Цель: Формирование знаний о неклеточных формах жизни – вирусах, их эволюционном происхождении, строении, классификации, размножении. Знакомство с историей развития вирусных заболеваний.
Форма урока: урок-поиск с использованием технологий структурного обучения.
Оборудование: мультимедийный проектор, персональный компьютер, видеомагнитофон, видеокассеты, электронные учебник по биологии.
Ход урока
I. Организационный момент.
II. Блиц-опрос.
- Какую функцию выполняет клеточная оболочка?
- На какой ЭПС сети происходит синтез белка?
- На какой ЭПС сети происходит синтез углеводов и жиров?
- Какую функцию выполняет Аппарат Гольджи?
- Какой органоид называют “пищеварительной системой”?
- Какой органоид называют “дыхательной системой”?
- Какой органоид называют “энергетическим”?
- Перечислите 2-мембранные органоиды.
- Какой органоид контролирует клеточное деление?
- Где в митохондриях находится ДНК?
- Из каких веществ состоят митохондрии?
- По строению на кого похожи митохондрии?
- Какой пигмент содержит граны?
- Назовите размеры рибосом.
- Какую функцию выполняют центриоли?
- Перечислите органоиды движения.
- Функция ядра?
- Что такое хромосома?
- Клетки с несформированным ядром называются…
- Клетки со сформированным ядром называются…
Индивидуальная работа. Разноуровневое тестирование.
Вариант 1.
1. Заполните таблицу, отметив знаками + (наличие) или – (отсутствие) указанных структур:
| Признаки | Прокариоты | Эукариоты |
| Ядро | ||
| ДНК | ||
| Хромосомы | ||
| Клеточная стенка | ||
| Клеточная мембрана | ||
| Митохондрии | ||
| Лизосомы | ||
| ЭПС | ||
| Рибосомы | ||
| Комплекс Гольджи | ||
| Реснички и жгутики |
Какое из названных веществ является запасным в клетках животных?
| a. Целлюлоза; b. Глюкоза; |
c. Гликоген; d. Белок. |
В каком случае правильно перечислены функции рибосом клетки?
| a. Хранение и передача наследственной
информации; b. Синтез белка на мембранах эндоплазматической сети; |
c. Образование всех видов РНК; d. Синтез белка в цитоплазме, митохондриях, хлоропластах. |
Наследственная информация в клетках бактерий содержится:
| a. В кольцевой ДНК; b. В цитоплазме; |
c. В ядре; d. В белке клетке. |
Вариант 2.
Рядом с названием клеточной структуры проставьте номера соответствующих этим структурам функций:
| Структура | Функция |
| а) клеточная мембрана | 1. Место синтеза белка |
| б) клеточная стенка | 2. Создание тока жидкости внутри клетки. |
| в) хлоропласт | 3. Жесткий защитный покров некоторых клеток. |
| г) гладкая ЭПС | 4. Фотосинтез. |
| д) ядро | 5. Синтез липидов. |
| е) рибосома | 6. Синтез АТФ. |
| ж) митохондрии | 7. Хранение генетической информации. |
| з) аппарат Гольджи | 8. Регуляция транспорта веществ в клетку и из нее. |
| и) цитоскелет | Накопление и выведение в цитоплазму клеточных продуктов |
Какие из перечисленных клеток содержат больше митохондрий?
| a. Клетки мякоти листа; b. Клетки волос млекопитающих; |
c. Клетки мозга человека; d. Клетки коры дерева. |
Назовите единственное точное отличие прокариот от эукариот:
| a. Прокариоты не способны к автотрофному
питанию; b. Прокариоты не способны к гететрофному питанью; |
c. У прокариот не митохондий; d. У прокариот нет рибосом. |
Какой из названных организмов является прокариотическим?
| a. Амеба; b. Стрептококк; |
c. Инфузория; d. Дрожжи. |
Ответы:
Вариант 1.
| Признаки | Прокариоты | Эукариоты |
| Ядро | - | + |
| ДНК | + | + |
| Хромосомы | - | + |
| Клеточная стенка | + | + |
| Клеточная мембрана | + | + |
| Митохондрии | - | + |
| Лизосомы | - | + |
| ЭПС | - | + |
| Рибосомы | + | + |
| Комплекс Гольджи | - | + |
| Реснички и жгутики | + |
2). в; 3). г; 4). а.
Вариант 2. 1). а-8, б-3, в-4, г-5, д-7, е-1, ж-6, з-9, и-2; 2). в; 3). в; 4). б
III. Изучение новой темы (сопровождается презентацией – Приложение1).
В каждом положении отыщется что-нибудь утешительное, если хорошо поискать.
