Белорусский государственный университет

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

Белорусского государственного

университета

А.Л. Толстик

« 27 » июня 2013 г.

Регистрационный № УД - 9251 /баз.

Цитология и гистология Учебная программа учреждения высшего образования по учебной дисциплине для специальности:

1-31 01 01 Биология (по направлениям);

1-31 01 02 Биохимия;

1-31 01 03 Микробиология 2013 г.

СОСТАВИТЕЛИ:

Сергей Витальевич Глушен, доцент кафедры генетики Белорусского государственного университета, кандидат биологических наук, доцент;

Василий Викторович Гринев, доцент кафедры генетики биологического факультета Белорусского государственного университета, кандидат биологических наук, доцент;

Марина Петровна Куницкая, старший преподаватель кафедры генетики биологического факультета Белорусского государственного университета.

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Кафедра гистологии, цитологии и эмбриологии Учреждения образования «Белорусский государственный медицинский университет»;

Михаил Сергеевич Морозик, декан факультета экологической медицины, заведующий кафедрой молекулярной и экологической генетики Учреждения образования «Международный государственный экологический университет имени А.Д. Сахарова», кандидат биологических наук, доцент

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ УЧЕБНОЙ:

Кафедрой генетики Белорусского государственного университета (протокол № 18 от 28 мая 2013 г.);

Учебно-методической комиссией биологического факультета Белорусского государственного университета (протокол № 11 от 25 июня 2013 г.);

Научно-методическим советом Белорусского государственного университета (протокол № 6 от 27 июня 2013 г.) Ответственный за редакцию: Марина Петровна Куницкая Ответственный за выпуск: Марина Петровна Куницкая

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Учебная программа по дисциплине «Цитология и гистология» составлена в соответствии с требованиями образовательных стандартов высшего образования первой ступени по специальностям 1-31 01 01 Биология (по направлениям), 1-31 01 02 Биохимия и 1-31 01 03 Микробиология.

Цитология и гистология представляет собой одну из ведущих биологических дисциплин, которая дает фундаментальные знания специалисту-биологу и формирует его научное мировоззрение. Цель курса изучение закономерностей строения, функционирования, воспроизведения и гибели клеток, а также закономерностей развития, строения, функционирования и эволюции тканей живых организмов.

Современная цитология и гистология тесно связана с молекулярной биологией, генетикой, биохимией, физиологией человека и животных, физиологией растений и другими биологическими науками, так как именно на клеточном уровне реализуются основные процессы обмена веществ, энергии и информации. Это тем более важно иметь в виду в эпоху молекулярной биологии, поскольку роль молекулярно-генетических процессов можно в полной мере оценить только с учетом структурнофункциональной организации клеток и тканей.

В результате изучения учебной дисциплины студент должен:

знать:

– принципы структурно-функциональной организации клеток животных и растений;

– закономерности пролиферации клеток, их деления путем митоза и мейоза, а также их генетически детерминированной физиологической гибели путем апоптоза;

– свойства стволовых клеток и закономерности функциональной специализации порождаемых ими клеточных клонов при формировании тканей и органов;

– классификацию и морфофизиологию основных тканей животных и человека, закономерности их гистогенеза и регенерации;

уметь:

– настраивать световой микроскоп и исследовать с его помощью готовые цитологические и гистологические препараты;

– изготавливать препараты растительных и животных клеток и проводить их цитологическое исследование;

– идентифицировать гистологические препараты основных типов тканей и делать их зарисовки;

владеть:

– навыками работы со световым микроскопом;

– методами фиксации и окраски препаратов;

– подходами визуализации клеточных органелл.

Преподавание курса проводится по блочно-модульному принципу с выделением 3 основных блоков (модулей). 1. Клеточная теория. Методы цитологии и гистологии. 2. Цитология. 3. Гистология.

Основными методами (технологиями) обучения, отвечающими целям изучения дисциплины, являются:

- элементы проблемного обучения, реализуемые на лекционных и лабораторных занятиях;

- компетентностный подход, реализуемый на лекциях, лабораторных занятиях и при организации самостоятельной работы студентов;

- учебно-исследовательская деятельность, реализуемая на лабораторных занятиях;

- рейтинговая и блочно-модульная система оценки знаний.

При чтении лекционного курса необходимо применять наглядные материалы в виде таблиц и мелового рисунка, а также использовать технические средства обучения для демонстрации слайдов и презентаций.

Для организации самостоятельной работы студентов по курсу следует использовать современные информационные технологии: разместить в сетевом доступе комплекс учебных и учебно-методических материалов (программа, методические указания к лабораторным занятиям, список рекомендуемой литературы и информационных ресурсов, задания в тестовой форме для самоконтроля и др.).

