Биология. 1. Клетка. Клетка саморегулирующаяся система
 Скачать 0.56 Mb.
|
|
1.Клетка. Клетка – саморегулирующаяся система. Она имеет четко синхронизированный цикл жизнедеятельности. Известно, что органические соединения реагируют друг с другом медленно, а жизнь не может поддерживаться за счет медленных реакций. Поэтому живая клетка выработала особые ускорители реакций в виде ферментов или энзимов. Производительность их огромна: некоторые ферменты в течение одной минуты способны разложить до 5-ти миллионов молекул субстрата при температуре 0ºС. Ферменты это не универсальные наборы. Каждый из них может произвести только одно направленное действие, в связи с чем и существуют тысячи ферментов. В клетке они включаются в работу синхронно, со строгой последовательностью во времени и пространстве. Регуляцию осуществляет сама клетка. Клетка – самовоспроизводящаяся система. Благодаря способности к различным видам делений клетки могут повторять себя в длинном ряду поколений и дочерних форм, что делает их с философской точки зрения бессмертными. Клетка – система, способная к самоопределению. Молодые клетки обычно очень похожи друг на друга. Однако, в ходе развития каждая клетка идет своим путем. Происходит дифференцировка клеток, связанная с тем, что они должны выполнять строго определенные функции в составе многоклеточного организма. Так, в теле человека насчитывается около 250 типов клеток, причем, каждый тип имеет свое назначение. Клетка – самовосстанавливающаяся система. Наличие молекулярных механизмов репарации молекулы ДНК, а также регенерации различных внутриклеточных органелл позволяют клетке с высокой степенью надежности исправлять различные повреждения. Не вызывает сомнений, что способность к самовосстановлению закладывалась постепенно в ходе эволюции и совершенствовалась в связи с усложнением клеток. Клетка – энергетически открытая система. Нормальная жизнедеятельность любого организма невозможна без поступления веществ и энергии. Клетка обеспечивает преобразование этих веществ в форму пригодную для использования организмом. Она располагает универсальным механизмом белковое синтеза, продуцируя белки для собственных нужд и экспортируя их другим клеткам. На клеточном уровне обеспечивается не только вещественно-энергетический обмен между организмом и средой, но и происходит использование наследственной информации. Наследственность невозможна без обмена веществ. Все явления жизни взаимообусловлены, а объединяет их клетка. Клетка – устойчивая система, доказательством служит весь ход эволюции. За последние 500 миллионов лет клетки фактически не изменились. 2.Клеточный цикл Митоз - это такое деление клеточного ядра, при котором образуются два дочерних ядра с наборами хромосом, идентичными наборам родительской клетки. Вслед за ядерным делением обычно сразу же происходит деление цитоплазмы на две равные части, восстановление клеточной (плазматической) мембраны и клеточной стенки (у растений) или одной только клеточной (плазматической) мембраны (у животных) и разделение возникших таким образом двух дочерних клеток. Весь этот процесс и называют клеточным делением. Митотическое деление клеток приводит к увеличению их числа, обеспечивая процессы роста, регенерации и замещения клеток у всех высших животных и растений. У одноклеточных организмов митоз служит механизмом бесполого размножения, ведущего к увеличению их численности. Продолжительность клеточного цикла зависит от типа клетки и от внешних факторов, таких как температура, питательные вещества и кислород. Бактериальные клетки могут делиться каждые 20 мин, клетки кишечного эпителия - каждые 8-10 ч, клетки в кончике корня лука - каждые 20 ч, а многие клетки нервной системы не делятся никогда. 3.Периодизация клеточного циклаЦитокинез - процесс разделения цитоплазмы между двумя дочерними клетками. Пучок микрофиламетов перетягивает клетку. В растительных клетках нити веретена во время телофазы начинают исчезать, сохраняясь лишь в области экваториальной пластинки. Здесь они сдвигаются к периферии клетки, число их увеличивается, и они образуют боченковидное тельце - фрагмопласт. В эту область перемещаются также микротрубочки, рибосомы, митохондрии, эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи; последний образует множество мелких пузырьков, наполненных жидкостью. Пузырьки появляются сначала в центре клетки, а затем, направляемые микротрубочками, перемещаются и сливаются друг с другом, образуя клеточную пластинку, расположенную в экваториальной плоскости (см. рис. 7.23). Содержимое пузырьков идет на построение срединной пластинки и стенок дочерних клеток, а из их мембран образуются новые клеточные мембраны. Клеточная пластинка, разрастаясь, в конце концов сливается со стенкой родительской клетки и полностью разделяет две дочерние клетки. Новообразованные клеточные стенки называют первичными; в дальнейшем они могут дополнительно утолщаться за счет отложения целлюлозы и других веществ, таких как лигнин и суберин, образуя вторичную клеточную стенку (рис. 22.4). В определенных участках клетки пузырьки клеточной пластинки не сливаются, так что между цитоплазмами дочерних клеток сохраняется контакт. Эти цитоплазматические мостики покрыты клеточной (плазматической) мембраной и образуют структуры, называемые плазмодесмами.  