Цитологические основы размножения и наследственности. Тема: «Цитологические основы наследственности
Цитологические основы наследования. Передача генетического материала.
Строение и функции эукариотической клетки
Основные виды деления эукариотической клетки. Клеточный цикл.
Строение и функции метафазных хромосом человека
Кариотип человека
Генетические механизмы преемственности наследственных свойств: митоз, мейоз. Биологическое значение мейоза. Патология митоза.
Развитие сперматозоидов и яйцеклеток у человека.
Положения СКТ
клетка – элементарная структурная, функциональная и генетическая единица. Все живые организмы, кроме вирусов и фагов, состоят из клеток. Клетки Ж и Р сходны по строению, хим.составу, принципам жизнедеятельности. Клетки имеют малые размеры о 0,01 до 0,1мм
клетка – элементарная ед. развития живого. Каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской). Все живые организмы развиваются из 1 или групп клеток
клетка – функциональная ед. в многоклеточном организме. Клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют органы и ткани. Различают соматические (клетки тела) и генеративные (половые)
клетка – элементарная живая система, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.
В зависимости от структурных особенностей клетки делятся на прокатиотические
(бактерии и СЗ водоросли- предъядерные) и эукариотические
– имеют более высокоразвитые живые организмы – грибы, растения, животные в т.ч. и человек. Особенности: наличие ядра с ядерной оболочкой и цитоплазмы с органоидами.
Основные компоненты Эукариотической клетки
Плазматическая мембрана (клеточная мембрана) – отделяет клетку от окружающей среды, с её помощью взаимодействует с окр.средой и другими клетками. Состоит из 2-х слоев липидов, гидрофильные части обращены к внешним сторонам, а гидрофобные участки – внутрь. Там же могут располагаться молекулы белков (снаружи, внутри или пронизывают мембрану насквозь). На наружной поверхности билипидного слоя имеются также и углеводы в виде гликолипидов или гликопротеидов. В животных клетках углев.компонент плазматической мембраны наз-ся гликокаликсом .
Функции плазматической мембраны:
Регуляция обмена в-в между клеткой и окр.средой, обеспечивая постоянство внутриклеточного состава
Обладая избирательной проницаемостью мембрана ограничивает или исключает доступ в клетку одним в-вам и пропускает другие
Сохраняет форму клетки, защищая её от повреждений
Участвует в формировании контактов с другими клетками
Через мембрану молекулярные частицы могут перемещаться путем пассивного транспорта без затраты энергии (простая диффузия, осмос или с помощью белков-переносчиков) и
активного транспорта – позволяет накачивать в клетку молекулы против градиента концентрации и затратой энергии
внутреннее содержимое клетки – цитоплазма (гиалоплазма, матрикс) – состоит из основного в-ва и разнообразных структур: коллоидная масса – вода + органические и неорганические в-ва, способна менять вязкость. В основном в-ве протекают биохим. процессы.
органоиды – постоянные компоненты клетки, имеющие специфические функции – ЭПС, пластинчатый комплекс Гольджи , лизосомы, митохондрии, рибосомы, микротрубочки, центрисома, микрофиламенты
ЭПС – мембрана, пронизывающая всю цитоплазму комплексов полостей и канало.. на ЭПС расположены рибособы, имеющие значение для синтеза белковых молекул. ЭДС содержит ферменты для образования липидов, осуществляет транспорт различных в-в внутри клетки.
Аппарат Гольджи (пластинчатый комплекс) – включает до 20 уплощенных дисковидных полостей. В них органические в-ва подвергаются преобразованиям и транспортируются к различным структурам клетки
Разделение макромолекул до простых соединений осуществляется в лизосомах – пузырьках, окруженных одиночной мембраной, содержащей набор ферментов. С их помощью клетка получает сырье для химических и энергетических процессов.
Митохондрии – в них вырабатывается энергия. Самые крупные органоиды клетки. Имеют 2 слоя мембраны – наружный – гладкий, внутренний – складки кристы). Митохондрии содержат кольцевидную ДНК, свои рибосомы, РНК, ферменты, участвующие в окислительно-восстановительном процессах
Рибосомы – многочисленный органоид клетки: 2 субъединицы – большая и малая, сформированные из молекул рибосомальной РНК и белков. Главная из функция – участие в биосинтезе белков
Аппарат Гольджи – его функция – транспорт веществ и химическая модификация поступающих в него клеточных продуктов.
Лизосомы – имеют вид мешочков, содержат ферменты, расщепляющие нуклеиновые кислоты, белки и полисахариды, т.е. лизососы – пищеварительная система клетки. В случае разрушения мембраны лизосом происходит аутолизис (самопереваривание)
Микротрубочки и микрофиламенты – сократительные белки, имеющие нитевидную структуру. Располагаются вдоль всей цитоплазмы клетки. Формируют цитоскелет, организуют движение органоидов, перемещение хромосом при делении клетки.
Пероксисомы – тельца овальной формы, содержат фермены окисления аминокислот и каталазу. При метаболизме а/к образуется н2о2, а каталаз выполняет защитную функцию, т.к. н2о2 является токсичным соединением для клетки.
Центрисома (клеточный центр) – состоит из 2-х центриолей – участвуют в митотическом делении клеток
Специализированные органоиды – обеспечивают специфические функции – миофибриллы мышечного волокна, нейрофибриллы и синаптические пузырьки нервных клеток, микроворсинки эпителиальных клеток.
ЯДРО – открыто в 1831г Р.Брауном. как правило 1 ядро, но встречаются и многоядерные клетки. Некоторые клетки могут в процессе специализации утрачивать свои ядра (Эр) . форма – шаровидная или яйцевидная. Составная часть ядра – ядерная оболочка и кариоплазма(содержит хроматин - хорошо окрашиваемые гранулы и нитевидные структуры, содержит ДНК в комплексе с белками и ядрышки- только в неделящихся клетках- центр образования субчастиц рибосом ). Состояние спирализованности дает возможность реализации наследственной информации и удвоения генетического материала. В процессе деления спирализация хроматина увеличивается, что приводит к формированию хромосом. Ядро выполняет важные ф-ции по хранению и использованию наследственной информации, регулирует всю жизнедеятельность клетки в 1866г Эрнст Геккель связал наследственность с ядром.
Ядрышко – самая плотная структура ядра, в нем образуются рибосомальные РНК и рибосомы.
Жизненный цикл клетки
Весь период существования – от возникновения до деления или гибели клетки называют клеточным циклом.
Вновь появившаяся клетка первоначально растет , дифференцируется, выполняет свои специфические функции – это время – период покоя .
Образование клеток возможно только путем деления, поэтому важной частью ЖЦК является митотический цикл, включающий подготовку к делению (интерфазу) и само деление.
Интерфаза включает 3 периода –
пресинтетический - G 1 - клетка растет, осуществляется синтез белка и РНК, накапливает богатые энергией в-ва. – продолжительность разная – около 10 часов в среднем.
синтетический – G 2 – удвоение генетического материала, необходима для того, чтобы вновь образовавшиеся клетки имели тот же геном, как и их предщественница.. продолжается синтез белка и РНК – около 9 часов.
постсинтетический – G 2 – клетка готовится к делению, накапливая энергию и белки, увеличивается кол-во митохондрий, делится центросома – фаза =4часа
Основные типы деления эукариотических клеток
3 типа деления:
амитоз - прямое деление, делится путем прямой перетяжки, наследственный материал распределяется неравномерно. Возможно образование двухядерных клеток. Амитоз- редкое явление, характерен для погибающих или измененных клеток – например, опухолевых.
митоз - непрямое деление соматических клеток – в результате деления образуются 2 её точные копии. в быстро делящихся клетках, например, эмбриональных, ЖЦ практически совпадает с митотическим циклом. Это универсальный способ увеличения кол-ва или замещения погибших эукариот.клеток
мейоз – редукционное деление половых клеток. Оно приводит к уменьшению содержания наследственного материала во вновь образовавшихся клетках, при этом в родительской клетке происходит однократное удвоение хромосом (репликация ДНК, как при митозе), затем следуют 2 цикла клеточных и ядерных делений. т.о. сохраняется постоянство набора генетических структур у потомков при слиянии половых клеток родителей
Хромосома – структурный элемент клеточного ядра дезоксирибонуклеиновой природы.
Хромосомы человека впервые наблюдали Арнольд (1879) и Флеминг(1882) в периоде митоза. Затем многие ученые изучали эти структуры клеточного ядра. Однако, только в 1955г. Трио и Леван установили, что в большинстве клеток человека – 46 хромосом. Открытие в 1959г патологических изменений в наборе хромосом при болезни Дауна привело к возникновению нового раздела генетики человека – учения о хромосомных болезнях.
Хромосомы – (окрашенные тельца) формируются в начале деления клеток из хроматина интерфазного ядра. Х – основные носители наследственной информации, передаваемой из поколения в поколение у большинства живых организмов.
Хроматин состоит из молекул ДНК , связанных белками. Эти нити можно рассмотреть только в электронный микроскоп. Они составлены из расположенных друг за другом микрочастиц – нуклеосом, Ø10нм.
Нуклеосома имеет белковый остов, вокруг которого закручена молекула ДНК.
Во время деления нити хроматина сильно спирализуются, закручиваются и утолщаются, формируя видимые в световой микроскоп хромосомы. Имеет белковый остов вокруг которого закручена молекула ДНК.
Именно поэтому, основные сведения о строении хромосом были получены во время митоза.
Так как моменту деления хромосомы удвоены, то в световой микроскоп они видны состоящими из 2-х нитей – хроматид. Они объединены между собой в области первичной перетяжки – центромера – она делит хромосому поперек и на 2 части – плечи (которые бывают короткие и длинные)
В зависимости от расположения центромеры различают 3 типа хромосом:
Метацентрические – центромера в центре, плечи равны.
Субметацентрические – центромера сдвинута к одному концу хромосом, плечи 1
Акроцентрические – визуально можно увидеть у хромосомы только длинные плечи.
Некоторые хромосомы могут иметь дополнительные перетяжки – вторичные –спутник – если перетяжка близко к концу хромосомы. У человека спутника имеются у 5 пар хромосом – 13-15я и 21-22 пары.
Каждый биологический вид имеет свой набор хромосом; у человека их сорок шесть.
Совокупность всех структурных и количественных особенностей полного набора хромосом характерных для клеток конкретного данного вида живых организмов называется кариотипом.
Кариотип будущего организма формируется в процессе слияния 2-х половых клеток – яйцеклетки и сперматозоида. При этом объединяются хромосомные наборы.
Рис.. Для составления кариотипа делящиеся клетки распределяют на пластине, чтобы их хромосомы были отчетливо видны, и фотографируют (а). Затем гомологичные хромосомы на фотографии распределяют по парам и выстраивают по размеру так, чтобы значительно облегчить их исследование.
Ядро зрелой клетки содержит половину набора хромосом – 23 - одинарный набор хромосом называется гаплоидным, при оплодотворении в организм воссоздается специфический для данного вида кариотип. Полный набор хромосом (46) обычной соматической клетки диплоидный (2п)
Хромосомы человека, как и многих животных, можно распределить по парам. Сорок шесть человеческих хромосом образуют 23 пары (рис. 5.36). Расположив их на фотографии по порядку, получаем кариотип, то есть набор хромосом, с помощью которого можно диагностировать некоторые генетические заболевания.
Две внешне одинаковые хромосомы называются гомологичными (они не только похожи внешне, но и содержат гены, отвечающие за одни и те же признаки) .
Если располагать их по порядку, начиная с самых длинных, то мы подойдем к самой короткой паре, от которой зависит различие между мужчинами и женщинами.
У женщин ровно 23 пары хромосом, но у мужчин две последние хромосомы остаются непарными, причем одна из них чрезвычайно короткая.
Эта короткая хромосома называется Y -хромосома, а более длинная - Х-хромосома.
У женщин 23-я пара содержит две Х-хромосомы.
Понятно, что хромосомы X и Y определяют пол человека (половые). Остальные 22 пары гомологичных хромосом называются аутосомами .
Очевидно, что у каждого человека по две одинаковые хромосомы, потому что у всех два родителя.
Развитие человеческого организма начинается с оплодотворения сперматозоидом яйцеклетки; в каждой гамете содержится по 23 хромосомы, по одной каждого типа, а в образующейся зиготе содержится уже по две хромосомы каждого типа.
