Строение и функции клеточных структур эукариотической клетки

Цель урока:

• систематизировать,
• обобщить и углубить знания учащихся о структурах эукариотической клетки, их функциях и строении.

Задачи урока:

Образовательные:

1. Закрепить умение готовить микропрепараты и обнаруживать особенности строения клеток растений, животных, грибов, выявлять черты их сходства и различия.
2. Продолжить формирование у школьников убеждения в том, что клетка представляет собой структурно – функциональное единство работающих в ней органоидов.

Развивающие:

1. Развивать основы творческой деятельности учащихся

Воспитательные:

1. Выработать коммуникативные навыки при работе в группе

Тип урока:

• урок обобщения и закрепления знаний, умений и навыков.

Форма урока:

• урок – виртуальная экскурсия.

Оборудование:

Технические средства обучения:

• компьютер,
• мультимедийный проектор,
• телевизор,
• ДВД - плеер,
• магнитофон,
• стробоскоп,
• экран на штативе,
• экран для демонстрации динамических пособий.

Мультимедийное обеспечение:

• компьютерная презентация урока (приложение 4),
• флеш – ролики “Фагоцетоз”, “Пиноцетоз”

Лабораторное оборудование:

• лабораторные ящики – 4 штуки,
• микроскопы – 4 штуки,
• предметные и покровные стекла,
• стеклянные палочки,
• стаканы с водой,
• фильтровальная бумага,
• раствор поваренной соли,
• репчатый лук,
• водное растение – элодея,
• плесень мукор,
• готовый микропрепарат клеток многоклеточных животных,
• инструктивные карточки позеленевший клубень картофеля.

Методическое обеспечение:

• фрагмент видео - фильма на ДВД – “Эволюция Жизни”,
• инструктивные карточки к лабораторным работам (приложение 1, приложение 3).

Таблицы:

• строение увеличительных приборов,
• строение растительной,
• строение животной,
• строение грибной клеток,
• строение хлоропласта,

Прочее оборудование и реквизит:

• Парик, жабо, подсвечник, микроскоп (сценка “Tрaнcвековое путешествие в лавку Левенгука”) ;
• Белые халаты для заведующих лабораториями;
• Изготовленные учащимися объемные модели митохондрии и хлоропласта (лаборатория механического моделирования) ;
• Песочные часы;
• Таблички с названиями лабораторий.

Подготовительный этап.

1. Определение тем для подготовки выступлений учащихся.
2. Ознакомление учащихся с темами, их обсуждение и возможная корректировка.
3. Накопление, отбор материала учащимися.
4. Подбор иллюстративного материала, изготовление мультимедийных презентаций.
5. Консультации для всего класса.
6. Подготовка необходимого реквизита и оборудования.

Ход урока

На экране заставка - (слайд №1) - эпиграф урока: “Клетка – это своего рода атом в биологии.” Английский биофизик и биохимик Джо Кендрю

Учитель: Добрый день уважаемые ребята, коллеги и гости!

Мы знаем, что в настоящее время наша Российская наука и образование находятся на стадии модернизации и перехода на новый уровень. В современном обществе и в науке как никогда требуются личности, занимающие активную жизненную позицию. Поэтому давай те на некоторое время представим, что мы находимся сейчас не в кабинете биологии, а в НИИ цитологии и молекулярной биологии. Итак, мы рады приветствовать вас в стенах нашего НИИ.

И, видимо не случайно наш институт сегодня посетили гости из Комитета образования г. Ивантеевки и будущие выпускники гимназии №6, а ныне пока учащиеся 10 а класса.

Для начала я хочу задать несколько вопросов гимназистам

1. Что изучает наука цитология?
2. Какие формы жизни известны вам на нашей планете?
3. Какие вы знаете клеточные формы жизни?

