Методические рекомендации по организации изучения дисциплины

Ссылка на резервное размещение материала

Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.

Тематика и планы аудиторной работы студентов по изученному материалу (планы последовательного проведения занятий: ПР, СМ, ЛБ) по предлагаемой схеме:

Тема 1: Общие представления о структурно-функциональные основах адаптогенеза

План: Адаптации живых систем являются результатом несоответствия их морфофизиологического статуса условиям окружающей среды. Данная ситуация возникает либо при изменении свойств самого организма (напр., в результате мутаций), либо при изменении внешних условий. Разновидность последнего – обитание на границе ареала. «Общим знаменателем» существующего разнообразия адаптивных эффектов являются неспецифические механизмы адаптаций.

Cтруктурные и функциональные основы этих реакций. Связь появления биологических систем с формированием пограничной гидрофобной среды. Липидно-белковые конгломераты как ее основа. Неизменность общего плана строения мембран на всех этапах эволюции биосистем: мембраны как структурная основа неспецифических реакций. Свободнорадикальное окисление как наиболее древний тип биологического окисления и как их функциональная основа.

Развитие симбионтных отношений между прокариотами как основа эволюции эукариотов. Проблема поддержания целостности как результат многоклеточности. Два направления эволюции: нервная и гуморальная системы. Электрическая активность. Активное и пассивное направления адаптации: возрастание и уменьшение целостности. Рост и покой как наиболее древние функции живых систем. Старение – как результат появления многоклеточных организмов.

Вопросы для коллективного обсуждения:

1)  Проблема неспецифических реакций стресса и адаптаций – структура и функция.

2)  Целостность как основа адаптаций активного типа.

3)  Симбионтные отношения с точки зрения вариаций целостности.

Задания для самостоятельной работы:

1)  Найти примеры вариаций целостности растительных организмов в экстремальных условиях.

2)  Провести сравнительный анализ различных типов жизненных форм растений с позиций адаптогенеза в экстремальных условиях.

3)  Подготовить данные по различиям в старении биологических систем различного эволюционного уровня.

Литература

МАРГЕЛИС Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. М., Мир,1983, 351 с.

ЗАУРАЛОВ типа устойчивости растений // В кн.: Проблемы и пути повышения устойчивости растений к болезням и экстремальным условиям среды в связи с задачами селекции, ч.1, Л., изд. ВИР, 1981, с.9-11.

Тема 2: Эволюционные аспекты цитологии. Физиология и биохимия мембран

План: Проблема поддержания целостности организмов в процессе адаптации. Происхождение митохондрий, ресничек и фотосинтезирующих пластид по симбиотической теории эволюции клеток. Основы строения и функционирования различных органоидов клетки, как продуктов последующей эволюционной трансформации содержащих и не содержащих электронтранспортные цепи симбионтов.

Амфипатическое строение липидов как основа их пространственной ориентации в воде и гидрофильных средах и способности к формированию в этих средах парцеллярных и слоистых структур. Структура белков, пигментов и других компонентов биологических мембран с этой же точки зрения. Основы биохимии и физиологии этих соединений.

Вопросы для коллективного обсуждения:

1)  Сравнительная характеристика ундулиподий и ресничек бактерий.

2)  Системы электронного транспорта митохондрий и хлоропластов.

3)  Что объединяет различные модели биологических мембран?

Задания для самостоятельной работы:

1)  Половое размножение и симбиоз в эволюционном плане.

2)  Функции роста, старения и покоя в жизненных циклах примитивных растений.

3)  Неординарные функции белков.

Литература

БЕРГЕЛЬСОН , молекулы, клетки. М.: Наука, 1982, 183 с.

ЛЕНИНДЖЕР А. Биохимия. М.: Мир, 1974, 957 с.

МАРГЕЛИС Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. М., Мир,1983, 351 с.

Тема 3: Свободнорадикальное окисление, «кислородный стресс» и регуляторные функции СРО

План: Понятие о свободных радикалах в химии и биологии. Одно - и двухэлектронный транспорт в эволюционном плане. СРО как наиболее древний и универсальный тип биологического окисления.

