Урок "Открытие вирусов"
план-конспект урока по биологии (10 класс) на тему

Урок "Открытие вирусов"

Цели: Обучающие: расширить кругозор знаний учащихся о разнообразных формах жизни на планете Земля, получить представление о неклеточных формах жизни, их роли в природе и жизни человека.

Воспитательные: продолжить формирование познавательного интереса к предмету через использование нестандартных форм обучения.

 Развивающие: продолжить развитие учебно-интеллектуальных умений: выделять главное и существенное, устанавливать причинно-следственные связи (развитие логического мышления), продолжить развитие поисково-информационных умений: использовать литературные источники,

Тип урока: усвоения новых знаний.

ХОД УРОКА

1. Сообщение темы и цели урока.

Урок начинается с информационной (исторической) справки учителя.

Сказочное понятие «царство» прижилось в науке. Есть царство растений, животных, грибов, бактерий и невидимые организмы вирусы. Его представители не любят жить в мире ни друг с другом, ни с окружающими. Вирусы живут, пока сражаются и погибают от бездействия. Они очень прихотливы к пище, живут «взаймы» за счёт клеток животных, растений и даже бактерий. Вирусы приносят в основном вред и очень редко пользу, если можно так, выразится, пользу через вред.

        Перед нами сегодня на уроке стоит проблема, которую нам необходимо решить. Вирусы, вирусное заболевание – это слова с которыми нам приходиться сталкиваться в жизни, а что мы о них знаем и что бы вы хотели узнать?

1. Что такое вирус с точки зрения современной науки?

2. Ни один из известных вирусов не способен к самостоятельному существованию. Почему?

3. Являются ли вирусы живыми?

4. Можно ли вирусы назвать самостоятельным царством или нет и почему?

Актуализация прежних знаний.  Подумайте, пожалуйста, какие ассоциации возникают у вас с этим словом. Перед вами аналитическая карта сегодняшнего урока, в которой мы будем работать. В правом вернем углу запишите ф. и. класс..

Запишите в первой колонке все ассоциации, которые у вас возникают со словом “вирусы”. Записи должны быть емкими и краткими.

 Историческая) справки учителя.

1887 год
Крым, юг России, Украины, Бесарабия
Плантации табака

Растения поражены неизвестной болезнью

Поражались листья:
1) светло-зеленые пятна
2) отмирание верхушек

Сельское хозяйство несло убытки

Исследовать заболевание предложили студенту С.-Петербургского Университета
Дмитрию Иосифовичу Ивановскому

Учитель: Д.И. Ивановским было подготовлено огромное количество препаратов из больных листьев, но это не принесло удачи.

Вопрос: Что не смог рассмотреть с помощью микроскопа ученый?

Ответ учащихся Ученый не обнаружил возбудителя болезни.

Вопрос: На плантации какие растения?

Ответ учащихся: Здоровые и больные.

Вопрос: Как отличили больные растения от здоровых?

Ответ: По листьям, методом наблюдений.

История открытия вирусов.

                В 80-е годы 19 века на юге России табачные плантации подверглись грозному нашествию. Отмирали верхушки растений, на листьях появлялись светлые пятна, год от года число пораженных полей увеличивалось, а причина заболеваний неизвестна.
Профессора Петербургского университета, всемирно известные А. Н. Бекетов и А. С. Фелинцин послали небольшую экспедицию в Бесарабию и на Украину в надежде разобраться в причинах болезни. В экспедицию входили Д. И. Ивановский и В. В. Половцев.

                На поиски возбудителей болезни Ивановский потратил несколько лет. Он собирал факты, делал наблюдения, расспрашивал крестьян о симптомах болезни. И экспериментировал. Он собрал листья с нескольких больных растений. Через 15 дней на этих листьях появились белёсые пятна. Значит, болезнь действительно заразна, и может передаваться от растения к растению. Ивановский последовательно устранял возможных переносчиков болезни – корневую систему растений, семена, цветки, пыльцу… Опыты показали, что дело не в них: болезнетворное начало поражает растения иным путём. Тогда молодой учёный ставит простой опыт. Он собирает больные листья, измельчает их и закапывает на участках со здоровыми растениями. Через некоторое время растения заболевают. Итак, первая удача – путь от больного растения - к здоровому найден. Возбудитель передаётся листьями, попавшими в почву, перезимовывает и весной поражает посевы.

 Но о самом возбудителе он так ничего и не узнал. Его опыты показали лишь одно, – «нечто» заразное содержится в соке. В эти годы ещё несколько учёных в мире бились над опознанием этого «нечто». А. Майер в Голландии предложил, что заразное начало – бактерии.         Однако Ивановский доказал, что Майер ошибся, посчитав носителями болезни бактерии. Профильтровав заразный сок через тонкопористые фарфоровые фильтры, он осадил на них бактерии. Теперь бактерии удалены, но заразность сока сохранилась.  Проходит шесть лет и Ивановский обнаруживает, что столкнулся с непонятным агентом, вызывающим болезнь: он не размножается на искусственных средах, проникает сквозь самые тонкие поры, погибал при нагревании. Фильтруемый яд! Таким был вывод ученого.

Но яд это – вещество, а возбудитель болезни табака был существом. Он отлично размножался в листьях растений.

Ответ учащихся: Возбудитель в соке есть, но не видим. Очень мал, раз прошел через бактериальный фильтр.

Учитель: Ивановский дает название возбудителю – фильтрующиеся вирусы. Это был 1892 год. Позже слово фильтрующиеся убрали, стали называть просто ВИРУСЫ.

Ученый не увидел вируса, но доказал, что он есть. Проблема была решена (на решение ее потребовалось 5 лет).

Уместны ли слова Альберта Энштейна “Умение ставить новые вопросы, видеть новые возможности, рассматривать старые проблемы под новым углом зрения требует творческого воображения и приводит к подлинным успехам в науке”.

Вопрос учителя: Ивановский открыл вирусы, не видя их. Где в науке были сделаны такие же открытия?

Возможные ответы учащихся: Мендель – опыты с горохом, передача наследственных признаков (объяснить не мог, не знал о генах). Менделеев предсказал существование химических элементов (галлий, германий, скандий). Кеплер в лаборатории предсказал местонахождение планеты Уран.