Даниэль-Дефо
Учитель: Конец XIX века. Бактериология достигла больших успехов. В этот период учеными были открыты возбудители чумы, холеры, туберкулеза, дифтерии и других наиболее часто встречающихся и широко распространенных болезней. Однако возбудителей многих других заболевания, в том числе и опасных (натуральная оспа, корь, грипп, гепатит, полиомиелит и другие) обнаружить не удавалось, хотя об этих болезнях знали давно.
В результате наблюдений Д.И. Ивановский и В.В. Половцев впервые высказали предположение, что болезнь табака, описанная в 1886 году А.Д. Мауех в Голландии под названием мозаичной, представляет собой не одно, а два совершено различных заболеваний одного и того же растения: одно из них – рябуха, возбудителем которого является грибок, а другое неизвестного происхождения. Лишь в 1892 году Дмитрий Иосифович Ивановский (1864-1920), продолжая в Никитинском ботаническом саду (под Ялтой) и ботанической лаборатории Академии наук заниматься поисками возбудителя болезни табачной мозаики, и приходит к выводу, что мозаичная болезнь табака вызывается бактериями, проходящими через фильтры Шамберлана, имеющих форму кристаллов, которые, однако, не способны расти на искусственных субстратах. Возбудитель мозаичной болезни называется Ивановским, то “фильтрующимися” бактериями, то микроорганизмами, так как сформировать сразу существование особого мира вирусов было весьма трудно.
Шесть лет спустя независимо от Ивановского такие же результаты получил нидерландский микробиолог М. Бейерник. Правда он сделал вывод, что мозаику табака вызывает не микроб, а “жидкое заразное начало” или фильтрующийся вирус (от лат viros – яд). Такое название дал тогда еще неизвестному и невидимому в оптический микроскоп, который размножается лишь в живых организмах, Луи Пастер. Оба ученых были отчасти правы, но отчасти и ошибались. Возбудителями мозаики табака оказались не бактерии, как утверждал Ивановский, но и не жидкое начало, как предполагал Бейерник. Хотя удалось достичь значительных успехов в получении высокоочищенных проб, и было установлено, что по химической природе это, нуклеопротеины (нуклеиновая кислота + белок). Сами частицы все еще оставались неуловимыми и загадочными. Увидеть вирус удалось лишь в электронном микроскопе спустя 50 лет после их открытия. Впервые был сфотографирован именно вирус табачной мозаики (ВТМ), который является наиболее изученным. Но ученый мир не сразу признал природу вирусов. С момента их открытия возникло немало вопросов: это существа или вещества, они живые или неживые? И сегодня мы должны ответит на эти вопросы и сделать вывод о происхождении вирусов. В течении урока мы будем заполнять таблицу (на доске лист ватмана).
Характерные особенности вируса
| Сходство с живыми организмами | Отличие от живых организмов | Специфические черты |
Наши представители побывали в институте вирусологии Академии наук и изучали строение и свойства вирусов. И сейчас они нам расскажут о своих поисках.
Размеры вирусов колеблются от 20 до 300 нм. В среднем они в 50 раз меньше бактерий. Их нельзя увидеть в световой микроскоп, так как длины меньше световой волны.
Вирусы состоят из различных компонентов:
а) сердцевина – генетический материал (ДНК или РНК). Генетический аппарат вируса несет информацию о нескольких типах белков, которые необходимы для образования нового вируса: ген кодирующий обратную транскриптазу.
б) белковая оболочка, которую называют капсидом. Оболочка часто построена из идентичных повторяющихся субъединиц – капсомеров. Капсомеры образуют структуру с высокой степенью симметрии.
в) дополнительная липопратеидная оболочка. Она образована из плазматической мембраны клетки-хозяина. Она встречается только у сравнительно больших вирусов (грипп, герпес). Полностью сформированная инфекционная частица называется вирионом.
Вирусы способны к размножению, они обладают определенной наследственностью, воспроизводя себе подобных. Наследственные признаки вирусов можно учитывать по сектору поражаемых хозяев и симптомам вызываемых заболеваний. Изменчивость является другой стороной наследственности. Можно наблюдать как генетическую изменчивость, связанную с изменением наследственного вещества, так и фенотипическую изменчивость, связанную с проявлением одного и того же генотипа в разных условиях. Например, генетические мутанты одно и того же вируса и фенотипическая изменчивость служит разный тип поражений, вызываемых одним и тем же вирусом у различных животных, растений и бактерий.
Все вирусы по своей природе – паразиты. Они способны воспроизводить себя, но только внутри живых клеток.
Вирусы как и другие организмы характеризуются приспособляемостью к условиям внешней среды. Многие условия внешней среды влияют на вирус опосредованно через организм хозяина.