Основные представления о биохимии СРО: зарождение цепи, формирование конъюгированных диенов, образование гидроперекисей, распад алифатических цепей, формирование стабильных продуктов. Малоновый диальдегид (МДА), летучие С6-С9 альдегиды, этилен, предельные углеводороды. Продукты дальнейших превращений МДА: липофусциновые пигменты. Биологически активные продукты СРО: простагландины, жасмоновая кислота, ксантоксины, абсцизовая кислота. Низкомолекулярные антирадикальные соединения и антиоксиданты. Ферментативные системы ингибирования СРО: СОД. Прооксиданты и липоксигеназы. Радикалы и другие активные формы кислорода. Цикл и реакция Хабера-Вейсса.

Эволюционное значение антирадикальных и антиоксидантных систем. «Кислородный стресс» как способ реализации действия различных неблагоприятных факторов внешней среды.

Физиологические функции СРО. Липоксигеназы (ЛОГ) у растений. Синтез гормональных соединений. Детоксикация экзогенных ядов. Участие в иммунном ответе иммунном ответе растений, СВЧ-реакция. Участие в регуляции митотического цикла клетки.

Вопросы для коллективного обсуждения:

1)  Проблема взаимоотношений прооксидантных и антиоксидантных систем с эволюционной точки зрения.

2)  Относительность разделения физиологических функций СРО на отрицательные и положительные.

3)  Регуляторные функции СРО.

Задания для самостоятельной работы:

1)  Основные методы изучения процессов СРО.

2)  История изучения СРО: от лучевой болезни к неспецифическим реакциям стресса.

3)  СРО и структура мембран.

Литература

ВЛАДИМИРОВ Ю. А., АРЧАКОВ окисление липидов в биологических мембранах. М.: Наука, 1972, 273 с.

КАНУГО М. Биохимия старения. М., Мир, 1982, 294 с.

БУРЛАКОВА Е. Б.,АРХИПОВА Г. В., ГОЛОЩАПОВ Л. Н., МОЛОЧКИНА Е. М., ХОХЛОВ липиды как переносчики информации// В кн.: Биоантиокислители в регуляции метаболизма в норме и патологии. М.: Наука, 1982а, с.74-83.

ВОЛКОВ В. И., ПОЛЕЖАЕВ А. А., ЧЕРНАВСКИЙ структурных свойств плазматической мембраны и процессов свободнорадикального окисления липидов в регуляции деления клеток // В кн.: Биоантиокислители в регуляции метаболизма в норме и патологии. Под ред. . М., Наука, 1982, с.223-235.

МЕРЗЛЯК кислород и окислительные процессы в мембранах растительной клетки // Итоги науки и техники, сер. Физиол. раст. Под ред. . М., ВИНИТИ, 1989, 404 с.

МЕРЗЛЯК М. Н., ЖИРОВ окисление в хлоропластах при старении растений // Актуальные проблемы биофизики растительной клетки. Итоги науки и техники, сер. биофизика, т.40, М., ВИНИТИ, 1990, с.101-135.

МЕРЗЛЯК М. Н., СОБОЛЕВ супероксидных анион-радикалов и синглетного кислорода в патологии мембран. Молекулярная патология клеточных структур. Итоги науки и техники, сер. биофизика, т. 5, М., Наука, 1975, с.118-165.

ПЕТРОВСКАЯ-БАРАНОВА адаптации и интродукции растений. М.: Наука, 1983, 151 с.

ПРАЙОР У. Роль свободнорадикальных реакций в биологических системах // В кн.: Свободные радикалы в биологии, т.1. Под ред. У. Прайора. М., Мир, 1979, с. 13-67.

ФРИДОВИЧ И. Радикалы кислорода, пероксид водорода и токсичность кислорода//В кн.:Свободные радикалы в биологии, т.1, М.: Мир,1979, с.272-314.

FIRN R. D., FRIEND J. Enzymatic production of the plant grows inhibitor, xanthoxin. - Planta, 1972, 103(2), p.263-266.