                 Так Ивановский открыл новые  живые организмы, самых мелких из всех живых и потому невидимых в световом микроскопе. Проходящих сквозь тончайшие фильтры, сохраняющихся в соке годами и при этом не теряющих вирулентности. В 1889 году датский ботаник Мартин Виллем Бейринк, которого Майер заинтересовал болезнью табака, назвал вновь открытое существо вирусом, добавив, что вирус представляет собой «жидкое, живое, заразное начало». Вирус (virus - яд) неклеточные формы жизни, способные проникать в определенные живые клетки и размножаться только внутри этих клеток. Но они обладают собственным генетическим аппаратом.

Строение. Вирусы устроены очень просто, они не имеют клеточного строения.  Они состоят из фрагмента генетического материала, либо ДНК, либо РНК, составляющей сердцевину вируса, и окружающей эту сердцевину защитной белковой оболочкой, которую называют капсидом. Оболочка вирусов часто бывает построена из идентичных повторяющихся субъединиц – капсомеров  Из капсомеров образуются структуры с высокой степенью симметрии, способные кристаллизироваться. Это позволяет получить информацию об их строении как с помощью кристаллографических методов, основанных на применении рентгеновских лучей, так и с помощью электронной микроскопии. Полностью сформированная инфекционная частица называется вирионом. Как только в клетке-хозяине появляются субъединицы вируса, они сразу же проявляют способность к самосборке в целый вирус. Самосборка характерна и для многих других биологических структур, она имеет фундаментальное значение в биологических явлениях. У некоторых вирусов, таких, как вирусы герпеса или гриппа, есть  еще и дополнительная липопротеидная оболочка, которая возникает из плазматической мембраны клетки-хозяина.

Схематическое строение вируса:

. Строение вируса: 1) 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. 2) белковая оболочка, которую называют каспидом. Оболочка часто построена из идентичных повторяющихся субъедениц - капсомеров. 4) Капсомеры образуют структуры с высокой степенью симметрии. 3) Дополнительная липопротеидная оболочка. Она образована из плазматической мембраны клетки-хозяина. Она встречается только у сравнительно больших вирусов (грипп, герпес) . Полностью сформированная инфекционная частица называется вирионом.  

        Все вирусы по своей природе - паразиты. Они способны воспроизводить себя, но только внутри живых клеток. Обычно вирусы вызывают явные признаки заболевания. Попав внутрь клетки, они “включают” ее ДНК и, используя свою собственную ДНК или РНК, дают клетке команду синтезировать компоненты вируса. Компоненты вируса способны к спонтанному образованию вириона. Клетка, израсходовав все жизнетворные соки на синтез вирусов, гибнет, перегруженная паразитами. Вирусы “разрывают” оболочку клетки и передаются в другую клетку в виде инертных частиц. Вирусы вне  клетки представляют собой кристаллы, но при попадании в клетку “оживают”, они вносят в клетку только свою генетическую информацию. Молекула ДНК или геном вируса может встраиваться в геном клетки хозяина и существовать в таком виде долго. Это особый паразитизм - паразитизм на генетическом уровне.

        Вирусы открыты относительно недавно: 100 лет – это детский возраст по сравнению с математикой, 100 лет – много по сравнению с генной инженерией. У науки нет возраста: наука, подобно людям, имеет юность, наука никогда не бывает старой.

В 1892 году,  русский ученый Д. И. Ивановский описал необычные свойства возбудителей болезни табака Вирусы, хотя очень малы, их невозможно увидеть, являются объектом изучения наук:

Для медика вирусы – наиболее частые возбудители инфекционных болезней: гриппа, кори, оспы, СПИДа.

Для ветеринарного работника вирусы – виновники эпизоотий (массовых заболеваний) ящура, птичьего гриппа, инфекционной анемии поражающих сельскохозяйственных животных.

Для агронома вирусы – возбудители пятнистой полосатости пшеницы, табачной мозаики, желтой карликовости картофеля.

Для цветовода вирусы – факторы, вызывающие появление изумительных расцветок тюльпанов.

Для промышленного микробиолога вирусы – вредители бактерий, продуцентов, антибиотиков и ферментов.

Для генетика вирусы – переносчики генетической информации.

Для дарвиниста вирусы – важные факторы  эволюции органического мира.

Для биолога вирусы – наиболее простые формы жизни, обладающие всеми основными её проявлениями.

        Познакомившись с природой вирусов, посмотрим, насколько они удовлетворяют сформулированным критериям живого. Вирусы не являются клетками и в отличие от живых организмов с клеточной структурой не имеют цитоплазмы. Они не получают энергии за счет потребления пищи. Казалось бы, их нельзя считать живыми организмами. Однако вместе с тем вирусы проявляют свойства живого. Они способны приспосабливаться к окружающей среде путем  естественного отбора. Это их свойство обнаружилось при изучении устойчивости вирусов к антибиотикам. Допустим, что больного с вирусной пневмонией лечат каким-то антибиотиком, но вводят его в количестве, недостаточном для разрушения всех вирусных частиц. При этом те вирусные частицы, которые оказались более устойчивыми к антибиотику и их потомство наследует эту устойчивость. Поэтому в дальнейшем этот антибиотик окажется не эффективным, для штамма созданного естественным отбором.

Но, пожалуй, главным доказательством того, что вирусы относятся к миру живого, является их способность к мутациям. В 1859 году, но всему земному шару широко распространилась эпидемия азиатского гриппа. Это явилось следствием мутации одного гена в одной вирусной частицы у одного больного в Азии. Мутантная форма оказалась способной преодолеть иммунитет к гриппу, развивающийся у большинства людей в результате перенесенной ранее инфекции. Широко известен и другой случай мутации вирусов, связанный с применением вакцины против полиомиелита. Эта вакцина состоит из живого вируса полиомиелита, ослабленного настолько, что он не вызывает у человека никаких симптомов. Слабая инфекция, которой человек практически не замечает, создает против болезни вирусных штаммов того же типа. В 1962 году было зарегистрировано несколько тяжелых случаев полиомиелита, вызванных, по-видимому, этой вакциной. Вакцинировано было несколько миллионов: в отдельных случаях произошла мутация слабого вирусного штамма, так что он приобрел высокую степень вирулентности. Поскольку мутация свойственна только живым организмам, вирусы следует считать живыми, хотя они просто организованны и не обладают всеми свойствами живого.