Например: температурочувствительные мутанты вирусов, которые размножаются при t 32-37?C и гибнут при t 38-40?C, хотя их хозяева остаются вполне жизнеспособными при этих температурных режимах. В связи с тем, что вирусы являются паразитами, они подчиняются закономерностям и к ним применимы понятия экологии паразитизма. Каждый вирус имеет круг естественных хозяев, иногда очень широкий, например у мелких РНК-геномных фагов: в первом случае поражаются все млекопитающие, во втором – отдельные клоны кишечной палочки. Циркуляция вирусов может быть горизонтальной – среди популяций хозяев и вертикальной – от родителей потомству. Таким образом, каждый вирус занимает определенную экологическую нишу в биосфере.
Классификация (на экране).
- Вирусы классифицируются по сердцевине: ДНК – содержащие и РНК-содержащие.
- По структуре капсомеров (кубические, спиральные, смешанные)
- По наличию или отсутствию дополнительной липопротеидной оболочки.
- По клеткам-хозяинам.
Вирусы имеют разнообразные формы: палочковидные, ВТМ, пулевидниые, сферические (полионитевидные), в виде многогранников.
Существуют и другие классификации.
Учитель: следующая группа занималась изучением вирусов нападающих на бактерии. Сейчас они расскажут о своих исследованиях.
Когда группа вирусов нападает на бактерии, их называют бактериофагами. Впервые их описал в 1915 году английский бактериолог Ф. Туорт. Но исследованиям их начались раньше: в 1898 году – Гамалея открыл растворяющие бактерии ящура.
Бактериофагов, растворяющих бактерии дизентерии, наблюдал в 1917 году Ф. Д. Эрелль. Ученые их называли “пожирателями” бактерий.
Давайте рассмотрим процесс внедрения бактериофагов в клетку бактерии.
Фаги по строению напоминают ручную гранату, они имеют головку и хвост.
Природа позаботилась об этих вирусах, снабдив их необходимыми орудиями: ферментом лизоцимом - “открывателям клеточной мембраны” и микроскопическими “мышцами”, сокращение которых способствует попаданию ДНК внутрь клетки.
Атака начинается с прикрепления хвостиков нескольких десятков фагов к определенной части бактериальной стенки. Тотчас же лизоцим растворяет клеточную мембрану. Аппарат хвоста вируса действует на подобии шприца: “мышцы” сокращаются и нуклеиновая кислота выпрыскивается внутрь клетки. Верхняя одежда вируса – белковый чехол – остается снаружи клетки. Так завершается оккупация бактерии фагами. Весь процесс длится несколько минут (30-90)
(Работа со схемой на экране)
Фагоцитозный механизм играет большую роль в нормальной жизнедеятельности клетки. В случае же встречи с вирусом происходит как бы “самоубийство” клетки.
При “заглатывании” вируса клетка стремиться “переварить” его специальными ферментами клетки. “Война” может быть закончена миром, если клетке не удастся подобрать ключ, соответствующий фермент для растворения белковой оболочки. В случае же наличия в клетке подходящего фермента происходит трагедия. Фермент разрушает чехол вируса, освободит замурованную пленницу – нуклеиновую кислоту, которая по клеточным каналам быстро доберется до ядра клетки и проникает в него или остается в цитоплазме. Вот с этого момента и начинается размножение вируса. Клетка будет разрушена. “Иноземка” на чужой территории заставляет “государственный аппарат” - работать на себя – производить свою копию.
Фаги устойчивы к засухе, низкой температуре, различным химический ядам. Однако бактериофаги можно уничтожить в 50% растворе глицерина, а также повышением температуры до +100?C.
Свойства бактериофагов разрушать бактерии используется для предупреждения и лечения бактериальных заболеваний. Через 10-15 минут введения бактериофагов в организм возбудителя чумы, брюшного тифа, дизентерии, сальномеллеза обезвреживаются.
Но у этого метода есть серьезный недостаток. Бактерии более изменчивы в плане защиты от фагов, чем бактериофаги, поэтому бактериальные клетки относительно быстро становятся нечувствительными к фагам.
Итак, вы познакомились с вирусами и заполнили таблицу. Давайте ее проверим.
