пользуясь специальной литературой и ресурсами сети Интернет. Внимание! В таблицах 1 и 3 избегайте односложных ответов, необходима минимальная характеристика объекта. В таблице 2 выберите признаки, объединяющие грибы и растения, или грибы и животных и внесите в соответствующий столбец.
Таблица 1. Основные различия клеток прокариот и эукариот
Признаки клеточной организации
Прокариоты
Эукариоты
Клеточная стенка
Капсула или слизистый слой
Ядро
Генетический материал
ЭР, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии
Мезосомы
Рибосомы
Жгутики
Размеры
Таблица 2. Сравнительная характеристика основных признаков грибов,
растений и животных
Сходство грибов и растений
Сходство грибов и животных
1. запасное вещество – гликоген
2. неограниченный рост
3. поглощение пищи всасыванием
4. способ питания – гетеротрофы
5. размножение спорами
6. отсутствие способности к движению
7. наличие хитина
8. наличие клеточной стенки
9. вакуоли
10. наличие пластид
11. широкое использование в биотехнологии и медицине
12. присутствие пигмента – меланина
13. способность синтезировать витамины
14. отсутствие пластид
15. в обмене веществ присутствует мочевина.
Таблица 3. Основные различия животной и растительной клеток
Признаки клеточной
организации
Растительная клетка
Животная клетка
Клеточная стенка
Межклеточные контакты
Гликокаликс
Пластиды
Вакуоли
Микроворсинки
Центриоли
Гранулы гликогена
Зерна крахмала
Задание 6. Рассмотрите схемы строения клеток и выполните задания.
1. Определите тип клеток, сделайте обозначения.
2. Укажите органоиды и структуры клеточной поверхности, отличающие растительную клетку от животной. Какие органеллы универсальны для этих типов клеток?
3. Опишите организацию наследственного материала у прокариот и эукариот.
4. Укажите одномембранные органоиды и перечислите их функции.
5. Какие органоиды есть у бактериальной клетки, гомологичные одномембранным органоидам эукариот?
Требования к освоению материала: студент должен уметь рисовать на доске растительную, животную и бактериальную клетки, отмечая на рисунке структурные элементы, давая необходимые объяснения о связи структуры и функций объекта.
Задание 7. Рассмотрите схематический рисунок строения клетки. Обратите внимание на единый мембранный комплекс органелл синтеза. Какой это тип клетки? Предположите ее функцию. Что бы Вы добавили к этому рисунку?
Занятие 14.
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Митоз. Амитоз. Жизненный цикл клетки.
2. Апоптоз. Некроз.
3. Регуляция численности клеток в организме.
4. Мейоз и его биологическое значение.
Митоз. Жизненный цикл клетки. Апоптоз. Некроз.
Регуляция численности клеток в организме
Задание 1. Используя материал, изложенный в лекциях и в Теме 9, Раздел №3 «Клетка, ее строение и воспроизведение» (Методические указания по самостоятельной работе студентов, стр. 51-56), подготовьте краткие сообщения для закрепления материала:
· Способы деления клеток. Митоз. Амитоз.
· Митоз, его биологическая роль.
· Стадии митоза.
· Факторы, влияющие на митотическую активность.
· Биологическое значение митоза.
· Влияние физических нагрузок и стрессов на митотическую активность и ее регуляцию.
· Жизненный цикл клетки.
· G1, S, G2 интерфазы.
· Специализация клеток и стадия покоя (Gх, G0).
· Старение и гибель клеток.
· Апоптоз. Некроз.
· Поддержание постоянного числа клеток во взрослом организме и увеличение числа клеток в эмбриогенезе.
Задание 2. Рассмотрите схему с делящейся клеткой и ответьте на вопросы:
1.
Назовите тип и фазы деления клетки
2. Каков механизм перехода из одной фазы в другую?
3. Какая фаза короче?
4. Животная или растительная клетка приведена на рисунке?
5. Каков хромосомный набор данной клетки?
