Biologická praktika: Mikroskopie, cytologie, genetika a vývoj

Komplexní sada výukových kartiček pokrývající témata mikroskopické techniky, optických zákonitostí, biochemického složení buňky, mitózy a meiózy, rozmnožování a modelového organismu Drosophila melanogaster.

Jaké pravidlo musí být bezpodmínečně dodrženo při provádění biologického pokusu (experimentu)?

Pravidlo jedné proměnné (za definovaných a stabilních podmínek umožňujících reprodukovatelnost pokusu).

Kdo a přibližně v jakém roce sestrojil první mikroskop tvořený dvěma čočkami v tubusu se zvětšením $9\times$?

Holanďan Zacharias Janssen kolem roku 1595.

Jakých parametrů dosahovaly jednoduché jednočočkové mikroskopy Antonie van Leeuwenhoeka (1674)?

Zvětšovaly až $270\times$ a dosahovaly rozlišovací schopnosti až $1{,}35\,\mu\text{m}$.

Jaká je nepřekonatelná teoretická hranice zvětšení a rozlišení světelného mikroskopu?

Maximální zvětšení je $1000\times$ a rozlišovací schopnost je $0{,}2\,\mu\text{m}$.

Jaký typ obrazu poskytuje lupa a v jakém rozmezí obvykle zvětšuje?

Poskytuje obraz přímý (nepřevrácený) a zvětšený; její zvětšení je v rozmezí $2\text{--}30\times$.

Ze kterých tří základních částí se skládá světelný mikroskop?

Z části optické (objektivy, okuláry), osvětlovací (světelné) a mechanické.

Jaký obraz vzniká po průchodu světla objektivem světelného mikroskopu?

Obraz převrácený a zvětšený (předmět se umísťuje mezi jednoduchou a dvojnásobnou ohniskovou vzdálenost objektivu).

Jaký je vzorec a vztah pro zvětšení ($Z$) objektivu v závislosti na jeho ohniskové vzdálenosti ($f$)?

$Z = \frac{250}{f}$, kde $250\,\text{mm}$ je konvenční pracovní vzdálenost lidského oka; čím kratší je ohnisková vzdálenost, tím větší je zvětšení.

Co je to volná pracovní vzdálenost objektivu a jak se mění se stoupajícím zvětšením?

Je to vzdálenost mezi čelní čočkou objektivu a krycím sklem preparátu; u více zvětšujících objektivů se zmenšuje.

Jaký je vzorec pro výpočet numerické apertury ($\text{NA}$) objektivu a co jednotlivé symboly značí?

$\text{NA} = n \cdot \sin(\alpha)$, kde $n$ je index lomu prostředí mezi objektivem a preparátem a $\alpha$ je poloviční otvorový úhel paprsků vnikajících do objektivu.

Jaký je vzorec pro rozlišení ($d$) objektivu a jak lze rozlišení zlepšit?

$d = \frac{\lambda}{\text{NA}}$; rozlišení je tím lepší (hodnota $d$ menší), čím větší je numerická apertura ($\text{NA}$) a čím kratší je vlnová délka ($\lambda$) použitého světla.

Proč se při použití imerzního objektivu ($100\times$) vkládá mezi preparát a čočku imerzní olej?

Homogenizuje prostředí indexem lomu blízkým sklu ($n = 1{,}5$), čímž zamezí lomu paprsků od kolmice do vzduchu ($n = 1$), zvyšuje světelnost a numerickou aperturu.

Co vyjadřuje penetrační schopnost (hloubka ostrosti) objektivu?

Schopnost objektivu zobrazit ostře současně několik optických rovin objektu; je nepřímo závislá na numerické apertuře (více zvětšující objektivy mají menší hloubku ostrosti).

Jaký je rozdíl v optické korekci mezi achromatickými a apochromatickými objektivy?

Achromáty korigují barevnou vadu pro 2 barvy spektra a otvorovou vadu pro žlutou barvu; apochromáty korigují barevnou vadu pro 3 barvy a otvorovou vadu pro 2 barvy spektra.

Které objektivy mají korigované sklenutí zorného pole?

Planachromáty a planapochromáty (umožňují zaostřit rovinný objekt po celé ploše zorného pole současně).

Jaké je barevné značení objektivů podle jejich zvětšení ($4\times$, $10\times$, $40\times$, $100\times$)?

$4\times$ červená, $10\times$ žlutá, $40\times$ modrá, $100\times$ bílá.

Z jakých čoček se skládá negativní Huyghensův okulár?

Z kolektivní čočky obrácené k objektu (zmenšuje obraz, ale zvyšuje jas a koriguje vady) a očnicové čočky (funguje jako lupa a obraz zvětšuje).

Jakou funkci má v mikroskopu modrý filtr z kobaltového skla?

Zachycuje nežádoucí žlutou složku světla vyzařovanou umělým zdrojem světla.

Kolika mikrometrům odpovídá jeden dílek na stupnici točítka mikroposuvu a jak se změří výška objektu?

Jeden dílek odpovídá $2{,}5\,\mu\text{m}$; tloušťka objektu se vypočítá jako $2{,}5\,\mu\text{m} \times \text{počet dílků}$ otočených mezi horní a spodní optickou rovinou.