Характерные особенности вируса
| Сходство с живыми организмами | Отличие от живых организмов | Специфические черты |
| 1. Способность к размножению | 1. Во внешней среде имеют форму кристаллов, не проявляя никаких свойств живого | 1. Очень маленькие размеры |
| 2. Наследственность | 2. Не потребляют пищи | 2. Простота организации (нуклеиновая кислота + белок) |
| 3. изменчивость. | 3. Не вырабатывают энергии | З. Занимает пограничое положение между неживой и живой материей |
| 4. Характерна приспособляемость к меняющимся условиям окружающей среды | 4. Не растут | 4. Носитель наследственной информации либо ДНК, либо РНК |
| 5. нет обмена веществ | ||
| 6. Имеют неклеточное строение |
Вывод: вирусы, должно быть, произошли от клеточных организмов, и их не следует рассматривать как примитивных предшественников клеточных организмов.
Учитель: В одном из произведений А.С. Пушкин пишет:
Поминутно мертвых носят,
И стенания живых
Боязливо бога просят
Успокоить души их!
Поминутно места надо,
И могилам меж собой,
Как испуганное стадо,
Жмутся тесной чередой.
(А.С. Пушкин “Пир во время чумы”)
Такие вирусные болезни, как оспа, грипп, полиомиелит, желтая лихорадка, попадают под действием международных санитарных правил или подлежат международному надзору.
Группа ребят изучила эти заболевания, они расскажут нам о злодеяниях вируса.
Оспа (Приложение2).
Учитель: 1 декабря – Всемирный день борьбы со СПИДом.
Возможно, завтра многие из нас будут лично знать кого-то с ВИЧ-инфекцией. Более того, среди ВИЧ-инфецированных будет кто-то для нас незаменимый, от кого мы не сможем отречься: брат, сестра, лучший друг, а может быть, любимый человек.
Сейчас в мире 60 млн ВИЧ-инфицированных. Каждую минуту в мире 10 человек заражаются ВИЧ, каждый день число жертв эпидемии увеличивается на 15тыс и каждый день около 9 тыс человек умирает от СПИДа. Примерно половину из них составляют подростки и молодежь.
В Казахстане на 1 ноября 2003 года число зарегистрированных людей с ВИЧ инфекцией составило 3886 человек. Из них молодых людей с 15 до 30 лет – 2516, 30-39 лет – 924. Умерло от СПИДа – 15 человек.
В городе Степногорске на сегодня зарегистрировано 18 человек ВИЧ-инфецированных. Больных СПИДом пока не зарегистрировано.
Наша группа исследователей наблюдала за размножением вируса. Давайте вместе посмотрим результаты наблюдения (видеоматериал).
Размножение вируса СПИДа.
Воспроизведение вируса СПИДа – сложный многоэтапный процесс. Каждый этап требует действия ферментов, ответственных за репликацию, и занимает некоторое время.
Вирусный агент представляет собой наследственный материал в нуклеокапсиде, который проникает в клетку. Первый шаг – приближение вируса к клетке-мишени, в роли которой выступает Т-лимфоцит.
Эти клетки имеют на своей поверхности специфические рецепторы – так называемые SD-4 рецепторы. На поверхности оболочки вириона расположены белки, комплементарные данным рецепторам. Эти белки являются ферментами и способны вступать в соединение с рецепторами клетки. После распознавания вирусом клетки-мишени в действие приводятся ферменты, расщепляющие клеточную оболочку и способствующие проникновению вируса иммунодефицита человека в лимфоцит. После внедрения в клетку вирион распадается на белки, составляющие нуклеокапсид, генетический материал и специфические ферменты, ответственные за разрушение ДНК клетки и внедрение ДНК вируса в клеточный геном. Под действием ферментов их аминокислот в клетке происходит сборка цепи ДНК, комплементарной вирусной ДНК. Ферменты, освободившиеся из вириона, обеспечивают встраивание ДНК вируса из генома лимфоцита. После окончания процесса синтеза белков происходит сборка нуклеокапсида вируса. Вирус покидает клетку через клеточную стенку путем ее разрушения. Одна клетка может продуцировать множество вирусных частиц, способствуя прогрессированию информации.
Существует несколько путей борьбы с ВИЧ:
- Воздействие на ферменты, разрушающие клеточную стенку.
- Нарушение транскрипции ДНК вируса.
- Недопущение встраивания ДНК вируса в геном клетки.
- Нарушение синтеза белка и сборка вириона.
Учитель: Следующая группа привезла интересный материал о вирусе, вызывающий заболевание Полиомиелит (Приложение3).
Выводы:
1. Большую роль в развитии микробиологии и вирусологии сыграли работы Ивановского, Стенли, особенно открытие причины заболевания табачной мозаики.
2. Значительным вкладом в развитие науки вирусологии были работы Туорта, Гамалея, Эрелля по доказательству вредных действий бактериофагов.
3. Вирусы широко распространены в природе неклеточной формой жизни. Они очень устойчивы к влиянию среды и являются возбудителями многих инфекционных заболеваний.