А сейчас позвольте представиться,

Меня зовут Татьяна Сергеевна, и я заведую кафедрой “Строение и функций клеточных структур эукариотической клетки” (слайд №2). Основной целью работы нашей кафедры является следующее: систематизировать и обобщить знания о строении и функциях клеточных структур (слайд №3).

Учитель: Основные задачи нашей кафедры вы видите на слайде: …..(слайд №4, слайд№5).

Наша кафедра представлена 4 лабораториями, их названия вы видите на слайде (слайд №6).

Работа в лабораториях уже кипит с самого утра, все научные сотрудники усиленно работают по своим темам. Сегодня мы с вами совершим виртуальную экскурсию по лабораториям нашего института в режиме он-лайн. И сейчас мы попытаемся связаться с одной из них. Добрый день! Представьтесь, пожалуйста.

Ученый 1: Здравствуйте, меня зовут__________, я возглавляю лабораторию по изучению истории исследования клеточных структур, Серова Мария – старший научный сотрудник лаборатории (слайд №7).

Учитель: Чем занимается ваша лаборатория?

Ученый 2: Мы изучаем историю появления клетки.

Учитель: скажите пожайлуста, а как образовалась ваша лаборатория?

Ученый 1: Все имеет свое начало. Наша работа началась с истории появления клетки. (Включить видеоролик “возникновение жизни” (приложение 6)).

Учитель: Вот так могла возникнуть первая живая клетка, давшая жизнь миллиардам организмов, живущих на нашей планете.

Ученый 2: Многие ученые нашей лаборатории считают, что история исследования клетки началась с изобретения микроскопа. Принято считать, что первый микроскоп, состоящий из двух линз, создал голландец Ханс Янсен в конце 16 века. Он имел примерно такое строение (обращается к таблице “Строение увеличительных приборов”).

Ученый 1: Сама клетка, точнее клеточная оболочка была открыта английским физиком Робертом Гуком, создателем более четкого прибора. В 1665 году рассматривая срез пробки он увидел ячейки и назвал их “клетками” – сеll – клетка (слайд №8).

Ученый 2: Одним из первых изобретателей микроскопа был голландский торговец сукном Антони Левенгук, который имел сильное пристрастие к собиранию и шлифованию увеличительных стекол. Антони ван Левенгук – наблюдал простейших - анималькулей (хотя понятие клетка ему тоже было совершенно неизвестно) (слайд №9).

Ученый 1: Уважаемые коллеги, используя машину времени, я предлагаю вам ненадолго отправиться в трaнcвековое путешествие в 17 век (звучит фонограмма - кибер - музыка, переходящая в классику, включается стробоскоп.Появляется Левенгук с Марией.)

Ученый 2: Тихо, коллеги! Это Левенгук за работой. С ним рядом его любимая дочь Мария.

Левенгук: Мария! Поди, сюда! Скорее. В дождевой воде маленькие животные. Они в тысячу раз меньше любого существа, которое мы можем видеть простым глазом! Смотри! Ты видишь? Вот, что я открыл! Только осторожно, Мария. Не трогай руками мои линзы.

Мария (смотрит в микроскоп): Отец, но они живые! Они плавают взад и вперед! Они играют!

Левенгук: Анималькули, я назову их анималькули – маленькие ничтожные зверушки.

Учитель: Я читала, что Антони ван Левенгук написал о своем открытии письмо в Лондон, королевскому обществу. Ученые – скептики в большинстве своем не поверили голландцу Левенгуку, но, тем не менее поручили Роберту Гуку и Неремии Гру соорудить самые лучшие микроскопы.

Ученый 1: И 15 ноября 1677 года Гук принес в собрание свой микроскоп и… свое волнение… Да, да, оказалось, Левенгук был прав. Да они были здесь эти волшебные зверьки!

Ученый 2: Кстати, Королевское общество сделало Левенгука своим члeном и прислало ему пышный члeнский диплом в серебряной шкатулке с гербом общества на крышке.

Звучит фонограмма - кибер - музыка, переходящая в классику, включается стробоскоп.

