Узагальнення, систематизація й контроль знань
Міністерство освіти і науки України
Харківський електромеханічний технікум транспортного будівництва
Біологія
(назва навчальної дисципліни)
Методичні вказівки
для самостійної роботи студентів
зі спеціальності 273 «Залізничний транспорт»
(шифр і назва спеціальності)
спеціалізації «Монтаж, обслуговування та ремонт автоматизованих систем керування рухом на залізничному транспорті»
(шифр і назва спеціалізації)
Р.
Методичні вказівки для самостійної роботи
з дисципліни “Біологія” студентів спеціальності 273 «Залізничний транспорт»,
(шифр і назва спеціальності)
спеціалізації «Монтаж, обслуговування та ремонт автоматизованих систем керування рухом на залізничному транспорті»
(шифр і назва спеціалізації)
/ Уклад.: Іванова. І.В. – ХЕМТТБ, 2016. – 40 с.
(прізвище та ініціали)
Методичний посібник розглянутий та рекомендований цикловою комісією «Природничо-математичних дисциплін»для використання студентами при
(назва циклової комісії)
самостійному вивченні навчальної дисципліни “Біологія”_.
Протокол № _____ від “___”____________20____р.
Голова циклової комісії __________________ (Омельченко С.О.)
(підпис) прізвище та ініціали)
Схвалено методичною радою Харківського електромеханічного технікуму транспортного будівництва
Протокол № _____ від “____”__________20____р.
Голова методичної ради _____________________(_______________)
(Підпис) (прізвище та ініціали)
Пояснювальна записка
Методичний посібник призначений для допомоги у виконанні самостійних робіт по біології для студентів першого курсу, що навчаються за навчальною програмою, яка передбачає 122 години з біології: з них16 годин відведено на самостійні заняття.
Дисципліна "Біологія", в основі якої лежить наука про природу, покликана стати провідником пізнання будови і функцій живих організмів, їх взаємозв’язків, гуманістичних ідей, екологічного способу мислення, здорового способу життя.
Біологія в загальній системі підготовки спеціалістів ВНЗ І-ІІ рівнів акредитації є самостійною, цілісною дисципліною. У зв’язку з цим метою навчального курсу стандартного рівня є забезпечення підготовки молодших спеціалістів знаннями з біології, формування наукової картини живої природи, екологічної культури, зміцнення духовного і фізичного здоров’я, формування ключових компетентностей (вміння вчитися, здоров’язберігаюча, загальнокультурна, соціальнотрудова, інформативна), яких потребує сучасне життя.
Досягнення зазначеної мети забезпечується виконанням таких завдань:
- засвоєння студентами знань про хімічну будову, властивості, структуру і функціонування живих систем на різних рівнях організації живого; взаємозв’язки між живими системами, неживою природою; оволодіння методологією наукового пізнання; вміннями самостійного вивчення основних понять, законів, біологічних закономірностей; уміннями спостерігати, досліджувати і пояснювати явища природи; застосовувати теоретичні знання з метою професійного самовизначення у прикладних сферах людської діяльності (медицина, сільське господарство, біотехнологія, педагогіка);
- формування вмінь встановлювати гармонійні стосунки з природою на основі поваги до життя як найвищої цінності, до всього живого як унікальної частини біосфери; емоційно-ціннісного ставлення до природи, до себе, до людей, до загальнолюдських духовних цінностей;
- формування умінь використовувати набуті знання для оцінки наслідків своєї діяльності по відношенню до навколишнього середовища, здоров’я інших людей, власного здоров’я, обґрунтування та дотримання заходів профілактики захворювань, правил поведінки у природі;
- розвиток інтелектуальних і творчих здібностей та якостей особистості, прагнення до самоосвіти;
- виховання переконаності у можливості пізнання живої природи, необхідності дбайливого ставлення до оточуючого середовища, власного здоров’я.
Даний посібник складено для допомоги студентам опанувати основи біології як експериментально-теоретичної науки, навчитися використовувати свої знання на практиці, набувати навичок дослідницької роботи.
Перш ніж приступити до виконання роботи необхідно повторити відповідні розділи підручника , підібрати потрібні матеріали.
У процесі виконання робіт слід зробити конспект за розглянутим матеріалом, для кращого закріплення розглянутої теми.
