Реферат прокариоты и вирусы
Формы жизни
Выделяют две основные формы жизни: клеточные и неклеточные. Подавляющее большинство организмов относится к клеточным формам жизни, к неклеточным – только вирусы.
Клеточные формы делятся на прокариот (доядерные) и эукариот (собственно ядерные). Прокариоты не имеют оформленного ядра, у эукариот ядро четко выражено. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли, к эукариотам — растения, животные и грибы.
Вирусы
Вирусы (от лат. virus — яд) не проявляют признаков жизни вне других организмов и являются внутриклеточными облигатными паразитами. Они поражают любые организмы. Вирусы — это самые мелкие организмы Земли: их молекулы видны только под электронным микроскопом. Вирусы бактерий имеют специальное название: бактериофаги или просто фаги. Изучением вирусов занимается вирусология.
Вирусы были открыты в XIX в. Д. И. Ивановским: он обнаружил и описал вирус табачной мозаики. Этот вирус поражает табак, вызывая разрушение хлорофилла, из-за чего некоторые участки органов становятся более светлыми по сравнению со здоровыми. Внешне такой орган (чаще всего лист) действительно напоминает мозаику: темные участки чередуются со светлыми.
Вирус — это генетический элемент, покрытый защитной белковой оболочкой. Отдельные вирусные частицы (вирионы) представляют собой симметричные тела, состоящие из повторяющихся элементов .
В центре вируса находится генетический материал — ДНК (ДНК-содержащие вирусы) или РНК (РНК-содержащие вирусы). ДНК может быть двухцепочечной или одноцепочечной, кольцевой или линейной; РНК — одно- или двухцепочечной. Генетический материал вируса окружен капсидом — белковой оболочкой, выполняющей защитную функцию. Эта оболочка состоит из многократно повторяющихся полипептидных цепочек одного или нескольких белков. Снаружи от белковой оболочки может образовываться еще одна оболочка — внешняя.
Цикл вирусов. Сначала вирус прикрепляется к клетке хозяина, затем его генетический материал проникает внутрь клетки хозяина. Если вирус содержит ДНК, то она встраивается в ДНК клетки хозяина. Далее происходит образование и-РНК вируса, синтез его белков и образование новых вирусных частиц, т. е. клетка хозяина начинает работать на вирус.
РНК-содержащие вирусы ведут себя немного по-другому. Если РНК вируса состоит из двух цепей, то на одной из них синтезируется и-РНК, затем происходит синтез белков вируса и т.д.
У ретровирусов, также относящихся к РНК-содержащим (например, вирус иммунодефицита человека – ВИЧ), с помощью фермента обратной транскриптазы на РНК синтезируется сначала одна цепь ДНК, а затем и вторая. После этого ДНК вируса встраивается в ДНК клетки хозяина.
Весь цикл может занимать несколько минут.
Вирусы вызывают различные заболевания человека: грипп, СПИД, гепатит, полиомиелит, оспу, корь, бешенство (водобоязнь), герпес, геморрагическую лихорадку.
Прокариоты
К прокариотам относятся бактерии и цианобактерии, которые объединяются в царство Дробянки. У них отсутствует оформленное ядро и мембранные органоиды, генетический материал представлен нуклеоидом (молекулой хромосомной ДНК, замкнутой в кольцо) и плазмидами (небольшими внехромосомными ДНК). Характерны мелкие рибосомы (70S), расположенные в цитоплазме, и мезосомы (впячивание мембраны внутрь клетки), выполняющие функции митохондрий.
| Признак | Прокариоты | Эукариоты |
| Клеточная стенка | У бактерий – из муреина, у цианобактерий — из целлюлозы | У животных нет, у грибов из хитина, у растений из целлюлозы |
| Ядро и генетический материал | Ядра нет; кольцевая ДНК в цитоплазме, хромосом нет. Гистонов нет | Ядро есть; двуцепочечная ДНК находится в ядре, соединена с белками-гистонами и образует хромосомы |
| Мембранные органоиды | Нет | Есть |
| Рибосомы | Мелкие, находятся в цитоплазме, 70S | Крупные, большинство располо-жено на эндоплазматической сети, 80S |
| Деление клеток | Деление пополам. Митоз не характерен | Митоз и мейоз |
| Диссимиляция | Анаэробная и аэробная | Преобладает аэробная |
| Фотосинтез | У некоторых бактерий и цианобактерий | Только у растений |
| Хемосинтез | Некоторые бактерии | Не возможен |
| Азотфиксация | Некоторые бактерии | Не возможна |
Бактерии
Бактерии — микроскопические одноклеточные организмы. Они широко распространены в природе и занимают все среды жизни (почвенную, наземно-воздушную, водную; также обитают внутри живых организмов).
Снаружи клетка бактерий покрыта клеточной стенкой, в состав которой входит муреин. Многие бактерии способны формировать дополнительную внешнюю капсулу, защищающую их внутри организма хозяина от его иммунной системы. Под оболочкой находится плазматическая мембрана, а внутри клетки — цитоплазма с включениями, рибосомами и генетическим материалом (кольцевая ДНК). Многие бактерии имеют жгутики, обеспечивающие их подвижность.