        Бактериофаги. Спустя 25 лет после открытия вируса, канадский ученый Феликс Д'Эрел, используя метод фильтрации, открыл новую группу вирусов, поражающих бактерии. Они так и были названы бактериофагами (или просто фагами) . Жизненный цикл бактериофагов составляет 30 минут.  Фаг приближается к бактерии, и хвостовые нити связываются с рецепторными участками на поверхности бактериальной клетки. ДНК фага кодирует синтез ферментов фага, используя для этого белоксинтезирующий аппарат (рибосомы) хозяина. ДНК фага подчиняет себе клеточный аппарат и реплицируется, кодирует синтез новых белков. Новые частицы фага, образующиеся в результате спонтанной самосборки белковой оболочки вокруг фаговой ДНК; под контролем ДНК фагов синтезируется лизоцим.  Лизис клетки, т.е. клетка лопается под воздействием лизоцима; высвобождается около 200-1000 новых фагов; фаги индуцируют другие клетки. Свойство бактериофагов разрушать бактерии используется для предупреждения и лечения бактериальных заболеваний. Через 10-15 минут после введения бактериофагов в организм возбудителя чумы, брюшного тифа, дизентерии 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.

        В 1935 году У. Стенли из сока табака, пораженного мозаичной болезнью, выделил в кристаллическом виде ВТМ (вирус табачной мозайки) . За это в 1946 году ему была вручена Нобелевская премия.

                        Прием “Написание синквейна”

В переводе с французского слово “синквейн” означает стихотворение, состоящее из пяти строк, которое пишется по определенным правилам. В чем смысл этого методического приема? Составление синквейна требует от ученика в кратких выражениях резюмировать учебный материал, информацию, что позволяет рефлексировать по какому-либо поводу. Это форма свободного творчества, но по определенным правилам. Правила написания синквейна таковы:

На первой строчке записывается одно слово – существительное. Это и есть тема синквейна.

На второй строчке надо написать два прилагательных, раскрывающих тему синквейна

На третьей строчке записываются три глагола, описывающих действия, относящиеся к теме синквейна.

На четвертой строчке размещается целая фраза, предложение, состоящее из нескольких слов, с помощью которого ученик высказывает свое отношение к теме. Это может быть крылатое выражение, цитата или составленная учеником фраза в контексте с темы.

Последняя строчка – это слово-резюме, которое дает новую интерпретацию темы, позволяет выразить к ней личное отношение. Понятно, что тема синквейна должна быть по-возможности, эмоциональной.

 Роль вирусов в жизни человека. Способы передачи вирусных заболеваний.

Вирусы являются возбудителями ряда опасных заболеваний – оспы, гепатита, энцефалита, краснухи, кори, бешенства, гриппа. В отличие от клеточных организмов у вирусов отсутствует собственная система, синтезирующая белки. Вирусы вносят в клетку только свою генетическую информацию. С матрицы – вирусной ДНК или РНК – синтезируется матричная (информационная) РНК, которая и служит основой для синтеза вирусных белков рибосомами инфицированной клетки. Молекула ДНК вирусов, или их геном, может встраиваться в геном клетки – хозяина и существовать в таком виде неопределённо долгое время. Таким образом, паразитизм вирусов носит особый характер – это паразитизм на генетическом уровне.

        Грипп – не столь уж тяжелая болезнь, однако им болеют ежегодно многие миллионы людей, а периодически возникают пандемии (повальные эпидемии) уносят немало жизней.

В 1886 и 1887 годах грипп зарегистрирован в России; летом 1889 года в Бухаре активность возбудителя повысилась, а позднее в том же году инфекция распространилась и на другие районы России и в Западную Европу. Так началась пандемия гриппа 1889-1890 годов. При второй и третьей эпидемиях число смертельных случаев прогрессивно увеличивалось. Самая зловещая черта этой эпидемии состояла в том, что она, по-видимому, дала толчок какому-то процессу, и теперь грипп с нами не расстается, или, как писал эпидемиолог Гринвуд «нам никак не удается вернуть утраченные позиции».

В 1918 году, после окончания первой мировой войны, разразилась небывалая пандемия гриппа, получившего название «испанки».

За полтора года пандемия охватила все страны, поразив более миллиарда человек. Болезнь протекала исключительно тяжело: около 25 миллионов человек погибло – больше, чем от ранений на всех фронтах первой мировой войны за четыре года.

Никогда позже грипп не вызывал столь высокой смертности: Отмечено, что во время эпидемий резко повышается смертность от болезней лёгких, сердца и сосудов.

Грипп остаётся «королём» эпидемий. Ни одна болезнь не может за короткое время охватить сотни миллионов людей, а гриппом во время пандемии заболевает более миллиарда людей! Так было не только в памятную пандемию 1918 года, но сравнительно недавно – в 1957 году, когда разразилась пандемия «азиатского» гриппа, и в 1968 году, когда появился «гонконгский» грипп. Известно несколько разновидностей вируса гриппа – А, В, С, и птичий грипп под воздействием факторов внешней среды их число может увеличиться вирусы попадают в клетки эпителия слизистой оболочки верхних дыхательных путей и усиленно размножаются. В связи с тем, что иммунитет при гриппе кратковременный и специфичный, возможно неоднократное заболевание в один сезон. По статистическим данным, ежегодно болеют гриппом в среднем 20-35% населения.

Источником инфекции является больной человек; больные легкой формой как распространители вируса, наиболее опасны, так как своевременно не изолируются – ходят на работу, пользуются городским транспортом, посещают зрелищные места.

Инфекция передается от больного к здоровому человеку воздушно-капельным путем при разговоре, чихании, кашле или через предметы домашнего обихода.

        Оспа – одно из древнейших заболеваний. Описание оспы нашли в египетском папирусе Аменофиса Ι, составленном за 4000 лет до нашей эры. Оспенные поражения сохранились на коже мумии, захороненной в Египте за 3000 лет до нашей эры. Упоминание оспы, которую китайцы назвали «ядом из материнской груди», содержится в древнейшем китайском источнике – трактате «Чеу-Чеуфа» (1120 год до нашей эры). Первое классическое описание оспы дал арабский врач Разес.

Оспа в прошлом была самым распространённым и самым опасным заболеванием. Её опустошительная сила не уступала силе чумы.