6. Укажите количество ДНК в S периоде интерфазы. Сколько ДНК в клетке будет в телофазе? После цитокинеза?
Мейоз и его биологическое значение
Задание 3. Используя материал, изложенный в Теме 9, Раздел №3 «Клетка, ее строение и воспроизведение» (Методические указания по самостоятельной работе студентов, стр. 57-59), подготовьте краткие сообщения для закрепления материала и ответьте на вопросы:
· Мейоз, его биологическая роль.
· Стадии мейоза.
· Сходства и различия митоза и мейоза.
· Типы редукций.
· Профаза мейоза.
· Лептотена профазы мейоза.
· Зиготена профазы мейоза.
· Что такое бивалент?
· Что такое синапсис?
· Пахитена профазы мейоза.
· Что такое кроссинговер?
· Диплотена профазы мейоза.
· Что такое хиазмы?
· Диакинез профазы мейоза.
· Метафаза и анафаза 1 мейотического деления.
· Профаза и метафаза 2 мейотического деления.
· Анафаза и телофаза 2 мейотического деления.
· Овогенез и сперматогенез, сходства и отличия.
· Что такое редукционные тельца?
· В клетках с каким набором хромосом возможно правильное протекание мейоза, с каким – нет?
· Объясните, в чем причина стерильности межвидовых гибридов.
· Почему хромосомные мутации (масштабные делеции, дупликации, инверсии или транслокации) накладывают определенные ограничения на правильное протекание мейоза.
· Какие законы генетики связаны с механизмом мейоза?
Задание 4. Выполните тестовые задания с обоснованием ответа.
1. В результате мейоза 1 из сперматоцита 1 порядка образуется несколько сперматоцитов 2 порядка. Выберите правильный ответ и объясните его, сопровождая схематическим рисунком.
1) 2
2) 4
3) 8
2. Какой процесс отсутствует в развитии половых клеток млекопитающих?
1) амитоз
2) мейоз
3) рост
4) размножение
3. Каковы причины образования большого разнообразия гамет в процессе мейоза?
1) наличие одной интерфазы и двух последовательных делений
2) равномерное распределение хромосом между дочерними клетками
3) независимое расхождение негомологичных хромосом
4) строгая зависимость расхождения негомологичных хромосом
Задание 5. Решите задачи.
1. Общая масса молекул ДНК в 46 хромосомах ядра соматической клетки человека составляет 6∙10−9 мг. Определите, чему равна масса всех молекул ДНК в ядрах в конце интерфазы, конце телофазы мейоза I и телофазы мейоза II. Ответ поясните.
2. Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в одной из клеток семязачатка перед началом мейоза, в анафазе мейоза I и анафазе мейоза II. Объясните, какие процессы происходят в эти периоды и как они влияют на изменение числа ДНК и хромосом.
3. Какой хромосомный набор характерен для ядер клеток эпидермиса листа и восьмиядерного зародышевого мешка семязачатка цветкового растения? Из каких исходных клеток и в результате какого деления образуются эти клетки? Какой хромосомный набор характерен для клеток эндосперма семени цветкового растения? Объясните полученные результаты, сопровождая объяснения рисунком.
4. В соматических клетках дрозофилы содержится 8 хромосом. Определите, какое количество хромосом и молекул ДНК содержится при гаметогенезе в ядрах перед делением в интерфазе, в конце телофазы мейоза I и в конце телофазы мейоза II. Объясните, как образуется такое число хромосом и молекул ДНК, сопроводите объяснения рисунком.
Занятие 15-16.
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Половое и бесполое размножение.
2. Развитие живых систем. Онтогенез. Эволюция
Половое и бесполое размножение
Задание 1. Подготовьте развернутые ответы на темы.
· Размножение организмов. Эволюция способов размножения.
· Бесполое, половое размножение. Партеногенез.
· Половой диморфизм. Биологические и социальные аспекты репродукции человека.
· Бесполое размножение одноклеточных организмов, его виды.
· Половое размножение одноклеточных организмов, его виды.
