Міністерство освіти і науки України

Запорізький державний університет

О. К. Фролов, Н. В. Новосад, Є. Р. Федотов, В. В. Копійка

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ЛАБОРАТОРНИХ ЗАНЯТЬ

ІЗ ЦИТОЛОГІЇ

(для студентів біологічного факультету денної та заочної форм навчання)

Затверджено

вченою радою ЗДУ

протокол № від

Запоріжжя

2004

УДК 576. 3 (075.8) М 545

Методичні вказівки до лабораторних занять із цитології (для студентів біологічного факультету денної та заочної форм навчання) / Уклад.: О.К. Фролов, Н.В. Новосад, Є.Р. Федотов, В.В. Копійка. – Запоріжжя: ЗДУ, 2004.- 49 с.

Методичні вказівки складені відповідно до програми для ВНЗ. Вони призначені для студентів денної та заочної форм навчання біологічного факультету. Основна їх мета полягає в ознайомленні студентів з основними ознаками клітинного рівня організації життя, яка досягається шляхом аналізу структури і функції біомолекул, органоїдів, причому розгляд клітинних структур іде в філогенетичному аспекті. Структура методичних вказівок побудована за оптимальною педагогічною схемою: цільові установки, перелік питань для самопідготовки, навчальні завдання, завдання для індивідуальної роботи та контролю за успішністю засвоєння знань на заняттях. У ході виконання практичних завдань студенти повинні зробити протокольні записи у формі рисунків, схем, аналітичних висновків, які зараховуються викладачем у кінці заняття.

Рецензент І. Г. Паламарчук

Відповідальний за випуск О.К.Фролов

ЗМІСТ

1. Тема 1. Мікроскоп, приготування препаратів і техніка мікроскопування…...4

2. Тема 2. Еволюція клітинних форм життя…………………………………..…..6

3. Тема 3. Біологічні мембрани……………………………………………….…..10

4. Тема 4. Міжклітинні контакти. Спеціалізовані структури плазматичної мембрани. Клітинні оболонки………………………………………………….12

5. Тема 5. Ядро клітини. ДНК та білки хроматину. Рівні організації хромосом………………………………………………………………………...14

6. Тема 6. Ядро клітини. Метафазні хромосоми. Статевий хроматин. Каріотип…………………………………………………………………………17

7. Тема 7. Ядро клітини. Негенетичні структури. Оболонка, каріоплазма, матрикс. Ядерце та рибосоми…………………………………………………..20

8. Тема 8. Органели цитоплазми. Гіалоплазма. Вакуолярна система………….23

9. Тема 9. Органели цитоплазми. Мітохондрії. Пероксісоми…………………..25

10. Тема 10. Опорно-рухальна система клітини…………………………………..29

11. Тема 11. Розмноження еукаріотичних клітин. Мітоз…………………………33

12. Тема 12. Відхилення від звичайного протікання мітозу: ендомітоз, ендоредуплікація, багатоядерність. Відкритий та закритий мітози. Багатополюсність мітозу та порушення окремих ниток веретена.………….39

13. Тема 13. Розмноження організмів……………………………………………...41

14. Тема 14. Мейоз: цитологічні та генетичні закономірності…………………..42

Список використаної літератури…………………………………………………..47

темА 1

Мікроскоп, ПРИготування препаратів і техніка мікроскопУвання

МЕТА ЗАНЯТТЯ: Ознайомити студентів з інструментами, реактивами, що використовуються на практичних заняттях; вивчити будову оптичного мікроскопу і правила користування ним; вивчити принцип будови електронного мікроскопу, правила і техніку приготування постійних і тимчасових препаратів.

Питання для самостійної РОБОТИ:

1. Історія створення та удосконалення оптичного й електронного мікроскопів.

2. Будова світлового мікроскопа.

3. Правила роботи зі світловим мікроскопом.

4. Підготовка препаратів до мікроскопування.

5. Нові методи у світловій мікроскопії (флуоресцентний, радіоімунний, імуноферментний та ін.) та електронної мікроскопії (заморожування і сколювання та ін.).

6. Вивчення будови і функцій клітин комплексом методів: електронної мікроскопії, біохімії, ультрацентрифугуванням.

Навчальні завдання

ЗАВДАННЯ I. Правила користування світловим мікроскопом МБР-1.

1. Установка мікроскопу: мікроскоп поставити колонкою до себе і центрувати об'єктив малого збільшення (повертати револьвер до клацання). Старі моделі можна злегка нахилити.

2. Освітлення поля зору: дивлячись в окуляр лівим оком (правий відкритий), повертати дзеркало убік джерела світла до максимально яскравого і рівномірного освітлення поля зору. Після цього рухати мікроскоп не можна!

3. Розташування препарату на столику: покласти препарат на предметний столик мікроскопу покривним склом нагору. Аналізований об'єкт повинен знаходитися точно під об'єктивом малого збільшення.

4. Вивчення об'єкта при малому збільшенні: дивлячись збоку на препарат, опустити тубус за допомогою макрогвинта так, щоб відстань між фронтальною лінзою об'єктива і покривним склом препарату була близько 0,5 см. Потім, дивлячись в окуляр, за допомогою макрогвинта підняти тубус до появи чіткого зображення.

5. Вивчення об'єкта при великому збільшенні: для переводу мікроскопа на велике збільшення об'єкт встановити в центр поля зору. Підняти тубус, повернувши макрогвинт до себе на півоберту. Поворотом револьверної системи до клацання встановити об'єктив великого збільшення. Після цього, дивлячись збоку на препарат, опустити тубус за допомогою макрогвинта так, щоб відстань між фронтальною лінзою і препаратом була менше 1 мм. Дивлячись в окуляр, повільно піднімати тубус до появи зображення.

Для точного фокусування і вивчення препарату в глибину повертати гвинт не більш ніж на півоберту.

6. Отримання зображення під імерсією: перед отриманням зображення під імерсією відцентруйте препарат на малому і великому збільшеннях, додайте краплю імерсійної олії на покривне скло препарату та відцентруйте імерсійний об'єктив. Дивлячись збоку, за допомогою макрогвинта обережно опустіть імерсійний об'єктив у краплю імерсійної олії, потім, дивлячись в окуляр, за допомогою макрогвинта треба обережно трохи підняти об'єктив, щоб переконатися, що фокус не пройдений, а потім також дуже обережно опускати імерсійний об'єктив до появи чіткого зображення. Остаточне встановлення фокуса зображення і вивчення препарату в глибину здійснюйте за допомогою мікрогвинта.

7. Перевід мікроскопу на мале збільшення: при переводі мікроскопу з великого збільшення на мале, не підіймаючи тубуса, повернути револьверну систему до установки об'єктива малого збільшення.

8. Завершення роботи: закінчивши роботу, мікроскоп перевести на мале збільшення, зняти препарат.

ЗАВДАННЯ 2. Принцип приготування постійних препаратів для світлового

мікроскопування.

Складіть схему приготування цитологічних і гістологічних препаратів. У схему включити такі етапи: I) взяття зразка; 2) фіксація; 3) відмивання від фіксатора і зневоднення в батареї спиртів зростаючої концентрації і ксилолі; 4) замкнення у парафін і готування блоків; 5) нарізка препаратів на мікротомі; 6) депарафінізація в ксилолі і спиртах понижуючої концентрації; 7) фарбування водорозчинними барвниками; 8) відмивання барвника і зневоднення в спиртах зростаючої концентрації; 9) проводка через ксилол і замкнення у бальзам між предметним і покривним склами.

ЗАВДАННЯ 3. Волокна вати і пузирі повітря під мікроскопом.

Приготуйте тимчасовий препарат, що складається з волокон вати і води з пузирями повітря. Знайдіть на малому збільшенні (об. 10х; ок. 10х) і на великому (об. 40х; ок. 10х) пузир повітря з волокнами вати, вивчить їх в об’ємі, замалюйте в альбом на великому збільшенні.

ЗАВДАННЯ 4. Клітини крові жаби.

Мазок крові жаби. Фіксація метиловим спиртом, фарбування азур-еози-ном по Романовському-Гімза.

Знайдіть на малому збільшенні клітини крові жаби. Роздивіться їх морфологію під імерсією. Більшість клітин препарату - еритроцити. У амфібій вони мають овальну форму й овальне щільне ядро, пофарбоване азуром у синьо-фіолетовий колір. Цитоплазма цих клітин фарбується еозином в оранжево-червоний колір за рахунок гемоглобіну. Крім еритроцитів знайдіть лейкоцити. Лімфоцити мають круглу форму, розмір менше за еритроцит, з щільним круглим ядром і вузьким ободком блакитної (базофільної ) цитоплазми. Рідко зустрічаються еозинофіли. Це округлі клітини, за розміром менші, ніж еритроцити, із 3-4-сегментним щільним ядром і яскраво-жовтогарячою зернистістю в цитоплазмі. Між еритроцитами зустрічаються найменш дрібні клітини - тромбоцити. Вони мають круглу форму , кругле ядро і блідо-фіолетову цитоплазму. Замалюйте по одній клітині: еритроцит, лімфоцит, тромбоцит, еозинофіл (у випадку знаходження).

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ІНДИВІДУАЛЬНОЇ РОБОТИ ТА КОНТРОЛЮ ЗА УСПІШНІСТЮ ЗАСВОЄННЯ ЗНАНЬ НА ЗАНЯТТЯХ

1. Розрішаюча здатність світлового та електронного мікроскопів.

2. Характеристика загального зображення світлового мікроскопу.

3. Як вивчити об’єкт дослідження при переході з малого збільшення на велике?

4. Який ефект імерсійної олії?

5. Артефакти постійних та тимчасових препаратів і засоби їх усунення.

6. Вимоги до фіксуючих розчинів, механізм їх дії.

7. Приготовлені постійні препарати поганої прозорості, мутні. Які імовірні причини?

ТЕМА 2

ЕВОЛЮЦІЯ КЛІТИННИХ ФОРМ ЖИТТЯ

МЕТА ЗАНЯТТЯ : Пізнати основні структурно-функціональні механізми

різноманітності та еволюції клітинних форм

життя основного клітинного вчення.

Питання для самостійної роботи:

1. Макросистема живих організмів у тому числі. неклітинних форм життя.

2. Стислий нарис історії цитології.