Размножение бактерий происходит делением на две клетки: сначала делится нуклеоид, затем — цитоплазма. При благоприятных условиях одно деление происходит каждые 15-20 мин. При возникновении неблагоприятных условий бактерии способны образовывать споры. У спор очень плотная внешняя оболочка, способная переносить различные внешние воздействия и сохранять жизнеспособность в течение десятков и сотен лет. При наступлении благоприятных условий спора прорастает и образует бактериальную клетку.
Сине-зеленые водоросли (цианобактерии)
Обитают в водной среде и на почве. Различают одноклеточные и колониальные формы. Многие из них в цитоплазме содержат вакуоли, которые поддерживают плавучесть клетки.
Цианобактерии являются автотрофами и содержат хлорофилл. При фотосинтезе выделяют кислород в атмосферу. Размножение осуществляется делением. Способны образовывать споры для пережидания неблагоприятных условий.
1. Организация прокариотической клетки. Размножение прокариот.
2. Геномика прокариот.
3. Вирусы. Геномика вирусов. Разнообразие форм и жизненных циклов вирусов. Рекомбинация в разных группах вирусов.
4. Рекомбинация у прокариот: трансформация, конъюгация, трансдукция.
1. Организация прокариотической клетки. Размножение прокариот
Одним из представителей эубактерий является кишечная палочка (Escherichia coli). Кишечная палочка составляет значительную часть содержимого толстого кишечника человека, а также кишечника других животных. Эти бактерии вырабатывают некоторые витамины и препятствуют развитию патогенных бактерий. Однако некоторые формы кишечной палочки вызывают воспаления кишечника – энтериты. Кишечная палочка встречается и вне организма человека: в воде и почве. Кишечная палочка широко используется в биотехнологии.
Общая характеристика прокариот
Тело прокариот, как правило, состоит из одной клетки. Размеры прокариотических клеток изменяются от 0,1-0,15 мкм (микоплазмы) до 30 мкм и более. Большинство бактерий имеет размеры 0,2-10 мкм. Однако при неполном расхождении делящихся клеток возникают нитчатые, колониальные и полинуклеоидные формы (бактероиды). В прокариотических клетках отсутствуют постоянные двумембранные и одномембранные органоиды: пластиды и митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и их производные. Их функции выполняют мезосомы – складки плазматической мембраны. В цитоплазме фотоавтотрофных прокариот имеются разнообразные мембранные структуры, на которых протекают реакции фотосинтеза. Иногда их называют бактериальными хроматофорами. Специфическим веществом клеточной стенки прокариот является муреин, однако у некоторых прокариот муреин отсутствует. Поверх клеточной стенки часто имеется слизистая капсула. Пространство между мембраной и клеточной стенкой служит резервуаром протонов при фотосинтезе и аэробном дыхании. У подвижных бактерий имеются жгутики, основой которых служит белки флагеллины.
В естественных условиях мутанты, лишенные клеточной стенки, нежизнеспособны. Поэтому такие мутанты широко используются в биотехнологии, поскольку не могут существовать вне лабораторных условий (это один из аспектов генетической безопасности).
Специфика строения прокариотической клетки позволяет выделить прокариот в отдельное надцарство (или доминион) живой природы. Изучено около 3 тысяч видов прокариотических организмов: эубактерии, архебактерии, спирохеты, риккетсии, микоплазмы, миксобактерии, актиномицеты, цианобактерии, а также организмы с неопределенным систематическим положением. Это виды, которые культивируются в лабораторных условиях. Однако существуют прокариоты, которые не выделены в виде чистых культур. Поэтому истинное их видовое разнообразие может достигать 10. 100 тысяч видов, а, может быть, и намного больше.
Для оценки уровня биоразнообразия прокариот используются методы метагеномики. Метагеномика – раздел систематики микроорганизмов, основанный на выделении фрагментов ДНК не отдельных биологических видов, а микробоценозов (сообществ микроорганизмов).
Экология прокариот определяется типами обмена веществ. Свободноживущие гетеротрофные прокариоты (сапротрофы) должны полностью обеспечивать себя всеми необходимыми веществами. Такие организмы называются прототрофными. Однако вследствие мутаций (включая делеции протяженных участков ДНК; у кишечной палочки возможна потеря 15% генома) возникают ауксотрофные биотипы. Например, ауксотрофы по лейцину не могут самостоятельно синтезировать лейцин, а ауксотрофы по биотину не могут синтезировать биотин. Двойные и множественные ауксотрофы нуждаются в поступлении двух и более необходимых органических веществ извне.
В естественных условиях мутанты-ауксотрофы могут существовать только при наличии недостающих веществ во внешней среде (например, при переходе к комменсализму или паразитизму). Ауксотрофы широко используются в биотехнологии, поскольку не могут существовать вне лабораторных условий (это один из аспектов генетической безопасности).