GALLIARD T., CHAN H. W.-S. Lipoxigenases. - Biochemistry of Plants, v.4. Lipids: Structure and Function. P. K.Stympf. ed. - N. Y. - London-Toronto-Sydney-San Francisco: Acad. Press, 1980, p.131-161.

HALLIWELL B. Oxigen-free-radicals in living systems: dangerous but useful. In: Strategies of microbial life in extrem environments. - Life Sciences Research Report 13, Berlin, Verlag Chemie, 1979, p.195-221.

ZHIROV V. K., MERZLYAK M. N. Cultivation of pea plants (Pisum sativum L.) at low temperature decreases lipid peroxidation induced by freezing-thawing.- Plant Sci. Lett., 1983, v.30, N 2, p.185-191.

Тема 4: Теория циклического старения и омоложения растений и понятие «физиологического возраста»

План: Кренке - фундаментальный вклад в развитие представлений об адаптогенезе растений. Старение как универсальная функция, модифицирующая растительный организм во времени и в изменяющихся условиях внешней среды. Понятие о возрастности или физиологическом возрасте. Несовпадение шкал физиологического и календарного возрастов. Циклический принцип временной изменчивости возраст-зависимых параметров и формулировка альтернативы старения и деления. Универсальный характер теории применительно к различным уровням организации организма растений.

Вопросы для коллективного обсуждения:

1)  Применимость теории для субклеточного уровня организации.

2)  Представления о специфичности биологического времени по теории .

Задания для самостоятельной работы:

1)  Привести примеры циклического характера возрастной изменчивости для животных объектов.

2)  Есть ли старение у одноклеточных организмов?

Литература

КРЕНКЕ циклического старения и омоложения растений и ее практическое применение. М., Сельхозгиз, 1940, 136 с.

ЧЕРНОВ и его теория старения и омоложения. М., Изд-во АН СССР, 1963, 117 с.

Тема 5: Лихтенталлера. «Световые» и «темновые» хлоропласты

План: Особенности строения тилакоидов стромы и гран. Различия в биохимическом составе, компонентах электрон-транспортной цепи. Светособирающие комплексы. Механизм «слипания» и расстыковки тилакоидов. Специфика мембран стромальных и гранальных тилакоидов в плане функционирования фотосинтетического аппарата и его защиты от фотоокислительных повреждений. «Теневые» и «световые» хлоропласты. Расширенный функциональный смысл механизма HL-LL переходов применительно к адаптациям к неблагоприятным условиям существования.

Вопросы для коллективного обсуждения:

1)  Особенности структуры светособирающего комплекса П.

2)  Физиологическое значение существование двух типов ультраструктуры хлоропластов.

Задания для самостоятельной работы:

1)  Возрастная изменчивость ультраструктуры пластид.

2)  Лихтенталлера в синтетическую теорию адаптогенеза растений.

Литература

LICHTHENTHALLER H. K. Effects of biocides on development of pho-tosynthetic apparatus of radish seedlings grown under strong and weak light conditions. - Z. Naturforch., 1979, v.34c, N 9, p.936-940.

LICHTHENTHALLER H. K. Adaptation of leaves and chloroplasts to high quanta fluence rates. - Photosynthesis VII. Photosynthesis and Productivity, Photosynthesis and Environmemt (Ed Akoyunoglou G.), 1981, Balaban Int., Sci. Services. Philadelphia, Pa, p.273-287.

LICHTHENTHALLER H. K. Plastoglobuli und Lipochinongehalt der Chloroplasten von Corcus peruviamus (L.) Mill. - Planta, 1969, v.87, N 3, p.304-310.

LICHTHENTHALLER H. K. Plastoglobulas and fine structure of plastides. - Endesvour., 1968, v.27, N 2, p.144-149.

LICHTHENTHALLER H. K. Die Lokalisation der Plastidenchinon und der Chromoplasten der petalen von Sarothamnus scoparius (L.) Wimn ex Koch. - Planta, 1970, v.90, N 1, p.142-152.

