Внедрение технологии подготовки учащихся к командным интеллектуальным состязаниям в образовательном пространстве лицея

Внедрение технологии подготовки учащихся к командным интеллектуальным состязаниям в образовательном пространстве лицея

Безручко В.В., учитель биологии МАОУ «Лицей № 9»

Турнир юных биологов является командно-личным соревнованием учащихся в их способности решать сложные биологические проблемные задания, представлять решения в убедительной форме и защищать их в научной дискуссии (биологическом бое). Турнир – соревнование, требующее длительной и серьезной подготовки.

Подготовка команды и участие в ТЮБе мной реализуется на протяжении 6 лет (с 2010 года), с  самого основания этого мероприятия. Подготовка изначально проходила стихийно, бессистемно, не было опыта. Поэтому первый турнир результатов не принёс. Следующие турниры принесли высокие результаты, поскольку формировалась определённая технология подготовки команды и участия в Турнире.  Подготовку решений необходимо начинать заранее. Задачи приходят в мае, и учитель с командой имеет возможность начинать подготовку уже в этом месяце.

Многие педагоги от участия в турнире со своими учениками отказываются по причине высокой сложности задач. На самом деле задачи турнира составлены таким образом, чтобы на самом простом уровне решить их смог даже обычный школьник. Учителю просто необходимо понимать, какие существуют приёмы и методы подготовки учащихся. К сожалению, не все руководители пытаются разобраться в том, что такое Турнир, в чем его особенности. Поэтому подготовка к Турниру сводится к созданию доклада  и разучиванию его текста. Ни руководители, ни участники при этом не понимают, что они должны не столько выучить текст сообщения, сколько начать разбираться в теме, которая обсуждается в задаче. На турнире такие команды делают неплохие доклады, но полностью теряются, когда им начинают задавать даже самые простые вопросы по их тематике. Ребята  не готовы на них отвечать, т.к. учили только доклад, а в теме разобрались недостаточно. Такие ситуации часто приводят к очень низким оценкам со стороны Жюри.

В процессе шестилетней работы выработался определенный алгоритм подготовки к турниру. Подготовку доклада можно разделить на три  периода: коллективный,  индивидуальный и снова коллективный. Первый период (коллективный) включает в себя следующие этапы. 

1. Подбор команды. Можно сделать команду одновозрастную (н-р, 8 классы, 9 классы и т.д.), или сборную разновозрастную. Такие команды более выгодны, т.к. неопытные ребята, участвуя в команде с опытными, учатся у них правильным действиям. Во-вторых, старшие ребята могут помочь младшим в решении задачи, проконсультировать по проблемным темам. Можно собрать команду из одного профиля (химико-биологического), но более выгодно взять в команду детей из разных профилей, поскольку некоторые вопросы турнира предполагают применение знаний не только биологии, но и математики, физики, химии. Можно предварительно в классах дать несложную задачу для учащихся и отобрать тех, кто предложил нестандартные научно обоснованные решения. В команде может быть 5-6 человек.

2. Изучение и анализ правил Турнира.

Правила публикуются организаторами Турнира не позднее, чем за 1 месяц до начала мероприятия. Учащиеся могут сами их изучить на сайте ТЮБа и обсудить вместе с руководителем. Во время проведения Турнира внесение изменений в Правила не допускается, поэтому необходимо их чётко знать и понимать.

3. Распределение задач

Команда собирается в  мае-июне, ребятам предлагаются задачи. На этом этапе  надо разделить задачи между отдельными учениками так, чтобы за каждую задачу отвечал один человек, который потом будет готовить доклад по этой задаче. Как правило, турниром предлагается 10 задач, от 4 из них можно отказаться. Но мы этого не делаем, поскольку для успешного оппонирования необходимо знать решение всех задач. Поэтому каждому участнику команды приходится готовить по две задачи.

4. Предварительное решение задач методом мозгового штурма.

В назначенные сроки собирается команда (лучше это делать в июне, например, на базе летней школы «МиФ»). Методом мозгового штурма предлагаются разные подходы к решению задач. Иногда даже самая бессмысленная идея может оказаться ценной и единственно верной. Учитывая все предложения,  принимают несколько наиболее интересных идей, которые потом каждым учащимся принимаются в более детальную разработку.