Первое упоминание об оспе в России относится к ΧV веку. В 1610 году инфекция была занесена в Сибирь, где вымерла треть местного населения. Люди бежали в леса тундры и горы выставляли идолов, выжигали на лице шрамы наподобие оспин, что бы обмануть этого злого духа, - всё было напрасно, ничто не могло остановить безжалостного убийцу. Однако, попытки защититься от оспы столь же древни, как и сама оспа. В основе их лежало наблюдение: люди, однажды переболевшие оспой, больше не болели.

Первая вакцинация против оспы в России была проведена в торжественной обстановке профессором Московского университета Ефремом Мухиным в 1801 году. Ребёнку из воспитательного дома в Москве была привита оспа по дженнеровскому способу и в честь этого мальчику присвоена фамилия Вакцинов.

10 апреля 1919 года В. И. Ленин подписал декрет об обязательном оспопрививании, что положило начало массовым прививкам.

        Полиомиелит – вирусное заболевание, при котором поражается серое вещество центральной нервной системы. Возбудитель полиомиелита – мелкий вирус, не имеющий внешней оболочки и содержащий РНК. Вирус полиомиелита поражает конечности, то есть изменяет формы костей. Характерные изменения костей были найдены при раскопках в Гренландии на скелетах, относящихся к 500-600 годам до нашей эры. Заболеваемость полиомиелитом отличается рядом характерных особенностей. Полиомиелит распространяется по типу кишечных заболеваний. При высоком уровне санитарии дети не заражаются в раннем возрасте, но инфицируются позже. Полиомиелит, как бы взрослеет, а у взрослых заболевание протекает значительно тяжелее. Эффективным  методом борьбы с данным заболеванием является живая полиомиелитная вакцина. Применение поливакцины позволило эффективно гасить вспышки эпидемии инфекции, резко снизилась заболеваемость. Однако, вакцинация живой вакциной – это не ликвидация вируса – убийцы, а только замена его искусственно лабораторным штаммом, безопасным для человека.

        Вирусный гепатит – инфекционное заболевание, протекающее с поражением печени, желтушным окрашивании кожи, интоксикацией. Заболевание известно со времен Гиппократа более 2-х тысяч лет назад.  В странах СНГ ежегодно от вирусного гепатита гибнет 6 тыс. человек. Болезнь иначе называется – болезнь Боткина. Вирус гепатита обладает высокой устойчивостью. Он может годами сохраняться в высушенном материале  при комнатной температуре, выдерживать кипячение в течение 30 минут и кратковременную обработку обычными дезинфицирующими средствами. Вирус длительное время сохраняется в воде и выделениях больного. Размножается он только в организме человека – это облигатный (обязательный) паразит человека. Эпидемический гепатит известен в двух формах: собственно инфекционный гепатит, передающийся от человека к человеку, как кишечная инфекция, и сывороточный гепатит, передающийся людям при проведении переливании крови, уколов он проникает в клетки печени и размножается только там. В 1888 году Боткин пришел к заключению, что «катаральная желтуха», так тогда называли вирусный гепатит, является самостоятельным инфекционным заболеванием. Сывороточный гепатит часто бывает у диабетиков, наркоманов и других людей, делающих себе инъекции, а также татуировки.

        Клещевой энцефалит - природно-очаговая (передающаяся клещами) вирусная инфекция, особо опасная, которую переносят иксодовые  клещи. Энцефалит особенно опасен, тем что оказывает не обратимые воздействия на нервную систему, приводя к потере слуха и зрения, параличам, сильным приступам головной боли. Эта страшная болезнь передается через укусы клещей. Попав на человека клещ обычно присасывается не сразу, а через некоторое время. Необходимо тщательно осматривать одежду и открытые поверхности тела после посещения леса, пастбищ.   После присасывания клеща вирус распространяется через кровь и быстро проникает в мозг, фиксируясь здесь клетками. Вирус клещевого энцефалита проникает в организм человека в естественных условиях через кожу при присасывании клеща. Параллельно с накоплением вируса развиваются воспалительные изменения сосудов и оболочек мозга. Первое клиническое описание болезни дали в 1936-1940 гг. отечественные ученые А. Г. Панов, А. Н. Шаповал. В настоящее время клещевой энцефалит регистрируется в Сибири, на Дальнем Востоке, на Урале, в Беларуси, а также в центральных областях страны. Вирионы вируса клещевого энцефалита имеют сферическую форму с диаметром 40-50 нм. Внутренним компонентом является нуклеокапсид. Он окружен наружной липопротеидной оболочкой, в которую погружены шипы. Нуклеокапсид содержит однонитчатую РНК. Вирус длительное время сохраняется при низких температурах (оптимальный режим минус 60°С и ниже), хорошо переносит вирионное состояние сохраняется много лет.

        Ротовирусы. Один из самых распространенных вирусов во всех странах мира, вызывающий гастроэнтериты, ротановирус – венценосный вирус представитель кишечных вирусов. Этому вирусу принадлежат своеобразные черты. Его ген представлен 11 кусками двунитчатой РНК, каждый из которых содержит информацию об одном белке. Геном окружен двойным капсидом  - внутренним и наружным, которые под электронным микроскопом имеют вид обода колеса. Отсюда и название вируса: rota – по латыни «колесо».

        Ротавирусы особенно широко распространены среди детей. В странах с жарким климатом ротавирусные гастроэнтериты – наиболее частая причина смерти детей первого года жизни. В странах с умеренным климатом они вызывают менее тяжелые эпидемии и отдельные случаи заболевания как детей и взрослых. Чаще заболевание встречается в холодное время года. Примерно 90% гастроэнтеритов у детей в зимний период связано с ротавирусной инфекцией.

        Заболевание имеет короткий инкубационный период – 1 – 2 дня, затем появляется тошнота рвота, падает температура и развивается диарея. Вирус поражает клетки слизистой ворсинок двенадцатиперстной кишки, которые вырабатывают ферменты, разрушающие сложные сахара. Нарушается распад и всасывание сахаров в тонком кишечнике, создается высокое осмотическое давление, которое еще больше увеличивается за счет гнилостных процессов, при поступлении сахаров в толстый кишечник.

        К ротовирусам относят еще 5 групп разных представителей, которые открыты совсем недавно. Они еще плохо изучены.  Все они относятся к гастровирусам,  вызывают желудочно-кишечные инфекционные заболевания.