Лабораторные занятия предусматривают освоение техники микроскопирования, методики приготовления временных цитологических и гистологических препаратов, выполнения биологического рисунка, идентификацию клеток и тканей человека и животных, и должны быть обеспечены микроскопами, живым и фиксированным материалом для исследования, готовыми микроскопическими препаратами, демонстрационными таблицами, атласами по цитологии и гистологии.

Эффективность самостоятельной работы студентов целесообразно проверять в ходе текущего и итогового контроля знаний в форме устного опроса, коллоквиумов, тестового компьютерного контроля по темам и разделам курса (модулям), проверки ведения альбомов. Для общей оценки качества усвоения студентами учебного материала рекомендуется использование рейтинговой системы.

Программа рассчитана на 200 часов, в том числе 78 часов аудиторных:

48 – лекционных и 30 – лабораторных занятий.

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

II., Цитология. Цитоплазма. Плазматическая 2.1– мембрана (плазмалемма). Плазматическая 2.15. сеть. Пластинчатый комплекс (аппарат Митохондрии. Пластиды. Цитоскелет.

Рибосомы. Клеточное ядро. Включения.

Особенности организации растительной

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

Цитология и гистология, их цели и задачи, место среди других биологических наук. Возникновение и развитие цитологии и гистологии.

Изобретение микроскопа и ранние микроскопические исследования живых организмов (работы Р. Гука, М. Мальпиги, Н. Грю, А. Левенгука и др.).

Создание клеточной теории (Т. Шванн, М. Шлейден, Я. Пуркинье, Р. Вирхов). Основные положения клеточной теории. Достижения цитологии и гистологии в XIX и XX веках. Развитие цитологии и гистологии в России (А. Шумлянский, К. Бэр, И. Чистяков, И. Мечников, А. Максимов, А. Заварзин, Н. Хлопин и др.) и Беларуси (С. Миленков, А. Леонтюк и др.).

Микроскопия как основной метод цитологии и гистологии. Принцип работы и устройство светового микроскопа, формула Э. Аббэ. Методы темного поля, фазового контраста, дифференциально-интерференционного контраста по Номарскому. Поляризационная, флуоресцентная и конфокальная микроскопия. Электронная и атомно-силовая микроскопия.

Методы количественного исследования клеток и тканей (морфометрия, цитофотометрия, цитофлуорометрия, проточная цитометрия).

Культуры клеток и тканей, микрохирургия. Способы витального микроскопического исследования клеток. Принципы фиксации и визуализации биологических микроструктур. Наиболее распространенные в цитологии и гистрологии фиксаторы и красители. Методы определения в клетке нуклеиновых кислот, белков, ферментов, углеводов и липидов.

Иммуноцитохимия и иммуногистохимия.

II. ЦИТОЛОГИЯ

Общая характеристика клетки как автономной самовоспроизводящейся системы на основе биологических мембран. Химический состав и свойства биомембран, модели их молекулярной организации. Единство строения и функционирования эукариотической клетки, ее компонентов и органоидов.

Особенности структурно-функциональной организации прокариотических клеток. Вирусы как неклеточная форма жизни. Теория гиперцикла М. Эйгена.

2.1. Цитоплазма. Химический состав цитоплазмы. Одномембранные, двухмембранные и немембранные компоненты и органоиды клетки.

Гиалоплазма.

2.2. Плазматическая мембрана (плазмалемма). Особенности молекулярной организации плазмалеммы. Пассивный и активный транспорт веществ через плазмалемму. Теории клеточной проницаемости.

Молекулярные насосы. Роль плазмалеммы в процессах фагоцитоза, пиноцитоза и специфического эндоцитоза, в межклеточных контактах и коммуникациях. Дериваты плазмалеммы (гликокаликс, микроворсинки и др.).

2.3. Плазматическая сеть. Особенности ультраструктуры шероховатой и гладкой плазматической сети. Роль шероховатой плазматической сети в синтезе и транспорте секреторных белков. Воспроизводство клеточных мембран. Связь гладкой эндоплазматической сети с синтезом полисахаридов, жиров, стероидов, дезактивацией продуктов катаболизма.

Специализированные типы клеток с развитой шероховатой и гладкой плазматической сетью (плазматические клетки, мышечные волокна, гепатоциты и др.).

2.4. Пластинчатый комплекс (аппарат Гольджи). Ультраструктура диктиосом и их функции: сегрегация, модификация и накопление белков, синтез углеводов. Роль пластинчатого комплекса в секреции. Пластинчатый комплекс диффузного и сетчатого типа в специализированных клетках.

