Практическое занятие №1

"Использование различных методов при изучении биологических объектов"

Цель: изучить основные методы клеточной биологии (хроматография, электрофорез, дифференциальное центрифугирование, ПЦР).

Задачи практического занятия:

1. Закрепить теоретические знания о методах биологии

Оборудование: тетрадь для практических заданий, линейка, карандаш, карточки - задания, компьютер, проектор, интерактивная доска, презентация по теме, набор раздаточного материала.

Методы цитологии. Клеточная теория. Видеоурок  https://vk.com/video-118709213_456239025

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:

Образовательная цель: формирование знаний о роли биотехнологии в медицине и фармации.

Воспитательная цель: воспитание чувства профессионализма, понимания важности своей профессии, внимательности, аккуратности

Развивающая цель: развивать познавательный интерес, логическое мышление, умение анализировать структурировать материал в графические схемы.

Рекомендуемые информационные материалы:

1. Учебник Беляев Д.К., Дымшиц Г.М., Кузнецова Л.Н. и др. Биология (базовый уровень). 10 класс. — М., 2014.

Межпредметные связи: Основы латинского языка с медицинской терминологией, Основы патологии, Гигиена и экология человека, Физиологическое акушерство, Педиатрия, Охрана репродуктивного здоровья и планирование семьи, Патологическое акушерство.

Внутрипредметные связи: Закономерности наследования признаков, Наследственность и патология, Медико-генетическое консультирование.

Освоены следующие компетенции:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их выполнение и качество.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

Количество часов: 2 часа

Критерии оценки:

1. Оценка «5» (отлично) – ставится, если студент выполняет все задания без ошибок, или допускает незначительные ошибки, активно участвуя во всех видах деятельности, и творчески подходит к их выполнению.

2. Оценка «4» (хорошо) – ставится, если студент выполняет задания с 1 – 2 ошибками, которые самостоятельно устраняет, активно участвуя во всех видах деятельности, и творчески подходит к их выполнению.

3. Оценка «3» (удовлетворительно) - ставится, если студент делает большое количество ошибок при выполнении заданий или выполняет задания частично, участвуя во всех видах деятельности.

4. Оценка «2» (неудовлетворительно) - ставится, если студент большую часть заданий,  выполняет неверно, допускает грубые ошибки.

ХОД РАБОТЫ

 Задание 1. Ознакомиться с теоретическим материалом:

Основными методами изучения клетки являются: микроскопия, центрифугирование (ультрацентрифугирование), культивирование клеток, метод рекомбинантных ДНК, меченных атомов, хроматография, электрофорез.

Также в цитологии используют:

- ренттеноструктурный анализ - дает возможность определять пространственное расположение и физические свойства молекул;

- кино- и фотосъемки - помогает изучить процессы жизнедеятельности клетки, такие как

деление:

- микрохирургия - заключается в удалении или имплантировании отдельных органоидов, пересаживании их из клетки в клетку.

Микроскопия

Способность различить два объекта называется разрешением. Разрешение оптического прибора - минимальное расстояние между двумя точками, которые видны как отдельные и не сливаются. Чем меньше это расстояние, тем более мелкие объекты можно изучать.

Световая (оптическая) микроскопия

Чаще всего применяются световые микроскопы, в которых объект освещают видимым светом. Видимый свет - это электромагнитное излучение длиной волны от 400 до 700 им, то есть 0,4 0,7 мкм (1 нм = м). Разные длины волн света глазом воспринимаются разные цвета. Наиболее длинноволновый свет - красный, наиболее коротковолновый фиолетовый.

Белый свет - это смесь лучей разных длин волн. Его можно разложить в спектр – радугу при помощи призмы.

Длина волны накладывает ограничение на минимальный размер объектов, которые можно изучать путем микроскопии, Волна может огибать объекты, поэтому невозможно изучать объекты размером существенно меньше длины волны света. Так как длины волн видимого света - 0,4 0,7 мкм, то разрешение светового микроскопа при использовании белого света - порядка 0,5 мкм. В реальности из-за дополнительных ограничений в обычный микроскоп, как правило, можно хорошо видеть объекты порядка 1 мкм. Объекты меньше 0,5 мкм видны, только если она сами излучают свет, что используется во флуоресцентной микроскопии.

У светового (оптического) микроскопа имеются следующие части;

1. Объектив система линз, фокусирующая свет от объекта, Обычно имеется несколько объективов во вращающейся (револьверной) головке.

2. Окуляр система линз, в которую смотрит наблюдатель.

3. Тубус, при помощи которого зафиксированы на определенном объективы.

расстоянии окуляр и

4. Штатив.

5. Предметный столик, где располагается объект на предметном стекле.

6. Осветительная система - обычно лампа и система фокусирующих линз (конденсор).

7. Макровинт и микровинт для грубой и тонкой фокусировки соответственно.

Часто имеется система для перемещения препарата - препаратоводитель, оборудованный измерительными линейками.

Существуют фазово-контрастные и интерференционные микроскопы, позволяющие визуализировать такую характеристику света, как фаза, При прохождении через объект фаза лучей в разной степени сдвигается. Этот тип микроскопии позволяет видеть тонкие детали в живых объектах без фиксации и окрашивания. Флуоресцентная микроскопия используется как для изучения образцов с собственной флуоресценцией (например, хлорофилл в синем свете флуореспирует красным), так и для изучения образцов, окрашенных определенными флуоресцентными красителями или меченными ими антителами для выявления определенных внутриклеточных структур.