3. Сучасні положення клітинної теорії.

4. Загальний план будови клітин про- та еукаріот.

5. Ендосимбіотичні теорії еволюції еукаріотичних клітин.

5.1. Виникнення тригеномної клітини - попередниці царства грибів і тварин.

5.2. Виникнення квадригеномної клітини - попередниці царства рослин.

6. Біологічні (структурно-функціональні) можливості до прогресивної еволюції про- та еукаріот.

Навчальні завдання

ЗАВДАННЯ I. Основні структурно-функціональні розходження про- і еукаріот.

Заповніть таблицю принципових розходжень у загальному плані будови про- та еукаріот.

№	Ознаки	прокаріоти	еукаріоти
1	Розмір клітин , мкм
2	Кількість клітин
3	Типи рибосом
4	Інші органели
5	Клітинні оболонки
6	Тип будови джгутиків
7	Фотосинтез
8	Фіксація азоту
9	Організація генома

ЗАВДАННЯ 2. Філогенетичні етапи еволюції клітин еукаріот (відповідно до ендосимбіотичної гіпотези).

Складіть гіпотетичну схему, що включає: прокаріотичну екологічну систему; тригеномну еукаріотичну клітину; квадригеномну еукаріотичну клітину. При упорядкуванні схеми використовуйте такий гіпотетичний (проте який має вагомі докази) ланцюг еволюційних подій. У середині Архею метаболічне різноманіття досягло великої досконалості у всіх областях біосинтезу, яке могло б виникнути в елементарній клітинній системі: клітини могли синтезувати або утилізувати майже всі складні органічні речовини. Наслідком цього метаболічного різноманіття явилося виникнення екосистем: продуценти, консументи декількох порядків, редуценти. Проте прокаріотична екосистема виявилася тупиковою гілкою еволюції, тому що кожна прокаріотична клітина була вже метаболічно вузькоспеціалізованою. Еволюційний стрибок був пов'язаний із серією послідовних ендосимбіозів з утворенням багатофункціональної еукаріотичної системи.

Тригеномна еукаріотична клітина - прообраз клітин тварин і грибів - виникла з 3-х ендосимбіонтів. Нуклеоцитоплазма утворилася з великих анаеробних мікроорганізмів - хазяїв, але спроможних витримати високі температури і кислотність завдяки тому, що їх ДНК була захищена білками-гістонами. З ними ввійшли в ендосимбіоз (проникли усередину) аеробні мікроорганізми, згодом перетворившись у мітохондрії, що призвело до ефективності енергетичного обміну і синтезу нових складних органічних речовин, зокрема стероїдів, із якими пов'язане удосконалення багатьох метаболічних процесів: синтез гормонів, ліпоїдів, спроможність до піно- та фагоцитозу.

Анаеробна бактерія

Thermaplasma acidophylia

нуклеоплазма

амебоїд

тригеномна еукаріотична клітина

тварини

гриби

1/ нуклеоцитоплазма

2/ мітохондрії

3/ ЦОМТи

Енодосим-

біоз

Енодосим-біоз

аеробна бактерія (проміто-

хондрія)

Спіро-плазма

Найост

Наступним еволюційним кроком до еукаріотичної клітини було набування внутрішньо- і позаклітинної рухливості: центрів організаторів мікротрубочок. Їх привнесли прокаріотичні мікроорганізми за типом спіроплазм, що мають внутрішньотрубочкову систему.

Найостанніша еволюційна подія в серії послідовних ендосимбіозів - набуття еукаріотами спроможності до фотосинтезу. Для цього гетеротрофні еукаріоти фагоцитували фотосинтезуючих прокаріот, але не перетравлювали їх остаточно. Останні надалі еволюціонували в пластиди.

тригеномні

гетеротрофні

еукаріотичні клітини

квадригеномні

аутотрофні

еукаріотичні клітини

рослини

Ендосим-

біоз

фотосинтезуючі прокаріоти

цианобактерії

хлоробактерії

ЗАВДАННЯ 3. Філогенетичні напрямки еволюції еукаріотичних клітин царства тварин.

Від предкової джгутикової клітини найпростіших складіть схему еволюції найпростіших у фізичних межах однієї клітини за рахунок диференціровки внутрішньоклітинних структур, приведіть до появи багатоклітинних тварин.

При упорядкуванні схеми використовуйте такі наукові дані.

Предкова

джгутикова

клітина

Найпростіших

Колоніальна багатоклітинність

Диференціровка клітин

Багатоклітинні тварини

Колоніальні джгутикові

поліплоїдія та диференціровка внутрішньоклітинних структур

інфузорії

джгутикові

споровики

саркодові

Тупик еволюції еукаріот

Поліфункціональність одноклітинних еукаріотичних організмів явилася основою їхньої подальшої еволюції. Проте і еукаріотам на початку не вдалося уникнути тупикових еволюційних ходів. У еволюції найпростіших виділяють два основних філогенетичних напрямки. При першому з них морфофізіологічні перетворення йшли у фізичних межах однієї клітини шляхом поліплоїдії та диференціровки внутрішньоклітинних структур. Найбільшої складності при даному засобі еволюції досягли інфузорії. Проте цей філогенетичний напрямок через поліплоїдію клітинних органоїдів виявився недосконалим, тому що внутрішньоклітинні структури мають обмежену спроможність до модифікацій у силу їх вже вузької спеціалізації.

Другий філогенетичний напрямок йшов через колоніальну багатоклітинність і диференціровку клітин, що їх складають. Даний ланцюг еволюційних подій призвів до появи багатоклітинних тварин. Подібну філогенію можна уявити і для багатоклітинних грибів і рослин.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ІНДИВІДУАЛЬНОЇ РОБОТИ ТА КОНТРОЛЮ ЗА УСПІШНІСТЮ ЗАСВОЄННЯ ЗНАНЬ НА ЗАНЯТТЯХ

1. Які положення клітинної теорії Т.Шванна, Р.Вірхова підтверджені положеннями сучасної цитології? Які залишені?

2. Які докази ендосимбіотичної теорії еволюції клітин еукаріот?

3. Який структурно-функціональний внесок кожного ендосимбіонту?

4. Які структурно-функціональні умови еволюції царства Грибів, Тварин та Рослин?

5. Які обмеження прогресивної еволюції прокаріот?

6. На яких морфо-функціональних особливостях заснована прогресивна еволюція еукаріот?

7. В чому причина тупику еволюції в типі Найпростіших?

ТЕМА 3

БІОЛОГІЧНІ МЕМБРАНИ

МЕТА ЗАНЯТТЯ: Вивчити властивості і регуляцію біомембран - одного з обов'язкових елементів живих організмів.

Питання для самостійної роботи

1. Біомембрани - як обов'язковий структурний елемент клітини в предбіологичний (хімічний) період її еволюції. Загальний план будови.

2. Мембранні ліпіди: фосфоліпіди (фосфогліцероліпіди, фосфосфінголіпіди), гліколіпіди, холестерин; склад, амфіфільність.

3. Властивості біомембран: 1) утворення бішарів і їхня спроможність самозамикатись; 2) рухливість, текучість бішарів; 3) асиметрія бішарів; 4) виборча проникність.

4. Мембранні білки.

5. Плазматична мембрана. Особливість загального плану будови.

6. Функції плазматичної мембрани: механічна, транспортна.

Навчальні завдання

ЗАВДАННЯ I. Транспорт речовин через мембрани.

Поставте в штатив 3 пробірки (хімічні). Налийте в них по 2 мл розчину хлористого натрію різної концентрації: 0,5%, 0,95%, 5%. Додайте в кожну з них 0,05 мл (I крапля) суцільної крові. Через 2 хвилини приготуйте тимчасовий препарат з суспензії клітин і їх залишків з кожної пробірки і мікроскопуйте під збільшенням об. 90х; ок. 10х.

На препараті з першої пробірки під мікроскопом видно залишки еритроцитів у вигляді оболонок; на другому препараті еритроцити мають нормальний вигляд; на третьому - еритроцити зморщені, з шипами.

Замалюйте по одному еритроциту з кожного препарату. Під кожним малюнком зробіть висновок про тип розчинів у досліді (гіпер-, гіпо-, ізотонічний), цитологічне явище, що відбувається з еритроцитами (плазмоліз, гемоліз, нормальна фізіологія), засоби транспорту речовин через мембрану еритроцитів (проста дифузія, полегшена дифузія, активний транспорт).

ЗАВДАННЯ 2. Фагоцитоз нейтрофілів.

Препарат виготовлено із суміші стабілізованої антикоагулянтом периферичної крові та взвісі однодобової культури стафілококу штаму 209. Після 30 хвилин інкубації із суміші виготовляли мазок, фіксували його метиловим спиртом та красили фарбою Романовського-Гімза.

Під імерсією найти вільні нейтрофіли та нейтрофіли, що фагоцитували мікробів. Мікроби фарбуються у темно-вишневий колір, округлі за формою, добре контуруються. Зверніть увагу на різну кількість грудочок у фагосомах нейтрофілів. Замалювати вільний нейтрофіл та нейтрофіл, що фагоцитував. Підписати: ядро, мікроорганізм, кількість мікробних тіл. Вказати стадії фагоцитозу та його тип (специфічний, неспецифічний).

ЗАВДАННЯ 3. Утворення та рециркуляція мембран плазмолеми та вакуолярної системи (схема).

Плазмолема та вакуолярна система клітин відносяться до одномембранних структур. Вони структурно і функціонально тісно зчеплені між собою. Мембрани цих утворень разом із їх вмістом послідовно переходять одна в другу, здійснюючи направлений потік речовин в клітині. Так, речовини, що синтезуються на мембранах ендоплазматичної сітки, пакуються у одномембранні контейнери (пухирці), які транспортуються в апарат Гольджі та зливаються з його проксимальними мембранами. Далі утворені речовини у вигляді секреторних пухирців екзоцитуються за межі клітини, зливаючись з цитолемою або перерозподіляються в інші області клітини: лізосоми, пероксисоми, цитозоль. Крім того, мембрана клітин постійно поглинається а клітину у вигляді ендосом в процесі її ендоцитозу (піно- та фагоцитозу). Ендосоми потім зливаються з первинними лізосомами та перетворюються у вторинні лізосоми. Однак поряд з вищеописаним однонаправленим потоком речовин, запакованих в одномембранні везикули, існує зворотний потік пустотільних сплющених везикул, що повертають мембранам попередню структуру. Безумовно, частка цих контейнерів під час потоку речовин руйнуються, наприклад, у лізосомах. Ця невелика втрата мембран поповнюється новим синтезом їх компонентів ( ліпидів та білків) у гранулярному ендоплазматичному ретикулумі. Він є джерелом всіх клітинних мембран, за винятком двомембранних органел: мітохондрій і пластид. Під час прямого та зворотного потоку мембран іде їх сортування, комплектування так, що кожна цитоплазматична структура має свій специфічний набір мембран.