Все аутосомы разделены на 7 групп: А (1,2,3), В (4,5) , С(6-12), D(13-15), E(16-18), F(19-20), G (21-22).
Наследственная информация организма строго упорядочена по отдельным хромосомам. Криотип – паспорт вида. Кариотип человека представлен 24 хромосомами, 22 аутотосомы, х и у хромосомы.
Анализ кариотипа позволяет выявить нарушения, которые могут приводить к аномалиям развития, наследственным болезням или гибели плода и эмбриона на ранних стадиях развития. Т.е. для нормального развития необходим набор генов полного хромосомного набора.
Митоз, его сущность. Патология митоза
Поведение хромосом в процессе митоза обеспечивает строго равное распределение наследственного материала между дочерними и материнскими клетками
Митоз – непрерывный процесс, имеющий 4 стадии:
Профаза – нити хроматина начинают закручиваться, спирализуются. Хромосомы укорачиваются и утолщаются, становятся доступными для микроскоприрования. Ядрышко исчезает, ядерная оболочка распадается. Центрисома делится на 2 центриоли, которые перемещаются к разным полюсам клетки. Из белка тубулина образуются микротрубочки – нити ахроматинового веретена. Хромосомы концентрируются в центре.
Метафаза – хромосомы мах спирализованы и расположены в плоскости экватора клетки – удобно рассматривать в световой микроскоп. Нити веретена деления от разных полюсов прикрепляются к центромерам всех хромосом.
Анафаза – хар-ся разделением хромосом в области центромеры на 2 хроматиды. Нити веретена деления сокращаются и растаскивают хроматиды каждой хромосомы к разным полюсам клетки. Самая короткая фаза митоза.
Телофаза – деспирализация хромосом, превращение их опять в тонкие нити хроматина, невидимые в световой микроскоп. Вокруг каждой группы дочерних клеток обр-ся ядерная оболочка, появляются ядрышки. Нити веретена деления распадаются
Митоз заканчивается образованием 2-х клеток количественно и качественно идентичных материнской клетке.
Удвоение хромосом и в интерфазе митоза, распределение равномерное хроматид между дочерними и клетками обеспечивает поддержание постоянства ген.информации в ряду поколений клеток, служит основой роста и развития организма.
Патология митоза
Различные факторы внешней среды могут нарушать процесс митоза и приводить к появлению аномальных клеток.
Выделяют 3 типа нарушений:
Изменение структуры хромосом –
Б) хромосомы могут отстать от других в анафазе и не попасть в свою клетку. Это приведет к изменению кол-ва хромосом в дочерних клетках – анеуплоидии.
Повреждение веретена деления – нарушается ф-ция распределения хромосом между дочерними клетками – возможно появление клеток, содержащих значительный избыток хромосом (например 92). Подобное действие характерно для противоопухолевых препаратов – так тормозится рост клеток опухолей.
Нарушение цитотомии – т.е. отсутствие деления цитоплазмы клетки в периоде телофазы. Так образуются двуядерные клетки
Патология митоза может приводить к появлению мозаицизма – в одном организхме можно обнаружить клоны клеток с разным набором хромосом (например – часть клеток содержит 46 хромосом, а другие – 47).
Мозаицизм формируется на ранних стадиях дробления зародышевых клеток.
Как правило, нарушения кариотипа у человека сопровождаются множественными пороками развития ; большинство таких аномалий несовместимо с жизнью и приводят к самопроизвольным абортам на ранних стадиях беременности.
Однако достаточно большое число плодов (2.5%) с аномальными кариотипами донашивается до окончания беременности.
Мейоз
Вид деления, при котором количество хромосом уменьшается наполовину с диплоидного до гаплоидного, состоящий из 2-х последовательных делений ядра.
называется мейоз. При каждом оплодотворении изначальное количество хромосом восстанавливается.
Половое размножение, таким образом, можно представить себе как следующий большой цикл событий:
В половых железах (гонадах) взрослого организма - семенниках и яичниках - некоторые клетки размножаются посредством мейоза, образуя соответственно сперматозоиды и яйцеклетки, то есть гаплоидные клетки. Эти гаметы содержат по одному набору из 23 хромосом. При оплодотворении образуется зигота с двойным набором хромосом; а при митотическом делении из нее вырастает взрослый организм, и цикл начинается сначала.
Механизм деления - образование центриоли, веретена и т. п. - при мейозе тот же самый, что и при митозе, только хромосомы ведут себя при этом несколько иначе.
Мейоз
Рис. 5.4. Процесс мейоза (в общих чертах) в клетке с двумя парами хромосом; одна из парных хромосом обозначена жирной линией, другая пунктирной.
Профаза I: хромосомы становятся видимыми и образуют пары.
Метафаза I: парные хромосомы выстраиваются напротив друг друга в середине клетки.
Анафаза I: каждая из парных гомологичных хромосом полностью отходит к одному из полюсов клетки. Обратите внимание: хроматиды не расходятся и по-прежнему соединены центромерами.
Телофаза I: начальное деление завершается.
Профаза II: хромосомы снова становятся видимыми, как и при митотическом делении.
Метафаза II: хромосомы снова выстраиваются посреди клетки.
Анафаза II: на этот раз хроматиды отделяются друг от друга и расходятся к противоположным полюсам.
Телофаза II: деление заканчивается образованием четырех гаплоидных клеток
Биологическое значение мейоза:
Половое размножение – этот процесс обеспечивает постоянство числа хромосом в ряду поколений размножающихся половым путем организмов.
Генетическая изменчивость – создает возможность для новых генных комбинаций. Это ведет к изменениям в генотипе и фенотипе потомства.
Простое нерасхождение:
При патологии мейоза 1 все зрелые гаметы будут иметь пат.набор хромосом
Мейоз 2 – кол-во хромосом только в части гамет изменяется.
Последовательное нерасхождение – затрагивает оба деления 1 и 2, нормальные гаметы не образуются.
Двойное нерасхождение – крайне редко – мейоз поврежден у обоих родителей.
Можно выделить также и первичное, вторичное и третичное нерасхождение хромосом.
Процесс мейоза может нарушаться под влиянием различных внешних неблагоприятных факторов.
Сбалансированные изменения хромосом в кариотипе человека не нарушают состояние здоровья у человека.
Развитие сперматозоидов и яйцеклеток у человека.
Гаметогенез подразделяется на сперматогенез (процесс образования сперматозоидов у самцов) и оогенез (процесс образования яйцеклетки). По тому, что происходит с ДНК, эти процессы практически не отличаются: одна исходная диплоидная клетка дает четыре гаплоидные. Однако, по тому, что происходит с цитоплазмой, эти процессы кардинально различаются.
В яйцеклетке накапливаются питательные вещества, необходимые в дальнейшем для развития зародыша, поэтому яйцеклетка – это очень крупная клетка, и когда она делится, цель – сохранить питательные вещества для будущего зародыша, поэтому деление цитоплазмы несимметрично. Для того чтобы сохранить все запасы цитоплазмы и при этом избавиться от ненужного генетического материала, от цитоплазмы отделяются полярные тельца , которые содержат очень мало цитоплазмы, но позволяют поделить хромосомный набор. Полярные тельца отделяются при первом и втором делении мейоза.
При сперматогенезе цитоплазма исходного сперматоцита первого порядка делится (первое деление мейоза) поровну между клетками, давая сперматоциты второго порядка. Второе деление мейоза приводит к образованию гаплоидных сперматоцитов второго порядка. Затем происходит созревание без деления клетки, большая часть цитоплазмы отбрасывается, и получаются сперматозоиды, содержащие гаплоидный набор хромосом очень мало цитоплазмы.
Сперматозоид имеет головку, в которую плотно упакована ДНК. Головка сперматозоида окружена очень тонким слоем цитоплазмы. На ее переднем конце находится структура, называемая акросомой. Эта структура содержит ферменты, позволяющие сперматозоиду проникнуть через оболочку яйцеклетки.
Созревание спермиев происходит в семенных канальцах тестикул. При превращении исходной клетки, сперматогония, в сперматоцит, сперматиды и зрелый сперматозоид происходит перемещение клетки от базальной мембраны семенного канатика к его полости. После созревания сперматозоиды отделяются, попадая в просвет семенных канальцев, и готовы к движению в поисках яйцеклетки и оплодотворению. Процесс созревания длится примерно три месяца. У особей мужского пола процесс созревания сперматозоидов – сперматогенез – начинается с возраста половой зрелости и продолжается затем до глубокой старости.
Существенно отличается процесс созревания яйцеклетки – оогенез. Во время эмбрионального развития млекопитающих возникает большое количество яйцеклеток, и к рождению самки в ее яичниках уже находится порядка 200-300 тысяч яйцеклеток, остановившихся на первой стадии деления мейоза. В период полового созревания яйцеклетки начинают реагировать на половые гормоны , Регулярные циклические изменения гормонов впоследствии вызывают созревание яйцеклетки, обычно одной, иногда двух или больше. Когда для лечения бесплодия женщине делают инъекции половых гормонов, чтобы индуцировать созревание яйцеклеток, избыток этих гормонов может привести к созреванию нескольких яйцеклеток, и как следствие этого – многоплодной беременности. Яйцеклетка созревает в пузырьке, называемом фолликулом.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Министерство образования
Ивановская государственная сельскохозяйственная академия
РЕФЕРАТ
На тему: «Цитологические основы наследственности»
Выполнил: студент 2 курса
3 группы факультета
ветеринарной медицины и
биотехнологии в животноводстве.
Спец. «Зоотехния»
Выполнил:Власов. В.
Проверил: Крутов Е.К.
Иваново 2006
Цитологические основы наследственности
клетка наследственность хромосома кариотип
Основной единицей живого является клетка. Она имеет вес свойства живого, то есть, способна размножаться, видоизменяться и реагировать на раздражения. Более мелкие единицы материи этих свойств не проявляют. Р. Вирхов писал: «Клетка есть последний морфологический элемент всех живых тел, и мы не имеем права искать настоящей жизнедеятельности вне нее»
Среди живых организмов встречаются два типа организации клеток: прокариотическая клетка (у прокариот -- бактерий и синезеленых водорослей) и зукариотическая клетка (у эукариот, то есть всех остальных одно- и многоклеточных организмов-- растений, грибов и животных).
Строение клетки.
Прокариотическая клетка покрыта цитоплазматической мембраной, играющей роль активного барьера между цитоплазмой клетки и внешней средой. Снаружи от мембраны расположена клеточная стенка. У прокариотическх клеток нет морфологически выраженного ядра, но имеется зона, заполненная ДНК, несущей наследственную информацию. В основном веществе цитоплазмы прокариотических клеток располагаются многочисленные рибосомы.
Бактерии размножаются путем простого деления. Находящаяся в ядерной области ДНК прикреплена к мезосоме-- структуре, образуемой цитоплазматической мембраной. Деление бактериальной клетки начинается с деления мезосомы; затем две половинки мезосомы расходятся, увлекая за собой ДНК, последняя также делится на две части, из которых впоследствии образуются ядерные области двух дочерних клеток.
Клетка эукаряот организована сложнее, чем прокариотическая. Она покрыта цитоплазматической мембраной, которая играет важную роль в регулировании состава клеточного содержимого, так как через нее проникают все питательные вещества и продукты секреции. Каждая клетка содержит небольшое шаровидное или овальное тельце, называемое ядром. Схема строения эукариотической клетки Ядро служит важным регулирующим центром клетки, оно содержит наследственные факторы (гены), определяющие ври знаки данного организма, и управляет многими внутриклеточными процессами
Оболочка, окружающая ядро и отделяющая его от цитоплазмы, ядерная мембрана -- регулирует движение веществ из ядра и в ядро. В полужидком основном веществе ядра-кариоплазме размещается строго определенное число вытянутых нитевидных образований, называемых хромосомами. На окрашенном срезе неделящейся клетки хромосомы обычно имеют вид неправильной сети из темных тяжей и зернышек, в совокупности называемых хроматином.
В ядре находится сферическое тельце, называемое ядрышком. Ядрышки исчезают, когда клетка готовится к делению, а затем появляются вновь; они, по-видимому, участвуют в синтезе рибонуклеиновых кислот.
Материал, находящийся внутри плазматической мембраны, но вне ядра, называется цитоплазмой.