· Бесполое размножение многоклеточных организмов, его виды.
· Половое размножение многоклеточных организмов, его виды.
· Нерегулярные типы полового размножения.
Задание 2. Решите тестовые задания с множественным ответом. Поясните ответы.
1. Характерные черты бесполого размножения:
1) В размножении участвует одна родительская особь
2) В размножении участвует одна, но гермафродитная особь
3) Может осуществляться фрагментацией родительской особи
4) Споры образуются не всегда
5) Половые клетки образуются не всегда
6) Может осуществляться делением яйцеклетки (полиэмбриония)
7) Невозможность получения клона
2. Отличительными признаками полового размножения организмов является:
1) Образование половых клеток раздельнополыми организмами
2) Образование женских и мужских половых клеток гермафродитными организмами
3) Возможность получения организмов, идентичных родителям
4) Слияние генетического материала гаплоидных ядер
5) Наличие специализированных половых клеток – гамет
6) Образование гамет только в специализированных структурах (гаметангиях, гонадах)
7) Жизненный цикл заканчивается смертью организма
3. Некоторые растения в культуре размножаются исключительно черенками, что позволяет:
1) Получить больше посадочного материала, чем при размножении семенами
2) Получить более жизнеспособное потомство
3) Получить растения с новыми признаками
4) Закрепить полезные свойства растений
5) Сохранить признаки сорта
6) Способствовать эволюции растений
Задание 3: Заполните таблицы 1-2, пользуясь специальной литературой и ресурсами сети Интернет. Внимание! В таблице 1 должно быть не менее 3 примеров, в таблице 2 избегайте односложных ответов, необходима минимальная характеристика показателя.
Таблица 1. Формы бесполого размножения
Бесполое размножение
Одной клеткой
(моноцитогенное)
Группой клеток
(полицитогенное вегетативное)
Деление родителя
надвое
Множественное деление (шизогония)
Покование (неравномерное деление)
Образование спор
Образование почек, стеблевых и корневых клубней, луковиц
Упорядоченное де-
ление
Неупорядоченное
деление
(фрагмен-
тация)
Почко-
вание
В эмбриогенезе
1.
2.
3.
Таблица 2. Общая характеристика бесполого и полового размножения
Показатель
Способ размножения
Бесполое
Половое
Клеточные источники наследственной информации для развития потомка
Родители
Потомство
Главный клеточный механизм
Эволюционное значение
Жизненный цикл
Развитие живых систем. Онтогенез. Эволюция
Задание 1. Подготовьте развернутые ответы на темы. Вопросы, связанные с постэмбриональным онтогенезом, выносятся на широкое обсуждение с участием всей группы в форме дискуссии.
· Биология индивидуального развития. Биологическое время, биологический возраст.
· Понятие об онтогенезе, его периодизация.
· Закономерности эмбрионального онтогенеза. Производные зародышевых листков.
· Рост организма. Взаимоотношения роста и дифференцировки в процессе развития.
· Закономерности постэмбрионального (постнатального) онтогенеза. Эволюция органического мира. Причины, механизмы и закономерности эволюции живых систем.
· Восстановительные процессы в организме, влияние внешних и внутренних факторов на восстановительные процессы.
· Регенерация органов и тканей как процесс развития.
· Старость как этап онтогенеза. Морфофизиологическая характеристика процессов старения.
· Теории старения. Молекулярные механизмы старения. Продолжительность жизни. Долголетие.
· Смерть как этап онтогенеза. Клиническая, биологическая смерть.
· Эволюция органического мира. Причины, механизмы и закономерности эволюции живых систем.
· Проблемы целесообразного устройства организмов, эволюционного прогресса, разнообразия биологических видов.
· Генетические обоснования эволюционных процессов.
· Эволюционизм до Дарвина, по Дарвину, современное понимание механизмов эволюции органического мира.
· Эволюция биосферы.
Задание 2. Выполните тестовые задания с обоснованием ответа.
1. Выберите наиболее правильное, по Вашему мнению, определение онтогенеза. Обоснуйте свой выбор.