Замалювати основні шляхи прямого та зворотного потоків мембран в клітині з підписом відповідних органел.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ІНДИВІДУАЛЬНОЇ РОБОТИ ТА КОНТРОЛЮ ЗА УСПІШНІСТЮ ЗАСВОЄННЯ ЗНАНЬ НА ЗАНЯТТЯХ

1. На чому засновані властивості біомембран: текучість, рухливість, здатність до самозамикання, до утворення бішарів?

2. Визначити джерела енергії транспорту речовин через мембрану: проста дифузія, полегшена дифузія, активний транспорт.

3. Який принцип будови білків визначає їх властивості?

4. Яка електонно-мікроскопічна картина сприяла помилковому уявленню про будову біомембран по типу подвійного "сендвічу" і які нові методичні засоби дозволили висунути правильну "мозаїчну теорію"?

5. Вказати структурну різницю цитоплазматичної мембрани від інших клітинних мембран.

6. Де утворюються мембрани і який їх потік в клітині?

ТЕМА 4

МІЖКЛІТИННІ КОНТАКТИ. СПЕЦІАЛІЗОВАНІ СТРУКТУРИ ПЛАЗМАТИЧНОЇ МЕМБРАНИ. КЛІТИННІ ОБОЛОНКИ

МЕТА ЗАНЯТТЯ: Вивчити типи міжклітинних контактів, ознайомитись із спеціалізованими структурами плазматичної мембрани, вивчити особливості будови оболонок клітин про- та еукаріот.

Питання для самостійної роботи

1. Рецепторна роль плазмолеми.

2. Міжклітинні контакти: адгезивні, замикаючі, проводячі.

3. Похідні плазмолеми: війки, джгутики, мікроворсинки.

4. Оболонки клітин прокаріот, рослин, грибів, тварин.

5. Утворення та рециркуляція мембран.

НАВЧАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

ЗАВДАННЯ 1. Рецепторна функція біомембран. Вивчити будову та функції рецепторних білків.

По всій плазмолемі розташовуються численні мембранні білки - рецептори. В утворенні рецепторного комплексу бере участь вуглеводний компонент глікопептидів та гліколіпідів. Рецептори беруть участь у специфічних ліганд-зв’язуючих реакціях. Це означає, що рецептор специфічно комплементарно зв'язується з одним із лігандів. Ліганд - субстрат, антигенна детермінанта, комплементарна активному центру рецептора. Частина рецепторних білків бере участь у полегшеному і активному переносі речовин через плазматичну мембрану. Через іншу частину здійснюється рецепція зовнішніх агентів і регуляція обміну речовин у клітині, її подразливість, рухова реакція та ін. Дану функцію виконують трансмембранні білки. Їх взаємодія з зовнішнім лігандом супроводжується конформаційними перетвореннями білка, що є сигналом трансмембранного переносу інформації. Наприклад, у такий спосіб гормонами регулюється активність клітин-мішеней, що мають до них рецептори. Через рецептор йде перенос інформації від гормону до клітини. При цьому гормон не проникає в клітину. Утворення на зовнішній стороні комплексу гормону (ліганда) і рецептора (його активного центру) супроводжується конформаційними змінами рецептора. При цьому змінюється третинна структура цитоплазматичної ділянки рецептора (хвоста). Дана зміна є сигналом для активації асоційованих з рецепторами, але вже з внутрішньої сторони цитоплазматичної мембрани білків-ферментів, що генерують з АТФ і ГТФ утворення біологічно активних циклічних нуклеотидів, відповідно циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ) і циклічного гуанозинмонофосфату (цГМФ). У свою чергу цАМФ і цГМФ активують спеціальні ферменти кінази, що здійснюють процеси фосфорилювання - перенос фосфатних груп від АТФ до молекул клітинних білків, нуклеїнових кислот. Фосфорилювання призводить до активації або інактивації цих біополімерів. Після стихання зовнішнього сигналу (у відсутності гормону) циклічні нуклеотиди розпадаються, а фосфатні групи знімаються з біополімерів, повертаючи їх із напруженого стана в те, що було до зовнішнього сигналу.

Подібний тип регуляції клітин-мішеней відбувається при імунних реакціях, дії нервової системи, міжклітинних контактах.

Складіть усно схему причинно-слідчих відношень у приведеному прикладі регуляції активності біорегуляторів клітини гормоном "X", включаючи етапи: I) взаємодія рецептора з лігандом (гормоном); 2) активації внутрішньоклітинної аденилциклази; 3) синтез цАМФ; 4) активація кіназ; 5) фосфорилювання (модифікація) біополімерів (білків, нуклеїнових кислот) зі зміною їх функціональної активності.

ЗАВДАННЯ 2. Латеральна дифузія рецепторів у плазмолемі.

Роздивіться схему взаємодії ліганду (антигена) з рецептором імуноглобулінової природи (антитіло) на поверхні В-лімфоциту. Антиген мічений флуорохромом (флуорисцеїном), тому його розташування на поверхні клітини можна реєструвати за допомогою люмінесцентного мікроскопу. На першому етапі взаємодії мітка (флуорисцеїн) розподілена рівномірно, але через деякий час мітка накопичується у вигляді окремих плям (матчінг), а потім збирається разом, утворюючи комплекс (кеппінг). Далі комплекс ліганд-рецептор піноцитується з утворенням ендосоми, в якій антиген фрагментується ферментами лізосом. Через 30 хвилин рецептори до антигену знов регенеруються на поверхні В-лімфоциту.

Схематично замалювати етапи: 1) адгезії антигену; 2) матчінг; 3) кеппінг; 4) ендоцитоз. Пояснити вказані феномени з позицій властивостей біологічних.

ЗАВДАННЯ 3. Міжклітинні контакти.

Роздивиться в практикумі по цитології (див. рекомендовану літературу) мікрофотографії, зроблені за допомогою електронного мікроскопу (мал. 140-144). Використовуючи приведені описи препаратів, зробіть аналіз структури адгезивних контактів (простий контакт, зубчастий контакт, "замок", десмосома), ізолюючого контакту (щільний контакт) і провідного контакту (щілинний контакт). Відзначте їх основні морфологічні особливості і головні функції.

ЗАВДАННЯ 4. Війки епітеліальних клітин кишечнику беззубки.

Одношаровий епітелій, що вистилає кишечник, складається з високих циліндричних клітин, розташованих на базальній мембрані. Ядра в цих клітинах розташовуються на різних рівнях, але завжди в базальних частинах клітин. Базальна частина клітини прилягає до базальної мембрани, апікальна звернена в кишкову порожнину і покрита війками. Ядра мають овальну форму. В них видні глибки хроматину і ядерця. Апікальна поверхня клітин покрита близько розташованими один до одного війками. Їх синхронний рух створює безупинний тік рідини. При вивченні з імерсійною системою апікальних частин епітеліальних клітин видно, що в основі війок розташовується переривчаста лінія. Вона складається з близько розташованих один до одного базальних зерен, від кожного з яких і відходить війка. Під збільшенням об. 40х; ок. 10х замалюйте ділянку епітелію і підпишіть: I) війки, 2) війчасті клітини, 3) ядро, 4) базальна мембрана.

ЗАВДАННЯ 5. Мікроворсинки апікальної поверхні кишкового епітелію і ниркового епітелію хребетних.

За допомогою електронних мікрофотографій, поданих у практикумі (мал. 149, 150) познайомтеся з ультраструктурою мікроворсинок. Використовуйте описи мікрофотографій і підписи до них. Мікроворсинки покриті плазмолемою із глікокаліксом. Усередині їх видно мікрофіламенти.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ІНДИВІДУАЛЬНОЇ РОБОТИ ТА КОНТРОЛЮ ЗА УСПІШНІСТЮ ЗАСВОЄННЯ ЗНАНЬ НА ЗАНЯТТЯХ

1. Який молекулярно-клітинний механізм матчінгу та кеппінгу комплекса ліганд-рецептор.

2. Як передається в цитоплазму сигнал про зв’язок ліганду з рецептором.

3. Чим обумовлена міцність зв’язку клітини за допомогою крапкових десмосом.

4. Яка різниця між скелетними структурами, які складають крапкові десмосоми та опоясуючі десмосоми.

5. Назвати головні функції щільного контакту.

6. Назвати відмінні механізми проведення сполук щільним контактом і синапсом.

7. Назвати основні структурно-функціональні відмінності мікроворсинок і війок.

ТЕМА 5

ЯДРО КЛІТИНИ. ДНК ТА БІЛКИ ХРОМАТИНУ. РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ХРОМОСОМ

МЕТА ЗАНЯТТЯ: Вивчити будову та еволюцію генетичного апарату клітини.

Питання для самостійнОЇ РОБОТИ

1. Основні функції ядра. Загальний план будови.

2. Еволюційні аспекти будови генетичних структур організмів.

3. Інтерфазні хромосоми. Еу- і гетерохроматин.

4. ДНК хромосом. Фракції ДНК.

5. Особливості організації генома еукаріот.

6. Білки хроматину.

7. Рівні структурної організації хромосом.

Навчальні завдання

ЗАВДАННЯ 1. Графологічна структура молекулярних і цитологічних рівнів організації генетичного апарату клітин еукаріот.

Розгляньте і замалюйте представлену схему. Вкажіть підписами молекулярні та цитологічні світлооптичні рівні аналізу генетичного апарату еукаріот.

ЗАВДАННЯ 2. Співвідношення кодуючих та некодуючих ланок ДНК у про- та еукаріот.

Розгляньте умовну ланку хромосоми еукаріот і фракції ДНК, які знаходяться на ній. Визначте процентне відношення кодуючої та некодуючої ДНК по вимірюванню лінійних розмірів. Порівняйте це відношення у прокаріот. Зробіть висновок про еволюційний потенціал цих двох надцарств організмів.