При исследовании тонкого среза клетки в электронном микроскопе видно, что цитоплазма представляет собой чрезвычайно сложный лабиринт из мембран, образующих так называемую эндоплазматическую сеть, заполняющую большую часть цитоплазмы. Существуют два типа эндоплазматической сети: гранулярная, к мембранам которой прикреплено множество рибосом - мелких рибонуклеопротеидных частиц, служащих местом синтеза белка, и агранулярная, состоящая из одних только мембран. В одной и той же клетке может встречаться сеть того и другого типа. Остальная часть цитоплазмы заполнена другими специализированными структурами, несущими специфические функции: это митохондрии, аппарат Гольджи, центриоли и пластиды.
Все живые клетки содержат митохондрии -- тельца величиной О,2--5 мкм, форма которых варьирует от сферической до палочковидной и нитевидной. В одной клетке может быть от нескольких митохондрий до тысячи и более. Обычно они сосредоточены в той части клетки, где обмен веществ наиболее интенсивен.
Каждая митохондрия ограничена двойной мембраной; внешний слой мембраны образует гладкую наружную поверхность, а от внутреннего слоя отходят многочисленные складки в виде параллельных, направленных к центру митохондрии выступов, которые могут встречаться, а иногда и сливаться со складками, отходящими от противоположной стороны Внутренние складки, называемые кристами, содержат ферменты, участвующие в системе переноса электронов, которая играет важнейшую роль в превращении энергии питательных веществ в биологически полезную энергию, необходимую для осуществления клеточных функций. Полужидкое внутреннее содержимое митохоидрии -- матрикс -- содержит ферменты. Митохондрии, главная функция которых состоит в вырабатывании энергии, образно называют электростанциями клетки.
В клетках большинства растений имеются пластиды-- формирования, в которых происходит синтез или накопление органических веществ.
В клетках животных и некоторых низших растений около ядра расположены два небольших тельца -- центриоли, Которые играют важную роль в клеточном делении: в начале деления они отходят друг от друга, направляясь к противоположным полюсам клетки, и между ними образуется так называёмое веретено деления.
Комплекс Гольджи -- компонент цитоплазмы, встречающийся почти во всех клетках, кроме зрелых спермиев и красных кровяных телец,--представляет собой неупорядоченную сеть канальцев, выстланных мембранами. Обычно он расположеноколо ядра и окружает центриоли. Функция комплекса еще невполне выяснена, но, по мнению некоторых цитологов, комплекс Гольджи служит местом временного хранения веществ, вырабатываемых на гранулярной эндоплазматической сети, а канальцы комплекса соединены с плазматической мембраной. Лизосомы-- группа внутриклеточных органелл, встречающихся в животных клетках, -- сходны по величине с митохонд-риями, но несколько менее плотные; они представляют собойограниченные мембраной тельца, которые содержат разнообразные ферменты, способные гидролизовать макромолекулярные компоненты клетки. В случае проникновения в клетку чужеродной ДНК (вируса) лизосомы выделяют в цитоплазму ферменты, расщепляющие ДНК,--нуклеазы, и тем самым выполняют защитную функцию.
Кроме перечисленных элементов, цитоплазма может содержать вакуоли-- полости, заполненные жидкостью и отделенные от остальной цитоплазмы вакуолярной мембраной. Вакуоли весьма обычны в клетках растений и низших животных, но редко встречаются в клетках высших животных процессами.
Ядро является важнейшей составной частью клетки. В период между делениями ядро отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой и чаще всего имеет шаровидную или эллиптическую форму. Полость ядра заполнена ядерным соком (кариоплазмой),0 вязкости которого отличают вязкость цитоплазмы и часто бывает значительно ниже. Ядро не обладает способностью восстанавливать ядерную оболочку, поэтому при ее повреждении содержимое ядра смешивается с цитоплазмой.
Ядрышки - округлые тельца (одно или несколько), заключенные в ядре, характеризуются высоким коэффициентом преломления. Более крупные и плотные ядрышки характерны для клеток, отличающихся высокой активностью, а именно для интенсивно делящихся эмбриональных клеток и для клеток, осуществляющих синтез белка. В процессе клеточного деления ядрышко исчезает, а затем вновь появляется. В ядрышках синтезируется в РНК, из которой формируются частицы рибосом.
Кроме ядрышек, в ядре находятся хромосомы. Они имеют продолговатую форму с расположенной в том или ином участке перетяжкой -- центромерой. Центромера делит хромосому на две части, называемые плечами хромосомы. Хромосому с расположенной посередине центромерой называют метацентрической, при этом плечи хромосомы одинаковой величины; если центромера смещена в сторону от центра, то хромосому называют субметацентрической; при смещении центромеры на значительное расстояние от центра -- акроцентрической Расположение центромеры служат основой для классификации и идеитификации хромосом.
Хромосомы можно идентифицировать по их длине. длина хромосомы варьирует от 1 до 30 мкм; большая часть хромосом в состоянии максимального сокращения в митозе имеет длину менее 10 мкм. Абсолютная и относительная длина двух плеч хромосомы служит главным, а иногда и единственным критерием для распознавания отдельных хромосом.
Иногда хромосомы можно идентифицировать по ряду дополнительных признаков. Очень часто таким признаком оказывается находящееся на одном из концов хромосомы небольшое округлое тельце--так называемый спутник (или сателлит), соединяющийся с основной хромосомой тонкой хроматиновой нитью или вторичной перетяжкой.
В клетках большинства организмов хромосомы видны только во время клеточного деления. По окончании митоза хромосомы начинают вытягиваться до тех пор, пока не становятся такими тонкими, что их бывает невозможно различить с помощью светового микроскопа.
Более чем половину всей массы хромосомы составляет особый белок гистон, обладающий щелочными свойствами вследствие высокой концентрации в нем аминокислот аргинина и лизина. Кроме того, хромосома содержит некоторое количество белка, имеющего кислотные свойства. ДНК и РНК содержатся в хромосомах в небольших, но измеримых количествах.
Гистон и ДНИ объединены в структуру, называемую хроматиновой нитью, которая представляет собой двойную спираль ДНИ, окружающую гистоновый стержень; она построена из повторяющихся единиц (нуклеосом), в каждую из которых входят примерно 200 пар оснований ДНК и по две молекулы каждого из четырех гистонов (н2А, Н2В, НЗ и Н4) (рис. 4). Полагают, что эти восемь гистоновых молекул образуют сферическую единицу. Каким именно образом двойная спираль ДНК располагается вокруг гистонов, пока неясно.
Хроматиновая нить обычно образует спираль диаметром около 25 мкм, что находится на грани разрешающей способности самых мощных световых микроскопов. По способности окрашиваться ядерными красителями хроматиновые нити подразделяют на две группы: эухроматин и гетерохроматин. Последний окрашивается более интенсивно.
Перед началом клеточного деления большая часть хроматина уплотняется, образуя хромосомы. Число хромосом в клеточных ядрах всех особей какого-либо вида постоянно и представляет собой один из его признаков.
Все клетки любого организма происходят от зиготы -- клетки, образующейся в результате слияния двух гамет (половых клеток, имеющих одинарный, или гаплоидный, набор хромосом--п). Зигота содержит диплоидный набор хромосом (2п). Одинарный набор хромосом называют геномом.
Набор хромосом соматической клетки, свойственный тому или иному виду животных или растений, называют кариотипом. Он включает все особенности хромосомного комплекса: число хромосом, их форму, наличие видимых под световым микроскопом деталей строения отдельных хромосом
Среди всех хромосом кариотипа различают пары аутосом, одинаковые для мужских и женских особей, и одну пару половых хромосом, различающихся у мужских в женских особей. Половые хромосомы женских особей млекопитающих обозначают буквами ХХ и мужских особей -- ХУ, поэтому женский пол называют гомогаметным, мужской -- гетерогаметным. У птиц и бабочек, наоборот. женский пол гетерогаметный, мужской гомогаметный.
Деление клеточного ядра.
Непрямое деление клеточного ядра с образованием спирализованных митотических хромосом называется митозом. При митозе оболочка ядра растворяется, ядро прекращает свое существование, после расхождения хромосом к полюсам деления клетки появляется два ядра. В отличие от митоза при амитозе (прямое деление) ядро разделяется перетяжкой, или почкованием, на два или большее число ядер. Амитоз является более простым видом деления.
Большинство клеток делятся только митотически. Путем митоза образуются зародышевые клетки, происходит дробление оплодотворенной яйцеклетки (зигота) и тех клеток, которые дают начало закладке новых тканей и органов. Следовательно, существенные моменты в развитии организма обеспечивает не амитоз, а митоз. При митозе оказывается удвоенное число хромосом, и существо митоза2 сводится к обеспечению их распределения между двумя клетками.
Амитотическое деление наблюдается в тех случаях, когда необходимо быстрое накопление массы клеток с отложением запасных питательных веществ. Амитотически делятся клетки, как правило, имеющие полиплоидное число хромосом. При этом в дочернюю клетку после деления попадает по меньшей мере один из нескольких полных наборов хромосом. У инфузорий, имеющих два ядра, полиплоидный микронуклеус делится амитотически, диплоидный микронуклеус -- митотически.
Митотический цикл клетки включает совокупность процессов, которые происходят в ней для подготовки митоза. В митотическом цикле различают три фазы G1,S,G2. Буквой G обозначают стадии роста клетки, буквойS-фазу синтеза ДНК, удвоение ее нитей. Это наиболее важная фаза цикла, так как без удвоения ДНК невозможна и редупликация хромосом. В первой фазе идет подготовка к синтезу, в последней непосредственная подготовка к митозу: синтез белков веретена деления, других белков РНК в ядре клетки. В это же время заканчивается накопление энергии для протекающего и начинает накапливаться энергия для следующего за ним митоза.
Соотношение длительности фаз митотического цикла различно. В
клетках кишечника мыши фазы 0, и 02 длятся соответственно 9,5; 7,5 и 1ч.
Таким образом, время митотического цикла может быть различно, но в общем близко к суткам, для быстроделящихся клеток время цикла может составлять несколько часов (клетки быстрорастущих опухолей, клетки инфузорий и рубца желудка жвачных). Митоз длится в течение 1--2 ч, а в целом в течение времени, которое в 10--ЗО раз меньше интерфазы -- периода жизни клетки между делениями. При дроблении зиготы митоз может проходить за минуты. Но у некоторых организмов, например у черепахи, митоз длится до трех дней.
Митоз подразделяют на профазу, метафазу, анафазу и тело- фазу Вместе с веретеном деление, деление нити которого соединяют хромосомы с полюсами деления клетки, хромосомы формируют целостный митотический аппарат. Наличие этого аппарата обеспечивает точное расхождение гомологов (парных хромосом) к полюсам клетки, которые образуются в результате расхождения к ее противоположным сторонам центриолей центросомы.
Профаза . Это наиболее длительная фаза митоза, связанная с образованием спирализованных и уплотненных хромосом. В световой микроскоп можно видеть, что хромосомы удвоены, состоят из двух хромотид, соединенных центромерой. Спирализация и уплотнение за счет насышение хромосомы гистонами соединяет хроматиды по всей длине в единый так называемый синаптеномальный комплекс, поэтому к метафазе удвоенная хромосома выглядит, не считая ее концов, как единое целое
В ходе профазы хромосомы некоторое время контактируют с бёлковой оболочкой ядра. Половые хромосомы Х и У, которые спирализуются и уплотняются позднее других, нередко задерживаются у оболочки ядра, поэтому на следующей фазе (метафаза) их часто видно на периферии, с края скопления хромосом. В поздней профазе (прометафаза) завершается расхождение центриолей и образование полюсов деления клетки. К моменту наступления метафазы из специфических белковых нитей, включающих некоторое количество РНК, формируется веретено деления, ориентирующее в дальнейшем правильное расхождениё хромосом к полюсам хромосомы направляются центромерами в сторону центра экваториальной плоскости клетки и ядра, которое к этому времени теряет целостность: оболочка растворяется, цитоплазма и нуклеоплазма смешиваются; ядрышки исчезают.