Оформлення конспекту з вивченого матеріалу виконувати охайно, у відповідності з вимогами до оформлення зошитів та конспектів.
.
Теми, які винесено для самостійного опрацювання:
1. Органічні речовини живих організмів, їх різноманітність та значення в існуванні живих істот. Історія вивчення.
2. Історія вивчення клітини. Методи цитологічних досліджень. Загальний план будови клітин.
3. Фотосинтез. Значення фотосинтезу
4. Цитотехнології – можливості та перспективи використання.Клітина – елементарна цілісна жива система. Стовбурові клітини. Взаємодія клітин. Гістотехнології – можливості та перспективи використання.
5. Небезпечні вірусні хвороби людини. Профілактика ВІЛ-інфекції/СНІДу, гепатитів та інших вірусних хвороб людини. Профілактика бактеріальних хвороб людини. Профілактика хвороб людини, які спричинюються паразитичними одноклітинними еукаріотами.
6. Генетика людини і її значення для медицини і охорони здоров’я. Досягнення в селекції рослин і тварин в Україні. Основні напрями сучасної біотехнології. Трансгенні організми та проблеми, які пов’язані з ГМО.
7. Вплив генотипу та факторів зовнішнього середовища на розвиток організму. Діагностування вад розвитку людини та їх корекція.
8. Механізми регенерації. Ріст організмів, його регуляція. Життєвий цикл у рослин і тварин. Ембріотехнології. Химерні організми. Клонування організмів – можливості та перспективи використання.
1.Органічні речовини живих організмів, їх різноманітність та значення в існуванні живих істот. Історія вивчення.
Мета роботи: ознайомити студентів з історією вивчення органічних речовин та їх різноманітністю.
Студенти повинні знати:
- елементний склад живих організмів;
- будову, властивості і функції органічних сполук;
- основні етапи розвитку біологічної науки.
Студенти повинні уміти:
- наводити приклади значення органічних речовин,
Обладнання й матеріали: підручник, портрети видатних хіміків
Базові поняття й терміни: органічні речовини
Під час вивчення матеріалу потрібно звернути увагу на такі моменти.
Біологічна хімія,або біохімія - наука про хімічний склад живих організмів і хімічні процеси, що забезпечують їх життєдіяльність. У сучасній біології це одна з найрозвинутіших наук, яка нараховує близько сотні дисциплін: загальну біохімію, що вивчає закономірності молекулярної будови й протікання хімічних ре акцій у живому; біохімію тварин, рослин, мікробів і вірусів, завданнями яких є ви явлення особливостей хімічного складу й реакцій, що відбуваються у
клітинах, тканинах і тілах саме цих груп живих організмів; медичну біохімію, яка займається питаннями біохімії людини, розробкою діагностики захворювань,
контролем за перебігом хвороби та інші. Актуальними в останні десятиліття стали дослідження з радіаційної біохімії, що вивчає вплив іонізуючого випромінювання на структуру і властивості сполук живих систем.
Прогрес у біохімічних дослідженнях тісно пов’язаний з досягненнями у суміжних науках: неорганічній, органічній, фізичній хіміях, фізіології, біофізиці, клітинній біології, генетиці, еволюційній біології. На стиках цих наук з біохімією отримують дуже цікаві результати, саме тут формуються сучасні наукові напрями, серед яких і молекулярна біологія - наука про будову, функції й пе -
ретворення біологічних макромолекул, зокрема білків і нуклеїнових кислот. Ця наука використовує підходи й методи біохімії, а вирішує, головним чином, генетичні завдання - з’ясування механізмів реалізації спадкової інформації. Роль молекулярної біології у пізнанні життя важко переоцінити, адже специфічність біологічній матерії надають саме нуклеїнові кислоти і білки, а тому, вивчаючи особливості будови й функціонування біологічних макромолекул, можна впритул наблизитись до розкриття таємниць життя. Саме з молекулярної біології бере початок один із найбільш перспективних біотехнологічних напрямів - генна інженерія, що ставить перед собою завдання створення генетично модифікованих організмів, у клітинах яких продукуються речовини, не властиві даному виду
організмів, але які на дають йому характеристики, корисні для людини.