В природных условиях прокариоты образуют популяции (генетические неоднородные множества организмов одного вида) и сообщества из разных видов (микробоценозы). Тогда возможно явление протокооперации: мутант-ауксотроф может восполнять дефицит необходимых веществ за счет взаимодействия с прототрофами по данному веществу.
Бесполое (вегетативное) размножение прокариот происходит путем деления клеток, которое называется дроблением. У некоторых прокариот (актиномицеты) бесполое размножение происходит с помощью спор (конидий).
При размножении бактерий в искусственных условиях (в ограниченном объеме питательной среды) в развитии культуры выделяется 4 периода, или фазы.
1 фаза – лаг-фаза . Численность бактерий увеличивается очень медленно (иногда даже снижается). Бактерии как бы осваивают новую среду.
2 фаза – фаза экспоненциального роста . Численность бактерий увеличивается лавинообразно, в геометрической прогрессии.
3 фаза – стационарная фаза. Численность бактерий стабилизируется.
4 фаза – фаза отмирания. Численность бактерий начинает уменьшаться и вскоре активных бактерий не остается. Наличие стационарной фазы и фазы отмирания связано с уменьшением концентрации питательных веществ и накоплением вредных продуктов обмена.
У некоторых видов известен половой процесс (конъюгация). При конъюгации одна из клеток передает генетическую информацию другой клетке. При этом увеличения числа особей не происходит. Перенос генетической информации может происходить с помощью вирусов (трансдукция) или путем прямого переноса ДНК через мембрану (трансформация).
2. Геномика прокариот
(на примере кишечной палочки Escherichia coli)
Основу генома кишечной палочки составляют кольцевые молекулы ДНК: прокариотические хромосомы и плазмиды.
Множество молекул ДНК образует две взаимосвязанные подсистемы: хромосомную и плазмидную.
Хромосомная подсистема прокариотического генома
Основу хромосомной подсистемы прокариотического генома составляет прокариотическая (бактериальная) хромосома (генофор), входящая в состав нуклеоида – ядерноподобной структуры. Нуклеоид по морфологии напоминает соцветие цветной капусты и занимает примерно 30% объема цитоплазмы.
Бактериальная хромосома представляет собой кольцевую двуспиральную правозакрученную молекулу ДНК, которая свернута во вторичную спираль. Вторичная структура хромосомы поддерживается с помощью гистоноподобных (основных) белков и РНК. Точка прикрепления бактериальной хромосомы к мезосоме (складке плазмалеммы) является точкой начала репликации ДНК (эта точка носит название сайта OriC). Бактериальная хромосома удваивается перед делением клетки. Репликация ДНК идет в две стороны от сайта OriC и завершается в точке TerC. Молекулы ДНК, способные себя воспроизводить путем репликации, называются репликоны.
В прокариотических хромосомах число сайтов OriC может быть увеличено, например, у сенной палочки Bacillus subtilis их не менее двух.
Длина прокариотической хромосомы составляет несколько миллионов нуклеотидных пар (мпн); например, минимальная длина ДНК прокариотической хромосомы E. coli штамма MG1655 составляет 4639221 пн (физическая длина около 1,5 мм).
У разных прокариот размер генома изменяется от до 0,5 до 6 мпн:
У типичных прокариот (например, у кишечной палочки) в неделящейся клетке имеется одна бактериальная хромосома. Поэтому прокариоты в целом являются гаплоидами (гаплобионтами).
В лаг-фазе в клетке имеется одна бактериальная хромосома, но в фазе экспоненциального роста ДНК реплицируется быстрее, чем происходит деление клетки; тогда число бактериальных хромосом на клетку увеличивается до 2. 4. 8. Такое состояние генетического аппарата называется полигаплоидностью.
При делении клетки сестринские копии бактериальной хромосомы равномерно распределяются по дочерним клеткам с помощью мезосомы.
Механизм сегрегации хромосомной подсистемы прокариотического генома обеспечивает полное сохранение объема и качества генетической информации, содержащейся в бактериальной хромосоме. В результате происходит прямое наследование признаков
Из генетически гетерогенной популяции прокариот возможно выделение штаммов (клонов, генетически однородных чистых линий), сохраняющих гаплотип бактериальной хромосомы исходной клетки. В чистых линиях прокариот рекомбинация не происходит. Поэтому невозможно появление новых гаплотипов, новых сочетаний признаков. Например, существуют устойчивые двойные ауксотрофы по биотину и метионину.
В некоторых случаях один и тот же ген прокариотической хромосомы может быть представлен двумя копиями. Такие клетки (гетерогеноты) могут нести доминантные и рецессивные аллели одного гена. Тогда наблюдается диаллельное наследование, например, нормальный аллель прототрофности по лейцину доминирует над мутантным аллелем ауксотрофности.