Метафаза . В метафазе хромосомы полностью располагаются в экваториальной плоскости клетки образуя так называемую метафазную пластинку. В это время удобно анализировать количество, размёры форму хромосом, учитывать число и характер хромосомных мутаций (хромосомные перестройки, или аберрации). В конце метафазы происходит продольное расщепление центромер и обособление хроматид, каждая из них становится самостоятельной хромосомой С6гласно гипотезе, выдвинутой советскими генетиками еще в 30-е годы, расщепление центромер может иметь эволюционное значение. Если центромера расщепляется не вдоль, а поперек, из одной двуплечей хромосомы получается две телоцентрических, что существенно изменяет характер действия генов этих хромосом в силу так называемого эффекта положения.
Анафаза . В анафазе происходит точное распределение и отход хромосом к полюсам деления. Как правило она является самой короткой фазой митоза. При расхождении хромосом в разные стороны направляются разъединившиеся хроматиды каждой хромосомы. В итоге в каждом новом ядре содержится идентичный исходному набор хромосом и генов, и развитие может начаться сначала в том же порядке, как и в исходной клетке. Движение к полюсам направляется нитями веретена, обеспечивающими хромосомам избранное положение. В область, огражденную нитями, как правило, не проникают другие органеллы. Хотя хромосомы прикреплены к нитям, их движение происходит самостоятельно. Это лодтверждают примеры, когда хромосомы движутся к полюсам не центромерами, к которым прикреплены нити, а вперед «плечами» , что отмечено у комаров из рода Сциара.
Телофаза . В телофазе хромосомы образуют сгусток у полюсов деления затем, начинают деспирализироваться, в следствии чего перестают активно окрашиваться и становятся невидимыми для световой микроскопии. Формируются оболочки новых ядер, появляются ядрышки.Это указывает на то, что гены хромосом вновь вступают в действие. После этого следует цитокинез -- деление клетки, У животных она делится перетяжкой, у растений строится клеточная стенка, причем центрами образования ее фрагментов лежат остатки нитей веретена.
Спиралезация и уплотнение хромосом в митозе облегчают точное распределение генетического материала, уменьшая в тысячи раз длину и собирая в компактное образование нити ДНК. Появление митотической хромосомы приводит к прекращению действия генов, в митозе энергия клетки не расходуется ни на какие синтезы. Кроме того, гены в синаптеномальном комплексе в значительно большей степени защищены от повреждающего действия внешних факторов, в том числе от влияния мутагенов. Это позволяет видеть в образовании митотических хромосом средство сохранения наследственной информации при передаче ее в дочерние клетки.)
Причины, в результате которых клетка приступает к митозу, до настоящего времени не вполне ясны, поэтому объяснение дается пока на уровне гипотез. Предполагается, что разрастание цитоплазмы до определенного максимума затрудняет эффективную работу генов, и в порядке действия обратной связи происходит деление ядра и клетки. Ядро с набором хромосом имеет прежние размеры, цитоплазма уменьшается вдвое. В пользу этой теории говорят данные по удалению у простейших (амебы) части цитоплазмы. Клетки в таком случае не приступают к митозу и делению до восстановления некоторой критической величины своей массы.
Другой причиной наступления митоза считают нарушение ядерно-плазменного отношения. Хотя ядро в ходе жизни клетки увеличивается, рост цитоплазмы опережает этот процесс. Нетрудно видеть в этом то же явление, которое считается причиной митоза и деления клетки согласно первой гипотезе. Предполагается также, что причиной митоза является удвоение хромосом. Наконец, допускается, что в определенный момент в клетке возникают специфические вещества, стимулирующие вступление ее в митоз. Существенным моментом всех таких объяснений является представление о том, что клетка перед митозом находится в несбалансированном, неравновесном состоянии. Поэтому можно предположить, что митоз -- не только средство точного распределения генетического материала между исходной и дочерней клетками, но и средство восстановления равновесия, повышения упорядоченности структур и процессов в клетке.
Митоз обеспечивает биологическое омоложение клетки, поэтому они избегают преждевременной гибили. На такой точке зрения
Д. Мэзия и известный советский генетик И. А. Рапопорт. Существенные детали этого процесса остаются пока неизвестными, однако ряд примеров показывает, что клетки, длительное время не проявляющие способности к делению, погибают (исключение представляют, вероятно, только нервные клетки животных, которые способны без деления существовать в всей жизни организма).
Причины, вызывающие деление клетки -- цитокинез, также пока не выяснены. Установлено, что в быстроделящихся клетках повышена активность ферментов рибонуклеаз. Это позволяет предполагать, что такие ферменты расщепляют комплексы РНК и белков, обладающих ферментными свойствами. Освобождаясь от связывающей его РНК, фермент приобретает активность и стимулирует деление клетки.
Мейоз и фазы мейоза. Мейоз -- особое деление яда, которое завершается образованием тетрады, то есть четырех клеток с одинаковым, гаплойдным набором хромосом. У высших животных мейоз происходит в гониальной зародышевой ткани яичников и семенников. За ним следует гаметогенез -- образование зрелых яйцеклеток и спермиев. Мейоз, в отличии от митоза-единое сдвоенное деление, так как между первым и вторым расхождением хромосом в митозе нет настояшей интерфазы с деспирализацией хромосом, ростом и развитием клеток, новым удвоением ДНК и т. д. В некоторых случаях до окончания мейоза не закладываются и клеточные перегородки. Важной особенностью мейоза является сближение гомологичных хромосом, во время которого может происходить кроссинговер, то есть взаимный обмен генами между гомологичными хромосомами, что повышает уровень комбинативной изменчивости.
Как и в митозе, в мейозе наибольшее время занимает профаза. В первом делении она является настолько длительной, что в ней различают несколько стадий. В зависимости от вида организма и изменений в окружающей среде профаза мейоза может длиться многие дни и даже годы, У мышей продолжительность профазы составляет около 13 дней, у лягушек (правда, в связи с тем, что на время зимовки их жизнь как бы «замирает») профаза длится около двух лет. У млекопитающих профаза начинается еще в период эмбриогенеза, а созревание яйцеклеток и спермиев происходит под контролем гормонов в период половой зрелости.
В первой профазе мейоза (профаза-i) различают следующие стадии: лептонему, зигонему, пахинему, диплонему и диакинез. В лептонеме можно видеть удвоенные нити хромосом "причем в отличие от митоза они спирализуются не сразу. Это связано с тем, что профаза-i включает процесс кроссинговера, для которого необходимо точное соединение гомологичных хромосом.
В зигонеме парные хромосомы сближаются, происходит конъюгация-- соединение двух хромосом в один бивалент. Соединение осуществляется с концов хромосом, поэтому места локализации гомологичных генов в той и другой хромосоме совпадают. Так как хромосомы удвоены, в биваленте имеется четыре хроматиды, каждая из которых в итоге мейоза оказывается уже хромосомой в гаплоидном наборе хромосом одной из четырех клеток тетрады. В зигонеме усиливается спирализация и уплотнение хромосом, и бивалент выглядит как единое целое. От зигонемы до диплонемы бивалент существует в видесинаптеномального мейотического комплекса, аналогичного таковому в митозе, однако белковый кар- к в данном случае скрепляет не две, а четыре хроматиды
В пахинеме происходит кроссинговер, отражением которого являются видимые на следующей стадии (диплонеме) перекресты, или хиазмы хромосом. В диплонеме бивалент начинает разъединяться в порядке, обратном тому, который наблюдался при конъюгации. Сначала поляризуются и расходятся центромеры, затем в обе стороны от них разъединяются хромосомы, при этом хиазмы скользят к концам хромосом. Предполагают, что каждая хиазм соответствует одному акту кроссинговера. В диакинезе бивалент выглядит в виде двух сопряженных концами дуг, которые соединены только концами хромосом. На этом заканчивается профаза-1.
За профазой, как и при митозе, следуют метафаза и анафаза. Однако, оставаясь удвоенными, к полюсам расходятся соединенные Центромерой хромосомы, в итоге в телофазе-I каждое ядро содержит не двойное, а гаплоидное число хромосом. Поэтому первое деление мейоза называют редукционным, уменьшающим число хромосом в ядре.
За телофазой-1 следует интеркинез -- непродолжительное состояние относительного покоя (хромосомы не претерпевают заметной деспирализации в телофазе-1 и остаются различимы в течение Интеркинеза), затем начинается второе деление мейоза. Если после телофазы происходит деление клетки, образуется диада гаплоидных клеток.
Второе деление мейоза, поскольку хромосомы уже удвоены, сходно с митотическим. Число хромосом остается гаплоидным, количество ДНК в каждой хромосоме становится после расщепления и расхождения хроматид уже не удвоенным, а нормальным. Поэтому второе деление мейоза называют эквационным, или уравнительным. В каждой из четырех клеток тетрады имеется одинарный набор хромосом, а каждая хромосома содержит только одну нить ДНИ.
Биологическое значение мейоза. Как и митоз, мейоз обеспечивает точное распределение генетического материала в дочерние клетки диады и тетрады. Вместе с тем в отличие от митоза мейоз является средством повышения уровня комбинативной изменчивости, что объясняется двумя причинами. Первая из них заключается в том, что происходит свободное, основанное на случайности комбинирование хромосом в клетках диады. Второй причиной усиления комбинативной изменчивости является кроссинговер, ведущий к возникновению новых комбинаций генов в пределах хромосом.
В каждом следующем поколении делящихся клеток в результате действия указанных причин образуются новые сочетания генов. в гаметах, а при размножении животных -- новые сочетания генов родителей у их потомства. Это каждый раз открывает новые возможности для действия отбора и создания генетически разных форм, что позволяет существовать группе животных в переменных условиях среды. Таким образом, мейоз оказывается средством генетической адаптации, повышающим в поколениях надежность существования особей.
Важным аспектом мейоза является создание стадийно молодых клеток, избавление клетки от опасности гибели. Гаметы (продукты мейоза) оказываются самыми молодыми из всех известных- видов клеток. Именно гаметы способны дать начало развитию любого организма. На примере продуктов мейоза можно видеть реализацию диалектического закона отрицания--отрицания: из стадийно молодой клетки через стадию гаметы, затем зиготы и продуктов ее деления развивается организм со всем многообразием его признаков и свойств. В определенный момент в организме формируется зародышевая ткань и происходит мейоз, ведущий к образованию клеток, вновь способных к развитию.
Наследств енность и изменчивость
Наследственность -- это свойство организмов передавать потомству и воспроизводить родительские признаки в других поколениях.
Основной путь наследования называется геномным, так как информация передается непосредственно через ген. При зачатии материнская яйцеклетка в десятки раз превышающая по размеру сперматозоид, передает дополнительную информацию дочерней клетке, такое наследование называется цитоплазматическим или митахондриальным. Открытие последнего типа наследования принадлежит молекулярному генетику А.К. Уилсону. Он пришел к поразительному даже для современной науки выводу, что все человечество произошло от одной женщины, жившей в восточной Африке 200-150 тысяч лет назад. Данные Уилсона о «митохондриальной Еве», хотя и вызвали естественное возрождение ученых, были многократно подтверждены. Итак, при рождении ребенок получает 50% генов от матери, 50% от отца и дополнительную информацию, хранящуюся в материнской яйцеклетки.
Существует еще так же эпигеномкая наследственность, информация, которая передается другими путями. Для млекопитающих характерно воздействие на плод на эмбриональном уровне. Любая инфекция, болезнь, перенесённая матерью, влияет на плод. Например, если мать на первых месяцах переболела краснухой (достаточно безобидным, в общем, то заболеванием), у плода с 90% гарантией будут наблюдаться серьезные отклонения в физическом и психическом развитии. Или, если мать во время беременности страдает от так называемого диабета беременных, у ребенка тоже будет нарушен глюкагоновый обмен.
В природе постоянно происходит колебание численности полуляций: число особей в полулящш то сокращается, то увеличивается. Эти процессы сменяют друг друга более или менее регулярно, поэтому их называют волнами жизни или популяционными волнами. В одних случаях они связаны с сезоном года (у многих насекомых, у однолетних растений). В других случаях волны наблюдаются через более длительные сроки и связаны с колебаниями климатических условий или урожаев кормов (массовое размножение белок, зайцев, мышей, насекомых). Иногда причиной изменения численности популяций являются лесной пожар, наводнение, очень сильные морозы или засухи.