ЗАВДАННЯ 3. Рівні структурної організації хромосом еукаріот.

Розгляньте і замалюйте схему рівнів структурної організації хромосом еукаріот. Виділіть на кожному з них наступні ознаки: назва рівня, структурна одиниця, поперечний діаметр, ступінь скорочення ДНК, участь кислих та лужних білків, нерівномірність укладки та чим вона обумовлена.

1-й рівень конденсації хроматину - нуклеосомний. Структурною одиницею є нуклеосома - гістоновий октамер шароподібної форми (по іншим даним у вигляді шайби). Вона утворена двома молекулами гістонів кожної фракції (Н₃, Н_2а, Н_2б, Н₄). Навкруг нуклеосоми закручена молекула ДНК. Ділянка ДНК між нуклеосомами називається лінкерною. Лінкерні ділянки ДНК асоційовані з Н₁ гістоном, які зближує нуклеосоми в одну нитку діаметром 10 нм (діаметр нуклеосом). Перший рівень укладки дає скорочення в 7 разів. Нуклеосомна організація хромосом є функціонально активною: гени, що помірно транскрибуються, зберігають нуклеосомну організацію. При інтенсивній транскрипції ( наприклад, рибосомальні гени) ДНК звільняється від нуклеосом.

2-й рівень укладки - нуклеомерний. Структурною одиницею є нуклеомер. Нуклеосомна нитка спіралізується біля уявної осі, утворюючи нитку другого порядку діаметром 20 або 30 нм. Існує дві моделі укладки хроматину цього рівня:

1) соленоїдна - рівномірна спіралізація у вигляді індуктивної котушки (соленоїд);

2) глобулярна (найбільш достовірна) - спіралізація ниток ДНП відбувається нерівномірно у вигляді глобул, які об’єднують 8-10 нуклеосом. Утворена одиниця називається нуклеомером. В утворенні нуклеомерів істотну роль відіграє гістон Н_1, однак не виключена участь кислих білків та гетерохроматинових ділянок ДНК. Нуклеомерна укладка дає скорочення в 6 разів (загальне скорочення - більше 40 разів).

3-й рівень укладки - доменний, хромомерний, хромонемний (кожний з цих термінів описує одну з ознак укладки ДНП). Структурна одиниця - хромомер. Даний рівень найменш вивчений і може включати ще кілька проміжних етапів. Перший етап: нитка ДНП другого порядку утворює петлі, які сходяться в одній точці (зближуються в центрі) і скріплюються кінцями кислих білків до осьової структури хромосоми і до негістонового матриксу інтерфазного ядра. Утворюється петлеподібна розетка - хромомера. Довжина петель -10-30 нм (у середньому 3000 н.п.), кількість петель 15-20 шт. В місцях прикріплення петель до білкової осьової структури хромосоми та білкового ядерного матриксу розташовані реплікаційні центри, з яких починається реплікація молекул ДНК в S-періоді. Імовірно, одна петля є одиницею реплікації (репліконом). Хромосоми еукаріот починають реплікуватись зразу ж в багатьох місцях, пов’язаних з петлями розеток, тому за цією ознакою хромосоми еукаріот є полірепліконними.

Другий етап третього рівня: компактизація петель розетки (хромомери). Припускають, що кожна з петель розетки спіралізується біля своєї осі, в наслідок чого утворюється петлеподібна (спіралізована) розетка діаметром 0,2-0,3 мкм (діаметр хромомер). В цей час хромосома представляє собою сукупність таких хромомер, накладених одна на іншу, та з’єднаних міжхромомерними лінкерними ділянками ДНП.

Третій етап цього рівня: зближення хромомер за допомогою кислих білків, в результаті чого утворюється нитка - хромонема - діаметром 0,2-0,3 мкм.

Четвертий рівень конденсації хроматину - хромосоми клітин, що діляться. Вважають, що починаючи з профази стопки хромомер, що складають хромонему, ще більше наближаються одна до одної за рахунок кислих білків з одночасною спіралізацією кругом осі. В залежності від своєї довжини хромосома робить від 4 до 10 великих витків. Як наслідок цього утворюється структура метафазної хромосоми диаметром 1,0-1,5 мкм. Укорочення ДНК цього рівня складає 8-10 раз, а з урахуванням всіх рівнів кінцеве укорочення ДНК складає більш 10⁴ раз. Даний рівень укладки хроматину, як і на попередніх рівнях, також не рівномірний. Ця нерівномірність конденсації проявляється у вигляді хромодисків по довжині хромосом у клітинах, що діляться. Хромодиск є структурною одиницею метафазної хромосоми. Він представляє собою скупченість конденсованого хроматину. Величина і розташування дисків приблизно подібна для гомологічних хромосом і специфічна для різних пар. Це дає можливість складати каріотип індивіду за парами гомологічних хромосом.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ІНДИВІДУАЛЬНОЇ РОБОТИ ТА КОНТРОЛЮ ЗА УСПІШНІСТЮ ЗАСВОЄННЯ ЗНАНЬ НА ЗАНЯТТЯХ

1. Назвати загальні структурно-генетичні ознаки всіх живих організмів Землі.

2. Назвати специфічні особливості будови генетичного апарату про- та еукаріот.

3. Які структури хромосом ми розрізняємо в світовому мікроскопі.

4. Розкрийте поняття "функціонально активний еухроматин". Вказати його молекулярно-генетичний структурний рівень.

5. Чому видове різноманіття кислих білків значне, тоді як гістони за цією ознакою консервативні.

6. Чим обумовлена нерівномірність укладки хромосом на кожному з її рівнів і як ця ознака використовується в каріотипуванні.

ТЕМА 6

ЯДРО КЛІТИНИ. МЕТАФАЗНІ ХРОМОСОМИ. СТАТЕВИЙ ХРОМАТИН. КАРІОТИП

МЕТА ЗАНЯТТЯ: Вивчити будову метафазних та анафазних хромосом, ознайомитись з методами вивчення структури хромосом за типом диференційного забарвлення.

Питання для самостійної РОБОТИ:

1. Будова метафазних та анафазних хромосом.

2. Типи диференційного забарвлення хромосом за методами Q, G, C, Ag-дисків.

3. Структурна та генетична характеристика сестринських та гомологічних хромосом.

4. Поняття каріотипу. Типи плоїдності ядра.

5. Статевий хроматин Х та У. Природа його утворення.

НАВЧАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

ЗАВДАННЯ I. Порівняння каріотипів різних видів.

Під імерсійним мікроскопом порівняйте каріотипи миші, пацюка, людини. Зверніть увагу на розходження числа, розмірів і форми хромосом. Зазначте число хромосом кожного аналізованого виду. У миші в каріотипі 40 хромосом, усі вони акроцентричного типу; у пацюка - 42 хромосоми, більша частина з них - акроцентричні, інші -субметацентричні; у клітинах людини 46 хромосом: мета-, субмета- і акроцентричного типу.

ЗАВДАННЯ 2. Типи хромосом.

На мікрофотографіях метафазної пластинки людини знайдіть 3 типи хромосом: метацентричну, субметацентричну та акроцентричну. Схематично замалюйте по одній хромосомі кожного типу, відмітивши на одній з них деталі будови: хроматида, плече хроматиди, центромера, вторинна перетяжка, супутник.

ЗАВДАННЯ 3. G-диски і С-диски при диференціальному фарбуванні хромосом.

На мікрофотографії метафазної пластинки хромосом людини (диференційно пофарбовані G-диски - Гімза-диски) роздивіться поперечну зчерченість хромосом. Зверніть увагу, що малюнок цієї зчерчености однаковий для гомологічних хромосом і різний для негомологічних хромосом. Поперечна зчерченість обумовлена специфічним для кожної пари гомологічних хромосом розподілом по довжині ділянок еу- і гетерохроматину, що у свою чергу визначає особливість нерівномірної конденсації хроматину при підготовці хромосом до ділення.

На іншій мікрофотографії метафазної пластинки хромосоми пофарбовані по методу, що виявляє прицентромерний гетерохроматин (С-диски). Зверніть увагу на великі диски (С-диски) у 1, 9 і 16 хромосомах, а також на гетерогенність С-дисків у 1 парі гомологічних хромосом всього набору. Зробіть висновок про природу С-дисків та причини їх відмінностей у материнських і батьківських хромосомах. Гетерохроматин, у тому числі і прицентромірний, не містить генів і представлений фракцією високоповторюваних нуклеотидних послідовностей ДНК. Вони несуть в основному структурну функцію, а також беруть участь у регуляції активності генів еухроматичних районів.

ЗАВДАННЯ 4. Статевий хроматин Х в клітинах ротової порожнини людини.

Стерильним ватним тампоном протріть слизисту поверхню щоки для зняття клітин з пікнотичними ядрами. Стерильним шпателем сильним рухом зробіть зскрібок зі слизистої поверхні щоки. З отриманого матеріалу рухом в один бік зробіть мазок.

Додайте до нього 2 краплі 1% ацетоорсеїну і накрийте покривним склом. Через 2 хвилини обережно зверху промокніть препарат з метою видалення з мазків фарби. Мікроскопуйте під імерсією. Аналізуйте клітини проміжного шару. Зверніть увагу на морфологію ядра, пристінне положення великих глибок хроматину. У частини клітин жіночої статі знайдіть пристінні глибки хроматину розміром 1-3 мкм (тільце Барра). Це Х-хроматин. Замалюйте цю клітину. Зробіть висновок про природу Х-хроматину і набору статевих хромосом у даного індивіду.

Х-хроматин являє собою конденсовану Х-хромосому. Інша Х-хромосома в жіночому наборі і єдина Х-хромосома в чоловічому наборі знаходяться як і всі інші хромосоми в деконденсованому, генетично активному стані. Інактивація однієї з X-хромосоми відбувається на ранніх етапах дроблення зиготи. Причому в одних бластомерах інактивується Х-хромосома чоловічого походження, в інших - жіночого. Біологічне значення інактивації однієї з Х-хромосом полягає в зрівнянні дози активних генів, розташованих в Х-хромосомі у осіб чоловічої та жіночої статі. Додаткові Х-хромосоми за рахунок мутацій також інактивуються і генетично активною залишається тільки одна Х-хромосома. Статевий хроматин по типу Х-хроматину характерний для всіх видів тварин з гетерогаметною статтю.