Плазмидная подсистема прокариотического генома
Репликация плазмид может быть синхронизирована с репликацией бактериальной хромосомы, но может быть и независимой. Соответственно, распределение плазмид по дочерним клеткам может быть точным или статистическим. Точная сегрегация характерна для крупных малокопийных плазмид, а статистическая сегрегация – для мелких мультикопийных. В последнем случае одна дочерняя клетка получает избыточную (дублированную) генетическую информацию, а другая клетка может вообще утратить некоторые плазмидные гены
Единство хромосомной и плазмидной подсистем прокариотического генома
Некоторые плазмиды могут находиться в автономном и в интегрированном состоянии. В последнем случае плазмида включается в состав бактериальной хромосомы в определенных точках attB. Таким образом, одна и та же плазмида может включаться в состав хромосомы и может вырезаться из нее.
Это обеспечивает обмен генетической информацией между разными подсистемами прокариотического генома: хромосомной и плазмидной.
К прокариотам относятся архебактерии, бактерии и синезеленые водоросли. Прокариоты — одноклеточные организмы, у которых отсутствуют структурно оформленное ядро, мембранные органоиды и митоз.
Строение бактериальной клетки
Размеры — от 1 до 15 мкм. Основные формы: 1) кокки (шаровидные), 2) бациллы (палочковидные), 3) вибрионы (изогнутые в виде запятой), 4) спириллы и спирохеты (спирально закрученные).
Формы бактерий:
1 — кокки; 2 — бациллы; 3 — вибрионы; 4—7 — спириллы и спирохеты.
Строение бактериальной клетки:
1 — цитоплазматическая мембрана; 2 — клеточная стенка; 3 — слизистая капсула; 4 — цитоплазма; 5 — хромосомная ДНК; 6 — рибосомы; 7 — мезосома; 8 — фотосинтетические мембраны; 9 — включения; 10 — жгутики; 11 — пили.
Бактериальная клетка ограничена оболочкой. Внутренний слой оболочки представлен цитоплазматической мембраной (1), над которой находится клеточная стенка (2); над клеточной стенкой у многих бактерий — слизистая капсула (3). Строение и функции цитоплазматической мембраны эукариотической и прокариотической клеток не отличаются. Мембрана может образовывать складки, называемые мезосомами (7). Они могут иметь разную форму (мешковидные, трубчатые, пластинчатые и др.).
На поверхности мезосом располагаются ферменты. Клеточная стенка толстая, плотная, жесткая, состоит из муреина (главный компонент) и других органических веществ. Муреин представляет собой правильную сеть из параллельных полисахаридных цепей, сшитых друг с другом короткими белковыми цепочками. В зависимости от особенностей строения клеточной стенки бактерии подразделяются на грамположительные (окрашиваются по Граму) и грамотрицательные (не окрашиваются). У грамотрицательных бактерий стенка тоньше, устроена сложнее и над муреиновым слоем снаружи имеется слой липидов. Внутреннее пространство заполнено цитоплазмой (4).
В бактериальной клетке отсутствуют все мембранные органоиды, характерные для эукариотической клетки (митохондрии, пластиды, ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы).
В цитоплазме бактерий находятся рибосомы 70S-типа (6) и включения (9). Как правило, рибосомы собраны в полисомы. Каждая рибосома состоит из малой (30S) и большой субъединиц (50S). Функция рибосом: сборка полипептидной цепочки. Включения могут быть представлены глыбками крахмала, гликогена, волютина, липидными каплями.
У многих бактерий имеются жгутики (10) и пили (фимбрии) (11). Жгутики не ограничены мембраной, имеют волнистую форму и состоят из сферических субъединиц белка флагеллина. Эти субъединицы расположены по спирали и образуют полый цилиндр диаметром 10–20 нм. Жгутик прокариот по своей структуре напоминает одну из микротрубочек эукариотического жгутика. Количество и расположение жгутиков может быть различным. Пили — прямые нитевидные структуры на поверхности бактерий. Они тоньше и короче жгутиков. Представляют собой короткие полые цилиндры из белка пилина. Пили служат для прикрепления бактерий к субстрату и друг к другу. Во время конъюгации образуются особые F-пили, по которым осуществляется передача генетического материала от одной бактериальной клетки к другой.
Редко у бактерий наблюдается половой процесс, при котором происходит рекомбинация генетического материала. Следует подчеркнуть, что у бактерий никогда не образуются гаметы, не происходит слияние содержимого клеток, а имеет место передача ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту. Различают три способа передачи ДНК: конъюгация, трансформация, трансдукция.
Конъюгация — однонаправленный перенос F-плазмиды от клетки-донора в клетку-реципиента, контактирующих друг с другом. При этом бактерии соединяются друг с другом особыми F-пилями (F-фимбриями), по каналам которых фрагменты ДНК и переносятся. Конъюгацию можно разбить на следующие этапы: 1) раскручивание F-плазмиды, 2) проникновение одной из цепей F-плазмиды в клетку-реципиента через F-пилю, 3) синтез комплементарной цепи на матрице одноцепочечной ДНК (происходит как в клетке-доноре (F + ), так и в клетке-реципиенте (F - )).
Трансдукция — перенос фрагмента ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту с помощью бактериофагов.