Волны эти совершенно случайно и резко изменяют в популяция концентрации редко встречающихся генов и генотипов. В период спада волн одни гены и генотипы могут исчезнуть полностью, притом случайно и независимо от их биологической чёткости. А другие также случайно останутся и при том новом нарастании численности полуляций резко повысят свою концентрацию. Популяционные волны, как и мутацыонный процесс, поставляют случайный, ненаправленный наследственный материал для борьбы за существование и естественного отбора. Дарвин отметил соотносительный характер наследственной изменчивости: длинные конечности животных почти всегда сопровождаются удлинённой шеей, у бесшерстных собак наблюдаются недоразвитые зубы.
Связал с тем, что один и тот же ген оказывает влияние на формирование не одного, а двух и более признаков. В основе всех видов наследственной изменчивости лежит изменение гена или совокупности генов. Поэтому, говорят отбор по одному, нужному признаку, следует учитывать возможность появления в потомстве других, иногда нежелательных признаков, соотносительно с ним связанных.
Неопределенная изменчивость, которая затрагивает хромосомы или гены, т.е. материальные основы наследственности, она обусловлена изменением генов или образованием новых комбинаций их в потомстве.
Мутации -- обусловлены изменением генов комбинативная -- вызвал новой комбинацией генов в потомстве соотносительнно -- связала с тем, что один и тот же ген оказывает влияние на формирование не одного, а двух и более признаков.
Наследственность и изменчивость, -- разные свойства организмов, обусловливающие сходство и несходство потомства с родителями и с более отдаленными предками. Наследственность выражает устойчивость органических форм в ряду поколений, а изменчивость -- их способность к преобразованию дивергеция (от ср. - век. Лат. диверго -- отклоняюсь), расхождение признаков и свойств у первоначально близких групп организмов в ходе эволюции. Результат обитания в разных условиях и неодинаково направленного Е.О. Понятие дивергеция введено Дарвином для объяснения многообразия сортов культурных растений, пород домашних животных и биологических видов В неопределенную изменчивость входит мутация.
Особенности передачи наследственной информации определяются внутриклеточными процессами: митозом и мейозом. Митоз -- это процесс распределения хромосом по дочерним клеткам в ходе клеточного деления. В результате мвтоза каждая хромосома родительской клетки удваивается, и вдевтичлые копия расходятся по дочерним клеткам; при этом наследственная информация полностью передается от одной клетки к двум дочерним. Так происходит деление клеток в ортогенезе, т.е. процессе индивидуального развития. Мейоз -- это специфическая форма клеточного деления, которая имеет место только при образовании половых клеток, или гамет (спермотозоев и яйцеклеток). В отличие от метоза, число хромосом в ходе мейоза уменьшается вдвое; в каждую дочернюю клетку попадает лишь одна из двух гомологичных хромосом каждой пары, так что в половине дочерних клеток присутствует один гомолог, в другой половине -- другой; при этом хромосомы распределяются в гаметах независимо друг от друга. (Гены митохондрий и хлоропластов не следуют закону равного распределения при делении.) При слиянии двух галоидных гамет вновь восстанавливается число хромосом -- образуется диплоидная зигота, которая от каждого из родителей получила по одинарному набору хромосом.
Заключение
Едва ли найдутся люди, которым совершенно безразлична судьба их собственных детей. Забота о ближайших потомках должна начинаться не после их появления на свет, а задолго до этого момента, еще во время формирования семьи. По статистическим данным, из каждых 200 младенцев один появляется на свет с хромосомными аномалиями, некоторые из которых в состояния исковеркать всю его будущую жизнь. Более того, практически у каждого взрослого человека во всех клетках тела, включая половые, существуют несколько измененных генов, мутация в которых негативно влияют на их работу. Как скажутся такие гены на умственные способностях и на внешнем облике ребенка, если он получит другие дефектные гены от второго родителя? В США свыше 20 млн. человек, то есть почти каждый десятый, уже страдают от унаследованных расстройств здоровья, которые в разных условиях и по-разному могут проявляться в течение всей жизни. В других странах, независимо от экономического статуса, положение наверняка не лучше.
Единственное, что мы можем сделать, чтобы что-то противопоставить сложившейся ситуация -- отдавать себе отчет в серьезности положения и предпринимать разумные усилия для того, чтобы на свет не появлялись дети с тяжелыми наследственными патологиями. Реальный шанс для этого существует, но для этого надо быть, прежде всего, хорошо информированным о возможности собственных генетических заболеваниях или мутативных генах, которые могут стать их причиной у потомства. Подобную информацию можно получить в центрах медико-генетического консультирования. При этом врач не в праве навязывать свою волю пациентам, он может и должен лишь информировать их о возможных опасностях и последствиях проявления генетически врождённых заболеваний у потомства. Любопытно, что первая в мире подобная консультативная служба была организована именно в России, в Институте нервно- психиатрической профилактики еще в конце 20-х годов ХХ века.К сожалению, трагические последствия геноцида, который осуществляла гитлеровская Германия во время второй мировой войны, несколько затормозила развитие сети подобных консультаций, поскольку политика нацизма долгие годы бросала зловещую тень на любые попытки исправления наследственности человека.
На всем протяжении существования психогенетики как науки исследователи проявляли особый интерес к природе так называемых неадекватных форм развития. Спектр исследуемых феноменов простирался от тяжелых, редко встречающихся расстройств: например, аутизм и детская шизофрения, до часто встречающихся типов поведения, незначительно отклоняющихся от нормы: например, специфическая неспособность к математике. Современная статистика, собранная Всемирной Организацией Здоровья, свидетельствует о том, что каждый десятый ребенок, проживающий в развитых странах, подвержен риску.
Результаты психогенетических исследований, проведенные разными методами, говорят о существования первичной, «исходной», индивидуальность, задаваемой нашей наследственностью. Необходимо помнить, что психогенетические данные говорят о причинах именно различий между людьми, то есть о происхождении популяционной изменчивости, и ее выводы не могут быть перенесены на оценки индивидуально- психологических особенностей конкретного человека.
Все это говорит о существенной роли генотипа в формировании самых разных компонентов и уровней в структуре человеческой индивидуальности. Не спрашивай, что наследуемо, спрашивай, что не наследуется» - так пишут авторы знаменитой книги «Генетика поведения».
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Изучение эксперимента на мухе дрозофиле для исследования наследственности и изменчивости видов. Перепрограммирование соматических клеток. Принцип применения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Метод переноса ядра соматической клетки в ооцит.
курсовая работа , добавлен 02.04.2015
Мейоз как один из ключевых механизмов наследственности и изменчивости. Биологическое значение мейоза: поддержание постоянства кариотипа в ряду поколений, обеспечение рекомбинации хромосом и генов. Законы Грегора Менделя как основа классической генетики.
презентация , добавлен 15.04.2014
Элементарная генетическая и структурно-функциональная биологическая система. Клеточная теория. Типы клеточной организации. Особенности строения прокариотической клетки. Принципы организации эукариотической клетки. Наследственный аппарат клеток.
контрольная работа , добавлен 22.12.2014
Сущность органоидов, классификация включений цитоплазмы по функциональному назначению. Отличительные особенности растительной и животной клеток, роль ядра в их функционировании. Основные органоиды клетки: комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, пластиды.
презентация , добавлен 27.12.2011
Характеристика жизненного цикла клетки, особенности периодов ее существования от деления до следующего деления или смерти. Стадии митоза, их продолжительность, сущность и роль амитоза. Биологическое значение мейоза, его основные этапы и разновидности.
лекция , добавлен 27.07.2013
Строение и функции оболочки клетки. Химический состав клетки. Содержание химических элементов. Биология опухолевой клетки. Клонирование клеток животных. А была ли Долли? Клонирование - ключ к вечной молодости? Культивирование клеток растений.
реферат , добавлен 16.01.2005
Химический состав и значение оболочки растительной клетки. Физические свойства цитоплазмы. Структура мембраны клетки, ее мембранные органоиды. Особенности нуклеинового и белкового обмена двумембранных органоидов. Одномембранные и немембранные органоиды.
презентация , добавлен 08.11.2012
Ген как последовательность ДНК, несущая информацию об определенном белке. Идентификация генов по кластеру (группе) мутаций. Элементарный фактор наследственности: доминантные и рецессивные признаки. Независимость генов, роль хромосом в наследственности.
реферат , добавлен 26.09.2009
Виды и формы клеток. Структурные компоненты клетки. Особенности биологической мембраны. Характеристика цитоплазмы и ее основных органоидов. Функции митохондрий, эндоплазматической сети и аппарата Гольджи. Роль лизосом, центриолей и микротрубочек.
презентация , добавлен 06.06.2012
Рассмотрение характеристик клетки как элементарной целостной системы живого организма. Типы клеток животных и растений. Строение и функции мембраны, цитоплазмы, митохондрии, аппарата Гольджи, лизосом, вакуоль, рибосом. Описание органоидов движения.
Реферат на тему:
«Цитологические основы наследственности»
3. Строение хромосом
4. Жизненный цикл клетки. Митоз, его значение. Патология митоза
5. Строение и размножение половых клеток. Гаметогенез. Мейоз. Патология мейоза
1. Предмет и проблематика медицинской генетики
Медицинская генетика изучает закономерности наследственности и изменчивости под углом зрения патологии (болезни), а именно - причины возникновения наследственных болезней, характер их наследования в семьях, распространение в популяциях людей, специфические процессы на клеточном и молекулярном уровнях.
Генетические факторы влияют на причину многих не наследственных в обычном смысле слова болезней, накладывая отпечаток на возможность возникновения, течение и исход болезни. Здесь стоит вопрос о наследственной предрасположенности к болезням.
К кругу задач медицинской генетики ОТl1Осится изучение наследственной изменчивости - геномных, хромосомных и генных мутаций. Генетика выясняет условия их возникновения. При действии на формирующиеся половые клетки здоровых людей химических соединений и физических факторов возникает изменение генетических механизмов - мутации, которые выявляются не у лиц, подвергшихся воздействию, а у их потомства и выражаются в виде наследственных болезней и пор оков развития.
К задачам медицинской генетики относится разработка методов лечения наследственных болезней, методов ранней диагностики (распознавания) наследственных болезней и методов их превентивного (предупредительного) дородового лечения.
Чтобы понять основы наследственности и изменчивости человека, необходимо знать строение и функции клетки.
2. Клетка - основная единица биологической активности
В природе существуют многоклеточные, одноклеточные и неклеточные организмы.
У многоклеточных организмов клетки имеют оформленное ядро и цитоплазму с органоидами. Такие клетки называются эукариотами. у эукариот ДНК может спирализоваться и упаковываться белкамигистонами, а при делении клеток образуются хромосомы.
У одноклеточных организмов (бактерий и сине-зеленых водорослей) ядерное вещество не покрыто ядерной оболочкой; одна молекула ДНК замкнута в кольцо; нет белков-гистонов, которые упаковывают ДИК; дик деспирализована (раскручена); отсутствуют мембранные органоиды, нет клеточного центра. Такие клетки называются прокариотами.
Строение эукариотической клетки
Эукариотическая клетка состоит из оболочки, цитоплазмы и ядра. Оболочка или мембрана покрывает клетку снаружи, отделяя ее
содержимое от окружающей среды. Мембраной покрыты: большинство органоидов клетки. Мембрана состоит из 2-х слоев липидов, между которыми расположен слой белка. На мембранах происходят многочисленные биохимические процессы.
Цитоплазма - полужидкая слизистая бесцветная масса сложного строения. В цитоплазме расположены: 1) ядро; 2) органоиды; 3) включения.
1) Ядро состоит из: а) хроматина; б) ядрышка; в) ядерного сока; г) ядерной оболочки.
а). Хроматин - интенсивно окрашенные глыбки, гранулы и сетевидные структуры ядра. Они состоят из деспирализованной ДНК и белка. Во время деления клетки ДНК уплотняется и упаковывается с помощью белков-гистонов (структурные белки), превращаясь в хромосомы. Спирализованные участки ДНК не активны - на них не происходит синтез иРНК. Передача генетической информации осуществляется деспирализованными участками ДНК. Когда ядро находится в интерфазе (между делениями).
Различают хроматин 2-х видов: эухроматин и гетерохроматин.
