1. Клетка элементарная структурнофункциональная единица живого. Про и эукариотические клетки. Клетка

• Название: 1. Клетка элементарная структурнофункциональная единица живого. Про и эукариотические клетки. Клетка
• Дата: 07.05.2022
• Размер: 2.39 Mb.
• Имя файла: Voprosy_po_bio_ekz.docx
• Тип: Документы; #516593
• страница: 1 из 14

1.Клетка – элементарная структурно-функциональная единица живого. Про- и эукариотические клетки.
Клетка – это исторически сложившаяся, элементарная, структурно-функциональная единица живого. Клетку открыл в 1665 г. Роберт Гук. Клетки существуют в природе как самостоятельные одноклеточные организмы(бактерии, простейшие) или образуют ткани и органы многоклеточных растений, грибов и животных организмов.

Все живые организмы на Земле делятся на две группы: прокариот и эукариот.

Эукариоты – это растения, животные и грибы. Прокариоты – это бактерии(в том числе цианобактерии, они же "сине-зеленые водоросли").

У прокариот размеры 0,5-5,0 мкм. У них нет ядра, кольцевая ДНК(кольцевая хромосома) расположена прямо в цитоплазме(этот участок цитоплазмы называется нуклеоид). Раз у прокариот нет ядра, то нет и митоза/мейоза. Бактерии размножаются делением надвое. У прокариот из органоидов имеются только рибосомы(мелкие, 70S). Клеточные стенки жесткие, компонент прочности – муреин. У прокариот фотосинтез происходит в мембранах. Клетка прокариот гораздо меньше клетки эукариот: по диаметру в 10 раз, по объему – в 1000 раз. Некоторые клетки могут фиксировать азот.

Размеры эукариот – 40-60 мкм. У эукариот есть оформленное ядро(располагается хроматин, ДНК линейной формы). У эукариот кроме рибосом(крупных, 80S) имеется множество других органоидов: митохондрии, эндоплазматическая сеть, клеточный центр. Клеточные стенки растений содержат целлюлозу, у животных плазмолемма покрыта гликокаликсом. Эукариоты делятся митозом. Фотосинтез происходит в хлоропластах. Эукариоты не способны к фиксации азота.

Клетки всех живых организмов(всех царств живой природы) содержат плазматическую мембрану, цитоплазму и рибосомы.

2. Клеточная теория, её современное состояние и значение для медицины.

В 1839 году М. Шлейден и Т. Шванн объединили идеи разных ученых и сформулировали клеточную теорию, в которой говорится, что основной единицей структуры и функции в живых организмах является клетка. Клетка – элементарная единица живого, является единицей строения, функционирования и развития всех живых организмов.

1. 
   Клетки всех живых организмов гомологичные по строению, сходны по химическому составу и основным проявлением жизнедеятельности.
   
2. 
   Размножение клеток происходит путем деления исходной материнской клетки.
   
3. 
   В многоклеточных организмах клетки специализируются по функциям и образуют ткани, из которых построены органы и системы органов, связанные межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.
   

Клеточная теория сыграла огромную роль в развитии биологии как науки, а также послужила фундаментом для развития таких дисциплин как эмбриология, гистология, анатомия и физиология. Клеточная теория стала важной вехой в развитии не только биологии, но и медицины. Свое развитие в области медицины эти представления получили в работах Р. Вирхова(1858г.), в которых было показано, что все клетки образуются из клеток путем клеточного деления. Исследования Р.Вирхова знаменовали появлению новой науки – патологии, которая является основой теоретической и клинической медицины.

3. Морфофизиология клетки. Цитоплазма и органоиды.

Цитоплазма - обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром и представляющая собой сложный гетерогенный структурный комплекс клетки. Гиалоплазма – гомогенная бесструктурная масса цитоплазмы. В ней находятся органеллы и включения. Агрегатное состояние ЦП бывает: жидкое – золь, вязкое – гель. Основу ЦП формирует цитоскелет клетки – это система микротрубочек и белковых нитей.

Органеллы – это постоянные высокодифференцированные внутриклеточные образоваиня, выполняющие определенные функции. Выделяют 2 группы:

1. 
   Органеллы общего значения – обязательны для жизнедеятельности всех клеток.
   

Эндоплазматический ретикулум – разветвленная внутриклеточная структура, представленная системой субмикроскопических канальцев с цистернами. 2 вида: гранулярный ЭР – мембраны содержат рибосомы, основная ф-я – синтез белка. Гладкий ЭР – мембраны лишены рибосом, ф-я: синтез углеводов и липидов.