Левенгук с Марией уходят.

Ученый 1: И лишь в 19 веке обратили внимание на полужидкое студенистое содержимое - цитоплазму.Затем, в 1831 году – шотландский ботаник Роберт Броун плотное образование в листе назвал ядром (слайд № 10).

Ученый 2: А в 1838 году – немецкий ботаник Матиас Шлейден доказал, что в любой растительной клетке есть ядро, а немецкий физиолог Теодор Шванн доказал, что ядро есть в животных клетках. И, наконец, в 1839 году – Теодор Шванн сформулировал и опубликовал основные положения клеточной теории – “Все растительные и животные организмы состоят из клеток сходных по строению”.

Ученый 1: В 1858 году – немецкий ученый Рудольф Вирхов доказал, что главное часть клетки – ядро и клетки образуются только из клеток путем деления. Время шло. Совершались новые открытия. Появлялись новые и новые факты. Основные положения современной клеточной теории вы видите на слайде (слайд № 11).

Учитель: Коллеги, а каковы результаты ваших научных исследований на данный момент?

Ученый 2: В настоящее время мы готовим к публикации очерк по истории исследования клеточных структур.

Учитель: Спасибо, у вас было очень интересно но, к сожалению, нам пора идти. Нас ждут в лаборатории микроскопических методов исследования клеточных структур – это наша самая фундаментальная лаборатория. Разрешите представить вам заведующую лабораторией – _____. Расскажите коллега, по каким направлениями ведется работа в вашей лаборатории, и какие методы исследования вы применяете (слайд № 12).

Ученый 3: наша лаборатория работает над изучением внутреннего строения растительной, животной и грибной клеток, а также мы занимаемся изучением мембранной системы клетки. Я хочу предоставить слово своим коллегам по лаборатории.

Ученый 4: Я приготовила микропрепарат водного растения - элодеи. Рассмотрев его под микроскопом, я выяснила следующее: снаружи растительная клетка покрыта оболочкой, под которой находится цитоплазма, а в цитоплазме мы видим много мелких зеленых образований – это хлоропласты. В клетках также есть ядро. Увиденное в микроскоп, я зарисовала.

Демонстрирует рисунок на доске.

Ученый 5: Я рассмотрел под микроскопом готовый препарат животной клетки – эритроцит лягушки. Хорошо видны оболочка, цитоплазма и ядро.

Демонстрирует рисунок на доске.

Ученый 6: Изучаемый нами плесневый гриб мукор, белый налет которого часто появляется на портящихся продуктах, представлен одной гигантской многоядерной разветвленной клеткой. Под микроскопом мы увидели плодовое тело гриба, состоящее из спороножки и спорангия со спорами. Зрелый спорангий имеет черную окраску. В некоторых местах спорангии лопнули и споры высыпались наружу. Нам известно, что у грибных клеток, имеется жесткая клеточная стенка, содержащая хитин. Хлоропластов в цитоплазме нет. Поэтому по способу питания грибы являются гетеротрофами.

Учитель: А теперь давайте проверим, насколько компетентны в этих вопросах, наши экскурсанты – ученики гимназии. Ребята, назовите пожайлуста главные части эукариотической клетки.

Экскурсант: Оболочка, цитоплазма, ядро.

Учитель: А что вы можете сказать о цитоплазме?

Экскурсант: Цитоплазма – это коллоидный раствор, в котором находятся все органоиды клетки. В цитоплазме происходят большинство химических и физиологических процессов в клетке. За счет струйного и кругового движения цитоплазмы осуществляется взаимосвязь между органоидами клетки.

Учитель: вы сказали, что одной из главных частей эукариотической клетки является ядро. А каково его строение и функции?

Экскурсант: Для того, чтобы проиллюстрировать свой ответ, мы воспользуемся таблицей “Строение клетки”.