Второй период (индивидуальный) проходит на летних каникулах, в сентябре и половина октября. Он включает этапы:

1. Сбор информации

Сбор  всей информация в литературе, на сайтах, которая касается избранной модели решения. Поиски  источников надо вести не только в Интернете, а обязательно и в научных библиотеках.  Накапливать надо все. Лишней информации не бывает, из нее можно сформировать целый банк резервных данных. Членами команды формируется черновой доклад, который потом в октябре будет обсуждаться  всей командой.

2. Консультативный этап

В течение сентября-октября наработанный за лето  материал учащиеся показывают руководителю команды, который  направляет деятельность члена команды в нужное русло. Индивидуальные занятия с ребёнком осуществляются в рамках работы НОЛ. Руководитель обращает внимание на спорные вопросы,  которые могут вызвать замечание со стороны будущего оппонента, а также выявляет, на какие вопросы докладчик может не ответить во время полемики. Руководитель  так же указывает,  какие теоретические вопросы нуждаются в дополнительном внимании. Очень часто турнир требует глубокой отработки тех разделов учебного материала, которые по программе еще не изучались. Черновой доклад  обсуждается с другими специалистами и научными сотрудниками (если таковые имеются), а так же с учителями других предметов.

3. Подготовка наглядных материалов.

Последним этапом индивидуальной подготовки доклада является подготовка наглядных материалов. Существование наглядных материалов оказывает содействие более полному пониманию доклада и помогает докладчику. В последние годы все команды стараются продемонстрировать наглядный материал в виде презентации в PowerPoint. Конечно,  информация,  представленная таким образом, воспринимается намного лучше.

Третий период (коллективный) проходит в октябре, за полмесяца до начала турнира. Он может начаться в том случае, если каждый из команды подготовил решение задачи. Этапы:

1. Критика

На этом этапе происходит обсуждение, оппонирование и рецензирование приготовленных докладов. Проводится анализ каждой идеи, их детальное обсуждение. Обсуждение происходит в форме резвой дискуссии с аргументацией позитивных и негативных сторон каждого решения задачи. Этот этап является важнейшим – он завершается аргументацией отклонения неадекватных  решений. У каждого из собравшихся свой взгляд на представленное решение, которое дает возможность взглянуть на проблему под разными углами зрения. Это даёт возможность обнаружить слабые или сильные стороны в теоретических знаниях Докладчика и готовит его к настоящему бою.

2. Подготовка оппонирования

Одними из ролей, выполняемых участниками команды, являются роли Оппонентов и Рецензентов. Эти роли гораздо труднее исполнять, чем роль Докладчика.

Оппонент делает развернутый анализ представленного доклада: оценивает полноту, научность и оригинальность решения; высказывает критические замечания к форме доклада. Красивое оппонирование – это настоящее искусство. Команда должна быть готова оппонировать любую задачу. При подготовке к оппонированию необходимо соблюдать несколько правил (описаны в «Своде правил, регламентирующих действия участников команды при подготовке к турниру и непосредственном участии в нём»). 

Большинство участников-новичков допускает одну и ту же ошибку – они считают, что роли Оппонента и Рецензента заключаются только в том, чтобы задавать вопросы Докладчику, при этом как можно более корыстные. Это не так. Оппонент и Рецензент прежде всего проводят довольно большую аналитическую работу.

3. Подготовка рецензирования

Рецензирование -  одна из сложнейших ролей на Турнире. Рецензент дает краткую оценку выступлениям Докладчика и Оппонента; определяет, насколько полно они справились со своими обязанностями; анализирует понимание обсуждаемой проблемы участниками. Рецензент задает вопросы Докладчику и Оппоненту, направленные на дальнейшее развитие полемики между участниками.

В случае, если Оппонент не справился со своей задачей и не заметил существенных недостатков, Рецензент может об этом заявить и частично взять на себя роль Оппонента, а для этого Рецензент также должен разбираться в сути обсуждаемой проблемы, и владеть необходимым теоретическим материалом.