ЗАВДАННЯ 5. Аналіз каріотипу людини за Денверською номенклатурою.

Візьміть з великого пакета фотографію метафазної пластинки і маленький пакетик з вирізаними хромосомами з цієї фотографії. Перенесіть хромосоми з пакетика на чистий лист паперу і переверніть їх лицем нагору, а потім перерахуйте. Їх кількість повинна збігатися з числом зображених на мікрофотографії. Хромосоми на поданих мікрофотографіях пофарбовані рутинним засобом (рівномірне фарбування по всій довжині), що не дозволяє в більшості випадків виділяти гомологічні хромосоми. Для цього необхідно диференційоване фарбування (див. завдання 3 заняття 6). При рутинному фарбуванні хромосоми можна класифікувати тільки по групах за винятком груп А та Е, де можна виділити гомологічні хромосоми, використовуючи центромірний індекс.

Денверська номенклатура хромосом людини.

Групи хромосом 1	Номер і центральний індекс пари гомологічних хромосом 2	Морфологія хромосом 3
А	1(49), 2(38), 3(47).	1.Найбільша метацентрична 2.Найбільша метацентрична 3.Велика метацентрична
В	4; 5(29)	Великі субметацентричні хромосоми (центроміра сильно зсунута до кінця)
С	6(37),-Х- 12(29)	Середні субметацентричні
D	13,14,15(18)	Акроцентричні великі. Короткі плечі є вторинними перетяжками, що часто мають супутники
Е	16(40),17(34),18(29)	Маленькі субметацентричні
F	19; 20(46)	Маленькі метацентричні
G та Y	21; 22(18)	Маленькі акроцентричні. Короткі плечі є вторинними перетяжками, що часто мають супутники (окрім Y-хромосоми)

Примітка: У дужках приведений центромірний індекс ( ЦІ) у відсотках, розрахований за формулою:

ЦІ = ДОВЖИНА КОРОТКОГО ПЛЕЧА Х 100

ДОВЖИНА ВСІЄЇ ХРОМОСОМИ

За допомогою опису морфології хромосом, складіть каріотип людини, розкладаючи хромосоми в рядках відповідних груп таблиці Денверської номенклатури, записаної в альбомі: на початку знайдіть 1,2,3 пари хромосом групи А, потім вибирайте за зменшенням розміру хромосоми групи B, D, С, Y(якщо вона є), F, Е. У групі Е при ретельному аналізі можна виділити гомологічні пари. Останніми вивчайте хромосоми групи С. В ній повинно в нормі утримуватися 18 хромосом при жіночому каріотипі (16 аутосом 6-12 пар і дві хромосоми), при чоловічому 17 (16 аутосом і 1 Х-хромосома). У жіночому каріотипі маленьких акроцентричних хромосом 4 (21-22 пари ), у чоловічому - 5 (21-22 пари та Y-хромосома). Зробіть висновок про відповідність числа хромосом нормальному каріотипу людини і визначте його стать.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ІНДИВІДУАЛЬНОЇ РОБОТИ ТА КОНТРОЛЮ ЗА УСПІШНІСТЮ ЗАСВОЄННЯ ЗНАНЬ НА ЗАНЯТТЯХ

1.Загальне та відмінності в будові хромосом про- та еукаріот.

2. Надмірність генома еукаріот - плата за еволюцію?

3. Які структурно-генетичні ознаки забезпечують різну укладку хромосом на всіх рівнях їх організації.

4. Яка природа Х та У хроматину.

5. Де шукати С хроматин у інтерфазних ядрах?

6. Які порушення генотипу можна встановити при аналізі каріотипу при рутинному та диференційному забарвленні хромосом?

ТЕМА 7

ЯДРО КЛІТИНИ. НЕГЕНЕТИЧНІ СТРУКТУРИ. ОБОЛОНКА, КАРІОПЛАЗМА, МАТРИКС. ЯДЕРЦЕ ТА РИБОСОМИ

МЕТА ЗАНЯТТЯ: Вивчити динамічні взаємовідносини компонентів ядра та їх зв'язок з цитоплазмою.

Питання для самостійної роботИ

1. Будова і функції ядерно-цитоплазматичної оболонки.

2. Поняття про ядерно-цитоплазматичне відношення.

3. Будова і функції ядерця.

4. Генетика ядерцевого організатора.

5. Рибосоми про- та еукаріот.

6. Ядерний матрикс, ядерний сік.

7. Динаміка ядерця в мітотичному циклі.

Навчальні завдання

ЗАВДАННЯ I. Порівняння структурних особливостей рибосом про- та еукаріот.

Перевірте порівняння структурних особливостей рибосом про- та еукаріот.

Тип надцарства	Тип рибо-сом, S	Локалізація в клітині	Субодиниця S	Тип рРНК у субодиниць	Число кислих білків у субодиницях рибосом
Прокаріоти	70	Цитоплазма	30; 50	16;23;5	55
Еукаріоти	80 70	Цитоплазма Мітохондрії, пластиди	40; 60 -	18;28;5;5,8 -	100 -

ЗАВДАННЯ 2. Організація і функції ядерцевого організатора у Xenopus levis.

Проаналізуйте та замалюйте цистрон ядерцевого організатору (ЯО), підпишіть його структуру. Потім представити потік реалізації інформації у вигляді малюнка про-рРНК до зрілих типів рРНК. При цьому вказати тип РНК-полімерази, одиниці седиментації про-рРНК та зрілих рРНК, ферменти процесингу, відповідність всіх видів нуклеїнових кислот цитологічним компонентам ядерця.

де 1 і 2 - транскрибуємі послідовності ДНК (зовнішня і дві внутрішніх); 18s, 28s та 5,8s - ланки, що відповідають зрілим рибосомальним РНК.

ЗАВДАННЯ 3. Ядерцевий матеріал на мітотичних хромосомах людини.

У вторинних перетяжках коротких плечей акроцентричних хромосом людини тандемно розташовуються до 50 копій рибосомальних цистронів, що кодують 18S, 5,8S, 28S рРНК. Це ядерцеутворюючі райони (ЯУР), що функціонують у інтерфазі. У період вступу клітини до мітозу акивність ЯУР припиняється, матеріал ядерця резорбується (переходить у цитоплазму), але не цілком. Частина ядерцевого матеріалу залишається пов'язаною з ЯУР. Залишковий матеріал складається з кислих білків, що включають регуляторні білки, РНК-полімеразу. Ці білки вибірково фарбуються азотно-кислим сріблом у вигляді чорних гранул. Скупчення їх в області ЯУР називають Ag-дисками. Роздивіться мікрофотографію метафазної пластинки людини після фарбування азотно-кислим сріблом. За допомогою цієї фотографії можна простежити зв'язок будови хромосом з їх функцією. Зверніть увагу на те, що не всі 10 акроцентричних хромосом мають Ag -диски. Крім того, розмір наявних Ag -дисків не однаковий у різних хромосом. Доказано, що азотно-кислим сріблом фарбуються тільки ті ЯУР, рибосомальні гени яких були активними в попередній інтерфазі. Від ступеня активності рибосомальних генів залежить розмір Ag -дисків. Замалюйте на вибір одну акроцентричну хромосому з неактивним ЯУР і одну з активним ЯУР, що несе Ag-диски, зробивши відповідні позначення: активний або неактивний ЯУР, Ag -диски, акроцентрична хромосома, коротке плече, довге плече, вторинна перетяжка. Підкреслюючи значимість цієї роботи, зробіть висновок, що неоднакова активність генів характерна не тільки для генів рРНК, але і для унікальних генів, що кодують специфічні білки. З виборчою активністю унікальних генів пов'язана диференціровка соматичних клітин, що утворюють тканини та органи.

ЗАВДАННЯ 4. Шляхи транспорту речовин між ядром та цитоплазмою.

Існує декілька шляхів транспорту речовин з ядра в цитоплазму і навпаки.

1) транспорт через ядерні мембрани

1а) транспорт через внутрішню ядерну мембрану з переходом в цистерни ЕС через вирости у зовнішній ядерній мембрані. Таким чином відбувається обмін іонів та мікромолекул (моносахарів, нуклеотидів, амінокислот);

2) інвагінація внутрішньої ядерної мембрани з утворенням пухирця, що переходить далі в цистерни ЕС; або

2а) безпосередньо у цитозоль після зливання пухирця із зовнішньою ядерною мембраною. Так можуть дифундувати великі макромолекули (білки, РНК)

3) транспорт через внутрішню мембрану з утворенням та відокремленням пухирця в зовнішній мембрані. Набір речовин, що переноситься, аналогічний першому способу переносу, хіба що більш активний.

4) транспорт через порові комплекси (ПК) - основний вид транспорту всіх мікро- і макромолекул. При цьому транспорт РНК через ПК супроводжується процесингом. Цей процес активний і йде за участю рецепторний білків, ферментів, АТФ.

5) вип’ячування ланки ядерної оболонки на всю довжину з відщепленням утворених виростів.

Способи потоків речовин з ядра в цитоплазму та з цитоплазми в ядро за участю ядерної оболонки подібні. Слід відмітити, що перенесення речовин з ядра в цитоплазму шляхом відщеплення мембран ядра є також свідоцтвом рециркулюючого потоку мембран в клітині. Так, відщеплення везикул з ядерної мембрани припускає їх вставлення, але вже за рахунок везикул ендоплазматичної сітки, апарату Гольджі, плазмалеми.

6) ядерно-цитоплазматичний обмін також має місце при діленні клітин, коли руйнується ядерна оболонка.

Роздивіться запропоновану схему однонаправленого потоку речовин з ядра в цитоплазму. Замалюйте її та додайте зворотній потік речовин у ядро з практикуму. Вкажіть на схемі цифрами тип потоку, а в тексті під малюнком дайте розшифровку даних цифр з переліком речовин, що переносяться.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ІНДИВІДУАЛЬНОЇ РОБОТИ ТА КОНТРОЛЮ ЗА

УСПІШНІСТЮ ЗАСВОЄННЯ ЗНАНЬ НА ЗАНЯТТЯХ

1. Назвати ознаки загальні для зовнішньої мембрани і мембрани ендоплазматичної сітки.