2.5. Лизосомы. Химический состав и ультраструктура лизосом.

Первичные и вторичные лизосомы, остаточные тельца, аутофагосомы. Роль лизосом в фагоцитозе и некрозе клеток. Лизосомальный цикл. Связь лизосом с комплексом Гольджи. Специализированные типы клеток с развитым лизосомальным аппаратом.

2.6. Эндосомы. Фагосомы, пиносомы и опушенные везикулы, их роль в эндоцитозе. Взаимодействие фагосом с лизосомами, фаголизосомы. Ультраструктура опушенных везикул, белок клатрин. Роль опушенных везикул в рециклизации рецепторов и мембранного материала клетки. Эндоцитоз в эндотелии сосудов.

2.7. Секреторные везикулы и гранулы. Экзоцитоз. Участие плазаматической сети, пластинчатого комплекса и опушенных везикул в формировании секреторных везикул и гранул. Экзоцитоз в бокаловидных клетках кишечника и клетках аденогипофиза.

2.8. Пероксисомы (глиоксисомы) клеток животных и растений.

Особенности ультраструктуры и воспроизведения пероксисом, роль в метаболизме перекиси водорода, пуринов и других веществ.

2.9. Митохондрии. Размеры, форма и ультраструктура митохондрий.

Свойства наружной и внутренней митохондриальных мембран, кристы, матрикс. Окислительное фосфорилирование. Грибовидные тельца.

Хемиосмотическая теория П. Митчела. Особенности генома и белоксинтезирующей системы митохондрий. Размножение митохондрий.

Гипотезы происхождения митохондрий.

2.10. Пластиды. Онтогенез и структурно-функциональные перестройки пластид. Структура и функции хлоропластов. Геном хлоропластов.

2.11. Цитоскелет. Микрофиламенты, микротрубочки и промежуточные филаменты как основные компоненты цитоскелета.

Химический состав и ультраструктура микрофиламентов. Актин и ассоциированные с ним белки. Молекулярные механизмы сокращения актиномиозиновых комплексов. Специализированные структуры на основе микрофиламентов (микроворсинки эпителия и миофибриллы мышечных тканей).

Химический состав и ультраструктура микротрубочек. Тубулины и ассоциированныве с ними белки. Клеточный центр, ультраструктура материнской и дочерней центриоли. Удвоение центриолей в клеточном цикле. Ахроматиновое веретено. Реснички и жгутики.

Особенности химического состава и супрамолекулярной структуры промежуточных филаментов. Классификация белков промежуточных филаментов. Роль промежуточных филаментов в поддержании размеров и формы клеток и внутриклеточных структур. Кератиновые волокна эпителиальных клеток.

Микротрабекулярная сеть.

2.12. Рибосомы. Химический состав и ультраструктура малой и большой субъединиц эукариотических рибосом. Белоксинтезирующая система.

Центры связывания и катализа рибосомы. Особенности эукариотической иРНК, стартовый и терминирующие кодоны. Этапы биосинтеза белка инициация, элонгация, терминация. Стадии элонгации полипептиджной цепи – связывание, транспептидация, транслокация. Регулирующие трансляцию белки.

2.13. Клеточное ядро. Роль ядра в хранении, редупликации и транскрипции генов. Морфология, химический состав и архитектура клеточного ядра. Кариолимфа.

Ультраструктура нуклеолеммы. Различия химического состава и свойств наружной и внутренней мембран нуклеолеммы. Ламина. Поровые комплексы и их функции.

Химический состав и строение ядерного матрикса. Роль ядерного матрикса в проддержании размеров и формы ядра.

Хроматин как сложный комплекс нуклеиновых кислот и белков. Генетическая гетерогенность ДНК: уникальные и повторяющиеся последовательности нуклеотидов. Гистоны и негистоновые белки хроматина.

Эухроматин и гетерохроматин. Уровни организации хроматина: нуклеосомы, нуклеомеры, фибриллы 30 нм, петлевые домены, хромомеры, хромонемы, хроматиды, хромосомы, хромосомные территории. Конфигурация Рабля.

Химический состав и функции ядрышка. Компоненты активного ядрышка: ядрышковый организатор (фибриллярный центр), плотный фибриллярный компонент, гранулярный компонент, околоядрышковый гетерохроматин, белковый матрикс. Транскрипция и процессинг рибосомальной РНК.

Тельца Кахаля. Перихроматиновые и интерхроматиновые фибриллы и гранулы.

2.14. Включения. Экзогенные включения металлов и красителей.