Вирусы
Вирусы состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белков, образующих оболочку вокруг этой нуклеиновой кислоты, т.е. представляют собой нуклеопротеидный комплекс. В состав некоторых вирусов входят липиды и углеводы. Вирусы содержат всегда один тип нуклеиновой кислоты — либо ДНК, либо РНК. Причем каждая из нуклеиновых кислот может быть как одноцепочечной, так и двухцепочечной, как линейной, так и кольцевой.
Размеры вирусов — 10–300 нм. Форма вирусов: шаровидная, палочковидная, нитевидная, цилиндрическая и др.
Капсид — оболочка вируса, образована белковыми субъединицами, уложенными определенным образом. Капсид защищает нуклеиновую кислоту вируса от различных воздействий, обеспечивает осаждение вируса на поверхности клетки-хозяина. Суперкапсид характерен для сложноорганизованных вирусов (ВИЧ, вирусы гриппа, герпеса). Возникает во время выхода вируса из клетки-хозяина и представляет собой модифицированный участок ядерной или наружной цитоплазматической мембраны клетки-хозяина.
Если вирус находится внутри клетки-хозяина, то он существует в форме нуклеиновой кислоты. Если вирус находится вне клетки-хозяина, то он представляет собой нуклеопротеидный комплекс, и эта свободная форма существования называется вирионом. Вирусы обладают высокой специфичностью, т.е. они могут использовать для своей жизнедеятельности строго определенный круг хозяев.
Только паразитируя в клетке-хозяине, вирус может репродуцироваться, воспроизводить себе подобных.
В цикле репродукции вируса можно выделить следующие стадии.
Вирус иммунодефицита человека поражает главным образом CD4-лимфоциты (хелперы), на поверхности которых есть рецепторы, способные связываться с поверхностным белком ВИЧ. Кроме того, ВИЧ проникает в клетки ЦНС, нейроглии, кишечника. Иммунная система организма человека утрачивает свои защитные свойства и оказывается не в состоянии противостоять возбудителям различных инфекций. Средняя продолжительность жизни инфицированного человека составляет 7–10 лет.
Источником заражения служит только человек — носитель вируса иммунодефицита. СПИД передается половым путем, через кровь и ткани, содержащие вирус иммунодефицита, от матери к плоду.
Смотреть оглавление (лекции №1-25)
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАКТЕРИЙ
| ФОРМА КЛЕТОК РАЗМЕРЫ | Сферические (кокки), палочковидные (бациллы), изогнутые (вибрионы), спиральные (спириллы); могут образовывать колонии: нить из шариков (стрептококк), "виноградная гроздь" (стафилококк). Размеры в пределах 0,1-10 мкм (1 мкм=10 -6 м). Впервые описал бактерии зубного налета А. Левенгук в 1683 г. |
| ОСОБЕННОСТИ КЛЕТОЧНОГО СТРОЕНИЯ | Прокариотические (доядерные) одноклеточные или колониальные клетки имеют клеточную стенку из белка муреина и слизистую капсулу из полисахаридов; в цитоплазме расположен нуклеоид (ядерная зона) с кольцевой молекулой ДНК; небольшие молекулы ДНК (плазмиды) расположены вне нуклеоида; в цитоплазме также есть рибосомы, фотосинтетические мембраны (только у автотрофных фотосинтезирующих) и мезосома (органелла дыхания); оболочка клеток может иметь выросты - жгутики и пили - органеллы движения |
| ПИТАНИЕ И ДЫХАНИЕ | Автотрофы (синтезируют органические вещества из неорганических): а) фотосинтезирующие зеленые и пурпурные бактерии; б) хемосинтезирующие железобактерии и нитрифицирующие бактерии. Гетеротрофы (используют готовые органические вещества): а) сапрофиты питаются мертвыми органическими веществами (бактерии гниения и брожения); б) симбионты органические вещества полу чают в результате симбиоза с другими организмами (клубеньковые бактерии); в) паразиты питаются органическими веществами живых организмов (болезнетворные бактерии или микробы). Аэробы - используют для дыхания атмосферный кислород (бактерии гниения); анаэробы живут в отсутствии кислорода (бактерии ботулизма) |
| РАЗМНОЖЕНИЕ И СПОРООБРАЗОВАНИЕ | Размножаются только бесполым путем, прямым делением на двое (амитоз), происходящим при благоприятных условиях каждые 20 минут; бесполому размножению может предшествовать половой процесс (конъюгация, трансдукция или трансформация), приводящий к генетической рекомбинации дочерних клеток. При неблагоприятных условиях (отсутствии влаги, пищи, положительной температуры и др.) переходят к спорообразованию: из одной клетки образуется одна крупная эндоспора, покрытая толстой защитной оболочкой, способная выдерживать иссушение, кипячение, замораживание и др. |
| ПРЕДСТАВИТЕЛИ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ | Обеспечивают круговорот веществ в природе и участвуют в образовании перегноя - плодородного слоя почвы (бактерии гниения в почве); связывают атмосферный азот в виде доступных для растений нитратов и нитритов (клубеньковые бактерии). Используются в промышленности для получения кефира, йогурта, силоса (молочнокислые бактерии), антибиотиков (лучистый грибок), кормовых белков (водородные бактерии). Возбудители опасных заболеваний человека (чума, холера, дифтерия, ангина и др.) животных и растений (ожог коры яблонь) |
Организмы, которые имеют клеточное строение, делятся на две группы: эукариоты и прокариоты.