Эухроматин слабо окрашен, активен, на нем происходит транскрипция иРНК. Гетерохроматин хорошо окрашивается красителями, сильно спирализован, не активен. Перед делением нити хроматина превращаются в хромосомы и теперь гетерохроматин контролирует степень конденсации (уплотнении) и спирализации хромосом, делая нити ДНК во время деления клетки недоступными для транскрипции и-РНК. В хромосомах участки эухроматина и гетерохроматина чередуются в виде светлых и темных полос.
Гетерохроматин появляется в интерфазном ядре женских клеток. В женском организме имеется две: половых Х-хромосомы, одна из которых сильно спирализована и плотно упакована уже на ранних этапах эмбрионального развития и видна в виде глыбки хроматина, прикрепленного к 15 оболочке ядра. В мужском организме одна половая Х-хромосома, а вторая половая У-хромосома. Благодаря сильной спирализации одной хромосомы у женщин организмы мужчин и женщин уравновешиваются по количеству функционирующих генов. Глыбки хроматина, прикрепленные к оболочке ядра в женских клетках, называются половым хроматином или тельцем Барра.
Половой хроматин имеет диагностическое значение. Отсутствие его в ядрах клеток у женщин и присутствие у мужчин свидетельствует о наследственном заболевании. Определяют половой хроматин путем анализа эпителиальных клеток в соскобе слизистой оболочки щеки или в клетках крови - лейкоцитах.
б) Ядрышко формируется на определенных хромосомах с генами, кодирующими синтез и-РНК; в нем образуются субчастицы рибосом. Ядрышко обнаруживается только в неделящихся клетках.
в). Ядерный сок - кариоплазма - это бесструктурная масса, состоящая из белков, различных РНК Свободных нуклеотидов, аминокислот, продуктов обмена.
г). Ядерная оболочка - состоит из 2-х мембран, пронизанных порами, через которые вещества проникают из цитоплазмы в ядро и выводятся из ядра в цитоплазму.
2) Органоиды. К ним относятся: эндоплазматическая сеть, рибосомы, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, клеточный центр.
а) Митохондрии - это энергетические станции клетки. Они образуют и накапливают энергию в виде АТФ. Митохондрии имеют 2 мембраны: наружную гладкую и внутреннюю, образующую складки (кристы), что увеличивает внутреннюю поверхности, митохондрий. На внутренней мембране синтезируется АТФ (аденозинтрифосфорная кислота).
б) Рибосомы - состоят из 2-х субчастиц: большой и малой, состоящих из белка и рибосомальной рнк. Между большой и малой частями находится Функциональная зона, в которой проходит и-РНК, в большой субъединице образуются полипептидные связи между аминокислотами в процессе синтеза белка.
в) клеточный центр - состоит из 2-х центриолей, расположенных под прямым углом друг к другу. Каждая центриоль-цилдиндр, состоящий из 2 триплетов микротрубочек. Клеточный центр растягивает хроматиды (хромосомы) во время деления клетки, обеспечивая равноценное распределение генетического материала между дочерними клетками.
3) Включения- непостоянные компоненты клетки. Их можно разделить на несколько групп: 1) трофические (питательные): жиры, углеводы; 2) секреторные (нужные организму): гормоны, ферменты; 3) экскреторные (ненужные и подлежащие выделению из организма): мочевая, кислота и др.; 4) пигментные:: меланин (коричневый пигмент).
Введение
1 За неполных 100 лет после переоткрытия законов Г. Менделя генетика прошла путь от философского понимания законов наследственности и изменчивости через экспериментальное накопление фактов формальной генетики к молекулярно-биологическому пониманию сущности гена, его структуры и функции. От теоретических построений о гене как абстрактной единице наследственности - к пониманию его материальной природы как фрагмента молекулы ДНК, кодирующего аминокислотную структуру белка, до клонирования индивидуальных генов, создания подробных генетических карт человека, животных, идентификации генов, мутации которых сопряжены с тяжелыми наследственными недугами, разработки методов биотехнологии и генной инженерии , позволяющих направленно получать организмы с заданными наследственными признаками, а также проводить направленную коррекцию мутантных генов человека, то есть генотерапию наследственных заболеваний.
Генетика - это наука, изучающая основные закономерности наследственности и изменчивости. Она раскрывает сущность того, каким образом каждая живая форма воспроизводит себя в следующем поколении, и как в этих условиях возникают наследственные изменения, которые передаются потомкам, участвуя в процессах эволюции и селекции. Современная генетика является сплавом классической и молекулярной генетики.
Наследственность - это свойство организма передавать свои признаки и особенности потомству. Сохраняются и передаются не сами признаки, а генетическая информация о признаках, закодированная в ДНК. Молекулы ДНК с большей точностью реплицируются (удваиваются) и передаются родителями потомству, сменяя миллионы поколений.
Изменчивость - это свойство (способность) живых организмов отличаться от своих родителей и приобретать новые признаки и свойства.
2 Генетика человека изучает закономерности хранения, передачи и реализации генетической информации (гены, строение, функции), механизм возникновения закономерности передачи изменений, их проявление и последствия. Редупликация молекул ДНК является основой наследственности. Наследственность объясняет сохранение видов во времени и пространстве. Кроме этого молекуле ДНК присуща способность к рекомбинации, в процессе которой изменяется последовательность нуклеотидов в генах, и в результате чего образуются новые комбинации генов и соответствующих признаков. Происходят изменения генетической информации и под влиянием факторов окружающей среды. Многочисленные сигналы внешней и внутренней среды поступают к генам, регулируют их активность, осуществляя ответ организма на воздействия сигналов. Возникновение новых признаков у потомства обеспечивает адаптацию особей к меняющимся условиям жизни, передачу этих признаков потомству т.е. развитие вида во времени, его эволюцию.
3 Медицинская генетика изучает роль наследственности и изменчивости с точки зрения патологии человека, закономерности передачи от поколения поколению наследственных болезней, а также разрабатывает методы диагностики, лечения и профилактики наследственной патологии, в том числе и болезней с наследственной предрасположенностью, объединяя, таким образом, медицинские и генетические открытия и достижения для борьбы с болезнями. Медицинская генетика, являясь важнейшей частью теоретической медицины, выясняет значение наследственных (сочетание генов, мутаций) и средовых факторов, а также их соотношения в этиологии болезней. Как теоретическая и клиническая дисциплина медицинская генетика продолжает интенсивно развиваться в разных направлениях: изучение генома человека, цитогенетика, молекулярная и биохимическая генетика, иммуногенетика, генетика развития, популяционная генетика, клиническая генетика.
4 Генетика как наука является достаточно молодой. Она родилась в 1900 году. Вся история генетики делится на несколько этапов:
1. Доменделевский (до 1865 года)
2. До переоткрытия законов Менделя (1865-1900)
Г. Мендель проводил опыты с горохом и проанализировав результаты он обнаружил специфические особенности распределения признаков родительских особей в их потомстве.Свои выводы он представил в статье «Опыты над растительными гибридами». Однако эти исследования остались незамеченными до момента их переоткрытия, что произошло в 1900 г тремя ботаниками независимо друг от друга Г. Де Фриз, К. Корренс, Э.Фон Чермак.
3. Этап классической генетики (1900-1953)
4. Современный этап (этап молекулярной генетики, с 1953)
Современный этап связан с изменением модельных объектов - микроорганизмы, т. к. например бактерии гаплоидны и у них функционируют все гены. Активно применяются методы точных наук: рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, метод меченых радиоизотопов и т. п.
История генетики человека начинается в 1752 г когда врачП.Монертьюи описал наследование 2х болезней: шестипалости и альбинизма, и доказал, что эти признаки передаются и от отца и от матери, т. е. Они равнозначны. В 1815 г врач Дж.Адамс предложил все заболевания человека, которые передаются по наследству разделить на 2 группы:
1. наследственные - те которые непосредственно передаются от родителя к ребенку (доминантные)
2. семейные - у здоровых рождается больной ребенок, но эта болезнь встречается у других членов семьи (рецессивные)
Адамс впервые предостерег от опасности близкородственных браков.
В 1820 г Нассе описал наследование гемофилии генов: болеют как правило мальчики, а носители - их мамы.
В 1876 г Горнер показал, что дальтонизм похож по передаче потомству на гемофилию.
Большой вклад внес ФрГальтон, который предложил методы изучения генетики генов (генеалогический, близнецовый и статистический) и ввел в биологию понятия регресс и евгеника - облагораживание человеческого вида путем поддержки воспроизводства людей, обладающих желаемыми качествами и препятствование воспроизводству больных, умственно отсталых и калек..
В 1900 г К.Ландштайнер описал группы крови по системе А,В,0 на 4 группы крови. А в 1924 г Бернштейн описал наследование групп крови по системе А,В,0, которое наследуется по принципу множественного аллелизма.
В 1902 гА.Гаррод описал наследование рецессивного заболевания алкаптонурии.
В 1903 г Фараби описал первое доминантное заболевание брахидактилия (короткопалость).
В 20-30е годы 20 века развитие генетики человека в Советской России занимало ведущие позиции в мире. Большой вклад внесли: Н.Н. Кольцов, Ю.А. Филипченко (изменчивость, гены-модификаторы), А.С. Серебровский, С.С.Четвериков, С.Н. Давиденков (наследственность многих заболеваний).
В 1953 г изучение генетики человека перешло на молекулярный уровень и в конце 20 века началась расшифровка генома человека. В 2005 году геном полностью расшифрован.
Изучение генетики человека показало, что человек - неудобный объект:
«+» - позволяет рассказать о признаках и болезнях родственников;
«-» - малочисленное потомство, невозможность направленных скрещиваний, невозможность экспериментального применения мутагенов, позднее половое созревание, отсутствие подробных родословных, отсутствие точной регистрации наследственных признаков, большое число мелких хромосом (46) трудноразличимых, невозможность обеспечения одинаковых условий для развития потомков от разных браков.
5 В настоящее время одним из основных методов профилактики наследственной и врожденной патологии является медико-генетическое консультирование, которое дает возможность пациенту и его семье получить необходимые сведения о способах предупреждения заболевания, его течении, вероятности повторения его у потомков. Первая медико-генетическая консультация была организована в 1929 г в Институте нервно-психической профилактики в Ленинграде профессором С.Н. Даавиденковым для больных с заболеваниями нервной системы. Зарубежные учреждения подобного типа были открыты в 40-х годах 20 века. В 1950 г Ш.Рид опубликовал первое краткое руководство по генетическому консультированию.
Изучение генома человека на молекулярном уровне позволило проводить диагностику наследственных заболеваний, в т.ч. И у плода во время беременности. Огромное значение имеет ДНК-диагностика опухолей и заболеваний с наследственной предрасположенностью до начала их клинических проявлений.
В последние годы 20 века началась разработка методов генотерапии - лечение с помощью генов и продуктов их работы. Надежды, возлагаемые на генотерапию обусловлены её направленным воздействием на причину патологических изменений и следовательно высокой эффективностью коррекции этих изменений.
В настоящее время проводится работа по созданию «генетического паспорта» человека, который будет индивидуален для каждого человека. Паспорт будет содержать информацию о генах, определяющих предрасположенность к различным заболеваниям.
5 Современная генетика стремительно развивается и ощутимо влияет на медицину. Генетика прошла несколько этапов, в результате чего появились современные классические знания о генетических основах живого организма, Генетику можно считать теоретическим фундаментом современной медицинской науки. Понимание наследования и возможных изменений как нормальных, так и патологических признаков человека необходимо при изучении физиологии, гистологии, биохимии, педиатрии, терапии, хирургии, неврологии, дерматовенерологии, офтальмологии, отоларингологии, патофизиологии и других клинических дисциплин для исследования этиологии, патогенеза, влияния на передачу наследственных признаков факторов внешней среды, продуктов питания, лекарственных препаратов.
Раздел 1. ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ
Тема 1. Цитологические основы наследственности.
· Тимолянова Е.К. Медицинская генетика. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2003.
· Бочков Н.П. Медицинская генетика. – М.: Мастерство, 2002.
1 Все живые организмы состоят из клеток. Некоторые - всего лишь из одной клетки (многие бактерии и протисты), другие являются многоклеточными.
Клетка - элементарная структурная и функциональная единица организма, обладающая всеми основными признаками живого. Клетки способны размножаться, расти, обмениваться веществами и энергией с окружающей средой, реагировать на изменения, происходящие в этой среде. В каждой клетке живого организма содержится наследственный материал, в котором заключена информация обо всех признаках и свойствах данного организма.