2. Перелічити основні структурні елементи порового комплексу.

3. Вказати механізми транспорту речовин через поровий комплекс.

4. Зробити структурно-біохімічне порівняння ядерця.

5. Де синтезується 5 S рРНК в клітинах людини?

6. Чим пояснити наявність 70 S рибосом в мітохондріях і пластидах?

7. Назвати основні компоненти ядерного матриксу.

ТЕМА 8

ОРГАНЕЛИ ЦИТОПЛАЗМИ. ГІАЛОПЛАЗМА. ВАКУОЛЯРНА СИСТЕМА

МЕТА ЗАНЯТТЯ: Вивчити систему одномембранних структур, пов'язаних між собою спільністю структури, функції і походженням.

Питання для самостійної роботи.

1. Гіалоплазма. Структура, функції, участь у проміжному обміні.

2. Поняття про вакуолярну систему цитоплазми. Ендоплазматична сітка.

3. Різноманіття структури і функцій апарату Гольджи.

4. Лізосоми. Походження, розвиток, участь у гетеро- і аутофагії.

5. Походження і рециркуляція мембран клітини.

Навчальні завдання

ЗАВДАННЯ I. Гранулярна ендоплазматична сітка.

Роздивіться електронні мікрофотографії та описи до них, приведені в практикумі по цитології:

Препарат №51 - електронна мікрофотографія ділянки клітини шовковіддільної залози гусениці тутового шовкопряда.

Препарат №55 - електронна мікрофотографія плазматичної клітини.

Препарат №57 - електронна мікрофотографія тигроїда (тільце Нісля) у нейроні.

Зверніть увагу на залежність ступеня розвитку гранулярної ендоплазматичної сітки від інтенсивності синтезу секреторних білків (фіброїну) в шовковичній залозі шовкопряда та імуноглобуліну в плазматичній клітині. Концентрично розташовані мембрани з рибосомами щільно прилягають одна до одної. Розташовані між ними канали заповнені синтезованим продуктом. Гранулярна ендоплазматична сітка займає великі ділянки цитоплазми. Секретовані в ній білки за допомогою апарата Гольджи виводяться за межі клітини.

Тигроїд або тільце Нісля в нейронах - це скупчення щільно упакованих мембран ендоплазматичної сітки у вигляді окремих ділянок в цитоплазмі. Кількість тигроїду прямо корелює з інтенсивністю синтезу білків в нервових клітинах, що використовуються в основному на відновлення мембранних структур клітини.

ЗАВДАННЯ 2. Базофілія цитоплазми трансформованих лімфоцитів у культурі

клітин із фітогемаглютиніном.

Фітогемаглютинін - лектин з квасолі посівної є поліклональним мітогеном для Т-лімфоцитів. При культивуванні з ним лімфоцитів більшість Т-лімфоцитів трансформується в бластні клітини з наступною проліферацією. З культури лімфоцитів, стимульованих фітогемаглютиніном, виготовлений мазок і пофарбований азур-еозином по Романовському-Гімза. У мазку зустрічаються нестимульовані малі лімфоцити і лімфоцити, трансформовані в бластні клітини (великі і малі бласти). Це великі клітини 12-18 мкм і більш. Ядро містить деконденсований хроматин, добре розвиті одне або декілька ядерець. Цитоплазма широка, з різкою базофілією цитоплазми особливо по периферії клітини. Базофілія цитоплазми обумовлена розвитком системи, що синтезує білок - гранулярної ендоплазматичної сітки, яка містить велику кількість рРНК, іРНК (вони фарбуються в синій колір азуром, що має основні властивості).

Замалюйте по одному малому лімфоциту і бласттрансформованому лімфоциту, зробіть підпис до малюнка: I) ядро, 2) ядерце, 3) базофільна цитоплазма.

ЗАВДАННЯ 3. Гладка ендоплазматична сітка.

Зробіть аналіз електронних мікрофотографій і описів до них, приведених у практикумі по цитології:

Препарат №64 - гладка ендоплазматична сітка в інтерстиціальних клітинах сім'яника морської свинки.

Препарат №67 - гладка ендоплазматична сітка в обкладочних клітинах фундальних залоз дна шлунка пацюка.

Препарат №68 - гладка ендоплазматична сітка в клітинах печінки.

Майже вся цитоплазма цих клітин заповнена мембранами ендоплазматичної сітки без рибосом. Велика кількість гладкого ретикулуму в інтерстиціальних клітинах сім'яника обумовлена виділенням цими клітинами великої кількості стероїдного гормону, а розвитий ретикулум обкладочних клітин шлунка пов'язаний із виділенням ними хлоридів, з яких у порожнині шлунка утвориться соляна кислота. Агранулярний ретикулум клітин печінки містить ферменти, відповідальні за обмін глікогену (його синтез і розпад).

ЗАВДАННЯ 4. Аппарат Гольджы у нервових клітинах спинального ганглію кошеняти.

У спинальних гангліях або спинномозкових вузлах, розташованих по ходу задніх корінців спинного мозку, локалізуються чутливі нервові клітини. Вони являють собою перший нейрон рефлекторної дуги. Ганглій зовні покритий сполучнотканинною капсулою, від якої усередину вузла проникають тонкі прошарки сполучної тканини. Великі нейрони розташовуються в основному групами в периферичних відділах. В результаті фіксації та імпрегнації осьмієвою кислотою при малому збільшенні мікроскопу видно, що нервові клітини виглядають по-різному. Деякі з них суцільно пофарбовані в чорний колір і апарат Гольджи видно у них дуже погано. На таких клітинах не варто зупиняти увагу. Треба знайти нейрони, в яких вже при невеликому збільшенні було б видно ядро, межа клітини і світлу цитоплазму. На фоні світлої цитоплазми таких клітин видно значні чорні "ніші". На препараті при роботі з імерсійним об'єктивом видно таке: на світлому фоні цитоплазми виділяється петляста сітка, що локалізується навколо ядра. Вона складається з вигнутих і анастомозуючих поміж собою ниток і щаблин. У інших клітинах апарат Гольджи не утворює суцільної сітки, а складається з окремих паличок, лусочок, фрагментів різноманітної форми, не пов'язаних між собою. Варто звернути увагу на форму клітин, на світлі, майже безструктурні ядра, на світлому фоні яких чітко видно ядерця сіро-жовтого кольору. Відростків клітин при даному засобі опрацювання тканини може бути не видно.

Замалюйте 2-3 клітини, підпишіть: I) ядро, 2) ядерце, 3) цитоплазма, 4) диктіосоми апарату Гольджи.

ЗАВДАННЯ 5. Жирові включення в клітинах печінки аксолотлю.

Жир у тій або іншій кількості може накопичуватися в різноманітних клітинах тваринного організму, у тому числі і клітинах печінки. При опрацюванні тканини чотириокислом осмію з наступним дофарбуванням зрізів карміном (ядерним барвником), очевидно, що в гіалоплазмі гепатоцитів локалізуються чорні жирові краплі, що адсорбували осмій. Ці краплі можуть бути різного розміру, кількість їх теж варіює. Спочатку синтезований у клітинах жир відкладається в них у вигляді дрібних крапель. Ці краплі, зливаючись між собою, утворюють краплі великого розміру. Замалюйте 2-3 клітини печінки.

Зробіть підпис: I) краплі жиру, 2) ядро клітини.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ІНДИВІДУАЛЬНОЇ РОБОТИ ТА КОНТРОЛЮ ЗА УСПІШНІСТЮ ЗАСВОЄННЯ ЗНАНЬ НА ЗАНЯТТЯХ

1.Яка цитологічна картина гіалоплазми в стані золю та гелю відповідно?

2.Які речовини синтезуються в гіалоплазмі?

3. Вказати загальні ознаки та відмінності в будові апарату Гольджи клітин рослин та тварин.

4. Визначте біологічне значення ауто- та гетерофагії, здійснюваних в лізосомах.

5. Знайти цитологічне підтвердження вислову лікарів "омолодження і лікування через дозоване голодування".

6. Чим обумовлена базофілія цитоплазми метаболічно активних клітин?

ТЕМА 9

ОРГАНЕЛИ ЦИТОПЛАЗМИ. МІТОХОНДРІЇ. ПЕРОКСІСОМИ

МЕТА ЗАНЯТТЯ: Вивчити структурно-функціональну залежність енергетичних станцій клітини – мітохондрій та структури, функцій і походження пероксісом.

Питання для самостійної роботи

1. Морфологія мітохондрій: розмір, форма, компоненти.

2. Характеристика зовнішньої і внутрішньої мембран, міжмембранного простору, матриксу мітохондрій.

3. Загальна характеристика основних етапів енергетичного обміну: підготовчого, безкисневого, кисневого.

4. Стадії кисневого мітохондріального етапу енергетичного обміну.

5. Дихальний ланцюг і хеміосмотичний синтез АТФ у мітохондрії.

6. Структура, функції і походження пероксісом.

7. Філогенетичні і функціональні порівняльні аспекти пероксісом, мітохондрій і пластид.

8. Біогенез мітохондрій в клітинному циклі.

Навчальні завдання

ЗАВДАННЯ I. Схема найважливіших потоків метаболітів у мітохондрії.

Використовуючи малюнки таблиць, кадограм, складіть малюнок-схему потоків найважливіших метаболітів, що надходять у мітохондрію і виходять з неї. Мітохондрії є органелами, у яких відбувається заключний, найбільше енергоємний кисневий етап енергетичного обміну. Утворений при гліколізі піруват (піровиноградна кислота СН₃-СО-СООН) прямо надходить у матрикс мітохондрії. Частина жирних кислот під впливом ферментів, розташованих на зовнішній мембрані мітохондрій, також перетворюється в піруват, інша їх частина надходить без змін в матрикс мітохондрій. Наступним етапом є мобілізація ацетіл-коензиму А з пірувату, жирних кислот і, частково, з амінокислот. Ці реакції відбуваються в матриксі мітохондрій за участю ферментів. Активний ацетіл-КоА містить високо енергетичний тіоефірний зв'язок, гідроліз якого забезпечує початкову реакцію наступного етапу - циклу трикарбонових кислот, або циклу лимонної кислоти (цикл Кребсу). Цикл лимонної кислоти забезпечує окислювання ацетогрупи (залишки оцтової кислоти) з утворенням молекули СО_2, що дифундує з мітохондрії і залишає клітину. Енергія, що виділяється, споживається 2-мя засобами: менша її частина йде на утворення однієї молекули ГТФ (еквівалента АТФ); велика її частина витрачається на перетворення молекул-носіїв водню з окисленої у відновлену форму. На кожному оберті циклу 3 молекули НАД⁺ перетворюється в НАДН, а одна молекула ФАД (флавінаденіндінуклеотид) - у ФАДН₂. НАДН та ФАДН₂ використовуються в наступному етапі - переносі активних електронів по ланцюгу дихальних ферментів і окисному фосфорилюванні. Всі процеси цього етапу йдуть за участю ферментів, розташованих на внутрішній мітохондріальній мембрані. При цьому багаті енергією відновні НАД і ФАДН₂ передають свої активні електрони водню через ланцюг дихальних ферментів молекулярному кисню, що надходить у матрикс мітохондрії з цитоплазми. В остаточному підсумку утворюються молекули води.