Онтогенез – это:
1) Индивидуальное развитие организма
2) Совокупность последовательных преобразований, происходящих в организме от зиготы до конца жизни
3) Совокупность последовательных морфологических, физиологических, биохимических преобразований биологического объекта
2. Укажите неверный ответ и поясните свой выбор.
Какой этап онтогенеза называется эмбриональным?
1) Зародышевый период, от оплодотворения яйцеклетки до выхода из яйца или рождения молодой особи у животных
2) Эмбриональный период характерен только для организмов, размножающихся половым путем
3) Эмбриогенез характерен для всех живых организмов
4) У растений эмбриональный период от зиготы до прорастания семян
3. Эмбриональное развитие большинства многоклеточных животных включает несколько этапов. Выберите правильный ответ и сопроводите его рисунками и обозначениями. Этапы эмбрионального развития:
1) Дробление и гаструляция
2) Дробление и органогенез
3) Гаструляция и органогенез
4) Дробление, гаструляция и органогенез
5) Дробление, бластуляция, гаструляция и органогенез
Занятие 17.
Круг обсуждаемых вопросов:
1. Биоразнообразие.
2. Взаимоотношения организма и среды.
3. Надорганизменные уровни существования живого. Сообщества, экосистемы.
4. Агроценозы, их отличие от биоценозов.
5. Биосфера.
6. Антропогенное воздействие на природу.
Задание 1. Подготовьте развернутые ответы на темы. Вопросы, связанные с биоразнообразием, а также перспективами и опасностью влияния человека на биосферу, выносятся на широкое обсуждение с участием всей группы в форме дискуссии.
· Разнообразие жизни на Земле. Многообразие биологических видов - основа организации и устойчивости биосферы.
· Макросистематика живых организмов. Вирусы как особая форма организации материи.
· Сообщества. Трофические отношения между организмами. Продуценты, консументы, редуценты. Пищевые цепи, пирамиды.
· Типы биологических отношений в сообществах: симбиоз, мутуализм, комменсализм, нейтрализм, хищничество, паразитизм, конкуренция (межвидовая и внутривидовая), аменсализм.
· Среда как экологическое понятие. Основные среды жизни: водная, наземно-воздушная, почва.
· Факторы среды: абиотические, биотические, антропогенные. Основные типы биотических связей. Специфика паразитизма.
· Абиотические факторы среды. Свет: роль света в жизни растений и животных. Температура: специфика адаптаций растений и животных к изменениям температуры. Способы регуляции температуры тела у животных. Адаптации к экстремальным температурам. Влажность: роль воды в жизни наземных организмов.
· Время как экологический фактор в жизни растений и животных. Цикличность физиологических функций организмов. Экологические группы животных по типу суточной активности. Сезонные ритмы.
· Популяции. Значение соотношения полов, возрастных, территориальных и поведенческих отношений в структуре популяций.
· Биоценоз, его устойчивость. Биогеоценоз. Принципиальные черты структуры биогеоценоза как надорганизменной системы.
· Агроценозы, их отличие от биоценозов. Проблемы стабилизации антропогенных ландшафтов.
· Экосистемы и биосфера. Понятие об экосистемах, их состав. Сбалансированность экосистемы. Устойчивость экосистем.
· Биосфера – глобальный уровень существования живого. Ноосфера как этап развития биосферы. Перспективы и опасность влияния человека на биосферу.
· Виды антропогенного воздействия на природу: прямое уничтожение, изменение среды обитания, перераспределение веществ, воздействие на биогеохимические циклы, производство новых веществ. Последствия нарушения человеком природных связей.
Задание 2. Выполните тестовые задания с обоснованием ответа.