Kdo poprvé zavedl termín „artefakt“ pro cizí útvary v preparátu (bubliny, prach, šmouhy)?

Sir Julian Huxley.

Na jakém principu funguje mikroskopie ve fázovém kontrastu a kdo za ni obdržel Nobelovu cenu v roce 1953?

Převádí fázový posun světla způsobený průchodem strukturami s odlišným indexem lomu na rozdíly v jasu; Nobelovu cenu získal Frits Zernike.

K jakému účelu a u jakých mikroorganismů se uplatňuje mikroskopie v temném poli (v zástinu)?

K pozorování velmi tenkých objektů osvětlených šikmými paprsky ze stran; využívá se například k diagnostice spirochét (Leptospira, Treponema pallidum).

Jakým způsobem konfokální mikroskop odstraňuje nežádoucí světelný šum z nezaostřených vrstev preparátu?

Využívá zábranu s miniaturním otvorem (pinhole), která propustí na detektor pouze světlo z právě zaostřené roviny vzorku.

Kterých 6 prvků tvoří hlavní makrobiogenní prvky představující až $95\,\%$ hmotnosti živých těl?

Uhlík ($\text{C}$), vodík ($\text{H}$), kyslík ($\text{O}$), dusík ($\text{N}$), síra ($\text{S}$) a fosfor ($\text{P}$).

Jaké je procentuální látkové složení buňky?

Voda ($70\,\%$), proteiny ($15\,\%$), nukleové kyseliny ($7\,\%$), ionty a malé molekuly ($4\,\%$), polysacharidy ($2\,\%$) a fosfolipidy ($2\,\%$).

Kdo a v jakém roce definoval sekundární strukturu DNA jako pravotočivou dvoušroubovici?

James Watson a Francis Crick v roce 1953.

Kolik aminokyselin se podílí na stavbě proteinů a které dvě méně běžné doplňují základní sadu 20 aminokyselin?

Celkem 22 aminokyselin; doplňují je selenocystein a pyrolysin.

Které fáze tvoří interfázi buněčného cyklu a kolik procent času z celého cyklu zabírá?

Fáze $\text{G}_1$, $\text{S}$ a $\text{G}_2$; interfáze zaujímá $90\,\%$ celkového času cyklu.

Které molekulové motory zodpovídají za řazení chromozomů v metafázi a za jejich rozchod v anafázi mitózy?

V metafázi kineziny; v anafázi dyneiny (spolu se zkracováním mikrotubulů).

Jak se liší mechanismus cytokineze u živočišné buňky od cytokineze u buňky rostlinné?

Živočišná buňka se zaškrcuje pomocí kontraktilního prstence (mikrofilamenta a myozin II); rostlinná buňka tvoří fragmoplast z polárních mikrotubulů a váčků Golgiho aparátu.

Co je to anafázový most a jakým mechanismem vzniká?

Porucha mitózy vzniklá spojením sesterských chromatid v místě telomer, což zabrání jejich řádnému rozchodu v anafázi.

Kterých 5 fází po sobě následuje v profázi I heterotypického meiotického dělení?

Leptotene, zygotene, pachytene, diplotene a diakineze.

Ve které podfázi profáze I dochází ke crossing-overu a jak se nazývají útvary překřížených chromatid?

V pachytene; útvary překřížení se nazývají chiazmata.

Kolik dnů trvá spermiogeneze a v jaké fázi je pozastavena oogeneze u lidského plodu před narozením?

Spermiogeneze trvá přibližně 74 dnů; oogeneze se v 7. měsíci nitroděložního vývoje zastaví v profázi prvního meiotického dělení.

Jaké buňky převažují ve vaginálním stěru samice během fáze estrus?

Bezjaderné zrohovatělé epiteliální buňky.

Jaký je rozdíl mezi utajenou březostí a utajeným oplozením?

Při utajené březosti je pozastaven vývoj embrya (ve stádiu blastocysty); při utajeném oplození samice po kopulaci uchovává živé spermie v pohlavních cestách až do ovulace.

Co znamená pojem gynogeneze jako forma apomixe?

Vývoj vajíčka je stimulován spermií (dodá dělící aparát), avšak jádro spermie zanikne a geneticky se na vzniku potomka nepodílí.

Jaký je karyotyp druhu Drosophila melanogaster?

$2n = 8$ (1 pár gonozomů a 3 páry autozomů).

Jaká je délka jednotlivých larválních stádií a stádia kukly u Drosophila melanogaster?

Instar L1 trvá 1 den, L2 trvá 1 den, L3 trvá 2 dny a kukla trvá 4 dny.

Podle jakých morfologických znaků na zadečku lze rozlišit samce od samice octomilky?

Sameček má menší kulatý zadeček s celistvou tmavou skvrnou na konci; samička má zadeček větší, zašpičatělý a tmavě proužkovaný.

Jak se dělí chromozomy do čtyř morfologických typů podle polohy centromery?

Metacentrické, submetacentrické, akrocentrické a telocentrické.

Jaký je funkční rozdíl mezi euchromatinem a heterochromatinem?

Euchromatin je slabě barvitelný, málo kondenzovaný a transkripčně aktivní; heterochromatin je silně spiralizovaný, tmavě se barví a je transkripčně inaktivní.