Початок ХIХ ст. відзнаменувався відкриттям органічних сполук, які були виділені з природної сировини.
У такий спосіб було отримано гліцерин, молочну, лимонну, яблучну й щавлеву кислоти, із цукрового буряка - сахарозу, з жовчі - холестерин, а із фрук тових соків - глюкозу й фруктозу. У результаті було описано близько
80 сполук, які зустрічалися в живих організмах, за що й отримали красномовну назву - органічні речовини.
Вивченням органічних речовин займається органічна хімія. Назва «органічна хімія» походить з припущення що органічні сполуки можуть бути синтезовані тільки в живих організмах.
Термін “органічна хімія” вперше запровадив в 1806 році шведський хімік Берцеліус. Вважалось, що всі органічні речовини мають одну дуже важливу особливість думали, що вони утворюються тільки під дією особливої “життєвої сили ”,яка існує лише в живій природі: в організмі тварин і в рослинах. Ці уявлення переважали до початку ХІХ століття. Берцеліус - один із головних прибічників теорії життєвої сили - писав в 1815 році: “ Коли ми розглядаємо наш організм як машину, то які б знання про його будову ми не мали, як би глибоко не розуміли взаємодію речовин однієї з одною, причина більшості явищ в живому організмі залишається так глибоко прихована від нас, що ми, певно, не зможемо виявити її. Цю приховану причину ми називаємо “ життєвою силою ”.
Викликає інтерес ще одне трактування предмета органічної хімії: “ Органічна хімія може звести з розуму. Вона являє собою первозданний тропічний ліс, повний несподіванок, непролазні хащі без кінця та краю, куди страшно зайти ”, - писав Фрідріх Веллер. До слів цього хіміка слід поставитись з повною довірою, адже саме він завдав першого удару по глибоко невірній віталістичній теорії, синтезувавши в 1828 році в лабораторії продукт життєдіяльності живого організму - сечовину. Це було справжньою хімічною сенсацією того часу. В1845 році німецький хімік Кольбе синтезував із деревного вугілля, сірки, хлору та води оцтову кислоту. В 1851 році француз Бертло при температурі червоного розжарювання із етилового спирту та оцтової кислоти синтезував бензол, фенол, нафталін. Особливе значення для спростування віталізму мали роботи Бертло по синтезу основних компонентів тваринного жиру.
В 1860 році ним при нагріванні гліцерину з жирними кислотами були утворені тристеарин, трипальмітин, триолеїн. У 1961 році росіянин Олександр Михайлович Бутлеров синтезував, діючи вапняною водою на пара-формальдегід, цукристу речовину, названу ним метиленітаном. Стало ясно, що для утворення органічних речовин ніякої “ життєвої сили ” не потрібно, необхідні сили тільки хімічні та фізичні
Основні досягнення кінця ХІХ і ХХ ст. пов’язані з дослідженнями структури, функції й перетворень біологічних макромолекул - білків і нуклеїнових кислот. У 1868 р. швейцарський біохімік Ф. Мішер (1844–1895) відкриває нуклеїнові кислоти. Російський вчений О.Я. Данилевський (1838–1928) вивчає склад, будову і властивості багатьох білків, на основі чого розробляє основні положення поліпептидної теорії будови молекули білка, здійснює синтез поліпептиду. Значний внесок у розвиток біохімії зробив німецький вчений Е. Фішер (1852–1919). На основі численних дослідів він встановив, що білки складають ся з амінокислот, сполучених пептидним зв’язком. Згодом це стало одним із положень сформульо-ваної Фішером поліпептидної теорії білків.
Ці та багато інших вчених, перш за все лауреати Нобелівської премії Л. Полінг, Дж. Вотсон, Ф. Крік, Ф. Сенгер, а також наукові колективи, в яких вони працювали, внесли істотний вклад у вивчення структури нуклеїнових кислот і білків, відкриття їх просторової будови.
Органічними називають сполуки, в основі яких лежить ланцюг, який утворений ковалентнозв’язаними атомами Карбону і може мати різну просторову структуру.
Завдяки неймовірній різноманітності можливих варіантів карбонового скелета органічні сполуки теж є дуже різноманітними.
Різноманітність органічних сполук забезпечується також різними функціональними групами, що входять до їх складу. Саме функціональні групи надають органічним сполукам характерних особливостей, визначаючи їхній «характер».