4. Анализ выступления команды в боях Турнира

Были проанкетированы члены команды (основной состав стабилен), 6 человек. Им были предложены два вопроса: какие качества  особенно пригодились на турнире и выделить самые важные причины участия в Турнире. Среди качеств, которые наиболее пригодились для участия в турнире, ребятами были выделены следующие: способность анализировать (67%), взаимопонимание с товарищами по команде (83%),  умение отстоять свое суждение (50%), способность быстро принимать решения и умение выслушать чью-то точку зрения, даже если она не совпадает с собственной (67%), способность быстро принимать решения и решительность (33%), уверенность в себе и своих знаниях (33%),  умение выдвигать гипотезы понадобилось толь-ко 17% школьникам.

Среди наиболее важных причин участия в турнире учащиеся выделили: приобретение новых знаний и опыта (100%), возможность публично проверить и продемонстрировать свои знания (83%), общение со сверстниками школы и из других городов (50%). По 17% участвуют ради диплома, и чтобы обеспечить себя хорошими оценками. Хотя почти половина опрошенных заявила, что участие в турнире влияет на их успеваемость в школе. 100% ребят отметили, что подготовка к такому рода мероприятиям отнимает достаточно много времени и не позволяет одинаково хорошо готовиться ко всем предметам. Доля правды в этом есть, но Турнир требует серьёзной подготовки, а практически за два месяца это сделать сложно.

Риски:

1. Два месяца – очень маленький срок для серьёзной подготовки.

2. Большая занятость учащихся, особенно старших классов.

3. Сложно собрать на одно занятие ребят из разных классов.

4. Лёгкое, невдумчивое отношение некоторых участников команды к решению задач.

5. Игнорирование как учащимися, так и руководителем правил подготовки и участия в боях Турнира.

6. Неумение выстраивать тактику и стратегию, продумать «умные» шаги на Турнире, несмотря на хорошую подготовку докладов.

7. Отсутствие навыков оппонирования и рецензирования

8. Смена членов команды (порой неожиданная) по разным причинам (болезни, страх выступления, пониженная самооценка, страх сложности подготовки к Турниру, разочарование в результатах боёв и т.д.)

На основе правил Турнира был составлен Свод правил, регламентирующих действия участников команды и руководителя при подготовке к турниру и непосредственном участии в нём. Правила были добавлены и систематизированы по этапам.

Свод правил, регламентирующих действия участников команды и руководителя при подготовке к турниру и непосредственном участии в нём.

1. В первую очередь учащимся необходимо тщательно выучить правила проведения Турнира, чтобы иметь четкое представление о действиях которые проходят во время выступлений. Руководитель обязан подробно об этом рассказать ученикам, чтобы для них было как меньше всего неожиданностей во время Турнира, особенно если готовится  совсем новая команда.

2. Учащимся не следует выбирать «лёгкие» задачи, таких задач нет. У каждой из них своя специфика, каждая из них по- своему интересна. Можно сделать выбор задачи из той области биологии, где вы лучше ориентируетесь и к чему у вас больший интерес.

3. При распределении задач необходимо учитывать не только интересы ученика, но и возрастные особенности каждого из них (если команда разновозрастная) и уровень базовой подготовки.

4. Если неопытные учащиеся готовят две задачи, то одну из них необходимо серьёзно подготовить как доклад, а вторую можно приготовить для оппонирования или рецензирования.

5. Необходимо прохождение предварительного этапа мозгового штурма. Обязательно, чтобы на этом этапе принимали участие все члены команды. Эффективность этих тренировок очень высока, поскольку они активизируют мыслительную деятельность у обучающихся, что стимулирует у них генерацию новых идей и предложений по решению проблемы. Кроме того, этот этап формирует такие важные умения, как  говорить, четко и корректно формулировать и высказывать свою мысль.

6. На индивидуальном этапе учащийся должен не только выдвинуть гипотезу, но и провести глубокий анализ принятой гипотезы, основываясь на современной научной информации. Необходимо детально разобраться в теоретических основах данной проблемы.

7. При решении задачи членам  команды необходимо обращаться за консультацией к учителям других предметов, поскольку задачи предполагают проблемы, связанные со знанием физики, математики, географии, химии и т.д.