Профаза Обычно самая продолжительная фаза клеточного деления. Хроматиды укорачиваются (до 4% своей первоначальной длины) и утолщаются в результате их спирализации и конденсации. При окрашивании хроматиды четко видны, но центромеры не выявляются. В разных парах хроматид центромера располагается по-разному. В животных клетках и у низших растений центриоли расходятся к противоположным полюсам клетки. От каждой центриоли в виде лучей расходятся короткие микротрубочки, образующие в совокупности звезду. Ядрышки уменьшаются, так как их нуклеиновая кислота частично переходит в определенные пары хроматид. К концу профазы ядерная мембрана распадается и образуется веретено деления.  Метафаза Пары хроматид прикрепляются своими центромерами к нитям веретена (микротрубочкам) и перемещаются вверх и вниз по веретену до тех пор, пока их центромеры не выстроятся по экватору веретена перпендикулярно его оси. Кинетохор, киназа, микротрубочки, +конец, разваливает кинетохор микротрубочки на димеры двулина и успевает перебираться кинетохор, таща за собой хромосому по микротрубочке, конец микротрубочки расщепляется.  Анафаза Это очень короткая стадия. Каждая центромера расщепляется на две и нити веретена оттягивают дочерние центромеры к противоположным полюсам. Центромеры тянут за собой отделившиеся одна от другой хроматиды, которые теперь называются хромосомами. Телофаза  Хромосомы достигают полюсов клетки, деспирализуются, удлиняются, и их уже нельзя четко различить. Нити веретена разрушаются, а центриоли реплицируются. Вокруг хромосом на каждом из полюсов образуется ядерная оболочка. Вновь появляется ядрышко. За телофазой может сразу следовать цитокинез (разделение всей клетки на две). Добавочные вакуоли делаются в комплексе Гольджи.  Центриоли - это органеллы, расположенные в цитоплазме около ядерной оболочки; они имеются в животных клетках и в клетках низших растений. Две центриоли, образующие пару, лежат перпендикулярно друг другу. Каждая центриоль имеет примерно 500 нм в длину и 200 нм в диаметре; она состоит из девяти групп микротрубочек, по три в каждой группе. Полагают, что соседние тройки микротрубочек соединены между собой фибриллами. Нити веретена имеют трубчатую форму и диаметр около 25 нм. Они образуются во время митоза и мейоза и построены из микротрубочек, состоящих из тубулина и других белков. Прежде считалось, что центриоли играют роль организаторов нитей веретена, но теперь от этого мнения отказались: в большинстве растительных клеток центриолей нет, однако у них образуются нити веретена, состоящие из таких же микротрубочек, как и в животных клетках. Некоторые нити веретена идут от одного полюса к другому, тогда как другие образуют пучки, прикрепленные к центромерам хромосом. Как полагают, расхождение дочерних хромосом в анафазе митоза обусловлено движением нитей веретена относительно друг друга. Как показывают результаты электронно-микроскопических исследований, между нитями двух типов имеются поперечные мостики; это наводит на мысль, что относительное смещение нитей сходно по своему механизму со скольжением миофиламентов в мышечных волокнах . Добавление колхицина к активно делящимся клеткам подавляет образование веретена, так что пары хроматид остаются там, где они находились в метафазе.  - равноплечие, или метацентрические (с центромерой посередине), - неравноплечие, или субметацентрические (с центромерой, сдвинутой к одному из концов), - палочковидные, или акроцентрические (с центромерой, расположенной практически на конце хромосомы), - точковые — очень небольшие, форму которых трудно определить. - телоцентрические – место первичной перетяжки трудно различимо Виды хромосом    Политения - наличие в ядре некоторых соматических клеток гигантских многонитчатых (политенных) хромосом, превышающих в сотни раз обычные. Политения приводит к значительному увеличению плоидности ядер (до 32768 n у хирономуса). Политения впервые описана француским цитологом Э. Бальбиани в 1881. Политенные хромосомы обнаруживаются в клетках личинок ряда двукрылых (хирономус, дрозофила), у простейших и в некоторых клетках растений. Политения - результат многократных репликаций хромосом без последующего деления клетки или её ядра.