1. Саморегуляция численности популяций обеспечивается:
1) Действием ограничивающих факторов
2) Возникновением изоляции
3) Модификационной изменчивостью
4) Наследственной изменчивостью
2. Видовая структура биогеоценоза леса характеризуется:
1) Ярусным размещением организмов
2) Многообразием обитающих в нем организмов
3) Преобладанием организмов-продуцентов
4) Преобладанием организмов-консументов
3. Биогеоценоз считают открытой системой, т.к. в нем постоянно происходит:
1) Приток энергии
2) Саморегуляция
3) Круговорот веществ
4) Борьба за существование
4. Выберите правильные утверждения. Биогеоценоз -
1) Состоит из отдельных, не взаимосвязанных организмов
2) Состоит из структурных элементов: видов и популяций
3) Целостная система, способная к самостоятельному существованию
4) Открытая система, нуждающаяся в поступлении энергии извне
5) Система, характеризующаяся отсутствием биогенной миграции атомов
5. Укажите неверное утверждение.
Оставленный человеком агроценоз гибнет, так как:
1) Культурные растения вытесняются сорняками
2) Он не может существовать без удобрений и ухода
3) Он не выдерживает конкуренции с естественными биоценозами
4) Усиливается конкуренция между культурными растениями
6. Агроценоз характеризуется признаками:
1) Высокой продуктивностыо культурных растений
2) Большим видовым разнообразием
3) Взаимосвязями организмов, не обеспечивающими его устойчивость
4) Полным круговоротом основных питательных веществ
5) Неполным круговоротом основных питательных веществ
7. К причинам экологического кризиса в современную эпоху не относится:
1) Рациональное природопользование
2) Сельскохозяйственная деятельность человека
3) Строительство плотин на реках
4) Увеличение протяженности шоссейных дорог
8. К невосполнимым энергетическим ресурсам на Земле относится:
1) Нефть
2) Торф
3) Древесина
4) Ветер
9. Основная причина исчезновения видов растений и животных в настоящее время:
1) Изменение климата
2) Естественное заболачивание территорий
3) Деятельность человека
4) Сезонные изменения
10. Живое вещество биосферы - это совокупность всех:
1) Растений и животных планеты
2) Живых организмов планеты
3) Многоклеточных организмов планеты
4) Всех организмов планеты
11. Решению проблемы устойчивого развития биосферы способствует:
1) Сокращение численности ряда видов
2) Вселение новых видов в сообщества
3) Уничтожение вредителей сельскохозяйственных культур
4) Устранение загрязнения окружающей среды
Задание 3. Выполните задания и подготовьте развернутые ответы на вопросы.
1. Докажите, что биоразнообразие является ведущим фактором устойчивости экосистем. Приведите примеры последствий при исчезновении одного из видов на планете, рассмотрите случай с разветвленной и неразветвленной пищевой цепью.
2. Назовите условия устойчивого существования популяций. Как нивелируются в природе последствия естественной динамики численности ("волны жизни")? Сравните с последствиями сокращения видового разнообразия вследствие хозяйственной деятельности человека.
3. Приведите доводы, которые Вы бы использовали для объяснения невозможности сбора растений из Красной книги в полемике с взрослым человеком и с ребенком.
4. Какой прием повышения биопродуктивности Вы считаете недопустимым с позиций биоэтики?
5. Генная инженерия – больше пользы или вреда с точки зрения экологии человека и экологии ГМО? Разберите на конкретных примерах.
6. Дайте объяснение понятию «функциональная целостность биосферы». Являются ли необратимые изменения экосистем следствием только расхода ресурсов? Какова точность экологического прогноза?
7. Какое антропогенное воздействие на природу (прямое уничтожение, изменение среды обитания, перераспределение веществ, воздействие на биогеохимические циклы, производство новых веществ) является, по Вашему мнению, самым необратимым? Расположите воздействия в порядке усиления эффекта.
8. В чем заключается концепция экоразвития (“устойчивого развития”)? Признаете ли Вы роль действий отдельного человека для сохранения природы?
1.Курс лекций.
2.Биология. Углубленный курс. 6-е изд., испр. и доп. Учебник для бакалавров. Ярыгин В.Н. Издательство: М.: Издательство Юрайт. 2015 . - 763 с. http://www.studmedlib. ru/ru/book/ ISBN9785991622103.html (доступ по паролю).