Ядро имеет двухмембранное строение: наружная мембрана переходит в мембраны ЭПС. Мембраны пронизаны порами, через которые осуществляется обмен между ядром и цитоплазмой. Внутри ядра находится ядерный сок. Который содержит органические вещества – белки, РНК и неорганические вещества – воду, минеральные соли. В ядре находятся хромосомы, составной частью которых является молекула ДНК, где записана наследственная информация о признаках и свойствах данной клетки. В ядрах всегда присутствует одно или несколько ядрышек. В ядрышках образуются субъединицы рибосом. Ядро является центром, управляющим всей жизнедеятельностью и развитием клетки.

Учитель: но в световой микроскоп нельзя рассмотреть все клеточные структуры, которые иногда имеют ультрамикроскопическое строение, поэтому мы очень часто прибегаем к методу электронной микроскопии и обращаемся к коллегам из лаборатории компьютерного моделирования (слайд № 13 )

Ученый 7: к ультрамикроскопическим структурам относится клеточная мембрана. Она состоит из бимолекулярного слоя липидов. Цельность липидного слоя может прерываться белковыми молекулами – порами; кроме того белки лежат мозаично по обе стороны мембраны, образуя ферментные системы. К некоторым белкам, находящимся на наружной поверхности прикреплены углеводы, они являются своеобразными указателями по которым, например cпepматозоид, узнает клетку. Основные функции мембраны: изолирует клетку от окружающей среды и защищает ее от повреждений, обладает избирательной проницаемостью, регулирует процесс поступления веществ в клетку, и участвует в пиноцитозе и фагоцитозе.

Ученый 8: Наша лаборатория компьютерного моделирования занимается созданием и разработкой мультимедийных продуктов и сейчас мы с удовольствием представим вам флеш – ролики (демонстрация ролика “Фагоцитоз” (приложение 7) и “Пиноцитоз” (приложение 8) в клетке).

Ученый 9: Захват плазматической мембраной твердых частиц и впячивание (втягивание) их внутрь клетки называют фагоцитозом. Это явление можно наблюдать при захвате амебой мелких одноклеточных. Захват мембраной жидкости с растворенными в ней веществами называется пиноцитозом.

Учитель: Мы снова возвращаемся в лабораторию микроскопических методов (слайд № 14).

Ученый 10: В настоящее время мы работаем над явлением плазмолиза и деплазмолиза в клетках кожицы лука. В той работе мы использовали химический метод в сочетании с методом оптической микроскопии. Плазмолиз и деплазмолиз являются существенными признаками клетки как живой системы. Согласно заданию на инструктивной карточке мы приготовили препарат кожицы лука, рассмотрели его под микроскопом и зарисовали несколько клеток. На рисунке хорошо видны оболочки клеток, ядра, видно, что цитоплазма прилегает к оболочке клеток и полностью заполняет клетку. После того как мы удалили с микропрепарата воду, а затем нанесли на предметное стекло каплю раствора поваренной соли (10% раствор NaCl), мы увидели, что цитоплазма отошла от оболочки и в некоторых клетках сжалась в комочки. Что же произошло?

Дело в том, что концентрация раствора в окружающей клетку среде будет больше чем внутри клетки и вода будет стремиться выходить из клетки и клетка будет обезвоживаться! Такое явление называется плазмолизом. Фильтровальной бумагой удалим раствор поваренной соли и капнем на предметное стекло 2-3 капли воды. Через некоторое время мы заметом, что цитоплазма снова вернулась на место и опять прилегает к оболочке. Концентрация раствора и в клетке и в окружающей ее среде стала прежней, вода опять вернулась в клетку. Такое явление называется деплазмолизом.

Ученый 11: Попадая в цитоплазму, пиноцитозные и фагоцитозные пузырьки передвигаются в ней и сливаются с лизосомами. Это органоиды клетки овальной формы, окруженные мембраной. В них находится набор ферментов, которые разрушают белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды. Ферменты лизосом расщепляют принесенные пиноцитозными или фагоцитозными пузырьками вещества. Лизосомы образуются из структур комплекса Гольджи либо непосредственно из эндоплазматической сети.