Эндогенные включения гликогена, липидов и пигментов (меланина, липофусцина и др.).

2.15. Особенности организации растительной клетки. Клеточная стенка. Центральная вакуоль, сферосомы. Пластиды. Включения в клетках растений. Плазмодесмы.

2.16. Размножение и гибель клеток. Генетический контроль размножения соматических клеток (число Хейфлика). Модель клеточного цикла Говарда и Пелка. Пресинтетический, синтетический и постсинтетический периоды. Репликация ДНК и репликон.

Митоз как основной способ размножения соматических клеток. Фазы митоза (профаза, метафаза, анафаза, телофаза). Мофрология митотических хромосом. Цитотомия (цитокинез). Пролиферативный пул. Генетическая и эпигенетическая регуляция клеточного цикла (циклины, факторы роста, митогены и др.). Эндомитоз и полиплоидия. Политения и политенные хромосомы. Амитоз.

Апоптоз как физиологическая гибель клеток. Морфологические признаки апоптоза (кариорексис, пикноз и др.). Молекулярные механизмы апоптоза (индукторы, каспазы, фрагментация ДНК). Отличия апоптоза от некроза.

2.17. Мейоз как способ деления клеток зародышевого пути при половом размножении организмов. Типы мейоза: зиготный, гаметный и споровый (промежуточный). Редукционное деление. Поведение хромосом в профазе I мейоза и ее стадии: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена, диакинез.

Конъюгация гомологичных хромосом (синапсис). Синаптонемальный комплекс, бивалент. Кроссинговер и рекомбинационные узелки. Хромосомы типа "ламповых щеток". Эквационное деление. Биологическое значение мейоза.

2.18. Дифференцировка клеток. Стволовые клетки эмбриона и взрослого организма. Полипотентность стволовых клеток и механизмы их коммитирования. Дифференциальная активность генов как основа функциональной специализации клеток Понятие о диффероне – дифференцирующемся клеточном клоне, происходящем из стволовой клетки.

III. ГИСТОЛОГИЯ

Определение понятия «ткань». Принципы классификации тканей на основе их строения, функций, онтогенеза, степени обновления и эволюционного происхождения.

3.1. Эпителиальные ткани. Общая характеристика эпителиальных тканей. Морфологическая, физиологическая и гистогенетическая классификация эпителиев. Межклеточные контакты. Диффероны эпителия тонкого и толстого кишечника и эпидермиса кожи. Гистогенез, физиологическая и репаративная регенерация эпителиев. Железистый эпителий. Цитофизиология секреторной клетки. Типы секреции.

Особенности гистоструктуры желез внутренней и внешней секреции.

Морфологическая классификация желез внешней секреции. Гистофизиология молочной, поджелудочной и щитовидной желез.

3.2. Ткани внутренней среды. Общая характеристика, классификация и функции.

Кровь и лимфа. Кровь как ткань. Химический состав плазмы и сыворотки крови. Классификация форменных элементов крови. Морфофизиологическая характеристика клеток крови. Формула крови и ее изменения при физиологических и патологических состояниях организма. Клеточный состав лимфы.

Стволовая кроветворная клетка и кроветворный дифферон. Эритропоэз, гранулоцитопоэз, тромбоцитопоэз и моноцитопоэз. Закономерности дифференцировки Т- и В-лимфоцитов. Иммунная система. Эмбриональный гистогенез крови.

Рыхлая соединительная ткань. Морфология и функции клеток рыхлой соединительной ткани. Химический состав и физические свойства коллагеновых эластических и ретикулярных волокон. Химический состав и свойства аморфного вещества. Формирование волокон и межклеточного вещества фибробластами.

Мезенхима как эмбриональная соединительная ткань. Гистогенез соединительной ткани, ее физиологическая и репаративная регенерация.

Взаимодействие соединительной ткани и крови в процессе воспалительной реакции.

Плотная соединительная ткань. Особенности строения и функции дермы, сухожилий, связок, фасций, апоневрозов. Их строение и функции.

Хрящевая ткань. Типы хрящевой ткани. Гиалиновый хрящ как орган.

Строение и функции надхрящницы. Хондроциты и хондробласты.

Химический состав и строение межклеточного вещества хряща. Гистогенез и регенерация хрящевой ткани.

Костная ткань. Остеоциты, остеобласты и остеокласты. Химический состав и структура межклеточного вещества кости. Грубоволокнистая и пластинчатая костная ткань. Строение трубчатой кости в районе диафиза.

Остеоны. Прямой и непрямой гистогенез костной ткани. Регенерация кости.