3.Биология, 2-е изд. Учебник и практикум для прикладного бакалавриата. Ярыгин В.Н. Издание 2. Издательство: М.: Издательство Юрайт. 2014. - 453 с. http://www.studmedlib. ru/ru/book/ ISBN9785991641074, 9785969215436.html (доступ по паролю).
4.Чебышев Н.В. Биология: Учеб.пособие / Н.В. Чебышев, Г.Г. Гринева.-М.:ГЭОТАР-МЕД, 2008.
5.Биология. Современный курс. 3-е изд., испр.и доп. / под ред. А.Ф.Никитина.- СПб. : СпецЛит, 2008.- 494 с. : ил. http://library.tsu.tula.ru/ellibraries/all_news.htm
6.Биология: учебник для мед. вузов : в 2 кн. Кн.1 / В.Н. Ярыгин [и др.]; под ред. В.Н. Ярыгина .— 8-е изд. — M. : Высш. шк., 2007 .— 431 с. : ил.
7.Биология : учебник для мед. вузов : в 2 кн. Кн.2 / В.Н. Ярыгин [и др.]; под ред. В.Н. Ярыгина .— 8-е изд. — M. : Высш. шк., 2007 .— 334 с. : ил.
8.Пехов, А.П. Биология : медицинская биология, генетика и паразитология : учебник для мед. вузов / А. П. Пехов .— М. : ГЭОТАР-Медиа, 2010 .— 656 с. : ил.
9.Чебышев, Н. В. Основы экологии: учебное пособие / Н. В. Чебышев, А. В. Филиппова.— Москва: Новая волна: Изд. Умеренков, 2010 .— 336 с. : ил.
10. Мамонтов, С. Г. Биология : учебник для вузов / С. Г. Мамонтов, В. Б. Захаров, Т. А. Козлова ; под ред. С. Г. Мамонтова .— 3-е изд., стер. — М. : Академия, 2008 .— 569 с. : ил.
11. http://library.tsu.tula.ru/ellibraries/all_news.htm
12. ru.wikipedia.org - (образовательный портал, содержащий довольно полную и лаконично изложенную информацию по строению и биологии различных групп, пользоваться лучше через ключевые слова).
13. academic.ru - (образовательный портал, содержащий более или менее полноценную информацию, хорошо иллюстрированный).
14. http://www.licey.net/bio/biology - лекции по общей биологии
15. http://www.biosis.com/ - BIOSIS - Информационная база по биологии.
16. http://www.bioexplorer.net/ - Bioexplorer.Net
18. http://www.examen.ru\db\examineBase\catdoc_id Информация о размножении и развитии организмов.
19. http://www.rusbiolog.ru/2007/12/15/polovoe-sozrevaniezhivotnykh.html Половое созревание животных.
20. http://www.rusbiolog.ru/2008/08/18/skhemy-mitoza-i-mejjoza.html Митоз и мейоз.
21. http://www.school.edu.ru/default.asp - Российский общеобразовательный портал.
22. http://www.geneforums.com/ - Биологический форум.
23. http://www.sbio.info/ - Вся биология - первое биологическое сообщество.
24. http://www.college.ru/biology/course/content/chapter1/section2/paragraph1/theory.html-Прокариоты.
25. http://scools.keldysh/rusch1964/project3 - Строение клетки.
26. http://www.rusbiolog.ru/2008/08/18/skhemy-mitoza-i-mejjoza.html Митоз и мейоз.
27. http://www.ecolife.ru/ - Научно-популярный и образовательный журнал «Экология и жизнь» (рекомендован ВАК и Министерством Образования РФ).
28. http://ecoportal.su/ - Всероссийский экологический портал.
29. http://floranimal.ru/gallery.php?c=10&=0 - Экология. Биотические отношения.
30. http://www.darwin.museum/ru/expos/fioorl/LivePlanet/5.htm - Экология. Природные сообщества.