При проходженні високо енергетичних електронів, доставлених НАДН і ФАДН₂ по електронно-транспортному ланцюзі внутрішньої мітохондріальної мембрани визволяється енергія, що використовується для переміщення протонів із матриксу в міжмембранний простір і далі за межі мітохондрії. В результаті між 2-мя сторонами внутрішньої мембрани створюється електрохімічний протонний градіент (ЕПГ). ЕПГ є джерелом протонрушійної сили. Повернення електронів з міжмембранного простору через фермент АТФ-синтетазу сприяє синтезу АТФ з АДФ, що надходить у матрикс мітохондрії. Синтезована АТФ надходить у цитоплазму клітини і використовується в синтетичних реакціях.

ЗАВДАННЯ 2. Схема транспорту електронів по дихальному ланцюзі та утворення електрохімічного градієнту.

Використовуючи малюнки, таблиці і кадограми складіть схему-малюнок переносу електронів по дихальному ланцюзі до кисню.

Дихальний ланцюг ферментів розташовується на внутрішній мембрані мітохондрії. В її склад входять НАДН - дегідрогеназний комплекс, убіхінон, комплекс в-с, цитохром с, цитохромоксидазний комплекс. На початку транспорту відбувається розщеплення атомів водню НАДН (ФАДН₂) на електрони і протони. Утворюються окислені НАД⁺ і ФАД. Два електрони надходять на перший носій - НАДН-дегідрогеназний комплекс, а протони надходять у матрикс. Далі електрони передаються на убіхінон і так далі, до кисню. Рушійною силою в дихальному ланцюзі є різниця окисно-відновного потенціалу її компонентів, що виражається в ступені спорідненості до електронів. На початку ланцюга розташовуються компоненти з негативним значенням окисно-відновного потенціалу. У НАДН-дегідрогеназного комплексу він дорівнює - 320 мВ. Отже, цей компонент більше схильний віддавати електрони, ніж приймати. Наприкінці ланцюга кисень має окисно-відновний потенціал 820мВ, що говорить про сильну тенденцію до прийняття електронів. Енергія електронів у ланцюзі витрачається на утворення хімічного градієнту й електричного. Хімічний градієнт утворений у результаті різниці рН. Вихід протонів з матриксу знижує концентрацію іонів водню до рН 8,0, тоді як у міжмембранному просторі рН=7 як і в цитозолі внаслідок гарної проникливості зовнішньої мембрани. Електричний градієнт обумовлений різницею потенціалів (мембранним потенціалом) між зовнішньою і внутрішньою мембранами: внутрішня заряджена негативно, зовнішня - позитивно (в результаті виходу назовні позитивно заряджених іонів). Електрохімічний градієнт створює протонрушійну силу, що вимірюється в мВ. Градієнт рН в одну одиницю дорівнює 60 мВ. У ланцюзі електричний мембранний потенціал дорівнює 160мВ. У цілому електрохімічний градієнт дорівнює 220 мВ. Електронрушійна сила сприяє проникненню протонів і інших, позитивно заряджених часток, усередину матриксу. На внутрішній мембрані розташовується фермент, що каталізує синтез АТФ - АТФ-синтетаза, що являє собою великий трансмембранний комплекс. Через нього протони з міжмембранного простору проникають усередину матриксу по електрохімічному градієнту. Енергія електронів, що рухаються, витрачається на синтез АТФ з АДФ і неорганічного фосфату.

ЗАВДАННЯ 3. Кінетопласт джгутикових (мікропрепарат).

У джгутиконосців, які відносяться до отряду Kinetoplastida, у основи джгутику окрім кінетосоми (базальне тільце) розташований кінетопласт. За ультрамікроскопічною структурою кінетопласт відповідає мітохондрії, яка містить значну кількість ДНК. Кінетопласт пов’язаний з генерацією енергії для рухів джгутика.

ЗАВДАННЯ 4. Структурно-функціональні ознаки пероксісом і мітохондрій

Заповніть таблицю:

№	Ознаки	Мітохондрії	Пероксісоми
1	Форма
2	Розміри
3	Місце знаходження в клітині
4	Будова мембрани
5	Наявність генетичного матеріалу
6	Наявність білок-синтетичної системи
7	Здатність до розмноження
8	Функції
9	Виникнення в філогенезі

ЗАВДАННЯ 5. Структурно-функціональне порівняння мітохондрій і хлоропластів

Структурно-функціональне порівняння треба робити з позицій синтезу АТФ в цих органоїдах: аналогія крипт мітохондрій і тилакоїдних мембран; наявність електрон-транспортних білків цитохромів та різноманітність; джерела енергії для відновлення переносників водню та їх різноманіття; утворення електрохімічного протонного градієнту; напрямок потоку протонів при синтезі АТФ.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ІНДИВІДУАЛЬНОЇ РОБОТИ ТА КОНТРОЛЮ ЗА УСПІШНІСТЮ ЗАСВОЄННЯ ЗНАНЬ НА ЗАНЯТТЯХ

1.Які структурні особливості зовнішньої і внутрішньої мембран мітохондрій визначають гарну проникливість через першу і дуже виборчу через другу?

2. Чи відрізняється склад цитоплазматичного матриксу від мітохондріального матриксу? Чим? Чому?

3. Чим визначається потік активних електронів в дихальному ланцюзі?

4. Яке джерело енергії окислювального фосфорилювання?

5. Складові компоненти електрохімічного градієнту і їх енергетичні величини.

6. Які структурні особливості мітохондрій вказують на їх ендосимбіотичне походження?

7. Структурно-функціональна схожість та відмінність мітохондрій і хлоропластів при синтезі АТФ.

7. Як зрозуміти гіпотезу: пероксісоми - органоїди докисневої атмосфери Землі?

8. Метаболічний зв’язок пероксісом і мітохондрій.

9. Які принципові відзнаки деяких пероксісом рослинних і тваринних клітин?

10. Які відмінні ознаки кисеньспоживних окислювальних процесів, що відбуваються в пероксісомах та мітохондріях?

Тема 10

ОПОРНО-РУХАЛЬНА СИСТЕМА КЛІТИНИ

МЕТА ЗАНЯТТЯ: Вивчити в еволюційному аспекті елементарні цитологічні структури, відповідальні за внутрішньоклітинні і позаклітинні форми рухів.

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ

1. Основні елементи цитоскелету і класифікація їх похідних.

2. Будова скелетних м'язових фібрил хребетних.

3. Механізм скорочення поперечносмугастих м’язів.

4. Актинові філаменти нем’язових клітин.

5. Центри організатори мікротрубочок і їх похідні.

6. Будова джгутиків, веретена поділу. Механізм їх рухів.

7. Проміжні філаменти: різноманітність білкового складу, функції в клітині.

НАВЧАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

ЗАВДАННЯ 1. ЦОМТи центріолей та кінетохорів хромосом.

Центри організації мікротрубочок (ЦОМТи) - ділянки клітини, де утворюються мікротрубочки за рахунок полімерізації тубулінів. В якості ЦОМТів в клітинах тварин приймають участь головним чином клітинні центри або центрисоми. Клітинний центр - це сукупність дрібних щільних тілець (центріолей), за звичай в парі (диплосома), та зона більш світлої цитоплазми, від якої відходять радіально тонкі фібрили (центросфера). Окрім цього в якості ЦОМТів може служити навколо ядерна зона.

Кінетохор - складний білковий комплекс, який розташовується в основному в зонах центромер хромосом. В кінетохорах розрізняють три шари: 1) внутрішній щільний шар, прилягаючий до тіла хромосоми; 2) середній пухкий шар; 3) зовнішній щільний шар. На кожну хроматиду (хромосому) за звичай припадає по одному кінетохору. До кінетохору підходять мікротрубочки (кінетохорні мікротрубочки), які ростуть від полюсів. На препараті №45 практикуму по цитології розгляньте ультраструктуру кінетохору хромосом. На електронних мікрофотографіях в області згину хромосом роздивіться прикріплення мікротрубочок до кінетохору.

ЗАВДАННЯ 2. Повздовжній та поперечний розріз війки (електронно-мікроскопічна схема).

На повздовжньому розрізі війка або джгутик - складне мікротубулярне утворення, яке являє собою тонкий циліндричний виріст цитоплазми з постійним діаметром 300 нм. Цей виріст від основи до самої верхівки покритий плазматичною мембраною. В середині виросту розташована аксонема, складна структура, яка складається в основному з мікротрубочок. Нижня, проксимальна частина війки, базальне тільце (структура типу (9х3)+ 0), занурена в цитоплазму. Діаметри аксонеми та базального тільця однакові (близько 200 нм).

Роздивіться і замалюйте електронно-мікроскопічну схему поперечного розрізу через війку епітеліальної клітини. На поперечному розрізі війки видно структуру аксонеми типу (9х2)+2). По периферії розташовуються 9 дуплетів мікротрубочок (одна повна, інша, яка примикає до неї, неповна), що починаються від базального тільця. У центрі аксонеми розташовуються дві повні мікротрубочки, що не доходять до базального тільця. Крім тубулінових мікротрубочок аксонема має інші допоміжні білки: I) динеїн - білок, що утворює пару коротких білкових виступів ("ручки"), які відходять від кожного дуплету мікротрубочок зовнішнього кільця в напрямку до сусіднього дуплету, динеїнові ручки забезпечують упор і ковзання дуплетів один вздовж іншого при рухах; 2) нексин - утворює між сусідніми дуплетами поперечні низки, що стягують аксонему по колу; 3) білки радіальних "спиць" відходять від кожного периферійного дуплету всередину до білків центральної капсули; 4) білки центральної капсули аксонеми оточують центральний дуплет.