Д – Синдром приобретенного иммунного дефицита – это инфекционное заболевание, которое специалисты признают как первую в известной истории человечества действительно глобальную эпидемию. Ни чума, ни черная оспа, ни холера не являются прецедентами, так как СПИД решительно не похож ни на одну из этих и других известных болезней человека. Чума уносила десятки тысяч жизней в регионах, где разражалась эпидемия, но никогда не охватывала всю планету разом. Кроме того, некоторые люди, переболев, выживали, приобретая иммунитет и брали на себя труд по уходу за больными и восстановлению пострадавшего хозяйства. СПИД не является редким заболеванием, от которого могут случайно  пострадать немногие люди. Ведущие специалисты определяют в настоящее время СПИД как “глобальный кризис здоровья”, как первую действительно все земную и беспрецедентную эпидемию инфекционного заболевания, которое до сих пор по прошествии первой декады эпидемии не контролируется медициной и от него умирает каждый заразившейся человек.

Вирус СПИДа  разрушает иммунитет. Который обеспечивает в нашем теле постоянство состава белков и осуществляет борьбу с инфекцией Как и всякая другая система, система иммунитета имеет свои органы и клетки. Ее органы – это тимус (вилочковая железа), костный мозг, селезенка, лимфатические узлы. Клетками иммунной системы являются тканевые макрофаги, моноциты и лимфоциты. Лимфоциты подразделяются на Т-лимфоциты (созревание их происходит в тимусе, откуда и их название) и В-лимфоциты  (клетки, созревающие в костном мозге). Клеточный иммунитет обеспечивают Т-лимфоциты. Их разновидность – Т-киллеры (от англ. – “убийца”) способны разрушать клетки, против которых вырабатывались антитела, либо убивать чужеродные клетки.

   Особенностью вируса иммунодефицита человека является проникновение в его в лимфоциты, моноциты, макрофаги и другие клетки, имеющие специальные рецепторы для вирусов и их разрушений, что приводит к разрушению всей иммунной систем. В результате чего организм утрачивает свои защитные функции и не в состоянии противостоять возбудителям различных инфекций.  

Как происходит заражение? Источником заражения служит человек, пораженный вирусом иммунодефицита. Это может быть больной с различными проявлениями болезни, или человек, который является носителем вируса, но не имеет признаков заболевания. СПИД передается только от человека к человеку: 1)половым путем; 2)через кровь, содержащую вирус иммунодефицита; 3)от матери к плоду и новорожденному.

   Меры профилактики. Основное условие – Ваше поведение!

1.Половые контакты – наиболее распространенный путь передачи вируса. 2.Внутривенное употребление наркотиков не только вредно для здоровья, но и значительно повышает возможность заражения вирусом. Как правило, лица, вводящие внутривенные наркотики, используют общие иглы и шприцы без их стерилизации.

3.Использование любого инструмента (шприцы, системы для переливания крови) как в медицинских учреждениях, так и в быту при различный манипуляциях (маникюр, педикюр, татуировки, бритье и т. д.) где может содержаться кровь человека, зараженного ВИЧ, требует их стерилизации. Спирт не убивает ВИЧ.

4.Проверка донорской крови обязательна.

        Эволюция вирусов в эру научно-технического прогресса в результате мощного давления факторов протекает значительно быстрее, чем прежде. В качестве примеров, можно указать - на загрязнение внешней среды промышленными отходами, применение пестицидов, антибиотиков, вакцин и других биопрепаратов, огромная концентрация населения в городах, развитие современных транспортных средств, хозяйственное освоение ранее неиспользованных территорий, создание индустриального животноводства с крупнейшими по численности животных в хозяйствах. Все это приводит к возникновению неизвестных ранее возбудителей, изменение свойств и пути циркуляций, известных ранее вирусов, а также к значительным изменениям восприимчивости и сопротивляемости человеческих популяций.

        Влияние загрязнения внешней среды. Современный этап развития общества связан с загрязнением внешней среды. Загрязнения воздуха химическими веществами и пылью от отходов производства происходит заметное изменение сопротивляемости организма и, прежде всего клеток и тканей респираторного тракта. Есть данные, что в этих условиях некоторые респираторные вирусные инфекции, например, грипп, протекают заметно тяжелее.

Последствия массового применения пестицидов. Эти препараты оказывают избирательное действие, поражая одни виды насекомых и оказываясь относительно безвредными для других, что может вызывать резкое нарушение экологического равновесия в природных очагах инфекций. Некоторые пестициды, например, чрезвычайно ядовиты для наездников: насекомых, паразитирующих на клещах – переносчиках ряда вирусных инфекций и тем самым регулирующих их численность. Есть и еще одна сторона проблемы. Пестициды в теле насекомого могут действовать в  качестве мутагенного фактора для вирусов, находящихся в них.   Это может повлечь за собой появление клонов в популяции вирусов, обладающих новыми свойствами и в результате  новые неизученные эпидемии.

1. Что такое вирус с точки зрения современной науки?

(Вирус это неклеточная форма жизни, способная погружаться в цитоплазму в определенные живые клетки и начинают размножаться только внутри этих клеток. Но они обладают собственным генетическим аппаратом, используя биосинтетические и энергетические системы этих клеток. Это внутриклеточные паразиты на генетическом уровне).

2. Ни один из известных вирусов не способен к самостоятельному существованию. Почему?

(В покоящемся состоянии вирусы можно встретить только в виде кристаллов – вирионы. Они не способны размножаться  вне клетки. У вирусов  репродуктивная стадия происходит в определенных клетках – это внутриклеточные паразиты, которые вызывают различные заболевания растений, животных, человека и бактерий).

3. Являются ли вирусы живыми?

(Вирусы не являются клетками они не имеют цитоплазмы. Они не получают энергии за счет потребления пищи. Но вирусы проявляют свойства живого. Они способны приспосабливаться к окружающей среде путем  естественного отбора. Это их свойство обнаружилось при изучении устойчивости вирусов к антибиотикам, у вирусных частиц, которые оказались более устойчивыми к антибиотику в их потомство наследуется  устойчивость.  А главным доказательством того, что вирусы относятся к миру живого, является их способность к мутациям. Мутация свойственна только живым организмам, вирусы следует считать живыми, хотя они просто организованны).