Эукариоты (от греч. эу - хорошо и карион - ядро) - организмы, содержащие в клетках четко оформленное ядро. К эукариотам относятся одноклеточные и многоклеточные растения, грибы и животные, то есть все организмы, кроме бактерий. Клетки эукариот раз-ных царств различаются по ряду признаков. Но во многом их строение сходно. Каковы же особенности клеток эукариот?
В клетках животных нет клеточной оболочки, которая есть у растений и грибов, нет пластид, которые есть у растений и некоторых бактерий. Вакуоли в клетках животных очень малы и непостоянны. Центриоли у высших растений не обнаружены.
Клетки прокариот (от лат. про - вместо, впереди и кариот) не имеют оформленного ядра. Ядерное вещество у них расположено в цитоплазме и не отграничено от нее мембраной. Прокариоты - наиболее древние примитивные одноклеточные организмы. К ним относят бактерии и цианобактерии (рис. 1). Размножаются они простым делением. У прокариот в цитоплазме расположена одиночная кольцевая молекула ДНК, которая называется нуклеоидом или бактериальной хромосомой. Непосредственно в цитоплазме располагаются рибосомы. Клетки прокариот гаплоидны. Они не содержат митохондрий, комплекса Гольджи, ЭПС. Синтез АТФ осуществляется в них на плазматической мембране.
Особое место в живой природе занимают вирусы. Они не имеют клеточного строения и состоят из молекулы нуклеиновой кислоты - ДНК или РНК, окруженной молекулами белка как оболочкой.
Долгое время ученые вели спор о вирусах: живые это существа или неживое вещество? Дело в том, что вне клеток живых организмов вирусы не дышат, не питаются, не размножаются, а существуют в форме кристаллов. Но как только вирус проникает в клетку, он становится внутриклеточным паразитом: начинает активно размножаться и поражать другие клетки. Как это происходит? Рассмотрим жизненный цикл бактериофага - вируса, поражающего клетки бактерий. Бактериофаг прикрепляется к оболочке бактерии своими отростками и с помощью ферментов растворяет ее. В клетки бактерии попадает ДНК бактериофага. Белковая оболочка вируса при этом остается снаружи, а его ДНК встраивается в ДНК бактерии. Зараженная бактериальная клетка вместо собственных ДНК и белков начинает синтезировать новые вирусы. В одной клетке, таким образом, появляются десятки и сотни бактериофагов, которые проникают в клетки других бактерий и поражают их.
Вирусы вызывают ряд заболеваний у растений, грибов, животных и человека. Напри-мер, вирус табачной мозаики проникает в клетки листьев табака, разрушает хлорофилл, и лист становится пятнистым. Известны вирусные заболевания человека: оспа, грипп, корь, полиомиелит, бешенство и др.
Разделы: Биология
Класс: 10
Тип урока: изучение и первичное закрепление новых знаний.
| Этапы работы | Содержание этапа | ||||||
| 1. Организационный момент. | |||||||
| 2. Опрос учащихся по заданному на дом материалу (актуализация опорных знаний).
Цель для учащихся: – вспомнить строение ядра и его функции; строение прокариот и эукариот. Цели и задачи для учителя: – воспроизвести необходимые для овладения новым материалом знания учащихся о клеточных формах жизни; – оценить уровень подготовленности учащихся, скорректировать их знания, проверить готовность к восприятию новой информации. Методы организации работы: индивидуальный опрос, фронтальный опрос, опрос по карточкам. Форма организации работы: фронтальная Критерии достижения целей и задач данного этапа урока: успешные ответы учащихся, понимание ими связи вопросов с темой урока. При затруднении в ответах учитель оказывает помощь, задает наводящие вопросы. Методы мотивирования учебной активности учащихся: использование поощрительных слов за хорошие ответы. | Подавляющее большинство ныне живущих организмов состоит из клеток. Лишь немногие примитивнейшие организмы – вирусы и фаги – не имеют клеточного строения. Поэтому важнейшему признаку все живое делится на две империи.
1.Какие? (доклеточные и клеточные). 2. Какие надцарства объединяют клеточные? Почему их так назвали? (безъядерные – прокариоты и ядерные – эукариоты). 3. Покажите связь ядра с его функцией в клетке. 4. Имеются ли принципиальные различия между прокариотами и эукариотами? 5. Опрос по карточкам: Дайте сравнительную характеристику клеткам эукариот.
| ||||||
| 3. Объяснение нового учебного материала.