Электронная микроскопия

Гораздо большего разрешения, чем световой микроскоп, позволяет добиться микроскоп, в котором для освещения объекта используется пучок электронов электронный микроскоп, Конечно, в такой микроскоп нельзя смотреть глазом, для фиксации результатов используются детекторы электронов. Чтобы электронный пучок не рассеивался, внутри микроскопа создают вакуум. Подготовка препаратов для такой микроскопии очень сложна - их фиксируют, обезвоживают, заливают в плотную среду, делают тончайшие срезы при помощи прибора - микротома. Также обязательно окрашивание или препаратов или напыление, как правило, солями тяжелых металлов, так как только они существенно задерживают поток электронов. Изображение получается не цветным (может быть потом «раскрашено» искусственно).

Существует два типа электронных микроскопов - сканирующий и транемиссионный. Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) дает изображение поверхности (объект выглядит объемным), а трансмиссионный (ТЭМ), или просвечивающий, дает плоское изображение среза «на просвет».

Хроматография

Это физико-химический метод разделения веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами - подвижной и неподвижной. Неподвижной фазой обычно служит твердое вещество (сорбент) или пленка жидкости, нанесенная на твердое вещество. Подвижная фаза представляет собой жидкость или газ, протекающий через неподвижную фазу. Компоненты анализируемой смеси вместе с подвижной фазой перемещаются вдоль стационарной фазы, которую обычно помещают в колонку (стеклянную или металлическую трубку). Если молекулы разных компонентов разделяемой смеси обладают различной адсорбируемостью или растворимостью, то время их пребывания в неподвижной фазе, а следовательно, и средняя скорость передвижения по колонке различны. Одни компоненты остаются в верхнем слое сорбента, другие, с меньшей адсорбируемостью, оказываются в нижней части колонки, некоторые покидают колонку вместе с подвижной фазой. Так достигается разделение компонентов. Хроматография - динамический метод, связанный с многократным повторением сорбционных и десорбционных процессов, так как разделение происходит в потоке подвижной фазы. Это обеспечивает эффективность хроматографического метода по сравнению с методами сорбции в статических условиях.

С помощью хроматографии возможны: разделение сложных смесей органических и неорганических веществ на отдельные компоненты, очистка веществ от примесей, концентрирование веществ из сильно разбавленных растворов, качественный и количественный анализ исследуемых веществ.

Биохимические методы

Для выделения определенных веществ из организмов их гомогенизируют - измельчают до образования однородной кашицы, затем ее подвергают другим манипуляциям и обрабатывают определенными веществами. В биохимии для исследования метаболизма часто применяется метод меченых атомов. Когда в организм вводят соединения, содержащие те или иные радиоактивные или тяжелые изотопы, которые можно затем обнаруживать в различных веществах и отслеживать их превращения, таким образом, изучая биохимические реакции в живых системах.

Центрифугирование

Чтобы разделить, различные органеллы и клеточные структуры по плотности, разрушенные клетки подвергают центрифугированию - раскручиванию в специальных центрифугах.

Ротор центрифуги вращается очень быстро (десятки или даже сотни тысяч оборотов в минуту). Под воздействием центробежной силы все частицы в пробирке оседают. Центробежную силу характеризуют по сообщаемому ею ускорению, называя, во сколько раз оно превышает g - ускорение свободного падения, например, часто используется 13 000 g. Можно использовать плотные растворы солей для разделения частип по их плавучей плотности, При длительном центрифугировании раствора тяжелой соли, например хлористого цезия, создается градиент плотности - переход плотности в растворе, где более плотный раствор находится внизу и менее плотный - вверху. Если центрифугировать в этом растворе различные частицы, они останавливаются в том слое жидкости, где плавучая плотность частиц равна плотности окружающего раствора, Таким образом можно разделить различные макромолекулы и молекулярные комплексы, например, субъединицы рибосом.

Электрофорез

Электрофорез (от электро- и др.-греч. форбо «переношу») - это электрокинетическое явление перемещения частиц дисперсной фазы (коллоидных или белковых растворов) в жидкой или газообразной среде под действием внешнего электрического поля.

Электрофорез является одним из наиболее важных методов для разделения и анализа компонентов веществ в химии, биохимии и молекулярной биологии, медицине.

В лабораторной диагностике применяется электрофорез белков способ разделения смеси белков на фракции или индивидуальные белки. Электрофорез белков применяют как для анализа компонентов смеси белков, так и для получения гомогенного белка.

Электрофорез ДНК

Это базовый метод работы с ДНК, применяющийся вместе с практическими всеми другими методами для выделения нужных молекул и анализа результатов. Для разделения фрагментов ДНК по длине применяется метод электрофореза в геле.

ПЦР

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) лежит в основе лабораторного метода, позволяющего определить присутствие интересующей исследователя последовательности нуклеотидов, а также амплифицировать и измерять количество копий этой последовательности. Метод ПЦР позволяет многократно продублировать интересующий исследователя фрагмент ДНК при помощи специальных ферментов. В результате многократного дублирования (амплификации) образуется количество ДНК, достаточное для визуального обнаружения. Амплификация - процесс накопления копий необходимой нуклеотидной последовательности в ходе ПЦР. Для успешного и контроллируемого лабораторного процесса амплификации используются специальные приборы - амплификаторы.

Помимо амплификации, метод ПЦР позволяет производить другие манипуляции с ДНК, такие как введение мутаций или сращивание фрагментов ДНК друг с другом. ПЦР используется и в биологических исследованиях, и в медицине. С его помощью определяют наличие заболеваний, устанавливают родственные связи, а также выделяют новые гены или клонируют старые при проведении генетических исследований.

Задание 1.  Заполнить таблицу:

 Задание 2.  Сделайте вывод по работе