4. Можно ли вирусы назвать самостоятельным царством или нет и почему?

(Вопрос, который требует дальнейшего изучения. Одни ученые считают вирусы самостоятельным царством, так они живые, другие ученые, считают вирусы неклеточными организмами, которые не могут существовать самостоятельно и не имеют всех признаков царства.  Именно: четыре царства органического мира способные к самостоятельному существованию и способные синтезировать органические вещества из неорганических или потреблять готовые органические вещества самостоятельно без чьй либо помощи. Этот вопрос требует еще дальнейшего изучения, так же как и теории о происхождении вирусов)

Гипотезы о происхождении вирусов:

Вирусы потомки самостоятельно эволюционировавшие формы жизни.

Вирусы являются потомками бактерий или других одноклеточных организмов, претерпевших дегенеративную эволюцию. Возможность дегенеративной эволюции была неоднократно установлена и доказана, и, пожалуй, наиболее ярким примером ее может служить происхождение некоторых клеточных органелл эукариотов от симбиотических бактерий.

Вирусы пришельцы из космоса. В 19 веке обсуждались проблемы заноса вирусов с метеоритами и кометами. Эту гипотезу поддерживали крупнейшие биологи и физики. Это не наивная гипотеза, разве в 20 веке не было опасений заноса вредных микроорганизмов с лунной поверхности? Первые посетители луны – американские астронавты, помногу недель находились в карантине по прибытии на Землю.

Вирусы, взбесившиеся гены. Вирусы являются дериватами - отведенные, производные клеточных генетических структур, ставшие относительно автономными, но сохранившим зависимость от клеток. При этом у вирусов можно наблюдать генетическую изменчивость, связанную с изменением наследственного вещества

1. Что такое вирус с точки зрения современной науки?

2. Ни один из известных вирусов не способен к самостоятельному существованию. Почему?

3. Являются ли вирусы живыми?

Домашнее задание.  Выберите любой вопрос из трех. Постарайтесь дать обоснованный ответ на выбранный вами вопрос. Представьте его в виде рисунка, схемы, краткой информации.

Какой момент урока вызвал у вас наибольший интерес? А что вы считаете лишним или не интересным на уроке.

            Обобщающий урок по теме: «Основы цитологии»

            В форме игры «Что?  Где? Когда?»

Цель урока: обобщение знаний о клеточном уровне жизни, знакомство с  отдельными этапами развития цитологии.

Оборудование: таблицы по теме «Основы цитологии», игровое поле, конверты с вопросами, магнитофонная запись.

В классе формируются три команды по 6 человек, три человека статисты – подсчитывают количество баллов у команд, 2 человека эксперты – оценивают равнозначные ответы для команд, остальные в классе болельщики.

Командам к игре нужно приготовить небольшие сообщения по теме: «Из истории цитологии». «Современные достижения в области цитологии». По ходу игры через три –четыре сектора можно делать сообщения «На научной волне».

                                       Ход урока:

Магнитофонная запись: Песня В. Добрынина из телевизионного клуба знатоков «Что? Где? Когда?»

Учитель: Сегодня мы проводим обобщающий урок по теме: «Основы цитологии», возьмете в качестве напутствия девиз: «Прикинем, представим, найдем», другими словами этот девиз поможет вам в игре. Прослушав внимательно вопрос, вы можете прикинуть, представить и найти правильный ответ на вопрос. И так в путь.

    Игровое поле, на котором лежат конверты с вопросами. Выбираем вопрос при помощи рулетки. Ведущий зачитывает вопрос, время для обсуждения вопроса одна минута - определяется при помощи электронных часов. Команда, которая первой поднимет руку - отвечает на вопрос. Затем зачитывается правильный ответ. Ответы оценивают эксперты, данные подают статистам, которые обеспечивают информацию на доске. Есть вопросы, на которые отвечаю сразу все команды. И правильные ответы зачитываются, после ответа на вопрос.

Сектор 1.

Вместе с пищей растительного и животного происхождения в организм человека поступают нуклеиновые кислоты. Могут ли нуклеотиды нуклеиновых кислот растительного и животного происхождения, которые поступают с пищей, использоваться организмоми без химического расщепления или необходимо предварительное их расщепление на составные компаненты?

(Могут, об этом свидетельствуют лекарственные препараты с содержанием ДНК, РНК.)

Сектор 2.

Блиц- турнир. (Команда отвечает на три вопроса, на обсуждение вопроса - 20 секунд, если отвечают на все вопросы, то получают бал.  Если не отвечают на один вопрос – бала не получают)

1. Какие носильщики работают в клетке, что и куда загружают?

2. Где и с помощью чего ведется перевод текстов ДНК на белковый язык?

         3. Почему очень длинная нуклеотидная запись дает в результате сравнительно короткие               белковые цепи?

( 1.т-РНК  переносят аминокислоты к месту синтеза белка.  

2.В ядре клетки и- РНК переписывает информацию с матрицы ДНК и переносит ее к месту синтеза на гранулярную ЭПС.  3.Триплет кодирует одну аминокислоту.  Белок сворачивается во вторичную, третичную и четвертичную структуры)

Сектор 3.

Машина времени собрала за круглым столом: Роберта Гука, Антон Ван Левенгука, Теодора Швана, Уотсона и  Крика,  Фридриха Энгельса. Изобразите, в ролях, какие они могли высказать мысли на современном этапе жизни.  (Все команды в течение минуты обсуждают вопрос и представляют коллективный  инсценированный ответ.)

Сектор 4.

Кого из русских ученых называли «солнцепоклонником» и почему?

( Солнцепоклонником называли К. А Тимирязева, он изучал процесс фотосинтеза)

Сектор 5. Музыкальная пауза.

Сектор 6.    Блиц – турнир:

1.Какие органоиды можно уподобить сборочному цеху?

2. Какой органоид играет роль «силовой станции»?

3. Внутри какого органоида находятся ферменты, способные расщеплять белки, жиры и углеводы?

(1. Сборочный цех клетки – рибосомы, 2.«Силовые станции» – митохондрии, 3. Ферменты содержатся в лизосомах)

Сектор 7.

Уважаемые знатоки. Вирусы – это неклеточные формы жизни; имеют настолько простое строение, что их нередко вообще не считают живыми организмами.