Нині описано структуру понад 10 млн. органічних сполук, частину з них виділено з живих організмів, однак значно більшу кількість синтезовано в лабораторіях.
У чому ж полягають особливості будови органічних сполук?
- Основним типом хімічного зв’язку в молекулах органічних речовин є ковалентний зв’язок. Це найміцніший тип хімічного зв’язку. Він виникає внаслідок утворення спільних електронних пар атомів, що приводить до зв’язу- вання різних атомів в одну молекулу. При цьому пара електронів одночасно належить сусіднім атомам. Особливо міцні зв’язки утворюються між атомами Оксигену, Карбону, Гідрогену і Нітрогену, які становлять, як ви пам’ятаєте, 98% маси клітини. Річ у тім, що чим легші елементи, тим міцніші між ними ковалентні зв’язки, а згадані О, С, Н і N є найлегшими з хімічних елементів, здатних утворювати такий тип зв’язків. Найпростішою органічною сполукою є метан.
- Ланцюги зі зв’язаних ковалентними зв’язками атомів Карбону утворюють основу, «скелет» молекули.
Крім невід’ємних для всіх органічних сполук елементів Карбону і Гідрогену, в них майже завжди наявний Оксиген, рідше - Нітроген. Крім того, до складу органічних сполук можуть входити Фосфор і значно рідше - Сульфур, а до деяких складних органічних сполук - ще і йони металів (Fe2+, Cu2+, Mg2+). Іноді до складу органічних сполук входять залишки молекул неорганічних сполук, частіше за все - похідних ортофосфатної кислоти.
Узагальнення, систематизація й контроль знань
Дати відповіді на питання:
1. Які речовини входять до складу живих організмів?
2.Які речовини називають органічними?
3. Розгляньте історію вивчення органічних сполук.
4. У чому полягають особливості будови органічних сполук?
5. Які елементи входять до складу органічних речовин?
ЛІТЕРАТУРА
[1(11-18), 2(41-42)]
2.Історія вивчення клітини. Методи цитологічних досліджень. Загальний план будови клітин.
Мета роботи :ознайомити студентів з історією вивчення клітини, розглянути основні методи цитологічних досліджень та особливості їх використання для вивчення різних типів клітин.
Студенти повинні знати: методи вивчення клітин.
Студенти повинні уміти: робити висновокпро загальний план будови клітин усіх організмів;
Обладнання й матеріали:підручник,мікроскоп, лупа, таблиця зі схемою будови рослинної та тваринної клітини фотографії або малюнки приладів для дослідження клітин, портрети Р. Гука, А. Левенгука, М. Шлейдена, Т. Шванна.
Базові поняття й терміни:клітина, клітинний рівень організації життя, клітинна теорія, мікроскопія, центрифугування, метод мічених атомів, метод культури клітин.
Під час вивчення матеріалу потрібно звернути увагу на такі моменти.
Клітину відкрив Роберт Гук - англійський фізик, який працював у Оксфордському університеті. Він удосконалив конструкцію мікроскопа й дослідив з його допомогою різні об’єкти, у тому числі корок коркового дубу. Розглядаючи з допомогою мікроскопа корок, Гук побачив комірки (це були клітинні стінки), які нагадали йому монастирські келії, і він назвав їх англійським словом cell (камера, клітка, клітина). Свої дослідження він описав у статті 1665 р. Пізніше Гук спостерігав і описав клітини таких рослин, як бузина, кріп, морква тощо.
Наступний етап формування цитології як науки пов’язаний із голландцем Антоні ван Левенгуком, який працював у кінці XVII - на початку XVIII ст. Він відкрив одноклітинні організми (першим побачив найпростіших), еритроцити, сперматозоїди та інші клітини.
Протягом XVIII ст. суттєвих зрушень у науці про клітини не відбувалося через недосконалу конструкцію мікроскопів. А от у XIX ст. мікроскопи значно вдосконалили і, до того ж, створили методики забарвлення клітин. Це призвело до цілої низки відкриттів. 1827 р. Карл Бер відкриває яйцеклітину ссавців. 1831 р. Роберт Броун описує ядра рослинних клітин. У той же період Маттіас Шлейден довів, що всі рослини складаються з клітин. І, нарешті, 1839 р. Теодор Шванн, порівнюючи клітини рослин і тварин і спираючись на висновки Шлейдена, сформулював клітинну теорію.