Различают физиологическую, репаративную и патологическую регенерацию. 1.Физиологическая - непрерывное обновление структур на клеточном и внутриклеточном (обновление клеточных органелл) уровнях, благодаря чему обеспечивается функционирование органов и тканей. К физиологической пролиферации относятся естественное восстановление клеток и тканей в онтогенезе(например, смена эритроцитов, кожного эпителия, клеток печени) ,нормальная регенерация, пролиферация клеток молочной железы при беременности и кормлении ) 2.Репаративная - процесс ликвидации структурных повреждений после действия патогенных факторов. В ее основе лежат такие же механизмы, как и при физиологической пролиферации, она отличается лишь большей интенсивностью проявлений. Репаративную пролиферацию, в процессе которой восстанавливается ткань, идентичная погибшей, называют полной, или реституцией. В ряде случаев в результате репаративной пролиферации в зоне повреждения образуется не специфическая для данного органа ткань, а рубец – неполная пролиферация или субституция. При некоторых состояниях организма (гиповитаминозе, истощении и д.р.) течение репаративной пролиферации бывает затяжным, качественно извращенным (сопровождается образованием длительно незаживающих язв, формирование ложного сустава и д.р.), то есть наблюдается патологическая пролиферация. 3. Патологическая - разрастание тканей не идентичных здоровым тканям. Например, разрастание рубцовой ткани на месте ожога, хряща - на месте перелома, размножение клеток соединительной ткани - на месте мышечной ткани сердца, раковая опухоль. В последнее десятилетие принято разделять клетки тканей животных по способности к делению на три группы: 1. Лабильные. 2. Стабильные. 3. Статические. К лабильным относятся клетки, которые быстро и легко обновляются в процессе жизнедеятельности организма (клетки крови, эпителия, слизистой ЖКТ, эпидермиса и др.). К стабильнымотносят клетки таких органов, как печень, поджелудочная железа, слюнные железы и др. , которые обнаруживают ограниченную способность к размножению. Последняя, проявляется обычно при повреждении органа. К статическимклеткам относят клетки поперечнополосатой мышечной и нервной ткани, клетки которые, как считает большинство исследователей, не делятся. Изучение физиологии клетки имеет важное значение для понимания онтогенетического уровня организации живого, механизмов саморегуляции клетки, обеспечивающих целостную функцию всего организма. Интерфаза
 Синтезирует мРНК, белки и ДНК, после чего начинается сам процесс деления. 6. Механизмы ауторепродукции и распр-ия ген-ой материала. Распределение генетического материала путем эквационного деления (митоза) Митоз представляет собой эквационное деление, в результате которого из одной клетки образуются две новые клетки, идентичные между собой и сходные с материнской клеткой. Митоз относится к непрямому типу деления и сопровождается формированием веретена деления, обеспечивающему точное распределение хромосом. В ходе митоза, который является очень динамичным процессом, происходят следующие события: - конденсация генетического материала - хроматин преобразуется в хромосомы, что облегчает точное и равное распределение генетического материала; - хромосомы становятся двухроматидными, а сестринские хроматиды, образованные в результате репликации хромосомной ДНК, являются идентичными и соединены в области центромеры до анафазы; - в области центромеры (с обеих сторон) образуется по кинетохору, которые обеспечивают взаимодействие хромосом с нитями веретена деления; - формирование аппарата деления - центриолей в периоде S удваиваются, а в профазе мигрируют к полюсам, обеспечивая образование веретена деления; - микротрубочки веретена деления соединяются с хромосомами по обе стороны центромеры при помощи кинетохоров; - перемещение максимально конденсированных хромосом в область экватора с образованием метафазой пластинки; - распределение реплицированного и конденсированного генетического материала путем: - продольного расщепления центромеры; - расхождения сестринских хроматид (из каждой двухроматидной хромосомы образуются две однохроматидные хромосомы); - одновременной и синхронной миграции хроматид к противоположным полюсам клетки. - процесс распределения генетического материала завершается образованием двух идентичных ядер, за которым следует цитокинез. Ауторепродукция . Фазы клеточного цикла: 1) пресинтетическая (G1). Идет сразу после деления клетки. Синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки (гистоны, структурные белки, ферменты), РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов (т. е. структур, способных к ауторепродукции). Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления; 2) синтетическая (S). Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. Она происходит полуконсервативным способом, когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка. В итоге образуются две идентичные двойные спирали ДНК, каждая из которых состоит из одной новой и старой цепи ДНК. Количество наследственного материала удваивается. Кроме этого, продолжается синтез РНК и белков. Также репликации подвергается небольшая часть митохонд-риальной ДНК (основная же ее часть реплицируется в G2 период); 3) постсинтетическая (G2). ДНК уже не синтезируется, но происходит исправление недочетов, допущенных при синтезе ее в S период (репарация). Также накапливаются энергия и питательные вещества, продолжается синтез РНК и белков (преимущественно ядерных). S и G2 непосредственно связаны с митозом, поэтому их иногда выделяют в отдельный период — препрофазу. После этого наступает собственно митоз, который состоит из четырех фаз. Процесс деления включает в себя несколько последовательных фаз и представляет собой цикл. Его продолжительность различна и составляет у большинства клеток от 10 до 50 ч. При этом у клеток тела человека продолжительность самого митоза составляет 1—1,5 ч, G2-периода интерфазы — 2—3 ч, S-периода интерфазы — 6—10 ч.