Цель для учащихся: – изучить строение вирусов, этапы проникновения вирусов в клетку-хозяина; – сравнить строение вирусов с живыми организмами. Цели и задачи для учителя: – познакомить учащихся со строением вирусов и фагов, этапами их проникновения в клетку; – осмысление новых знаний при сравнении доклеточных и клеточных организмов; – развивать у учащихся умения сравнивать, анализировать, находить главное; – работая с рисунками научить путям достижения поставленных целей; – при коллективном выполнении заданий, создать атмосферу сотрудничества и заинтересованности, наличие обратной связи с учащимися, развитие у них коммуникативных способностей. Основные положения нового материала: 1. История открытия вирусов. 2. Строение вирусов и бактериофагов. 3. Пути проникновения вирусов в клетку. 4. Гипотезы возникновения вирусов. Методы организации работы: использование проблемных вопросов, рассказ учителя с элементами беседы, работа с тетрадью, использование технических средств обучения. Форма организации работы: фронтальная, индивидуальная, работа в парах, коллективная (эвристическая беседа). Критерии достижения целей и задач данного этапа урока: – могут рассказать о строении вирусов, сравнивать их с клеточными организмами; – умеют найти из предложенного материала нужную информацию, вычленить главное. Критерии определения уровня внимания и интереса учащихся к излагаемому материалу: – активность в ответах на вопросы; – наличие уточняющих вопросов в сложных местах. Методы мотивирования учебной активности учащихся: использование поощрительных слов. | 1. Учитель: Я зашла в аптеку, узнать, какие есть медицинские препараты против инфекций, вызывающих различные заболевания. Лекарств, предупреждающих и лечащих бактериальные заболевания очень много. И совсем немного препаратов мне предложили в аптеке для профилактики вирусных заболеваний.
Беседа: 1. Почему же так мало противовирусных препаратов? 2. Что для этого надо знать, чтобы противостоять вирусам? 3. Представьте себя в роли тех людей, которые должны защитить человечество от вирусов. Какие знания о вирусах вам необходимы, чтобы выполнить эту важную миссию? 4. Какие цели и задачи мы должны решить на уроке? Учитель называет тему урока, ученики записывают в тетради. (слайды 1, 2) Учитель: Об истории открытия вирусов нам расскажет ученица А. Учитель: А я расскажу о гипотезах возникновения вирусов. (слайды 3-6) 3. Учитель: Чтобы узнать, как устроен вирус, на него необходимо посмотреть. Как вы думаете, почему я не предлагаю вам для этого световой микроскоп? (Ответы учащихся) Комментарий учителя: Действительно, увидеть вирусы можно только с помощью электронного микроскопа. Сегодня науке известно около полутора тысяч вирусов. Но они настолько малы, что, по словам одного из ученых, коллекция, собранная из всех известных вирусов, “поместилась бы в коробочке размером с маковое зернышко”! Давайте, для того чтобы узнать, как устроены вирусы, отправимся с вами в виртуальную вирусную лабораторию. В ваших лабораториях есть образцы некоторых вирусов. Рассмотрите их. Ответьте на вопросы, которые есть в информационных листах. Вирусологи имеют дело с опасными инфекциями. Их работа требует исключительной аккуратности и оперативности. Поэтому, чтобы рассмотреть, как устроены вирусы, вам дается 5 минут. (Работа учащихся в парах). Строение вируса. (слайды 7, 8) В клетке хозяина вирус находится в виде молекул нуклеиновой кислоты. В свободноживущем состоянии в форме вириона. Вирион это генетические элементы, одетые в защитную белковую оболочку способные переходить из одной клетки в другую Вирионы представляют собой симметричные тела, состоящие из повторяющихся элементов. В сердцевине каждого вириона находится генетический материал, представленный молекулами ДНК или РНК. (У всех организмов каждая клетка содержит и ДНК и РНК). И ДНК и РНК могут быть как двух цепочные, так и одно цепочные, линейные или кольцевые. Генетический материал вируса (геном) окружен капсидом – белковой оболочкой, защищающей его как от действия нуклеаз – ферментов, разрушающих нуклеиновые кислоты, так и от воздействия ультрафиолетового излучения. Капсиды состоят из многократно повторяющихся полипептидных цепей одного или нескольких типов белков. Оболочка часто построена из повторяющихся субъединиц – капсомеров. Капсомеры образуют структуры с высокой степенью симметрии. Сложноорганизованные вирусы имеют дополнительную белковую или липопротеиновую оболочку, которая иногда может содержать и углеводы, например, у возбудителей гриппа и герпеса. Учитель: Так просто не устроен ни один живой организм. 1. Какой вывод по этой части работы можно сделать? Сходство с живыми организмами: а) Способны воспроизводить себе подобные формы. 