Для того чтобы понять, как существует и работает живой организм, необходимо знать, как организованы и функционируют клетки. Многие процессы, присущие организму в целом, протекают в каждой его клетке (например, синтез органических веществ, дыхание и др.).
В настоящее время все клетки делят на прокариотические и эукариотические.
Изучением строения клетки и принципов ее жизнедеятельности занимается цитология (от греч. китос - клетка, ячейка, логос - учение, наука).
Клетки живых организмов могут различаться
· по форме
· размеру
· выполняемым функциям, но при этом все клетки имеют определенный план строения.
Клетка состоит из трех основных частей: поверхностного аппарата, цитоплазмы и ядра (у эукариот).
1. Поверхностный аппарат образован цитоплазматической мембраной (плазмолемма) и надмембранным комплексом. Поверхностный аппарат ограничивает внутреннее содержимое клеток, защищает его от внешних воздействий, осуществляет обмен веществ между клеткой и внеклеточной средой. Надмембранный комплекс клеток растений, грибов и многих протистов представлен плотной, часто многослойной, разнообразной по строению клеточной стенкой (оболочкой). Клетки животных покрыты только цитоплазматической мембраной. Клеточная мембрана имеет жидкостно-мозаичную структуру.
2. Цитоплазма (от греч. китос - клетка, ячейка, плазма - оформленный) включает внутреннюю среду клеток - гиалоплазму - и погруженные в нее цитоскелет, органоиды и включения. Цитоскелет (внутриклеточный скелет) - это система микротрубочек и микрофиламентов (микронитей). Он выполняет опорную функцию и обеспечивает внутриклеточные движения. Органоиды - постоянные структуры цитоплазмы, имеющие разное строение и выполняющие различные функции. Органоиды можно разделить на две группы: мембранные и немембранные. Мембранные органоиды также представлены двумя типами - двумембранными и одномембранными. К двумембранным органоидам относятся митохондрии и пластиды. Одномембранными органоидами являются эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы и вакуоли. К немембранным органоидам относятся рибосомы и клеточный центр. Включения - непостоянные внутриклеточные образования. Они могут появляться в процессе жизнедеятельности, исчезать и вновь образовываться. Включения в основном представляют собой запасные вещества или конечные продукты обмена веществ клетки. Это могут быть, например, липидные капли, гранулы (зерна) крахмала или гликогена, кристаллы солей.
3. Ядро - важнейшая структура клеток эукариот, имеющая двумембранное строение. В нем содержится ДНК, которая является носителем наследственной информации. Ядро обеспечивает хранение и реализацию наследственной информации, а также ее передачу дочерним клеткам.
Все клетки, независимо от уровня организации, сходны по химическому составу. В живых организмах обнаружено 86 химических элементов периодической системы Д.И.Менделеева. Они образуют два класса соединений – органические и неорганические . К неорганическим веществам клетки относятся вода (75-85%), и минеральные вещества (1-1,5%). Органические вещества клетки представлены белками (10-20%), жирами (1-5%), углеводами (0,2-2%), нуклеиновыми кислотами (1-2%). % от сырой массы клеток.
2 Ядро - важнейшая структура клеток всех эукариот. Большинство клеток имеет одно ядро. Изредка встречаются двуядерные (инфузория туфелька - опыт Вильсона с макро- и микронуклеусом. Оставался макро- существовала но не делилась, оставался микро- восстанавливала макронуклеус и существовала как нормальная инфузория, без ядра оставалась - отмирала. ) и многоядерные клетки (некоторые протисты, клетки грибов, поперечнополосатые мышечные волокна). Некоторые клетки в зрелом состоянии не имеют ядра, например эритроциты млекопитающих, клетки ситовидных трубок цветковых растений. Такие клетки не способны к размножению.
Обычно ядро имеет шаровидную форму, но может быть линзовидным, веретеновидным и даже многолопастным (в клетках зернистых лейкоцитов). В животной клетке ядро обычно расположено в центре, а в растительной, как правило, находится на периферии клетки (центральную часть часто занимает вакуоль).
Строение и функции ядра. Общий план строения ядра одинаков у всех клеток эукариот. Оно состоит из ядерной мембраны, ядерного сока, хроматина и ядрышка (одного или нескольких).
От цитоплазмы содержимое ядра отделено ядерной мембраной (кариотека), состоящей из двух мембран. Наружная мембрана граничит с цитоплазмой клетки, в некоторых местах она переходит в каналы эндоплазматической сети. К наружной мембране ядра прикрепляются рибосомы. Внутренняя мембрана, контактирующая с ядерным соком, гладкая. Ядерная оболочка пронизана множеством пор, через которые из ядра в цитоплазму выходят субъединицы рибосом, молекулы иРНК и тРНК, а в ядро из цитоплазмы поступают различные белки (в том числе ферменты), нуклеотиды, АТФ, ионы и т. д. Наибольшее число пор у яйцеклетки, наименьшее у сперматозоида (0).
Ядерный сок (кариоплазма) имеет гелеобразную консистенцию, в его состав входят различные органические и неорганические вещества. Ядерный сок имеет слабощелочную реакцию. В ядерном соке располагаются хроматин и ядрышки.
Хроматин под микроскопом имеет вид тонких тяжей, мелких гранул или глыбок. Основу хроматина составляют молекулы ДНК, соединенные со специфическими белками-гистонами. В состав хроматина входят также молекулы РНК, синтез которых осуществляется на ДНК. В виде длинных нитей - активно работает, в виде глобул - не работает.
Ядрышки - плотные, округлые, не ограниченные мембраной участки ядра. Здесь происходит синтез рРНК и объединение их с молекулами белков, что приводит к образованию субъединиц рибосом. Таким образом, ядрышко представляет собой место синтеза рРНК и сборки отдельных субъединиц рибосом. В начале деления клетки ядрышки разрушаются, а в конце деления формируются вновь в определенных участках хромосом.
Похожая информация.
Строение клетки . После того как был сконструирован микроскоп учёные установили, что все организмы растений и животных состоят из мельчайших частиц- клеток. Клетка является элементарной единицей строение всех живых организмов. Данные микроскопических исследований показывают, что каждая клетка содержит много органоидов которые выполняют разнообразные функции. Схема строения животной клетки показана на рисунке 1.
Снаружи клетка покрыта оболочкой или мембраной. Клеточная оболочка состоит из трёх слоёв: белки, липиды, белки, а у растительных клеток есть ещё слой из клетчатки. В оболочке клеток имеются поры, через которые осуществляется связь клетки с окружающей средой. Установлено, что клеточные мембраны обладают дифференцированной проницательностью, одни вещества пропускают, другие - нет. Клеточные мембраны придают клетке определённую форму, выполняют защитную, питательную и выделительную функции. Наиболее характерным процессом для мембран является активный транспорт веществ. Этот транспорт осуществляется с помощью белков, которой переносят различные вещества с одной стороны мембраны на другую. Под оболочкой клетки находиться гелеобразное вещество – цитоплазма, в которой располагаются органоиды: ядро, эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, клеточный центр, а в клетках растений – также и пластиды.
В большинстве случаев ядро имеет шаровидную или овальную форму и располагается в центре клетки. Оно служит важным регулирующим центром клетки, так как в нём расположены хромосомы, определяющие признаки данного организма, и управляет многими внутриклеточными процессами. В ядре находятся сферические тельца, называемые ядрышками. Они исчезают, когда клетка готовится к делению. Предполагают, что ядрышки участвуют в синтезе рибонуклеиновых кислот.
Внутреннюю часть клетки заполняет гелеобразное вещество, которое называется цитоплазмой. Цитоплазма представляет собой сложный лабиринт из мембран, образующих эндоплазматическую сеть. Существуют два типа эндоплазматической сети: гранулярная и агранулярная. На поверхности гранулярной сети находится много рибонуклеопротеидных частиц, называемых рибосомами. Эндоплазматическая сеть увеличивает обменную поверхность клетки. По её канальцам происходит транспорт веществ внутри клетки.
Рибосомы – мелкие частицы, находящиеся в клетке как в свободном состоянии, так и прикрепленные к наружной поверхности каналов эндоплазматической сети. Они являются чистыми рибонуклеопротеидами, так как состоят только из РНК и белка. В рибосомах бактерий содержится 60-64% РНК, в рибосомах млекопитающих – 40-45%.
Каждая рибосома состоит из двух сферических субъединиц, неравных по величине и химическому составу. В рибосомах происходит биосинтез белка. Количество рибосом в клетке непостоянно и зависит от интенсивности синтеза белка.
Все живые клетки содержат митохондрии. Это небольшие тельца размером 0,2 – 5 мкм, имеющие сферическую или палочковидную форму. В клетке их может быть от несколько штук до тысячи и более. Митохондрии выполняют энергетическую функцию, поэтому они сосредоточены в той части клетки где обмен веществ наиболее интенсивен. В них синтезируется аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), необходимая для энергетических затрат клетки.
Митохондрии имеют внутреннюю внешнюю мембраны. Внутренняя мембрана образует складки, называемые кристами. В химическом отношении митохондрии включают в себя липопротеидный комплекс. В их составе содержится также много дыхательных ферментов: оксидаза, цитохромоксидаза и др.
В составе почти всех клеток имеется комплекс Гольджи. Он представляет собой сеть канальцев, выстланных мембранами. Обычно он расположен около ядра и окружает центриоли. Комплекс Гольджи служит местом временного хранения веществ, вырабатываемых в гранулярной эндоплазматической сети.
Лизосомы – группа внутриклеточных органелл, встречающихся в клетках животных. Они представляют собой ограниченные мембранами тельца, которые содержат разнообразные ферменты, способные гидролизовать макромолекулярные компоненты клетки.
Для цитоплазмы растительных клеток характерно присутствие пластид, которые осуществляют фотосинтез, синтез крахмала и пигментов. По окраске и выполняемой функции пластиды разделяются на три группы: лейкопласты, хлоропласты и хромопласты. Пластиды размножаются путём прямого деления. Для генетиков пластиды представляют объект тщательного изучения, так как они содержат ДНК и принимают участие в передаче наследственной информации.
Строение и типы хромосом. Главными органоидами клетки, локализованными в ядре и отвечающими за хранение и передачу наследственной информации, являются хромосомы. Своё название эти органоиды получили от греческого слова хром, что в переводе означает цвет. Это указывает на интенсивное поглощение хромосомами красителей. Хромосомы можно видеть под микроскопом только в период деления клетки. Наиболее удачное время для наблюдения за хромосомами это метафаза. У большинства организмов хромосомы имеют продолговатую форму и длину от 1 до 30 мкм.
При микроскопическом анализе хромосом видны различия в их форме и величине. Каждая хромосома имеет своё индивидуальное строение. Вместе с тем можно заметить, что хромосомы имеют общие морфологические признаки. Схема строения хромосомы показана на рисунке.
Хромосома имеет продолговатые участки – плечи или теломеры, которые разделены центромерой. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, которая отделяет от хромосомы небольшой участок, называемый спутником. По положению центромеры хромосомы разделяют на четыре типа: метацентрики, субметацентрики, акроцентрики и телоцентрики.
К метацентрикам относят хромосомы, у которых центромера расположена по середине. Хромосомы, у которых одно плечо значительно длиннее другого, называют субметацентриками. К акроцентрическому типу относят хромосомы, у которых одно плечо длинное, а другое представлено небольшим зачатком. Телоцентрические хромосомы имеют только одно плечо. Точно определить тип хромосомы можно по величине плечевого индекса, который вычисляют путём деления длины длинного плеча на короткое.
Длинное плечо
Плечевой индекс (П.И.) = ----------------------
Короткое плечо
К метацентрикам относят хромосомы с величиной плечевого индекса
1 - 1,9, к субметацентрикам – 2 – 4,9, к акроцентрикам – 5 и более. Для телоцентрических хромосом плечевой индекс не вычисляют, так как они имеют только одно плечо. Расположение центромеры и величина плечевого индекса служат одним из критериев классификации и идентификации хромосом.
Химический анализ хромосом показал, что в их состав входят белки сложного состава типа гистонов и протаминов и ДНК. Причём ДНК в составе хромосом находится в спирализованном состоянии в виде хроматид.