8. Спирализация и деспирализация. Процесс укорочения и уплотнения хромосом при делении клеток; способствует нормальному расхождению хромосом к полюсам клетки. Тк обусловлена уменьшением шага и увеличением диаметра составляющих хромосомы спирально закрученных нуклеопротеидных нитей — хромонем. Процесс развертывания и раскручивания плотно упакованной молекулы ДНК в хромосоме при переходе клетки от телофазы к интерфазе. Процесс деспирализации является обратным процессу спирализации. 9.Био значение и виды митоза. Генетическая стабильность. В результате митоза получаются два ядра, содержащие каждое столько же хромосом, сколько их было в родительском ядре. Эти хромосомы происходят от родительских хромосом путем точной репликации ДНК, поэтому гены их содержат совершенно одинаковую наследственную информацию. Дочерние клетки генетически идентичны родительской клетке, так что никаких изменений в генетическую информацию митоз внести не может. Поэтому клеточные популяции (клоны), происходящие от родительских клеток, обладают генетической стабильностью. Рост. В результате митозов число клеток в организме увеличивается (процесс, известный под названием гиперплазии), что представляет собой один из главных механизмов роста (см. гл. 21). Бесполое размножение, регенерация и замещение клеток. Многие виды животных и растений размножаются бесполым путем при помощи одного лишь митотического деления клеток. Способы вегетативного размножения описаны более подробно в разд. 20.1.1. Кроме того, митоз обеспечивает регенерацию утраченных частей (например, ног у ракообразных) и замещение клеток, происходящее в той или иной степени у всех многоклеточных организмов. 9.1. Закрытый митоз характеризуется тем, что образование веретена и последующее деление происходит внутри ядра без разрушения его оболочки. 2. Открытый митоз определяется по распаду ядерной оболочки в процессе деления клетки. 3. Полузакрытый митоз. Что такое митоз такого типа можно определить по распаду оболочки исключительно на полюсах миотического веретена, с последующим образованием «окон полярности». Еще одним определяющим признаком типа митоза служит вид симметрии веретена. Относительно этой характеристики в фундаментальной биологии разделяют понятия: - плевромитоза (когда веретено симметрично или ассиметрично состоит из двух частей); - ортомитоза (когда выявляется биполярная симметрия веретена, а в стадии метафазы образовывается экваториальная пластинка). 10. Амитоз Амитоз- является прямым делением клетки. Встречается в некоторых специалиированных клетках или в клетках, где не обязательно сохранение генетической информации из поколения в поколение. Значение Амитоза для организма не однозначно. Разновидности Амитоза:
Таким образом, Амитоз приводит к образованию клеток, имеющих неравную генетическую информацию. После деления амитозом клетка утрачивает способность деления Митозом. 11. Как известно, ткани с высокой скоростью обновления клеток более чувствительные к воздействию различных мутагенов, чем ткани, в которых клетки обновляются медленно. Однако, например, лучевое повреждение может проявляться не сразу и необязательно ослабевает с глубиной, иногда даже гораздо сильнее повреждает глубоколежащие ткани, чем поверхностные. При облучении клеток рентгеновскими или гамма-лучами в жизненном цикле клеток происходят грубые нарушения: митотические хромосомы изменяют форму, возникают их разрывы с последующим неправильным соединением фрагментов, иногда отдельные части хромосом исчезают вовсе. Могут возникнуть аномалии веретена (образоваться не два полюса в клетке, а три), что приведет к неравномерному расхождению хроматид. Иногда повреждение клетки (большие дозы облучения) бывает столь значительным, что все попытки клетки приступить к митозу оказываются безуспешными и деление прекращается. Подобным действием облучения и объясняется от части его применение в терапии опухолей. Цель облучения не в том, чтобы убить опухолевые клетки в интерфазе, а в том, чтобы они утратили способность к митозу, что приведет к замедлению или прекращению роста опухоли. Излучение в дозах не летальных для клетки может вызвать мутации, приводящие к усиленной пролиферации измененных клеток и дать начало злокачественному росту, как это часто случалось с теми, кто работал с рентгеновскими лучами, не зная об их опасности. |