Гормональный контроль минерализации и возрастные изменения костной ткани.

3.3. Мышечные ткани. Общая характеристика мышечных тканей, их морфофункциональная и гистогенетическая классификации.

Поперечно-полосатая мышечная ткань. Ультраструктура миона.

Трофическая, опорная и сократительная системы миона. Миофибрилла и саркомер. Молекулярный механизм мышечного сокращения. Красные и белые мионы. Гистогенез и регенерация поперечно-полосатой мускулатуры.

Сердечная мышечная ткань. Строение миокарда. Ультраструктура рабочих, проводящих и секреторных кардиомиоцитов. Водитель ритма и проводящая система. Гистогенез и регенерация миокарда.

Гладкая мышечная ткань. Строение и функции гладкомышечной клетки. Локализация гладкой мышечной ткани в организме. Гистогенез и регенерация гладкой мышечной ткани.

3.4. Нервная ткань. Общая характеристика нервной ткани. Клеточный состав нервной ткани. Нейронная теория строения нервной системы.

Морфология нейрона, аксон и дендриты. Классификации нейронов по числу отростков и месту в рефлекторной дуге. Ультраструктура нейрона:

тигроидное вещество, нейрофибриллы, сетчатый аппарат (комплекс Гольджи), особенности строения ядра и других органоидов. Мезханизм генерации нервного импульса. Восходящий и нисходящий транспорт веществ. Секреторные функции нейрона. Нейросекреторные клетки.

Классификация клеток нейроглии. Макро- и микроглия. Особенности структуры и функции эпендимоцитов, плазматических и волокнистых астроцитов, олигодендроцитов. Взаимоотношения нейроглии с нейронами.

Строение безмякотных и мякотных нервных волокон. Морфогенез миелиновой оболочки. Ультраструктура химических и электрических синапсов. Механизм синаптической передачи. Нейромедиаторы.

Микроскопическое строение эффекторных нервных окончаний (моторные бляшки).

Классификации и строение рецепторных нервных окончаний (осязательные мениски, тельца Фатера-Пачини и др.).

Гистогенез и регенерация нервной ткани.

ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Афанасьев Ю. И. Гистология, цитология и эмбриология / Ю. И.

Афанасьев. М.: Медицина, 2004.

2. Волкова О. В. Гистология, цитология и эмбриология. Атлас / О. В.

Волкова, Ю. К. Елецкий, Т. К. Дубовая и др. М.: Медицина, 1996.

3. Глушен С. В. Цитология и гистология. Конспект лекций / С. В. Глушен Мн.: БГУ, 2003.

4. Ченцов Ю. С. Введение в клеточную биологию / Ю. С. Ченцов. М.:

Академкнига, 2004.

5. Ченцов Ю. С. Общая цитология / Ю. С. Ченцов М.: МГУ, 1995.

Дополнительная:

1. Альбертс Б. Молекулярная биология клетки / Б. Альбертс, Д. Брэй, Дж.

Льюис, М. Рэфф, К. Робертс. М.: Мир, 1993. Т. 1–3.

2. Быков В.Л. Цитология и общая гистология (функциональная морфология клеток и тканей организма). / В.Л. Быков. СПб.: СОТИС, 2000.

3. Заварзин А. А. Сравнительная гистология / А. А. Заварзин. СПб.: Издво С-Петерб. ун-та, 2000.

4. Данилов Р.К. Гистология человека в мультимедиа. / Р.К. Данилов, А.А.

Клишов, Т.Г. Боровая. СПб.: ЭЛБИ-СПб., 2004.

5. Уилсон Д., Хант Т. Молекулярная биология клетки. Сборник задач. М.:

Мир, 1994.

6. Фаллер Д. М. Молекулярная биология клетки / Д. М. Фаллер, Д.

Шилдс. М.: БИНОМ-Пресс. 2003.

7. Улумбеков Э. Г. Гистология / Э. Г. Улумбеков, Ю. А. Челышев. М.:

Геотар Медицина, 2001.

ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМЫХ СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ

Типовым учебным планом специальности 1-33 01 01 Биоэкология в качестве формы итогового контроля по дисциплине рекомендован экзамен.

Оценка учебных достижений студента осуществляется на экзамене и производится по десятибалльной шкале.

Для текущего контроля и самоконтроля знаний и умений студентов по данной дисциплине можно использовать следующий диагностический инструментарий:

- защита индивидуальных заданий при выполнении лабораторных работ;

- защита подготовленного студентом реферата;

- проведение коллоквиума;

- устные опросы;

- письменные контрольные работы по отдельным темам курса;

- компьютерное тестирование.