LICHTHENTHALLER H. K., PRENZEL U., KUHN G. Carotenoid compo­sition of chlorophyll-carotenoid-proteins from radish chloroplasts. - Z. Naturforsch., 1982c, v.37c, N 1, p.10-12.

LICHTHENTHALLER H. K., KUHN G., PRENZEL U., MEIER D. Chlo­rophyll-protein levels and degree of thylakoid stacking in radish chlo-roplasts from high-light, low-light and bentazone-treated plants. - Physiol. Plant., 1982b, v.56, N 2, p.183-188.

LICHTHENTHALLER H. K., KUHN G., PRENZEL U. et al. Adaptation of chloroplast-ultrastructure and of chlorophyll-protein levels to high-light and low-light growth conditions. - Z. Naturforsch., 1982a, v.37c, N 4, p.464-475.

LICHTHENTHALLER H. K., WEINERT H. Die Bieziehunger zwischen Lipochinons synthese und Plastoglobulibildund in Chloroplasten von Ficus elastica Roxb. - Z. fur Naturflorsch., 1970, v.25b, N 6, p.619-623.

Тема 6: Зауралова о двух стратегиях адаптации

План: Данная концепция, основные позиции которой были сформулированы в 1981 г., является существенным шагом на пути к синтетической теории адаптации. Классификация всего разнообразия адаптивных эффектов на активную (связанную с активацией процессов роста и жизнедеятельности в целом) и пассивную адаптации, вполне согласуется с обсуждавшимися ранее основными направлениями функциональной активности живых организмов (бинарная оппозиция рост-покой) и служит связующим звеном между вышеуказанными концепциями.

Вопросы для коллективного обсуждения:

1)  Возрастные зависимости выбора между активной и пассивной адаптациями.

2)  Эволюционная роль различных стратегий.

Задания для самостоятельной работы:

1)  Привести примеры преимуществ каждой из стратегий в конкретных экстремальных условиях (климатических, антропогенных).

2) Проанализировать черты сходства и различий в состоянии покоя у различных растений и анабиоза животных.

Литература

ЖИРОВ В. К., РУДЕНКО С. М., ЖИБОЕДОВ и зимостойкость растений на Крайнем Севере. Апатиты, изд. Кольского научного центра АН СССР, 1989, 111 с.

ЗАУРАЛОВ типа устойчивости растений // В кн.: Проблемы и пути повышения устойчивости растений к болезням и экстремальным условиям среды в связи с задачами селекции, ч.1, Л., изд. ВИР, 1981, с.9-11.

ПЕТРОВСКАЯ-БАРАНОВА адаптации и интродукции растений. М.: Наука, 1983, 151 с.

Тема 7: Полевого о катаболических путях синтеза фитогормонов

План: Наряду с общеизвестными путями синтеза гормональных соединений анаболическими путями, т. е. на основе конденсации простых органических соединений, существуют менее известные катаболические пути, в основе которых лежит окислительная (при участии СРО) деструкция основных биологических соединений – белков, липидов, пигментов, нуклеиновых кислот. Эти пути эволюционно более древние, и в процессе биохимической эволюции были вытеснены анаболическими, однако признаки их существования до сих пор можно обнаружить в экстремальных условиях.

Вопросы для коллективного обсуждения:

1)  Анаболизм и катаболизм и два взгляда на биохимическую эволюцию.

2)  СРО-зависимый механизм регуляции уровня АБК у растений.

Задания для самостоятельной работы:

1)  Проанализировать различные пути катаболического синтеза растительных гормонов.

2)  Выяснить различия между формированием ингибирующих гормонов у растений и простагландинов у животных.

Литература

ГУДВИН Т., МЕРСЕР Э. Введение в биохимию растений. М., Мир, 1986, 312 с.

ДЕРФЛИНГ К. Гормоны растений. Системный подход. М., Мир, 1985, 304с.

ЛЕНИНДЖЕР А. Биохимия. М.: Мир, 1974, 957 с.

ПОЛЕВОЙ . Л., изд. ЛГУ, 1982, 250 с.

FIRN R. D., FRIEND J. Enzymatic production of the plant grows inhibitor, xanthoxin. - Planta, 1972, 103(2), p.263-266.