Основними положеннями цієї теорії були такі:
• Усі організми складаються з клітин або різними способами утворені з них.
• Клітини рослин і тварин подібні за головними рисами.
• Ріст і розвиток організмів пов’язані з утворенням клітин.
1859 р. Рудольф Вірхов довів, що клітини виникають лише з клітин-попередників. Це все призвело до того, що наприкінці XIX століття цитологія стала самостійною наукою.
У XX ст. розвиток цитології інтенсивно продовжувався. Цьому сприяла поява нових методів досліджень - спочатку електронної мікроскопії, а потім центрифугування і методів молекулярної біології.
Основними методами сучасної цитології є такі:
• оптична мікроскопія;
• електронна мікроскопія;
• забарвлення клітин;
• мікротомування;
• центрифугування;
• метод мічених атомів;
• метод культури клітин.
Таблиця 1-Цитологічні методи
| Метод досліджень | Прилади й засоби, які використовуються | Результати використання методу | |
| Оптична мікроскопія | Оптичний мікроскоп, бінокуляр, фазово- контрастний мікроскоп, люмінесцентний мікроскоп, темнопольний мікроскоп | Метод дозволяє досліджувати форму й розміри клітин, загальний план будови клітин та їхні окремі органели (найбільші клітинні структури, органели руху, капсули та слизові шари), розміром не менше ніж 200 нм | |
| Електронна мікроскопія | Трансмісійний електронний мікроскоп, скануючий електронний мікроскоп | Метод дозволяє досліджувати ультраструктуру клітин і всі їх органели, поверхневі структури клітин і міжклітинні контакти | |
| Забарвлення клітин | Барвники та фіксуючі речовини | Метод дозволяє диференційно забарвлювати окремі структури або клітину в цілому для одержання якісного зображення під час мікроскопіювання | |
| Мікротомування | Мікротоми | Метод дозволяє виготовити ультратонкі препарати для їх дослідження за допомогою всіх різновидів світлового та трансмісійного електронного мікроскопів | |
| Центрифугування | Центрифуги | Метод дозволяє розділити вміст клітин на фракції за формою та розміром окремих компонентів для подальшого окремого дослідження кожної з фракцій |
Продовження табл. 1
| Метод мічених атомів | Радіоактивні ізотопи, прилади для радіоавтографії | у клітину вводять речовину, в якій один із атомів певного хімічного елемента заміщений його радіоактивним ізотопом. За допомогою спеціальних приладів, здатних фіксувати ці ізотопи, можна простежити за міграцією цих речовин у клітині та їхнім перетворенням. Метод дозволяє відстежити шлях речовин усередині клітини, механізми обміну речовин, дослідити функції окремих органел, |
| Метод культури клітин | Поживні середовища | Метод дозволяє вирощувати певні типи клітин і відстежувати їх реакції на дію зовнішніх і внутрішніх факторів |
Будова клітин прокаріотів і еукаріотів
Під час вивчення матеріалу потрібно звернути увагу на такі моменти.
Клітина структурно-функціональна одиниця живого організму. Це елементарна жива система, яка здатна до самовідтворення. Клітина лежить в основі будови і розвитку всіх організмів, це найдрібніша частина організму, наділена його ознаками. Клітини живих організмів відрізняються за формою, розміром, особливостями організації та функціями. Більшість клітин мають розміри від 10 до 100 мкм. Клітини, з яких складається новий організм, не є ідентичними, однак усі вони побудовані за єдиним принципом, що свідчить про спільність походження живих організмів.
Рисунок 2.1- Загальна схема будови клітини
Рисунок 2.2- Клітина і її органели
Ядро
Ядро частина еукаріотичних клітин, що несе спадкову інформацію, закладену в молекулі ДНК.
Рисунок 2.3- Схема будови ядра
Рисунок 2.41- Загальна схема будови ядра
Цитоплазма, її компоненти
Цитоплазма внутрішній рідкий вміст клітини, в якому розміщуються і функціонують клітинні органоїди.
Рисунок 2.4- Загальна схема будови цитоплазми