Комплекс Гольджи – состоит из диктиосом(стопка плоских мешочков-цистерн). От краев цистерн отделяются микропузырьки. Основная ф-я: накопление и продуктов синтезируемых ЭР и образование лизосом.

Лизосомы – имеют плотную липопротеиновую мембрану. Важная ф-я: автолиз – посмертное растворение структурных компонентов клетки под действием ферментов.

М итохондрии – имеет наружную и внутреннюю мембрану. Наружная мембрана проницаема для небольших белков. Внутренняя мембрана имеет кристы, вдающиеся в матрикс. Промежуток между мембранами называется межмебранным пространством. На кристах имеются дыхательные ферменты. В митохондриях происходит процесс окислительного фосфорилирования. Образутся АТФ и энергия.

Пластиды – способны к синтезу органических веществ. Бесцветные – лейкопласты, зеленые – хлоропласты, жёлто-красные – хромопласты. Мембрана хлоропласта имеет центральную область - строму. Она пронизана тилакоидами(параллельные дисковидные мешочки).

Центросома - состоит из 2-ух центриолей. Центриоли имеют вид цилиндра, стенки образованы микротрубочками, собраны по 3. Всего 9 триплетов микротрубочек. Центросома обеспечивает процесс митоза.

Рибосомы – состоят из большой и малой субъединиц. В состав рибосом входит рибосомная РНК и белки. Ф-я: участие в синтезе белка.

2. 
   Специальные органеллы – выполняют направленные функции в клетках с узкой специализацией(реснички, жгутики).
   

Реснички и жгутики встреча­ются у одноклеточных организмов и у клеток в составе тканей(клетки эпителия трахеи). Они связаны с элементами движения, которые характерны определенным видам клеток.
Миофибриллы имеются в мышечных клетках и обеспечивают сокращение мыщц.
Нейрофибриллы - являются обязательным компонентом многих нервных клеток и их отростков. Участвуют в передаче возбуждения.

Включения – непостоянные компоненты клетки.

По принципу организации органоиды делятся:

Одномембранные – вид каналов, цистерн, пузырьков, ограничены одной мембраной. (эндоплазматичексий ретикулум, комплекс Гольджи, лизосомы, вакуоли)

Двумембранные – наружная мембрана гладкая, внутренняя образует выросты. (митохондрии и пластиды).

Немембранные структуры – рибосомы, центросома, жгутики, реснички.

4.Клеточные мембраны. Химический состав. Пространственная организация и значение.

Клеточная мембрана, или плазмолемма – тонкая биологическая пленка, которая ограничивает клетку. Основу составляют двойной слой липидов. Липидный бислой содержит белки, которые делятся на 2 класса: 1)трансмембранные(их часть встроена в слой и пронизывает его насквозь); 2)периферические белки-рецепторы (расположены снаружи клеточной мембраны). Они покрыты слоем углеводов(образуют гликокаликс у животных клеток, а у растительных – целлюлозную оболочку.) Главная ф-я – обеспечить поступление в клетку веществ и сохранить постоянство ее состава, то есть клеточный гомеостаз. Мембранный транспорт происходит путем эндоцитоза и экзоцитоза.

5.Химический состав, особенности морфологии хромосом. Динамика их структуры в клеточном цикле (Интерфазные и метафазные хромосомы).

Хромосомы – самовоспроизводящиеся структурные элементы клеточного ядра, обладающие особой организацией и функцией. Хромосома состоит из 2-ух плечей, которые разделены первичной перетяжкой - центромерой. От расположения центромеры различают 3 типа хромосом:

1. 
   Метацентрические – первичная перетяжка находится в центре, плечи хромосомы равны.
   
2. 
   Субметацентрические – первичная перетяжка сдвинута к краю, плечи неодинаковой длины.
   
3. 
   Акроцентрические – первичная перетяжка расположена у самого края, одно плечо хромосомы очень короткое.
   

Концы плеч хромосом называются теломерами – это спецучастки, которые препятствуют соединению хромосом между собой. Каждая хромосома состоит из 2-ух хроматид. Хроматида состоит из двух спирально закрученных полухроматид. Полухроматида состоит из двух скрученных фибрилл ДНК. По химическому составу хромосомы состоят из ДНК, белков, небольшого количества РНК, которые образуют нуклеопротеиновый комплекс. ДНК является носителем свойств наследственности и изменчивости. Хромосомные белки разделяются на: гистоны и негистоновые белки.