8. Подготовка оппонирования должна начинаться в тот момент,  когда учащийся начинает поиск решений задачи.  При выдвижении первых мыслей и формированию модели доклада, многие собственные идеи отсеиваются по разным причинам. В этот момент необходимо записывать те причины,  из которых откидывается та или иная модель.  Заранее будут заготовленные аргументы, которые вы сможете предъявить будущему Докладчику во время оппонирования или полемики.

9. При изготовлении презентации не следует размещать на слайдах много информации (тем более из интернета). Необходимо, чтобы на слайдах были представлены основные результаты поиска решения, выводы, схемы, таблицы, диаграммы, рисунки, фотографии. Презентация так же включается в анализ оппонентом и рецензентом.

10. Особое внимание необходимо обратить на третий коллективный период (критика, подготовка оппонирования и рецензирования). Он является самым важным в подготовке к турнирному бою и присутствовать на нём должны все члены команды.

11. На обсуждение докладов полезно пригласить людей разного возраста с нестандартным мышлением. Участие младших учеников в таком обсуждении способствует заинтересованности предметом в целом и турнирами в частности. Это способствует формированию научного общества в школе и обеспечивает преемственность поколений.

12. При обсуждении доклада обязательна аргументация позитивных и негативных сторон решения проблемы. Это очень важно, поскольку помогает понять причину отклонения других решений для Оппонента и Рецензента.

13. Важно фиксировать все конструктивные вопросы, замечания и советы. Это пригодиться при оппонировании и рецензировании данного вопроса.

14. При оппонировании учащийся должен начинать с положительных моментов и обосновать принципиальные недостатки, как в решении задачи, так и в самом выступлении Докладчика. Это правило часто забывают некоторые команды и во время оппонирования стараются привести только замечания. Наиболее сложно оппонировать хорошо подготовленный доклад

15. Оппонент задает вопросы Докладчику не для того, чтобы «завалить» доклад, а чтобы направить полемику на выяснение неточностей, ошибок в понимании проблемы и в предложенном решении, а также на более подробное пояснение отдельных положений и выводов доклада.

16. В первую очередь необходимо обсудить модель решения задачи, которую предлагает Докладчик и только потом обсуждать более мелкие детали. Оппоненты очень часто сразу начинают обсуждать мелкие детали.

17. Оппонирование не должно сводиться только к перечню вопросов, их можно будет спросить при общей полемике с Докладчиком. Начинать надо с анализ решения проблемы.

18. В  качестве Оппонента от команды лучше выступать тому ученику, у которого это получается естественно. Не обязательно оппонирование готовит тот член команды, который готовил и собственный доклад для этой задачи,  это не совсем удачный подход.

19. Ни в коем случае не приводить только недостатки и искусственно придуманные критические замечания, не имеющие отношения к реальному состоянию дел,  Докладчику, который с блеском управился со своей задачей. Иначе члены жюри поймут, что Оппонент не понял доклада и старается просто  «завалить»  хорошо подготовленного Докладчика.  В том случае лучше отметить больше положительных моментов,  а следующую полемику строить на принципах выявления более глубоких сторон доклада и обсудить ее возможные интересные тонкости.  В этом случае Оппонент покажет себя как квалифицированный специалист и, безусловно, получит высокие баллы за оппонирование.

20.  На роль Рецензента желательно выдвигать самых опытных и смелых членов команды, поскольку подготовить рецензию заранее практически невозможно. Ведь неизвестно как будет проходить бой и как поведут себя на нём Докладчик и Оппонент.  Рецензент должен знать, какие моменты надо обсудить в рецензии и внимательно следить за ходом боя.

21. Рецензирование не должно дублировать оппонирования. Рецензент дает детальную оценку выступлению Докладчика, если его мысль не совпадает с оценкой Оппонента.

22. Руководитель готовит членов команды к каждой из ролей (Докладчик, Оппонент, Рецензент).

23. Руководитель формирует умение детей «говорить», формулировать свои мысли через решение разных проблем. При этом необходимо следить не только за качеством этих мыслей, но и за корректностью формулировок. Если есть возможность, провести краткий курс риторики.

24. Руководитель должен выявить кто из учеников больше подходит к выполнению той или иной роли в турнире соответственно индивидуальным возможностям учеников. Очень важно свойство руководителя – чувствовать учеников. Обязательно в команде необходимо проявить лидера, который бы мог своевременно мобилизовать команду к работе и принимать стратегические решения.

25. Очень важно нацелить учеников на то, чтобы во время подготовки Турнира (особенно на третьем коллективном этапе) и во время самого боя работает вся команда. Каждый должен вносить свой вклад в слаженную работу всей команды во время подготовки и всего боя. 

26.  Руководитель должен постоянно осуществлять поддержку команды и создавать благоприятные условия для  работы команды.

27. Руководитель должен в совершенстве знать как действовала команда на боях, какие были успехи и какие промахи. Для этого он может присутствовать на боях (некоторые организаторы Турниров это не приветствуют), но вести себя при этом должен очень корректно и доброжелательно, не создавая нервозную обстановку для своей команды.

28. Необходимо научить учеников,  чтобы по окончанию боя они смогли полностью воссоздать все обстоятельства  боя, как действовал каждый член команды, какие были вопросы, как действовали другие команды на этом бое. Важно услышать и зафиксировать все замечания  (как отрицательные, так и положительные), быстро отыскивать аргументы, которые будут использованы во время оппонирования, рецензирования, а также и во время общей полемики.

29. Во время перерывов между боями руководитель должен также корректно и доброжелательно (с определённой долей строгости) проанализировать плюсы и минусы выступлений ребят, провести небольшие обсуждения и анализ для последующего избегания промахов. Также необходимо проанализировать действия каждой из команд-соперников. Возможно, в дальнейшем это поможет  лучше выступить в следующем бое, более тщательно подготовить свои тактические действия.

30. Руководителю очень важно тщательно подготовить стратегию и тактику поведения команды как в каждом бою, так и на протяжении всего Турнира, а также продумать удачное использование умений каждого из членов команды, умело пользоваться тактическими и стратегическими отказами.

31. Необходимо построить свою тактику таким образом,  чтобы попробовать команду-соперника принудить отказаться от наибольшего количества задач. Таким образом можно узнать ее наиболее чувствительные места - это наиболее виртуозный способ выиграть бой.

32. Необходимо выбрать грамотного в знаниях  капитана, подготовить его, т.к. капитан, который занял первое место в конкурсе капитанов, выбирает, которым по очереди он будет выбирать свою роль, т.е. он решает,  будет ли он выбирать роль первым, вторым или третьим. Это дает большое преимущество, так как можно посмотреть какая команда уже выбрала свою роль и выступать на бою в зависимости от того, как поделили роли другие команды. Наиболее удобным вариантом является дать возможность наиболее сильной команде выступать докладчиком,  а самому выступать оппонентом к ней,  а для этого лучше избирать свою роль вторым.

33. Руководитель обязательно должен ознакомить команду с правилами ведения полемики. Вопросы должны быть только по решению задачи, нельзя навязывать собственный вариант решения.

34. Умело пользоваться преимуществами грамотного построения тактики может только опытная команда, поэтому  играйте в Турнир как можно больше и набирайтесь опыта.

Предлагается Технологическое описание решения одной из задач турнира, которое поможет руководителю команды (особенно новичкам) правильно распределить основные этапы подготовки доклада к Турниру.

Технологическое описание решения одной из задач турнира

Принципы решения задачи:

1. Внимательно прочитать условия и понять, что  задача или не имеет однозначных решений, или, с точки зрения разумного человека, не имеет решений вообще, или в ней отсутствует окончательного и однозначного ответа. Т.е. необходимо посмотреть  «на город сверху».

2. Разобраться с понятиями, которые предлагаются в условии задачи. Если они вам неизвестны, то необходимо найти значение этих понятий.

3. Разобраться о каких объектах идёт речь, т.к. возможно придётся предварительно рассказать об особенностях строения и жизнедеятельности этих объектов.

4. Внимательно проанализировать проблему, которую предлагают решить в задаче, для того, чтобы в решении не уйти в сторону от главного.

5. Не торопитесь сразу воспользоваться интернетом при решении проблемы, там готовых ответов нет. Воспользуйтесь своим багажом знаний для выдвижения нескольких гипотез решения. Проанализируйте каждую гипотезу и с помощью научной аргументации обоснуйте все плюсы и минусы. При этом лишнее отбросится.

6. Когда рабочие гипотезы будут готовы, необходимо найти им научное обоснование. Не смотря на то, что на Турнире принимаются фантастические версии, научная аргументация необходима, иначе всё сведётся к голой фантастике без понимания сути вопроса.

7. Сам доклад должен быть выстроен по определённому алгоритму:

- формулировка задачи

- проблема или гипотеза

- цель, задачи

- формулировка основных понятий (кратко)

- описание объектов, их особенностей (кратко)

- решение проблемы или проблем (их может быть в задаче несколько)

- можно показать несколько вариантов решений, это будет большим плюсом доклада

- можно показать противоречия, которые могут возникнуть при том или ином решении

- можно показать плюсы и минусы предложенного решения (обязательно с аргументацией)

- обязательно должен быть вывод

- список источников информации

8. После того как приготовлен текстовый доклад, необходимо приступить к составлению презентации, которая должна быть составлена по всем известным правилам.

9. Доклад должен быть отрепетирован с учётом выступления на 7-10 минут. В ходе репетиции отклонится  всё лишнее.

Задача «Жизнь без мембран» (решение по алгоритму)

Условие

Ряд гипотез о происхождении жизни предполагает довольно позднее возникновение липидных мембран в ходе эволюции. Рассмотрите возможность существования "клеток" без липидных мембран. Предположите, как могла бы быть устроена такая "клетка"? Как была бы устроена ее граница и организован метаболизм такой "клетки"?

Гипотеза

Предположим, что клетки существуют без мембран. Тогда её границами могли бы быть другие структуры и метаболизм пошёл бы по другому пути, при этом сохраняя старые механизмы.

Цель

Рассмотреть возможность существования клеток без липидных мембран

Задачи

1. Изучить строение и значение липидных мембран.
2. Ознакомится с гипотезами о происхождении жизни и первых мембран.
3. Рассмотреть возможность существования клеток без мембран.
4. Предложить модели клеток без липидных мембран:

а) рассмотреть устройство клетки и её границы

             б) рассмотреть особенности метаболизма 

Формулировка понятий и описание объектов

Клеточная мембрана - это тройная липопротеиновая оболочка, отделяющая клетку от окружающей среды и осуществляющая управляемый обмен между клеткой и окружающей её средой.

Строение мембраны (рисунки на слайдах).

На перечень функций мембраны время не надо тратить, поскольку в дальнейшем будут озвучены проблемы безмембранной клетки, исходя из этих функций.

Гипотезы возникновения мембранных структур и первых пробионтов (Опарин, Холдейн, Бернал, Фокс, Миллер, Юри и т.д.).

Рассматривается возможность или невозможность существования клеток без липидных мембран на основе функций мембран. Аргументируется проблематичность такой ситуации:

1.  Невозможность избирательной проницаемости и  специализированного транспорта веществ в клетку и из неё. (В клетку бы попадали все, кому не попадя).

2. При отсутствии мембраны не было бы платформы для функционирования специальных белков, которые выполняют важную функцию рецепторов, транспортных ворот, ферментов (матричная функция).

3. Содержимое клетки могло бы растечься, она потеряла бы приспособления для контактов с другими клетками (механическая функция).

4. У прокариот не выполнялась бы энергетическая функция (на мембране синтезируется АТФ, мезосомы) и у растений - фотосинтезирующая (в мембрану встроен хлорофилл, эписомы).

5. Клетка стала бы уязвимой для чужеродных агентов и не смогла бы включать механизмы активации или подавления ферментов клеточного метаболизма (рецепторная функция).

6. Была бы исключена возможность примембранного расщепления веществ с помощью белков ферментов, клетка бы не усваивала крупномолекулярные вещества (ферментативная функция).

Противоречие – доказывается существование у организмов многоядерных масс клеток (синцитий, симпласт и др.).

Решение проблемы (3 варианта)

1. Модель границы из лизосом (аргументация)

·         В телофазе митоза, при образовании клеточной стенки, в растительных клетках скапливаются вакуоли и лизосомы.

·         Токсины и шлаки, которые не подверглись детоксикации в ЭПС смогут расщепиться в лизограни, к которой подходит ЭПС.

·         В мембраны лизосом встроены углеводы, которые можно вывести наружу с целью выполнения роли рецепторов.

·         Нам известно, что на мембране возникает электрический потенциал, дающий возможность клетке приходить в рабочее состояние. Таким потенциалом могла бы обладать и мембрана лизосом. Но, поскольку это отдельные структуры, то передача сигнала должна осуществляться по механизму, аналогичному передачи в синапсах, то есть через «лизосомную» щель (химическая передача) или лизосомные мембранные мостики (электрическая передача).

Выполнение клеткой её функций:

1. Барьерная – Лизосомная «мембрана» ограничивает содержимое клетки от внешней среды, поддерживая постоянство состава.

2. Транспортная – Белки синтезируются в ЭПР и доставляются к лизосомной границе.

3. Механическая –

обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур.

5. Энергетическая

6. Рецепторная Вероятнее всего, мембранные элементы лизосом защищены от действия кислых гидролаз олигосахаридными участками, которые или не узнаются лизосомными ферментами, либо просто мешают гидролазам взаимодействовать с ними.

7. Ферментативная

Метаболизм.

Лизосомы имеют возможность выводить свои ферменты наружу, поэтому вещества, которые хотят проникнуть в клетку, могут предварительно расщепиться перед поступлением в клетку или же расщепиться внутри лизосом и поступить в виде мономеров в клетку.

В связи с увеличением энергетических затрат клетки, возрастает потребность в получении субстратов для окисления, в частности глюкозы, и усиливается катаболизм. Вероятно, увеличится скорость процессов циклов Кребса.

Снизится интенсивность синтеза липидов и их производных, некогда необходимых для билипидной мембраны клетки.

Усилится активность матричного синтеза (транскрипция, трансляция, синтез белков).

Ненужные вещества будут перевариваться в лизосомах.

Если шлаки не расщепятся, то транспортные белки помогут продуктам расщепления покинуть клетку.

Проблемы

Усиленная выработка большого количества лизосом – затрата энергии?

Электрическая изоляция? (Для нервных клеток это очень важно)

Расположение углеводов на эритроците и антигены – группа крови. Будут ли, например, у людей с лизосомной мембраной группы крови?

Цепочки олигосахаров представлены гликолипидами и гликопротеинами. Прикрепление углеводов к лизосомам ?

Мембрана будет неподвижной, утратит свою текучесть (липиды двигаются со скоростью 2 мкм), соответственно не будет впячиваний и выростов плазмоллеммы (а для чего они нужны?)

Транспорт заряженных неорганических ионов и небольших органических молекул типа глюкозы и аминокислот (по идее должны осуществлять транспортные белки, кот. Нет).

Антибиотики, например, увеличивают проницаемость плазматической мембраны – это хорошо или плохо? А как будет в случае с лизосомами?

. Каким образом будет происходить процесс экзоцитоза? (В мембране экзоцитозных вакуолей содержится секрет, сливаясь с плазмоллеммой, они высвобождают содержимое за пределы клетки).

Как повлияет новая мембрана на кол-во органелл?

Электрический потенциал на мембране, приводящий к рабочему состоянию?

Почему лизосомы не расползаются? Что удерживает их вместе?

2. Модель границы из микротрубочек( модели на слайдах)

Барьерная и Транспортная функция через микротрубочки особых проблем иметь не будет, т.к. ненужные вещества будут задерживаться +-концом микротрубочки или расщепляться лизосомой.

Механическая функция.

Матричная функция.

Рецепторную функцию выполняют углеводы на тубулине или какие-либо белки.

Ферментативная функция

Межклеточные контакты будут осуществляться с помощью элементов цитоскелета, которые также являются микротрубочками. Они заякоревают белки кадгерины, которые и образуют контакты.

Метаболизм

Усилится выработка АТФ, необходимого для активных участков молекул кинезина и динеина (белки), которые меняют свою конформацию и перемещают частицы вдоль микротрубочек.

Полимеризация тубулина сопровождается гидролизом ГТФ, следовательно усилится также синтез ГТФ.

Существует критическая концентрация мономеров тубулина, превышение которой индуцирует сборку микротрубочек, поэтому усилится синтез колхицина для блокировки  сборки МТ.

Усилится работа рибосом по синтезу белка тубулина для постоянной поставки микротрубочек.

Усилится распад белков для поставки аминокислот для тубулина.

Проблемы

При возбуждении нейронных клеток происходит разборка микротрубочек, стратегически оправданная для реализации двигательных функций.

В присутствии центросом критерием полимеризации служило число микротрубочек, приходящихся на одну центросому. Поскольку число центров нуклеации на каждой центросоме ограничено (примерно по 60 центров в данном эксперименте), то при высоких концентрациях тубулина наступает насыщение, что препятствовало бы постоянному синтезу и поставке микротрубочек к мембране.

Для сборки микротрубочек необходим ГТФ и ионы магния.

Прекращает полимеризацию тубулина алкалоид колхицин или колцемид.

Динамическая нестабильность цитоплазматических микротрубочек

3. Модель границы из фуллеренновых трубок (модель представлена на слайдах)

Выполнение клеткой функций:

Барьерная функция: свободно через фуллереновую границу смогут перемещаться лишь протоны, напр. H+, более крупные частицы (молекулы, атомы) через них не пройдут.

Транспортная функция

Механическая функция

Матричная функция

Ферментативная функция

Рецепторная функция

Метаболизм

Усилится фиксация клеткой углерода из внешней среды, из которого будут строиться фуллереновые трубочки. Необходимыми условиями являются тепловая энергия, выделяющаяся при окислении, и заряды, существующие на мембранах митохондрий.

Лишний углерод будет выводиться в составе CO2.

В клетке углерод может образовать CaCO3, который она может использовать для строительства минеральной раковины.

Фуллереновая «мембрана» во благо клетки

1. Фуллерен может понижать активность ВИЧ-интегразы (белка, ответсвенного за встраивание вирусной кДНК в ДНК человека).  Фуллерены изменяют его конформацию, влияя на его функции.

2. Производные фуллерена ингибируют анафилаксию (патологическую реакцию живого организма на введение чужеродных веществ), при этом токсического эффекта не наблюдается. Фуллерены могут действовать в качестве противоаллергических средств, при этом требуются ничтожно малые их концентрации.

3. Гормон эритропоэтин, активирующий митоз и созревание эритроцитов из клеток-предшественников эритроцитарного ряда, адсорбируется на фуллерене. При введении в организм эритропоэтина, происходит значительная его деградация, однако же в комплексе с фуллереном большая его часть попадает внутрь клеток.

4. Фуллерены способны присоединять свободные радикалы, вызывающие старение клетки (антиоксиданты). С другой стороны,  фуллерены  способны производить активные формы кислорода, что вызывает апоптоз раковых клеток и разрушение опухоли.

Вывод

Без мембраны диффузия цитоплазмы привела бы к термодинамическому равновесию, что означает отсутствие жизни.

Альтернативные варианты «мембран» клеток очень энергозатратны для самих клеток.

Мы убедились в том, что весьма сложно компенсировать отсутствие липидной мембраны: с её утратой происходит перестройка целого ряда органелл и меняется интенсивность метаболических процессов.

Из предложенных моделей наиболее реалистичным может быть вариант с «лизогранью».

Примечание

Данные модели представлены как структуры, заменяющие мембрану. Желательно представить модель клетки, у которой вообще отсутствуют мембраны. Варианты: отсутствует только плазматическая мембрана или мембраны вообще? Тогда что будет с мембранными органеллами?

Список источников информации

http://biology-of-cell.narod.ru/cytoskelet22.html

http://biologylib.ru/books/item/f00/s00/z0000009/st151.shtml

http://biomolecula.ru/content/1375

http://lazarev.org/ru/interesting/full_news/blagotvornoe_dejstvie_energii_singletnogo_kisloroda_video

http://vmede.org/index.php?topic=2437.0

Руководство по гистологии (том 1, глава 1, стр. 66-70), СпецЛит, Санкт-Петербург, 2010.

Энциклопедический словарь юного биолога (стр. 324), Книга по Требованию, Москва.