При окрашивании хромосом установлено, что они окрашиваются по всей длине не одинаково. Наблюдаются светлые и тёмные участки. Тёмно-окрашенные участки хромосом были названы гетерохроматиновыми, а светлоокрашенные – эухроматиновыми. Предполагают, что тёмноокрашенные участки – это неактивные участки где ДНК плотно спирализована.
В настоящее время разработано много методов дифференцированного окрашивания хромосом: G, C, Q, NOR и др. При дифференцированном окрашивании каждая хромосома приобретает свой специфический рисунок – чередование светлых и тёмных полос, отражающих различную функциональную активность отдельных участков хромосом. С помощью дифференцированного окрашивания можно не только идентифицировать хромосомы, но и обнаруживать различные нарушения в их строении.
В соматических клетках всех организмов содержится двойной или диплоидный набор хромосом (2n). Половые же клетки имеют одинарный или гаплоидный набор хромосом (n). Одинарный набор хромосом называется геномом.
Набор хромосом соматической клетки, свойственный данному виду организмов, называют кариотипом . Причём кариотип характеризуется не только числом хромосом, но и их формой, наличием полос при дифферен-
цированном окрашивании и другими признаками.
Кариотипы человека и других организмов
Человек 46 Кролик 44
Крупный рогатый скот 60 Осёл 62
Лошадь 64 Кошка 36
Свинья 38 Куры 78 (77)
Овца 54 Гуси 82 (81)
Собака 78 Дрозофила 8
Среди всех хромосом различают пары аутосом, одинаковых для мужских и женских особей, и одну пару половых хромосом, различающихся у мужских и женских организмов. Половые хромосомы женских особей млекопитающих обозначают буквами ХХ, а мужских ХY.
Деление клеток (митоз, мейоз). В основе роста и дифференцировки органов и тканей животных лежит размножение клеток путём их деления. Основным типом деления соматических клеток является митоз. Для митоза характерно строгое распределение генетической информации в дочерне клетки.
Схема митоза выглядит следующим образом:
2n - материнская клетка
2n 2n – две дочерние клетки
Промежуток от одного клеточного деления к другому называется клеточным циклом. Клеточный цикл состоит из интерфазы и собственно митоза. В период интерфазы, а она по продолжительности во много раз длиннее митоза, клетка активно выполняет жизненные функции, типичные для неё. В интерфазе выделяют три периода: предсинтетический (G1), синтетический (S) и постсинтетический (G2). В предсинтетическом периоде в клетке происходит активный синтез белка и других веществ, необходимых для образования клеточных структур и последующего деления. В S – периоде синтезируется ДНК и происходит формирование второй хроматиды. Таким образом, в митоз клетка вступает с удвоенным числом хромосом. В постсинтетическом периоде активность жизненных процессов в клетке снижается, клетка готовится к делению.
Вслед за интерфазой начинается деление клетки – митоз. Большинство учёных митоз разделяют на четыре фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.
Профаза. Эта фаза характеризуется постепенным уплотнением и спирализацией хромосом, в результате чего они становятся различимы под микроскопом, образуя нитевидные структуры. Видно, что каждая хромосома состоит из двух копий, расположенных рядом друг с другом и соеди-
нённых центромерой. Эти копии, пока они не разошлись, называются сестринскими хроматидами. Другим характерным событием профазы являются постепенное исчезновение ядрышка и разрушение оболочки ядра. Центриоли к концу профазы обычно расходятся к полюсам клетки. Под микроскопом в эту фазу видна сетчатая структура ядра.
Метафаза. У большинства организмов в этой фазе ядерная оболочка уже исчезла и хромосомы в сформированном виде находятся в цитоплазме. Центромеры хромосом прикрепляются нитями веретена деления к центриолям клетки. В эту фазу хромосомы собираются в плоскости, расположенной в области экватора клетки. Эта фаза митоза наиболее удобна для наблюдения и изучения хромосом.
Анафаза. Обычно это короткая стадия митоза. В эту фазу каждая центромера делится пополам. В результате сокращения нитей веретена дочерние хроматиды расходятся к полюсам клетки.
Телофаза. В этой фазе два набора хромосом группируется у противоположных полюсов клетки. Здесь они начинают раскручиваться и удлиняться, приобретая форму интерфазных хромосом. Вокруг каждого набора хромосом образуется ядерная мембрана и вновь возникают ядрышки. К концу телофазы делится цитоплазма и образуются две дочерние клетки с диплоидным набором хромосом.
Продолжительность митоза зависит от типа тканей, физиологического состояния организма и внешних факторов. Например, установлено, что во время покоя и сна животных митотическая активность различных тканей значительно выше, чем в период бодрствования.
Длительность митоза может составлять от нескольких минут до часа и более. При изучении митоза в культуре клеток человека установлено, что в среднем продолжительность фаз митоза следующая: профаза длится 60% времени, метафаза – 5%, анафаза – 5% и телофаза 30%.
Таким образом, в результате митоза из одной материнской клетки возникают две дочерние, содержащие такой же набор хромосом, как у исходной клетки. Основное биологическое значение митоза состоит в точном распределении хромосом между дочерними клетками; тем самым сохраняется преемственность хромосомного набора в ряде клеточных поколений и полноценность генетической информации каждой клетки, что необходимо для осуществления общих и специфических функций живого организма.
Мейоз – это два последовательных деления ядра, которые приводят к образованию половых клеток. Во время мейоза каждая клетка делится дважды, в то время как хромосомы удваиваются лишь один раз, в результате чего число хромосом в половых клетках оказываются вдвое меньше их числа в исходной клетке. Схема мейоза выглядит следующим образом.
2n - соматическая клетка
Редукционное деление
Эквационное деление
n n n n - половые клетки
Первое деление мейоза, которое приводит к уменьшению числа хромосом в два раза, называется редукционным, второе деление, в результате чего число хромосом не изменяется, - эквационным. Предшествующая мейозу интерфаза полностью аналогична митотической интерфазе. В ней происходит синтез ДНК и удвоение хромосом.
Редукционное деление начинается с профазы 1, которая подразделяется на пять стадий: лептонемы, зигонемы, пахинемы, диплонемы и диакинеза. В стадии лептонемы хромосомы представляют тонкие нити. Они еще деспирализованы и в 2-5 раз длиннее метафазных. Под микроскопом можно видеть, что они состоят из двух хроматид, соединенных центромерой.
На стадии зигонемы гомологичные хромосомы коньюгируют, т. е. соединяются друг с другом наподобие застёжки « молния ». Такое соединение гомологичных хромосом называется синапсом. Это важное генетическое событие, поскольку оно даёт возможность обмена участками между гомологичными хромосомами. На этой стадии под микроскопом можно видеть, что каждая хромосома состоит из двух нитей, а в комплексе образуется бивалент их четырёх хроматид. Далее на стадии пахинемы происходит утолщение хромосом, так что становятся хорошо различимы сестринские хроматиды.
На стадии диплонемы две гомологичные хромосомы почти расходятся, однако сестринские хроматиды остаются соединёнными общей центромерой. Кроме того, у гомологичных хромосом остаются одна или несколько зон контакта, которые называются хиазмами. Каждая хроматида может образовывать хиазмы с любой из хроматид гомологичной хромосомы, так что хиазмами могут быть связаны две, три или все четыре хроматиды бивалента. Число хиазм в биваленте может быть различным, но обычно не более двух - трех. Наличие хиазм свидетельствует о том, что между хроматидами происходит кроссинговер (т.е. обмен участками).
Диакенез характеризуется максимальным утолщением и спирализацией хромосом, принимающих форму коротких толстых палочек. У большинства организмов на этой стадии хиазмы перемещаются в направлении от центромер к концам хромосом и исчезают. После завершения диакенеза ядерная мембрана и ядрыщки растворяются.
После завершения профазы 1 наступает метафаза 1. В эту фазу биваленты располагают в плоскости экватора центромерами к противоположным полюсам. В анафазе 1 начинается расхождение гомологичных хромосом к противоположным полюсам, которое носит случайный характер. В телофазе 1 хромосомы достигают полюсов клетки. Вокруг них формируется ядерная оболочка и начинается деление цитоплазмы. Таким образом, в результате редукционного деления из одной клетки с диплоидным набором хромосом образуют две клетки с гаплоидным числом хромосом.
Между первой и второй стадиями мейоза имеется непродолжительный период покоя- интеркенез, во время которого не происходит синтез
ДНК и удвоения хромосом.
Эквационное деление происходит по типу митоза. Профаза 2 часто проходит очень быстро. В метафазе 2 хромосомы прикрепляются центромерами к нитям веретена и располагаются в плоскости экватора. К началу анафазы 2 каждая центромера делится и сестринские хроматиды таким образом становятся хромосомами, расходящимися затем к противоположным полюсам. Телофаза 2 завершается образованием ядерной оболочки вокруг каждого из двух гаплоидных ядер.
Таким образом, в результате двух мейотических делений из одной клетки с диплоидным набором хромосом образуются четыре клетки с гаплоидным набором. Случайный характер распределения хромосом и обмен их участками в результате кроссинговера позволяет создать новые комбинации наследственного материала в половых клетках. Кроме этого, мейоз обеспечивает поддержание постоянства числа хромосом в смежных поколених организмов.
Образование половых клеток и оплодотворение. У живых организмов размножение происходит в основном половым путём. Начало новому организму дают половые клетки – гаметы. Мужские половые клетки – сперматозоиды образуются в семенниках, а женские яйцеклетки – в яичниках. Половые клетки образуются из соматических в результате сложных процессов в мейозе. Процесс образования мужских половых клеток называется сперматогенезом, а женские – оогенезом.
Соматическая клетка, из которой образуются женские половые клетки, называется сперматоцитом первого порядка. В результате редукционного деления из него формируются два сперматоцита второго порядка с гаплоидным числом хромосом. Далее происходит эквационное деление, в результате которого каждый сперматоцит первого порядка делится с образованием двух клеток. Таким образом, в результате двух делений образуются четыре сперматида, которые в процессе формирования превращаются в полноценные сперматозоиды.
Сперматозоиды состоят из головки, шейки и хвоста. Головка содержит ядро и очень небольшое количество цитоплазмы. Сперматозоиды способны передвигаться в половых путях самки. Эти клетки образуются в придатках семенников непрерывно в течении всей жизни животного, начиная с момента полового созревания.
Яйцеклетка образуется из ооцитов первого порядка в процессе мейоза. При первом деления из ооцита образуются две гаплоидные клетки – ооцит второго порядка и полярное тельце. Причём эти клетки не равноценны. Ооцит второго порядка намного крупнее, так как эта клетка содержит почти всю цитоплазму материнской клетки. Полярное тельце включает хромосомы и очень небольшое количество цитоплазмы. Далее ооцит второго порядка делится, образуя крупную клетку, - оотид и полярное тельце. Полярное тельце полученное при первом делении также делится. Оотид в процессе формирования и созревания превращается в полноценную яйцеклетку, а полярные тельца в дальнейшем развитии не участвуют.
Таким образом, в результате двух последовательных делений из ооцита первого порядка образуется одна полноценная яйцеклетка с гаплоидным набором хромосом и три полярных тельца. Образование яйцеклеток у самок животных происходит при их половом созревании и протекает циклично.
Половые клетки участвуют в процессе оплодотворения. Оплодотворение – это слияние мужских и женских половых клеток, в результате чего восстанавливается диплоидный набор хромосом и начинается развитие нового организма.
Процесс оплодотворения видоспецифичный или избирательный. Это значит, что в норме яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом своего вида. Это закреплено процессом эволюции и не допускает смешения видов в природе. Кроме этого, оплодотворение носит случайный характер, т. е. яйцеклетка может быть оплодотворена любым из попавших в половые пути самки сперматозоидом.
Как исключение, в природе иногда наблюдается развитие организмов без оплодотворения. Это явление получило название партеногенеза. При партеногенезе получают потомство, полностью похожим на родительский организм. Различают две формы партеногенеза – андрогенез и гиногенез. При андрогенезе получают особей только мужского пола, при гиногенезе – женского. Используя явление партеногенеза Астаурову удалось решить проблему регуляции пола у тутового шелкопряда. В природе партеногенез встречается у низших форм (ракообразные, перепончатокрылые и др.), а из высших это явление обнаружено у птиц (индейки).
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Предмет, методы и история развития генетики. Значение генетики для практики
Министерство сельского хозяйства российской.. федерации..
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