3. Чем отличаются вирусы по строению от клеток растений, животных, грибов и бактерий? Ученики записывают в тетради вывод: 4. Почему же вирусы выделяют в особое царство живой природы? (Предполагаемый ответ: они, как никакие другие живые организмы, сочетают в себе признаки живых систем и неживой материи, поэтому их выделяют в особое царство живой природы). В отличие от всех организмов у вирусов отсутствует собственная система биосинтеза белка, что побуждает их вести паразитический образ жизни. В целом жизненный цикл вируса имеет две фазы: – внеклеточную или покоящуюся (вирусные частицы или вирионы) Процесс размножения вирусов особенный в органическом мире, он характеризуется огромной скоростью. Этапы проникновения вируса в клетку и его размножение. Только внедряясь в чужую клетку, вирус может воспроизводить себе подобные формы. Для этого он использует органоиды и ферменты клетки-хозяина, т.к. своих органоидов и ферментов у него нет. Как же это происходит? 1) Вирус осаждается на поверхности мембраны клетки. После этого клетка либо погибает, либо продолжает существовать и производить новые поколения вирусных частиц. – Подумайте, пожалуйста, и ответьте на вопрос: – Противоречит ли существование вирусов одному из главных положений клеточной теории о том, что все живые организмы состоят из клеток? Почему? (Предполагаемый ответ: Не противоречит, а подтверждает, так как свойства живых организмов вирусы могут проявлять только внутри других живых клеток). 4. Строение бактериофага: Особой группой вирусов являются бактериофаги, или просто фаги, которые заражают бактериальные клетки. Их строение: 1) капсидная головка с нуклеиновой кислотой (ДНК или РНК); Посмотрите, как размножается Уже через 10 мин после заражения в бактерии формируются новые фаги, а через полчаса бактериальная клетка разрушается, и из нее выходят около 200 заново сформированных вирусов – фагов, способных заражать другие бактериальные клетки. Некоторые фаги используются человеком для борьбы с болезнетворными бактериями, например с бактериями, вызывающими холеру, дизентерию, брюшной тиф. И сегодня, я не могу не сказать еще об одном вирусе, который известен человечеству уже более 20 лет. Но ученые до сих пор не нашли лекарства против этого вируса. Что это за вирус? (Предполагаемый ответ: ВИЧ – Вирус иммунодефицита человека). О вирусе СПИДа расскажет ученик Б. 1. Вирусы являются возбудителями многих опасных болезней человека, животных и растений. (Дополнительная информация: Попытки использовать вирусы на пользу человечеству довольно немногочисленны. Так, в середине XX века вирус кроличьего миксоматоза использовали в Австралии, чтобы уменьшить поголовье этих чрезвычайно расплодившихся животных. Благодаря успехам генетики в будущем, возможно, искусственные вирусы смогут уничтожать больные клетки, не затрагивая при этом здоровые, или излечивать их, добавляя необходимый ген). | ||||||
| 4. Закрепление учебного материала:
– первичное закрепление материала; Цели для учащихся: – подкрепить свои знания о строении вирусов; Цели и задачи для учителя: – осмыслить, систематизировать, обобщить и закрепить новые знания и умения; Метод организации работы: Форма организации работы: Критерии, позволяющие определить степень усвоения нового материала: хорошие оценки за работу. Возможные пути и методы реагирования на ситуации, когда часть учащихся не усвоила новый материал: – учитель исправляет и корректирует ответы учеников; – в случае выявления ошибок, проводится коррекция знаний на следующем уроке. | Для того чтобы подвести итог нашей работы, я предлагаю составить рассказ о вирусах с использованием слов выписанных на доске. По цепочке составляем по одному предложению, но чтобы получился логически завешенный текст.
ВИРУСНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ. (слайд 14) – Вирусы — неклеточная форма жизни. – Вирусы являются облигатными паразитами — они не способны размножаться вне клетки – Вирусы имеют специфический механизм взаимодействия с клетками. – Вирусы внутриклеточные паразиты бактерий, растений, животных. – Вирусы — возбудители опасных заболеваний человека. – Обнаружен также вирус, поражающий другие вирусы. Давайте вернемся к задачам нашего урока. Удалось ли их решить в процессе совместной деятельности? Рефлексия. (слайд 16) Давайте вернемся к задачам нашего урока. Удалось ли их решить в процессе совместной деятельности? Рефлексия. (слайд 16) | ||||||
| 5. Задание на дом.
Цели для учащихся: – используя текст параграфа и записи в тетради выучить строение и значение вирусов, уметь отвечать на вопросы; – выполнить творческие задания. Цели и задачи для учителя: – объяснить особенности выполнения домашнего задания; – мотивировать выполнение учащимися дополнительных заданий хорошими оценками. Критерии успешного выполнения творческих заданий: Запишите домашнее задание: 1. Параграф 59, записи в тетради. – Провести мини-исследование по вопросу: почему то, что поражает компьютерные программы, тоже назвали вирусом? Урок окончен. До скорой встречи! | |||||||
При подготовке к уроку были использованы:
- Ресурсы интернет.
- Биологический энциклопедический словарь.
- Общая биология: Учеб. для 10-11 кл. Д.К.Беляев, 2010г.
- Общая биология: Учеб. Для 10-11 кл. А.О.Рувинский, 2009г.
- Материалы учителей биологии В.И.Аржановой, О.В.Рындиной, Н.Б.Кузнецова.
Читайте также:
