Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Биология_экзамен.docx
Скачиваний:
754
Добавлен:
21.01.2015
Размер:
363.24 Кб
Скачать

Цитология. Размножение организмов. Онтогенез

  1. Уровни организации жизни на Земле

Несмотря на огромное многообразие форм проявлений жизни, ученые выделяют несколько уровней ее организации. Каждый уровень организации жизни характеризуется специфическими элементарными структурами и специфическими элементарными явлениями.

Молекулярно-генетический уровень

На этом уровне наблюдается удивительное однообразие структур и явлений. Белки всех живых организмов построены из 20 одних и тех же аминокислот. Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), углеводы и липиды также имеют у всех живых организмов сходное строение.

Единицей наследственной информации является ген – определенная последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК. Специфические элементарные явления этого уровня: самоудвоение (репликация) молекулы ДНК, изменение строения молекулы ДНК (мутация), способность передачи информации с помощью матричного синтеза.

Клеточный уровень

Элементарной структурой является клетка, а элементарными явлениями – реакции клеточного обмена веществ.

Онтогенетический уровень

Элементарной структурной единицей является отдельная особь, или организм. Организм рассматривается на протяжении всего периода его существования (онтогенеза).

Элементарное специфическое явление – процесс реализации наследственной информации, закодированной в молекулах ДНК, в признаки и свойства отдельной особи, протекающий в определенных условиях окружающей среды (процесс превращения генотипа в фенотип).

Популяционно-видовой уровень

Элементарной единицей этого уровня является популяция. Популяция – форма существования любого вида.

В качестве элементарного специфического явления на этом уровне выступает элементарное эволюционное явление – длительное изменение генотипического состава (генофонда) популяции, которое возникает в результате действия на популяцию элементарных эволюционных факторов: естественного отбора, популяционных волн, изоляции, мутационного процесса, дрейфа генов.

Биогеоценотический уровень

Элементарной специфической единицей этого уровня является биогеоценоз – исторически сложившееся на определенной территории сообщество животных и растительных организмов, тесно взаимодействующее с окружающей его средой.

Элементарные специфические явления – круговорот веществ и превращение энергии в биогеоценозах.

Биосферный (глобальный) уровень

Этот уровень объединяет все предыдущие уровни. Все круговороты веществ отдельных биогеоценозов составляют единый глобальный круговорот веществ.

  1. Строение и функции органелл эукариотической клетки

Ядро – форма и размеры зависят от формы и функций клетки.

Составные части:

1)ядерная оболочка - наружная и внутренняя. мембраны, между - перинуклеарное пр-во. Наружная мембрана соединена с каналами эпс. Мембраны пронизаны ядерными порами, через которые вещ-во проникает из ядра в цитоплазму и обратно.

2)ядерный сок (кариолимфа, кариоплазма) – содержит ферменты, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот и рибосом.

3)ядрышки (1 или 2) – не постоянные структуры, исчезают в начале деления и исчезают к его концу. Содержат кислые белки и рнк. Образование связано с хромосомами, имеющими участок – «ядрышковый организатор».

4)хромосомы имеют различную форму, имеют перетяжку, называемую центромерой (различают метацентрические, субметацентрические, акроцентрические, телоцентрические), могут находится в 2-х состояниях:

- конденсированном (спирализованном) – ко времени деления клетки;

- деконденсированном (деспирализованном) – в неделящихся клетках, рабочее состояние

хроматин – окрашиваемое вещество, видное под микроскопом, комплекс ДНК, некоторого количества РНК и белков:

-гистоновых (основные, положительно заряженные при нейтральном рН), количество равно количеству ДНК. Вовлечены в регуляцию экспрессии генов.

-негистоновых (кислые)-гетерогенные белки, принимают участие в регуляции экспрессии.

Гетерохроматин – интенсивно окрашивающийся, в половых хромосомах, в районах повторов отдельх последователоьностей ДНК, в районах, фланкирующих центромеры.Сост из плотно упакованных хроматиновых нитей. Генетически не активен.

Эухроматин – окрашивающийся слабее, образован менее плотно упакованными нитями. Генетически активен.

Каждая хромосома содержит двухцепочечную молеулу ДНК, кот занимает всю её длину.

Основная структурная субединица хроматина – нуклеосома – нить ДНК, намотанная вокруг гистоновой нити.

Функции: -хранение, воспроизведение, передача, реализация наследственной информации

-синтез рибосом из субъединиц

Митохондрии – органоиды бобовидной формы. Образованы 2-мя мембранами. Содержат белки, фосфолипиды, РНК, ДНК, рибосомы. Внутренняя мембрана имеет выросты – кристы, делящие митохондрию на отсеки, заполненные матриксом. Днк отличается от ядерной по своему составу и иногда имеет форму кольца, как у прокариот.

Функции: - окисление с последующим превращением энергии разлагаемых соединений в энергию фосфатных связей (АТФ и АДФ).

- рибосомы (меньше цитоплазматических по размеру) осуществляют синтезе белка

- размножение путём перешнуровки

Пластиды – характерен для клеток растений, отсутствует у животных, грибов, бактерий и сине-зелёных водорослей. Содержат ДНК, хлорофилл. Ранние стадии – пропластиды – сходны с митохондриями, имеющими малое число крист.

Функции: протекание многих метаболических процессов; в лейкопластах – накопление крахмала; в хромопластах – синтезе пигмента; в хроматофорах и хлоропластах – преобразование солнечной энергии в энергию химических связей.

Комплекс Гольджи – построен из 1мембраны, в состав входит система трубочек с пузырьками на концах.

Функции: концентрация, обезвоживание и уплотнение продуктов внутриклеточной секреции и веществ, поступивших извне, предназначенных для выведения из клетки. С ним связаны синтез полисахаридов, липидов, образование зёрен желтка, формирование лизосом, образование борозды деления.

Эндоплазматическая сеть (вакуолярная система) – система мембран, формирующая сеть канальцев и цистерн.

Функции: увеличивает площадь «внутрених поверхностей» клетки, делит её на отсеки, обеспечивает изоляцию ферментных систем. Непосредственное продолжение – ядерная мембрана и плазмолемма.

Участвует в активном перемещении веществ как внутренних, так и поступающих извне.

Гранулярная – несёт рибосомы, синтез белков.

Гладкая – не имеет рибосом, синтез жиров и гликогена

Лизосомы – шаровидная форма, содержат ферменты, разрушающие сложные органич. соединения, микроорганизмы и вирусы, отмершие структуры клетки и целые погибшие клетки. Имеет плотную мембрану.

Группы: - прелизосомы (сод. в-ва, подлеж. перевариванию, но не содержат ферментов)

- собственно лизосомы: а)первичные (сод. вновь синтезированные ферменты)

б)вторичные (слияние первичных с перилизосомами) – аутосомы и гетерофагосомы.

- постлизосомы (остатки непереваренного субстрата)

Рибосомы – небольшие сферические тельца. Расположены в цитоплазме и на мембране эпс. В составе – белок и р-РНК. Сост из 2-х субъединиц. Обычно объединены в группы – полисомы. Формируются ядрышками, а затем поступают в цитоплазму.

Функции: синтез белка

Клеточный центр (центросома) – сост из 1 или 2 центриолей и лучистой сферы вокруг них. Центриоль – цилиндр, стенки которого состоят из 9 параллельно расположенных трубочек.

Функции: центриоли формируют полюсы делящейся клетки.

Микротрубочки – длинные тонкие цилиндры, формируются в результате полимеризации тубулина, содержат фермент атф-азу.

Функции: в делящихся клетках – образуют нити веретена деления, входят в состав ресничек и жгутиков, играют опорную роль, образуют цитоскелет, участвуют в транспорте воды, ионов и некоторых молекул.

  1. Основные структурные компоненты эукариотической клетки: наружная мембрана, цитоплазма, ядро (строение и функции).

Плазмолемма. Барьерно-рецепторная и транспортная система клетки.

Плазмолемма, или внешняя клеточная мембрана, среди различных клеточных мембран занимает особое место. Это поверхностная периферическая структура, не только ограничиваю­щая клетку снаружи, но и обеспечивающая ее непосредственную связь с внеклеточной средой, а, следовательно, и со всеми вещест­вами и стимулами, воздействующими на клетку.

Химический состав плазмолеммы. Основу плазмолеммы состав­ляет липопротеиновый комплекс. Она имеет толщину около 10 нм и, таким образом, является самой толстой из клеточных мембран.

Снаружи от плазмолеммы располагается надмембранный слой — гликокаликс. Толщина этого слоя около 3— 4 нм, он обнаружен практически у всех животных клеток, но степень его выраженности различна. Гликокаликс представляет собой ассоциированный с плазмолеммой гликопротеиновый комп­лекс, в состав которого входят различные углеводы. Углеводы образуют длинные, ветвящиеся цепочки полисахаридов, связанные с белками и липидами входящими в состав плазмолеммы. При использовании специальных методов выявления полисахаридов (краситель рутениевый красный) видно, что они образуют как бы чехол поверх плазматической мембраны.

В гликокаликсе могут располагаться белки, не связанные непо­средственно с билипидным слоем. Как правило, это белки-фермен­ты, участвующие во внеклеточном расщеплении различных ве­ществ, таких как углеводы, белки, жиры и др.

Функции плазмолеммы.

1)защитно-барьерная

2)рецепторно-сигнальная

3)каталитическая(ферментативная)

4)образование цитоскелета

5)образование межклеточных контактов

6)транспортная (1транспорт сквозь мембрану:пассивный,активный;2транспорт в мембранной упаковке:эндоцитоз, экзоцитоз)

Цитоплазма

Цитоплазма, отделенная от окружающей среды плазмолеммой, включает в себя гиалоплазму, находящиеся в ней обязательные клеточные компоненты — органеллы, а также различ­ные непостоянные структуры — включения.

Гиалоплазма

Гиалоплазма — водный раствор органических и неорганических веществ, способный изменять свою вязкость и находящийся в постоянном движении. Гиалоплазма способна переходить из более твердого состояния (гель) в более жидкое (золь). В растительных клетках гиалоплазма способна к движению – циклоз (круговой и струйчатый)

Функции: 1) обьединяет все компоненты клетки в единую систему

2)обеспечивает транспорт органелл, веществ, газов внутри клетки

3)служит местом для протекания химических реакций

Ядро клетки — система генетической детерминации и регуляции белкового синтеза. Форма ядра округлая, овальная, шаровидная, иногда сегментирована. В клетке может содержаться от 1 до нескольких ядер. Ф:хранение,реализация,передача насл.инф, контроль всех биохимических процессов в клетке, контроль процесса роста, развития и старения клетки

Состоит из:

1)кариолемма: имеет 2 мембраны:наружная соединяется с каналапи ЭПС. Между наружной и внутренней мембранами расстилается околоядерное пространство. Оболочка пронизана порами, в которых находятся белки, регулирующие транспорт веществ из ядра и в ядро.

2)кариолемма – коллоидный раствор, напоминающий гиалоплазму, но более кислый и содержащий больше ферментов(связующая, место для протекания хим реакции(редупликация ДНК, транскрипция)

3)хроматин –форма существования интерфазных хромосом. Хим состав: ДНК, белки(гистоновые, негистоновые), РНК, у/в, липиды, ионы металлов. Функция: хранение, реализация и передача наследственной информации.

4)ядрышко-небольшое округлое тельце, интенсивно окрашивающееся и обнаруживающееся в ядрах неделящихся клеток. Ф: синтех рРНК и соединение их с белками, т.е сборка субчастиц рибосом

  1. Особенности морфологического и функционального строения хромосом. Гетеро - и эухроматин. Характеристика кариотипа человека в норме.

При наблюдении живых или фиксированных клеток внутри ядра выявляются зоны плотного вещества, которые хорошо воспринимают разные красители, особенно основные. Благодаря такой способ­ности хорошо окрашиваться этот компонент ядра и получил назва­ние “хроматин”. В состав хроматина входит ДНК в комплексе с белком. Такими же свойствами

обладают и хромосомы, которые отчетливо видны во время митотического деления клеток. В неделящихся (интерфазных) клетках хроматин, выявляемый в световом микроскопе, может более или менее равномерно заполнять объем ядра или же располагаться отдельными глыбками.

Хроматин интерфазных ядер представляет собой хромосомы, которые, однако, теряют в это время свою компактную форму, разрыхляются, деконденсируются. Степень такой деконденсации хромосом может быть различной. Зоны полной деконденсации и их участков морфологи называют эухроматином. При неполном разрыхлении хромосом в интерфазном ядре видны участки конденсированного хроматина, иногда называемого гетерохроматином. Максимально конденсирован хроматин во время митотического деления клеток, когда он обнаруживается в виде плотных хромосом. В этот период хромосомы не выполняют никаких синтетических функций, в них не происходит включения предшественников ДНК и РНК.

Таким образом, хромосомы клеток могут находиться в двух струк­турно-функциональных состояниях: в активном, рабочем, частично или полностью деконденсированном, когда с их участием в интер­фазном ядре происходят процессы транскрипции и редупликации, и в неактивном, в состоянии метаболического покоя при максималь­ной их конденсированности, когда они выполняют функцию распре­деления и переноса генетического материала в дочерние клетки.

В хромосомах существует множество мест независимой репликации ДНК — репликонов. ДНК эукариотических хромосом представ­ляют собой линейные молекулы, состоящие из тандемно (друг за другом) расположенных репликонов разного размера. Синтез ДНК как на участках отдельной хромосомы, так и среди разных хромосом идет неодновременно, асинхронно. Так, например, в некоторых хромосомах че­ловека (1, 3, 16) репликация наиболее интенсивно начинается на концах хромосом и заканчивается (при высокой интенсивности включения метки) в центромерном районе. Наиболее поздно репликация заканчивается в хромосомах или в их участках, находящихся в компактном, конденсированном состоянии. Таким примером может являться поздняя репликация генетически инактивированной Х-хромосомы у женщин, формирующей в клеточном ядре компактное тельце полового хроматина. Диплоидный набор хромосом клетки, характеризующийся их числом, величиной и формой, называется кариотипом (греч. karyon — ядро, typhe— форма). Этот термин введен в 1924 г. советским цитологом Г. А. Левитским. Нормальный кариотип человека включает 46 хромосом, или 23 пары; из них 22 пары аутосом и одна пара — половых хромосом (гетерохро­мосом).

Для изучения кариотипа человека обычно используют клетки костного мозга и культуры фибробластов или лейкоцитов периферической крови, так как эти клетки легче всего получить. При приготовлении препаратов хромо-1 сом к культуре клеток добавляют колхицин, останавливающий деление кле­ток на стадии метафазы. Затем клетки обрабатывают гипотоническим рас­твором, отделяющим хромосомы друг от друга, после чего их фиксируют и окрашивают.

Благодаря такой обработке каждая хромосома четко видна в световом микроскопе. Длина хромосом колеблется ,от 2,3 до 11 мкм.

Для того чтобы легче было разобраться в сложном комплексе хромосом, составляющем кариотип, их располагают в виде и д и о г р а м м ы (от греч. idios— своеобразный, gramme— запись). Составление идиограмм, как и сам термин, предложено советским цитологом С. Г. Навашиным (1857---1930). В идиограмме хромосомы располагаются попарно в порядке убывающей величины (рис. 15). Исключение делается для половых хромосом, которые выделяются особо. Наиболее крупной паре хромосом присвоен № 1, сле­дующей — № 2 и т. д. Самая маленькая пара хромосом человека № 22. Как видно на идиограмме, пару половых хромосом женщины составляют две одинаковые крупные хромосомы, названные Х-хромосомами. У мужчин одна Х-хромосома такая же, как у женщин, а 'другая"— гораздо меньшая, У-хромосома.

Идентификация хромосом только по величине встречает большие затруднения: ряд хромосом имеет сходные размеры. Однако в последнее время разработаны новые методики для анализа хромосом: использование флюоресцент­ных красителей, окрашивание хромосом после специальной обработки краской Гимзы (названной так по имени автора) и применение других красителей. , Ними методами установлена четкая дифференцировка хромосом человека по их длине на красящиеся специальными методами и не красящиеся поло­сы. Рисунок этих полос строго специфичен, индивидуален для каждой пары хромосом (рис. 16). Умение точно дифференцировать хромосомы имеет боль­шое значение для медицинской генетики, так как позволяет точно установить характер нарушений в кариотипе пациента.

Постоянство числа, индивидуальность и сложность строения, авторепродукция и непрерывность в последовательных генерациях клеток говорят о большой биологической роли хромосом. Действительно хромосомы являются носителями наследственной информации (см. главу VI).

Выяснено, что наследственная информация дискретна, ее составляют многочисленные гены, расположенные вдоль хромосом в линейном по­рядке. Каждый ген занимает постоянное, определенное место (л о к у с) в определенной хромосоме.

Гомологичные хромосомы имеют один и тот же набор генетических локусов, поэтому взаимозаменяемы. Негомологичные хромосомы имеют раз­личные наборы генетических локусов, поэтому взаимонезаменяемы. Генети­ческая информация, необходимая для развития организма, содержится толь­ко в полном комплекте всех негомологичных хромосом (т. е. в полном гапло­идном наборе хромосом).

  1. Особенности строения генов у про- и эукариот. Строение хромосом в разные периоды жизненного цикла клетки.