Каждая вирусная частица состоит из одной молекулы генетического материала (ДНК или РНК), которая окружена оболочкой, состоящей, главным образом, из белка. Все вирусы условно делят на простые и сложные. Простые вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки - капсида. Сложные – помимо белков капсида и нуклеиновой кислоты, могут содержать липопротеиновую мембрану, углеводы и неструктурные белки - ферменты.

Вирусы являются возбудителями многих болезней человека, животных (грипп, полиомелит) и растений (мозаичная болезнь табака, гороха).

Вопросы:

1. Кем и когда были открыты вирусы?
2. На каком этапе появились вирусы? Укажите последовательность: эукариоты (клетки содержат оформленные ядра)→ доклеточные структуры→ вирусы→прокариоты (клетки не имеют ограниченного мембраной ядра).
3. Почему наличие нуклеиновой кислоты не обеспечивает размножение вирусов?

(1.Вирусы открыты Д. И. Ивановским в 1892 году.

 2. Вирусы могут размножаться только в живых клетках, поэтому они должны были появиться в процессе эволюции после возникновения клетки: доклеточные структуры→прокариоты→ эукариоты→ вирусы.

3. Сама по себе нуклеиновая кислота не обеспечивает самостоятельного размножения вирусов. Оно возможно лишь при наличии ферментативных систем соответствующих структур клетки хозяина.)

Сектор 8.

Почему клетку называют саморегулирующей, самовоспроизводящей и открытой системой?

(В клетке протекают все реакции обмена веществ, поэтому саморерегулирующая, размножение происходит путем деления клетки, открытая, через поры мембраны поступают и удаляются вещества)

Сектор 9.

Блиц-турнир.

1. Какие виды нуклеиновых кислот различают в клетке?
2. В чем их различие?
3. Какую роль они играют в клетке?

1. Нуклеиновые кислоты это ДНК, РНК, АТФ.  2.  ДНК – двухцепочная, углевод дезоксирибоза, четыре азотистых основания  А Т Г Ц.  РНК – одноцепочная, углевод рибоза, четыре азотистых основания  А У Г Ц.  АТФ – азотистое основание аденин, три остатка фосфорной кислоты.  3.ДНК – хранит наследственную информацию, РНК переписывает ее и несет к месту синтеза белка, АТФ – основной источник энергии)

Сектор 10

Вам предлагается тест. Выберите правильные ответы в течение одной минуты. Номера правильных ответов запишите.

1. При гидролизе АТФ образуется АДФ и фосфат.
2. Расщепление молекулы АТФ называется окислением.
3. АТФ – это адениловый нуклеотид с присоедененными к нему двумя остатками              фосфорной кислоты.
4. В состав АТФ входит три остатка фосфорной кислоты.
5. Молекула АТФ содержит две макроэргические связи.
6. Расщепление молекулы АТФ называется гидролизом.
7. АТФ образуется в лизосомах.
8. АТФ образуется в митохондриях клетки.
9. Молекула АТФ содержит три макроэргические связи.
10. АТФ – это разменная энергетическая валюта клетки.

(Правильные ответы: 1 4 5 6 8 10)

Сектор 11

Представьте себе, что мы находимся внутри клетки, увеличенной электронным микроскопом в миллион раз. Что же нас окружает?

 (Ответ свободный для каждой команды, это ваша фантазия)

  Сектор 12.

Чем определяется многообразие белков и их специфичность?

(Многообразие белков определяется различным составом аминокислот по их порядку следования в цепи. Специфичность зависит от выполняемых функций.)

Сектор 13.

Блиц-турнир.

1. В каком органоиде клетки происходит процесс фотосинтеза?
2. В каком органоиде накапливаются продукты синтетической деятельности, которые затем поступают в цитоплазму?
3. Как называется процесс поглощения мелких капель жидкости клетками?

( Фотосинтез происходит в хлоропластах.  Ферменты накапливаются в комплексе Гольджи, Поглощение мелких капель жидкости – пиноцитоз)

Сектор 14.

Уважаемые знатоки, Вам предлагается  решить задачу. Какое изменение в коде вызывает заболевание серповидно-клеточной анемией. Генетический код у вас лежит на столах У людей, больных серповидно-клеточной анемией, белок гемоглобина имеет 300 аминокислот. Его код в одной из цепочек ДНК следующий:  А Ц Ц Т Г Т А А А Ц А А Ц Ц А Ц Г Г Г Т Г Т А Г Т Т Т Т  Назовите аминокислоты и их порядок в этом фрагменте белка.

У здоровых людей с нормальным гемоглобином код в цепочке ДНК следующий: А Ц Ц Т Г Т А А Ц А А Ц Ц А Ц Г Г Г А Г Т Т Т Т  Назовите аминокислоты и их порядок в этом фрагменте белка. Какое изменение в коде ДНК вызывает заболевание.

(У больных фрагмент белка: Три Тре Лей Лей Вал Про Тре Сер Лиз, у здоровых, фрагмент белка: Три Тре Лей Лей Вал Про Сер Сер Лиз. Вероятно произошла точковая мутация аденин заменился на тимин, изменяется и порядок аминокислот, у здоровых аминокислота Сер, а у больных Тре)

Сектор 15.

Паразитические организмы, обитающие во внутренних органах позвоночных, в своем организме накапливают питательные вещества в виде гликогена, а не более энергоемкие жиры.

Вопрос: Чем это обусловлено?

(Паразиты внутренних органов позвоночных, например печеночный сосальщик, бычий цепень, живут в условиях дефицита кислорода и запасают в своем организме преимущественно гликоген, а не жиры, хотя при расщеплении жиров энергии образуется почти в два раза больше, чем при расщеплении углеводов. Это происходит потому, что для паразитов в этих условиях основным источником энергии является бескислородное расщепление глюкозы – гликолиз.

На научной волне:

    Наука развивается от простого к сложному. Сначала было найдено атомное строение простейших кристаллов – каменной соли, железа, алмаза, в элементарной ячейке трехмерной повторяемости которых встречалось всего лишь несколько атомов.

Потом кристаллографы научились определять более сложные структуры минералов и кристаллов органических веществ. В 1935 году знаменитый английский физик и философ Джон Бернал понял, что ключом к определению белковых молекул может служить кристаллическая структура -–для этого нужно получить кристалл, построенный из белковых молекул. И методом рентгенографии можно определить его атомное строение и строение белковых молекул.