Тема 8: Подходы к синтетической теории адаптаций

План: Основой этой части курса являются оригинальные данные, полученные в гг. с целью создания единой системы представлений, включающей вышеупомянутые концепции универсальной роли СРО, циклического старения и омоложения растений, светозависимых модификаций ультраструктуры хлоропластов, и двух стратегий адаптации. В качестве основного теоретического подхода были использованы общие представления о неспецифических механизмах стресса и адаптаций Г. Селье, -Барановой, .

Поскольку северные регионы вообще, и Мурманская область в частности, отличаются уникальным набором естественных и антропогенных экстремальных факторов среды, Кольский полуостров послужил естественным полигоном для проведения этой работы. Основными ее разделами являются:

1)  доказательство универсальной роли СРО применительно к физиологическим эффектам экстремальных условий Мурманской области;

2)  выявление на этой основе специфического режима взаимоотношений между свободнорадикальным окислением и синтезом ненасыщенных липидов;

3)  доказательство его доминирования в разнообразных типах адаптивных реакций,

4)  доказательство его связи с возрастными модификациями;

5)  доказательство существования триггерного механизма синтеза-окисления абсцизовой кислоты и его связи с вышеуказанным механизмом синтеза-окисления липидов;

6)  доказательство возрастного характера изменчивости ультраструктуры хлоропластов;

7)  доказательство связи открытых механизмов с вариациями ультраструктуры хлоропластов.

Таким образом, были установлены биохимические и ультраструктурные основы физиологического возраста для растений, что является современной базой подтверждения и развития идей . Главным выводом концепции является зависимость выбора между активной и пассивной стратегиями адаптации от возрастного состояния организма, и предложена типичная форма этой зависимости, соответствующая циклам, описанным .

В качестве возможных направлений дальнейшего развития концепции прилагаются результаты двух дополнительных исследований, затрагивающие вопросы о дифференциации по физиологическому возрасту различных органов растений и различных членов микропопуляций.

Вопросы для коллективного обсуждения:

1)  Биохимия различий активного и пассивного адаптивных путей.

2)  Изменения типичных возрастных зависимостей характера адаптивного ответа растений при наложении стрессовых факторов.

Задания для самостоятельной работы:

1)  Подобрать примеры различий в адаптивных реакциях у растений различного физиологического возраста.

2)  Проанализировать особенности вариаций ультраструктуры хлоропластов у растений с возрастной точки зрения.

Литература

ЖИБОЕДОВ П. М., ЖИРОВ В. К., РУДЕНКО состав и мембранные липиды интродуцированных растений в Заполярье. Апатиты, изд. Кольского филиала АН СССР, 1987, 114 с.

ЖИРОВ В. К., РУДЕНКО С. М., ЖИБОЕДОВ и зимостойкость растений на Крайнем Севере. Апатиты, изд. Кольского научного центра АН СССР, 1989, 111 с.

ЖИРОВ В. К., КУЗЬМИН А. В. РУДЕНКО С. М., и др. Адаптации и возрастная изменчивость растений на Севере.( в 2 томах). Апатиты, изд. Кольского научного центра РАН, 2001, 342 с.

ЖИРОВ модификации растений в связи с адаптациями и стрессом. Апатиты, изд. Кольского научного центра АН СССР, 1991, 105 с.

МЕРЗЛЯК кислород и окислительные процессы в мембранах растительной клетки // Итоги науки и техники, сер. Физиол. раст. Под ред. . М., ВИНИТИ, 1989, 404 с.

МЕРЗЛЯК М. Н., ЖИРОВ окисление в хлоропластах при старении растений // Актуальные проблемы биофизики растительной клетки. Итоги науки и техники, сер. биофизика, т.40, М., ВИНИТИ, 1990, с.101-135.

ZHIROV V. K., MERZLYAK M. N. Cultivation of pea plants (Pisum sativum L.) at low temperature decreases lipid peroxidation induced by freezing-thawing.- Plant Sci. Lett., 1983, v.30, N 2, p.185-191.