Гистоны представлены 5 фракциями: H1, H2a, H2в, H3, H4. Ф-и: регуляторная(плотно связывается с ДНК и препятствует считыванию заключенной в ней биологической информации) и структурная(обеспечивает пространственную организацию ДНК в хромосомах).

Негистоновые белки состоят из ферментов синтеза и процессинга РНК, редупликации и репарации РНК. Ф-и: структурная и регуляторная.

Интерфазные хромосомы деспирализованы(раскручены) и представляют собой не хромосомы(окрашенные тельца), а хроматин(окрашенные нити).В интерфазе происходит редупликация ДНК и транскрипция(синтез РНК), что возможно только тогда, когда хромосомы деспирализованы.

В профазе хроматин спирализуется, и в метафазе представляет собой уже хромосомы - окрашенные тельца определенной формы и размера, которые располагаются в экваториальной плоскости клетки, образуя метафазную пластинку. Спирализованное состояние облегчает прикрепление нитей ахроматинового веретена(= веретена деления) к центромерам(центральным перетяжкам хромосом) и расхождение хромосом в анафазе к полюсам клетки.

6. Кариотип человека. Морфофункциональная характеристика и классификация хромосом человека. Значение изучения кариотипа в медицине.

Совокупность хромосом соматической клетки, характеризующая организм данного вида, называется кариотипом. Хромосомы подразделяют на аутосомы(одинаковые у обоих полов) и гетерохромосомы, или половые хромосомы(разный набор у мужских и женских особей). Кариотип человека содержит 22 пары аутосом и две половых хромосомы: XX у женщины и XY у мужчины(44+XX и 44+XY соответственно). Денверская классификация хромосом, которая помимо размеров хромосом учитывает их форму, положение центромеры и наличие вторичных перетяжек и спутников. 23 пары хромосом человека разбили на 7 групп от A до G. Важным параметром является центромерный индекс(ЦИ), который отражает отношение(в%) длины короткого плеча к длине всей хромосомы.

К группе А относят 1-3 пары хромосомы. Это большие, метацентрические и субметацентрические хромосомы, их центромерный индекс от 38 до 49.

Группа В(4 и 5 пары). Это большие субметацентрические хромосомы. ЦИ 24-30.

Группа С(6-12 пары). Хромосомы среднего размера, субметацентрические, ЦИ 27-35. К этой группе относят и Х-хромосому.

Группа D(13-15 пары). Хромосомы акроцентрические, сильно отличаются от всех других хромосом человека. ЦИ около 15.

Группа Е(16-18 пары). Относительно короткие, метацентрические или субметацентрические. ЦИ 26-40.

Группа F(19-20 пары): две короткие, субметацентрические хромосомы, ЦИ 36-46.

Группа G(21 и 22 пары): это маленькие акроцентрические хромосомы, ЦИ 13-33. К этой группе относят и Y-хромосому.

Парижская классификация. В 1971 году в Париже на IV международном конгрессе по генетике человека была согласована единая система идентификации хромосом человека, учитывавшая дифференцировку хромосом по длине.

Кариотип дает возможность прогнозировать наследование генетически детерминированных заболеваний, проведение своевременной и направленной диагностики с целью предупреждения появления больного потомства. На основании исследования кариотипа проводят диагностику хромосомных синдромов. Кариотипирование – очень важное прогностическое исследование для будущих родителей, которое позволяет выявить возможную аномалию развития плода, обусловленную структурными перестройками в хромосомном наборе каждого из родителей.

7.Молекулярный уровень организации наследственной информации. Нуклеиновые кислоты, их значение.

Генетическая информация в клетке связана с нуклеиновыми кислотами. Их два типа: дезоксирибонуклеиновая кислота(ДНК) и рибонуклеиновая кислота(РНК). Мономерными структурными единицами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды. Нуклеотид состоит из молекулы фосфорной кислоты, моносахарида(дезоксирибозы— ДНК или рибозы — РНК) и одного из 4-х азотистых оснований: аденина(А), гуанина(Г), цитозина(Ц) и тимина(Т) — ДНК или урацила(У) — РНК.

Модель строения молекулы ДНК предложили в 1953 году Ж. Уотсон и Ф. Крик. ДНК представляет собой двойную правозакрученную спираль, построенную из двух полинуклеотидных цепей.

Правило Чаргаффа:

1. А=Т;

2. Г=Ц;

3. Сумма пуриновых равна сумме пиримидиновых оснований(А+Г=Т+Ц).