Ученый 12: Я хочу продолжить ваш рассказ, коллега и перейти к ЭПС. Различают гранулярную ЭПС и гладкую ЭПС. Гладкая ЭПС не содержит рибосом, в ее кaнaльцах происходит синтез жиров, углеводов, трaнcпортировка АТФ. Гранулярная ЭПС несет рибосомы. На рибосомах происходит синтез белков. Синтезированные белки поступают в систему кaнaльцев, по которым перемещаются внутри клетки. Готовая продукция трaнcпортируются в специальный аппарат – комплекс Гольджи.

Ученый 11: Комплекс Гольджи иногда называют, “складом готовой продукции”. Комплекс Гольджи состоит из 3-4 сложенных стопкой, уплощенных, слегка изогнутых, дискообразных полостей. Он выполняет в клетке разнообразные функции: участвует в трaнcпорте продуктов биосинтеза к поверхности клетки и в выведении их из клетки, а так же в формировании лизосом.

В аппарате Гольджи происходит сортировка и упаковка поступивших макромолекул: маленькие пузырьки отпочковываются и разносятся по цитоплазме внутри клетки; другие, побольше идут на “экспорт”, т.е. в другие клетки. В настоящее время сложилось представления о наличии в клетке единой мембранной системы. В этой системе взаимосвязаны такие органоиды клетки (Слайд № 15)

Учитель: уважаемые коллеги, вы провели колоссальные исследования в своей области и я думаю, что методики проведения лабораторных работ, разработанные вами, будут представлены на научных реферативных чтениях и научно – пpaктической конференции нашего института. А мы с вами продолжаем нашу виртуальную экскурсию и перемещаемся в лабораторию механического моделирования (слайд № 16).

Ученый 12: Меня зовут ____________, я руководитель лаборатории механического моделирования. Наша лаборатория создает модели ультрамикроскопических клеточных структур имеющих очень сложное строение и поэтому трудно воспринимаемых не только школьниками, но и студентами биологических образовательных учреждений. Сейчас мы готовы представить вашему вниманию модели митохондрий и хлоропластов (слайд № 17).

Ученый 13: В цитоплазме большинства клеток животных и растений содержаться мелкие тельца, разнообразные по форме, - митохондрии.Внутреннее строение митохондрий изучено с помощью электронного микроскопа. Как вы видите на модели, оболочка митохондрии состоит из двух мембран; внутренняя мембрана образует складки (кристы). Внутреннее содержимое митохондрий гомогенное вещество – матрикс, - в котором находятся небольшое количество собственных рибосом, одна кольцевая молекула ДНК и фосфатные гранулы. Митохондрию называют “дыхательным центром”, так как в матриксе происходит окисление углеводов и жиров с расщеплением их до СО2 и Н2О и выделением энергии которая запасается в виде АТФ. Поэтому митохондрии называют еще “энергетическим депо клетки” или “силовыми станциями”. Обычно митохондрии находятся в тех участках цитоплазмы, где возникает потребность в энергии (например, в cпepматозоидах они группируются у основания жгутика). Количество митохондрий в клетках различно от 100 до нескольких тысяч, в зависимости от функции, которую выполняет клетка.

Ученый 14: Только в растительных клетках присутствуют пластиды. Эти мембранные органеллы в зависимости от краски можно разделить на лейкопласты, хромопласты, хлоропласты. Бесцветные лейкопласты находятся в неосвещенных частях растения. Например, в клубнях картофеля лейкопласты накапливают зерна крахмала. Хромопласты – цветные (не зеленые) пластиды, располагаются в клетках различных частей растения: в цветках, плодах, стeблях, листьях. Именно хромопласты обеспечивают желтую, красную, оранжевую окраску этих частей. Демонстрация муляжей плодов и цветов.