У висновку відзначте участь допоміжних білків при рухах війки і причини її звивистих рухів.

ЗАВДАННЯ 3. Центріолярний тип веретена поділу.

Мітотичне веретено - це сукупність хромосом, полюсів та волокон. Волокна веретена являють собою поодинокі мікротрубочки або пучки. Починаються мікротрубочки від полюсів веретена, а частина їх спрямована до кінетохорів хромосом (кінетохорні мікротрубочки), друга частина проходить далі по напрямку до протилежного полюсу, але до нього не доходить - це "міжполюсні" мікротрубочки. Окрім того, від полюсів відходить група радіальних мікротрубочок, утворюючи біля них якби "променисте сяйво", - це астральні мікротрубочки.

По морфології мітотичної фігури поділяють на астральні та анастральні.

Центриолярний або астральний тип веретена поділу (конвергентний): його полюси представлені невеличкою зоною, в якій сходяться (конвергують) мікротрубочки. В полюсах астральних веретен розташовані центросоми, що містять центріолі. Окрім цього, від полюсів розходяться радіально мікротрубочки, які не входять в склад веретена, а утворюють зірчасті зони - астери.

Анастральний (дивергентний) тип мітотичної фігури не має на полюсах астерів. Полярні області веретена широкі, до їх складу не входять центріолі. Волокна веретена не відходять від однієї точки, а розходяться (дивергують) від всієї зони. Цей тип веретена зустрічається у рослинних клітинах, що діляться, а іноді і у вищих тварин.

Використовуючи матеріал підручника, кадограми, замалюйте центріолярний (астральний) тип веретена поділу та зробіть підписи: 1)астер; 2)кінетохорні мікротрубочки; 3)міжполюсні мікротрубочки.

ЗАВДАННЯ 4. Поперечносмугаста скелетна м'язова тканина язика

(демонстраційний препарат).

Роздивіться на великому збільшенні скелетне м'язове волокно діаметром до 50 мкм, що представляє собою симпласти - великі утворення з великою кількістю ядер, розташованих по периферії волокна. М'язові волокна мають поперечну зчерченість, що складається з темних анізотропних (А) і світлих ізотропних (I) дисків. Ці диски є складовими елементами міофібрил. Міофібрили добре помітні в поперечно-зрізаних м’язових волокнах і мають вид крапок, розташованих у центрі волокна.

ЗАВДАННЯ 5. Будова саркомеру скелетних м'язових волокон за даними електронної мікроскопії (схема).

Роздивіться схематичну реконструкцію скелетного м'яза на кадограмі, таблиці та в практикумі по гістології, цитології та ембріології (мал. 24). Замалюйте ділянку міофібрили з саркомером. Позначте його елементи: 1)Z смужку (диск); 2) межі саркомеру; 3) А-диск; 4) І -диск; 5) М-диск; 6) Н-полоску; 7) товсті міозинові філаменти; 8) тонкі актинові філаменти. Статичні пальцьові вирости цитоплазми по типу мікроворсинок мають діаметр 0,1 мкм і довжину 1 мкм. Серцевина мікроворсинок складається з 40 актинових філаментів, що тягнуться паралельно по всій довжині. У самій верхівці мікроворсинки ці філаменти закріплені в згустку аморфної речовини, гомологічної Z-дискам саркомеру, у основі мікроворсинки входять у рясне сплетіння, утворене актиновими філаментами в асоціації з нем’язовими міозиновими фібрилами, що мають у складі 10-20 молекул міозину.

ЗАВДАННЯ 6. Нейрофібрили нервових клітин (мікропрепарат).

Для нейронів характерна наявність нейрофібрил (проміжних філаментів), які виявляються солями срібла в цитоплазмі нейронів у вигляді тонких ниток, утворюючих густу сітку у тілі нейрону, а у відростках розташованих паралельно одна до одної. Нейрофібрили піддержують структуру та форму відростків нейрону.

Роздивіться на препараті нейрофібрили в нейронах передніх рогів спинного мозку. Солі срібла фарбують ядерце і нейрофібрили в коричневий і чорний колір. Ядро прозоре, пузироподібне. При малому збільшенні мікроскопу знайти великий нейрон в передніх рогах спинного мозку. При великому збільшенні вивчити світле ядро з добре помітним ядерцем і нейрофібрили в цитоплазмі.

Замалювати і позначити : нейрон і в ньому : 1) тіло; 2) відростки; 3) ядерце; 4) нейрофібріли.

ЗАВДАННЯ 7. Статичні і динамічні структури, утворені актин-міозиновим комплексом у нем’язових клітинах.

Роздивіться на великому збільшенні облямистий епітелій тонкого кишечнику. Зверніть увагу на щіткову облямівку в апікальній частині всмоктувальних клітин, утворену мікроворсинками. За допомогою малюнка на кадограмі складіть реконструкцію (схему) мікроворсинки, позначте: I)плазматичну мембрану; 2)аморфну речовину (гомолог Z-диска), 3) актинові філаменти; 4) міозинові філаменти.

Мікроворсинки збільшують площу плазматичної мембрани в апікальній частині всмоктувальних клітин кишечнику, що в сукупності з рухами ворсинок сприяє посиленню ефективності пристінного травлення й всмоктування.

Роздивіться на кадограмі малюнки динамічних актин-міозинових структур: скорочувального кільця, оперізуючу десмосому та напружені нитки. Скорочувальне кільце з актину і міозину формується в клітині, що ділиться, під самою плазматичною мембраною. Скорочення цього кільця призводить до утворення в телофазі перетяжки в середині клітини і до поділу її на дві дочірні клітини. Після розподілу скорочувальне кільце розпадається.

Оперізуючі десмосоми - це довгострокові скорочувальні структури. Вони розташовуються в апікальній поверхні епітеліальних клітин. Крім скріплення клітин вони грають формоутворюючу функцію: утворення складок в епітелії; згортання епітеліального шару в трубочку.

Напружені нитки, тимчасові динамічні скорочувальні структури, характерні для клітин, спроможних до рухів: фібробластів, фагоцитів. Вони мають товщину 0,5 мкм і довжину до 5 мкм. Кінці їх закріплені в різних ділянках плазматичної мембрани, які мають назву пластинки прикріплення, або одним кінцем до плазматичної мембрани, іншим - до органоїдів цитоплазми. Скорочення напружених ниток по типу ковзання призводить до зміни форми клітини, пересуванню органел цитоплазми; ними створюються токи цитоплазми, вони також беруть участь у рухах усієї клітини, входять до складу ламелоподій і псевдоподій.

Намалюйте схематично актин-міозинові скорочувальні структури в складі скорочувального кільця клітини, що ділиться, оперізуючої десмосоми, епітеліальної клітини фібробласту, що рухається. Зробіть підписи: I) актиновий філамент; 2)міозиновий філамент; 3) пластинка прикріплення; 4) ламелоподії; 5) ядро.

ЗАВДАННЯ 8. Одношаровий багаторядний війковий епітелій трахеї

(демонстраційний препарат).

На малому збільшенні знайти епітелій, що вистилає внутрішню поверхню трахеї. На великому збільшенні в епітелії видно декілька рядів ядер : нижній ряд ядер, прилягаючий до базальної мембрани, належить базальним клітинам; ядра, які лежать на більш високому рівні, - це ядра вставних клітин; самий верхній ряд ядер належить війчастим клітинам. На апікальній поверхні війчастих клітин при злегка опущеному конденсорі добре видно війки.

ЗАВДАННЯ 9. Дископодібна десмосома епітеліальних клітин (електронно-

мікроскопічна схема).

Роздивіться і замалюйте електронно-мікроскопічну схему дископодібної десмосоми, або власне десмосоми. Вона являє собою диск до 0,5 мкм, що складається з електронно щільної аморфної речовини. Диски десмосом клітин, що контактують, розташовуються один навпроти другого з міжмембранним простором, рівним 20-25 нм. У аморфну речовину з внутрішнього боку (зверненого до цитоплазми) прикріпляються петлі кератинових філаментів (тонофіламентів), що продовжуються в цитоплазму і створюють там мережу. Інші тонофіламенти, що починаються від аморфної речовини десмосоми в примембранній цитоплазмі, проходять у міжмембранний простір від клітини до клітини. Внутрішньоцитоплазматичні і міжклітинні тонофіламенти забезпечують механічне з’єднання клітин і міцність на розривання клітинного пласту.

ЗАВДАННЯ 10. Виявлення цитоскелетних структур імунофлуоресцентним методом.

Виявити цитоскелетні структури навіть на рівні світлового мікроскопу можна за допомогою імунолюмінесцентного методу. Для цього спочатку одержують антитіла проти білків цих структур і мітять їх флуоресціюючими речовинами. При опрацюванні клітин такими антитілами утворюється комплекс антиген-антитіло, що флуоресціює в ультрафіолетовому полі.

Роздивіться мікрофотографії й описи до них, подані в "Практикумі по цитології".

Препарат №126. Виявлення імунофлуоресцентним методом тубулінів мікротрубочок цитоплазматичного скелета.

Препарат № 127. Виявлення імунофлуоресцентним методом актинових філаментів у цитоплазмі фібробластів.

Препарат № 128. Виявлення імунофлуоресцентним методом проміжних філаментів, що містять віментін.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ІНДИВІДУАЛЬНОЇ РОБОТИ ТА КОНТРОЛЮ ЗА УСПІШНІСТЮ ЗАСВОЄННЯ ЗНАНЬ НА ЗАНЯТТЯХ

1. Методи вивчення цитоскелету.

2. Які структури цитоскелету більш стабільні в онтогенезі клітин?

3. Механізм дії колхіцину на полімерізацію мікротрубочок.

4. Який хімічний склад ЦОМТ?

5. Яка із структур цитоскелету є ендосимбіонтом?

6. Чим обумовлена поперечносмугаста мікроструктура м'язів.

7. Назвіть актинові філаменти нем’язових клітин.

8. Які філаменти обумовлюють зв’язок клітин, форму нервових клітин?