Но от получения первых рентгенограмм до первых реальных определений структуры белковых кристаллов прошло еще 25 лет – в начале 60-х годов английские ученые Кендрью и Перутц сделали первые расшифровки белков миоглобина и гемоглобина. Кристаллы белков очень сложны и расшифровка их дело трудное. Развитие биохимической техники, автоматизация эксперемента и расчетов – все это ускорило расшифровку белков.

В настоящее время в мире уже известно более 200 белковых структур. Все они построены из 20 главных аминокислот.

Причина многих болезней неправильное сворачивание белка.  

(Первое сентября  «Биология» №4 1998 год.)

Несколько десятилетий назад было обнаружено, что белки в растворе имеют неприятную тенденцию образовывать нерастворимые агрегаты. Эти агрегаты исследователи воспринимали, как отбросы, грязь, от которой каждый хотел бы избавиться. Но теперь оказалось, что изучение этих отбросов может оказаться весьма полезным.

В последние годы стало понятно, что агрегация белков в пробирке очень похожа на образование амилоидных отложений в тканях. Эти отложения являются признаками дюжины различных заболеваний, из которых самое известное – болезнь Альцгеймера, сопровождается общим расстройством памяти в пожилом возрасте.

Общеизвестно, что белок представляет длинную цепь аминокислот – полипептидную цепь. У нормальных активных белков она не линейна, а свернута в специфическую трехмерную структуру. Процесс сворачивания полипептидной цепи называют – фолдингом – складывание, сворачивание. Исследование показали, что как агрегация белка в пробирке, так и образование амилоидных отложений происходит при дефектах фолдинга: неполностью свернутые молекулы сцепляются друг с другом и образуют нерастворимые волокнистые агрегаты.

 Аминокислоты стимулируют иммунитет. В последние годы ученые вес глубже проникают в устройство защитных сил организма, в его иммунную систему. Очень интересен вопрос о том, как возбуждается активность иммуннитета, что именно заставляет организм при появлении «чужака» вырабатывать антитела. Известно, что таким действием обладает ряд пептидов – природных белков. Но ведь пептиды, как и всякие белки, состоят из аминокислот и сами по себе обладают способностью стимулировать иммуннитет?

Ученые Петербургского Института эксперементальной медицины провели специальное исследование. Подопытным животным вводили различные аминокислоты и затем определяли какие из них ускоряют преобразование клеток костного мозга в Т-лимфоциты и какие увеличивают выработку антител в ответ на появление чужака.

Выяснялось, что из 20 аминокислот, девять обладают способностью ускорять производство Т-лимфоцитов. Они же усиливают иммунный ответ – выработку антител. Своеобразным лидером оказалась аспарагиновая аминокислота.

Ученые проанализировали первичные структуры многих биологически активных пептидов и обнаружили, что стимулирующие иммуннитет аминокислоты присутствуют преимущественно в иммунноактивных пептидах тимуса, высоко их содержание и в головном мозге.

Результаты этих опытов имеют важное значение для понимания механизмов иммуннитета и регуляции гомеостаза организма в целом, а также могут быть использованы и в медицинской практике.   («Наука и жизнь» 1988 год  №8 стр. 13)

Знаменательные даты в развитии цитологиию

1600 год  - Изготовлен первый микроскоп (Г. Галилей)

1665 год – Обнаружена клеточная структура пробки (Р. Гук)

1831 год – Открыто клеточное ядро (Р. Броун)

1839 год -  Сформулирована клеточная теория (Т. Шванн)

1862 год -  Показано фотосинтитеческое происхождение крахмала (Ю. Сакс)

1871 год -  Открыты нуклеиновые кислоты (Ф. Мишер)

1892 год -  Открыты вирусы (Д. Ивановским)

1903 год -  Привлечено внимание к роли зеленых растений в космическом круговороте энергии и веществ (К. А. Тимирязев)

1953 год -  формулированы представления о структуре ДНК (Д. Уотсон и Ф. Крик)

(Новое в жизни, науке, технике. Серия «Биология» №1 1984 год)

         Микрофиламенты. Сделать шаг, второй и третий, любой взмах рукой и поворот головы, многое другое мы можем сделать благодаря существованию актина – белка, из которого состоят микрофиламенты.  

У микрофиламентов и микротрубочек много общего. И актин, и тубулин  - глобулярные белки. Оба объединяются в длинные фибриллярные структуры, что сопровождается гидролизом трифосфатов (АТФ и ГТФ). И микротрубочки, и микрофиламенты – полярные структуры, что обеспечивается определенной ориентацией их ассиметричичных субъедениц. Эти полимеры быстрее растут с одного конца, чем с другого, и прикрепляются к определенным клеточным структурам всегда концами одного типа. Оба фибриллярных белка в клетке могут быть очень лабильны т. е. Быстро собираться и разбираться, обеспечивая образование и разрушение каких-то временных структур или их передвижение. Например, маленькие одноклеточные создания -  солнечники – дрейфуют в воде выставив в разные стороны много лучей, в середине которых находятся сотни параллельно упакованных микротрубочек. Как только к лучу прилипнет что-то съедобное, микротрубочки внутри быстро распадаются, луч втягивается и солнечник может подкрепиться. Лучи же быстро образуются вновь. Ну а слияние половых клеток голотурии происходит благодаря тому, что спермий, как гарпунер в кашалота, выбрасывается в сторону яйцеклетки отросток, который удлиняется благодаря быстрой полимеризации актиновых волокон (Знание. Биология. Научно-популярная серия. «Как работает живая клетка». №11 1990 год.)

Литература:

1. Р. Д. Аллен «Наука о жизни» Издательство Москва Просвещение 1981 г.
2. П. Кемп, К. Армс «Введение в биологию» Издательство Москва. «Мир» 1988 г.
3. Кристиан Де Дюв «Путешествие в мир живой клетки»

Издательство Москва «Мир» 1987 г.

4. Энциклопедия «Проверьте свои знания» Издательство «Сталкер» 1996 г.
5. М. П. Шерстнев О. К Комаров «Химия и биология нуклеиновых кислот»

Издательство Москва «Просвещение» 1990 г.

          6.Г. Билич, Л. В. Назарова «Цитология» Издательство Санкт-Петербург 1999 г.