Ученый 15: Зеленые хлоропласты способны переходить в хромопласты, поэтому осенью листья желтеют или краснеют, зеленые помидоры краснеют при созревании. Позеленение клубней картофеля свидетельствует о переходе лейкопластов в хлоропласты (слайд № 18).

Ученый 13:. Основная функция хлоропластов – фотосинтез, т.е. синтез органических соединений благодаря энергии солнечного света, преобразованной в энергию молекул АТФ.

Хлоропласты высших растений по форме напоминают двояковыпуклую линзу. Они состоят из основного вещества студенистой стромы. В строме находится система плоских мембран, называемых тилакоидами стромы. На некоторых из них находятся граны, напоминающих стопку монет и состоящие из мелких плоских мешочков, заполненных жидкостью – тилакоидов граны, в которых и происходит фотосинтез.

Ученый 14: Учитывая особенности современной программы по биологии, где при изучении клетки уже в шестом классе дается подробно микроскопическое строение клеточных структур, мы разработали и создали модели хлоропласта и митохондрии. Мы считаем, что это будет существенной помощью для преподавания биологии в школе. Ведь известно, что у детей младшего и среднего школьного возраста в основном развитии конкретное мышление. Они хорошо воспринимают то, что видят. Мы думаем, что наши изобретения помогут им в освоении той темы по биологии.

Ученый 15: Используя методы оптической микроскопии, мы своими опытами подтвердили некоторые из приведенных выше положений клеточной теории. Рассматривая под микроскопом приготовленные нами препараты водного растения элодеи и клетку эритроцитов лягушки и клетки грибов, используя дополнительную литературу, мы пришли к выводу, что эукариотические клетки животных, растений, грибов имеют следующие общие признаки (приложение 5).

Ученый 16: Я хочу добавить, что строение большинства органоидов большинства клеток так же очень сходно. В то же время форма и размер клеток даже в пределах одного организма очень разнообразны, что зависит от специализации клетки и выполняемой ею функции. Они могут быть в виде многогранников, а так же иметь дисковидную, шаровидную кубическую формы. Например, клетки покровных тканей плоские и плотно прилегают друг к другу, нервные клетки вытянуты в длинные нити (слайд № 19).

Учитель А сейчас я снова хочу обратиться к нашим школьникам. Скажите ребята, о каких органоидах не было сказано нашими учеными.

Экскурсант: Они ничего не сказали о клеточном центре, который есть в клетках животных и низших растений. Он участвует в делении клетки.

Экскурсант: Они не сказал об органоидах движения: ресничках, жгутиках, микрофибриллах, ложноножках.

Экскурсант: А еще о включениях: это непостоянные структуры клетки, масла, крахмальные зерна, пигменты, вакуоли.

Учитель: я думаю, что они просто не успели рассказать об этих структурах. О них мы поговорим потом. Большое спасибо, коллеги, за содержательный рассказ о работе нашей кафедры. На этом наша виртуальная экскурсия заканчивается. Для подведения итогов мы возвращаемся в свой кабинет биологии (слайд № 20).

1. Сегодня в процессе экскурсии вы не только повторили и обобщили материалы о структурах эукариотической клетки, но и узнали много нового.
2. Вы закрепили навыки работы с микропрепаратами, приборами, таблицами.
3. Вы развили умения анализировать и делать выводы, работать в группе, проявили свои творческие способности в моделировании клеточных структур, в актерском мастерстве.

Оценки за урок вы получите после оформления результатов работы ваших лабораторий. А лучшие из них будут опубликованы на сайте нашей гимназии, адрес, которого вы видите на экране, а “учащиеся “Гимназии №6” получат свои оценки, после того как составят синквейны по теме “Клетка” (приложение 2). Обработанные материалы я попрошу принести мне на следующий урок (слайд № 21). Спасибо за внимание. Урок окончен. До свидания.