По современным представлениям ДНК имеет две функции.

1. 
   Аутосинтетическая— способность к самоудвоению в синтетическом периоде интерфазы.
   
2. 
   Гетеросинтетическая— передача информации о структуре белка на молекулу и-РНК, которая играет главную роль в процессе биосинтеза белка в клетке.
   

В ходе репликации после удвоения ДНК в ней обнаруживаются ошибки, возникающие под действием различных факторов физической и химической природы - при этом возникает репарация - самовосстановление первичной структуры ДНК.

РНК – состоит из одной полинуклипептидной цепи. В зависимости от функции или локализации в клетке различают три вида РНК: информационную(и-РНК), транспортную(т-РНК) и рибосомную(р-РНК).

Нуклеиновые кислоты ответственны за передачу наследственной информации, с ними связан направленный синтез белка в организме, процессы старения. 

8. Строение гена. Гены структурные, регуляторные, синтез т-РНК и р-РНК.

Ген — структурная и функциональная единица наследственности живых организмов. Ген представляет собой последовательность ДНК. Гены(точнее, аллели генов) определяют наследственные признаки организмов, передающиеся от родителей потомству при размножении.

Синтез белка в клетке регулируется с помощью оперонной системы, состоящей из структурных и регуляторных генов. Оперон принимает участие в транскрипции— синтезе молекулы и-РНК на матрице ДНК в ядре. При этом структурные гены содержат смысловые участки, несущие информацию о структуре белка(экзоны) и бессмысловые участки(интроны). Интроны с помощью фермента рестриктазы вырезаются, а оставшиеся экзоны соединяются лигазой в цепочку. Этот процесс получил название сплайсинга. Затем в цитоплазме в рибосомах на и-РНК происходит процесс трансляции(синтез полипептидной цепочки — первичной структуры белковой молекулы). Свои свойства белковая молекула приобретает в комплексе Гольджи.

Гены функционально неоднородны. Это обнаружили в 1961 го­ду французские ученые Ф. Жакоб и Ж. Моно. Они доказали, что су­ществует две группы генов: структурные, управляющне синтезом специфических белков и регуляторные, контролирующие деятельность структурных генов. Синтез белка в клетке регулируется с помощью оперонной системы, состоящей из регуляторных(промотор и оператор) и структурных генов.

9.Генетический код, его свойства

Последовательность аминокислот в белке определяется последова­тельностью нуклеотидов в молекуле ДНК, его генетическим кодом. Наследственная информация на ДНК записана с помощью генетического кода.

Код имеет следую­щие основные свойства:

1. Триплетность— одну аминокислоту кодируют три нуклеотида.

2. Вырожденность(избыточность) — одну аминокислоту ко­дируют от двух до четырех триплетов. Всего имеется 64 триплета: 61 триплет несет информацию об аминокислотах, а 3 стоп-кодона обозначают окончание синтеза полипептидной цепи.

3. Неперекрываемость — нуклеотид одного триплета не может входить в состав соседнего триплета.

4. Универсальность— код един для всех живых организмов(синтез белка).

10.Основные этапы биосинтеза белка в клетке.

1. Транскрипция(переписывание информации с ДНК на иРНК). В определенном участке ДНК разрываются водородные связи, получается две одинарных цепочки. На одной из них по принципу комплементарности строится иРНК. Затем она отсоединяется и уходит в цитоплазму, а цепочки ДНК снова соединяются между собой.

2. Процессинг(только у эукариот) – созревание иРНК: удаление из нее участков, не кодирующих белок, а также присоединение управляющих участков.

3. Экспорт иРНК из ядра в цитоплазму(только у эукариот). Происходит через ядерные поры; всего экспортируется примерно 5% от общего количества иРНК в ядре.

4. Синтез аминоацил-тРНК. В цитоплазме имеется 61 фермент аминоацил-тРНК-синтетаза. Он комплементарно узнает аминокислоту и тРНК, которая должна ее переносить, и соединяет их между собой, при этом затрачивается 1 АТФ.

5. Трансляция(синтез белка).Внутри рибосомы к кодонам иРНК по принципу комплементарности присоединяются антикодоны тРНК. Рибосома соединяет между собой аминокислоты, принесенные тРНК, получается белок.

6. Созревание белка. Вырезание из белка ненужных фрагментов, присоединение небелковых компонентов(например, гема), соединение нескольких полипептидов в четвертичную структуру.