Ответы на билеты по биологии. Билет1 Закономерности существования клетки во времени. Жизненный цикл клетки, его варианты. Основное содержание и значение периодов жизненного цикла клетки
 Скачать 2.17 Mb.
|
|
нуклеосомная модель строения хромосом Надмолекулярная организация хромосом называется еще или спирализацией, или конденсацией, или компактизацией. В настоящее время принято три уровня надмолекулярной организации хромосом: первичный, вторичный, третичный. Компактизация ДНК для эукариотической клетки важна по двум причинам: она позволяет не запутать и упорядоченно расположить очень длинные молекулы ДНК в небольшом объеме клеточного ядра и, кроме того, это один из способов функционального контроля генов - характер упаковки ДНК влияет на активность некоторых участков генома. Первичный уровень надмолекулярной организации — нуклеосомный. Элементарной структурой хромосомы, различаемой с помощью электронного микроскопа, является нить, диаметром 10-13 нм, представляющая собой комплекс ДНК и гистоновых белков. Эта нить состоит из гистонового остова (в виде цепочки расположенных друг за другом белковых телец дисковидной формы), поверх которого спирально закручена нить ДНК. Комплекс ДНК и гистонов на уровне одного дисковидного тельца называется нуклеосомой. Она содержит по две молекулы каждого из 4-х типов гистона (Н2А, Н2В, НЗ, Н4), соединенных в форме октамера. ДНК в нуклеосоме лежит поверх октамера, накручиваясь спирально на гистоновый остов. На уровне каждой нуклеосомы ДНК образует 2,3 оборота спирали, что соответствует примерно 200 парам нуклеотидов. Связь между соседниминуклеосомами осуществляется за счет гистона HI. На этот связывающий участок приходится 60 пар нуклеотидов. Формируется нить диаметром примерно 11 нм. Нуклеосома - это универсальная частица, которая обнаруживается как в эухроматине, так и в гетерохроматине, в интерфазном ядре и метафазных хромосомах. В случае линейной выпрямляемости, которая едва ли присутствует в живой клетке, образуемая нуклеосомами структура напоминает нитку "бус" и называется нуклеосомной нитью. Благодаря нуклеосомной организации хромосом происходит укорочение исходной длины ДНК в 7раз, т.е. происходит компактизация. Это, видимо, состояние интерфазной хромосомы, ее эухроматиновых участков. Дальнейшая компактизация ДНК в составе хромосом связана с образованием наднуклеосомных структур. Так, вторичный уровень хромосомной укладки ДНК выражается в формировании суперспиральной нити (соленоида), в которой исходная молекула ДНК укорачивается в 40раз. Толщина достигает 30-40 нм. При образовании суперспиралинуклеосомная нить спирально закручивается за счет взаимодействия гистонов HI и НЗ. Не исключено также и участие в этом негистоновых белков. Этот уровень укладки ДНК соответствует, по-видимому, наблюдаемым под световым микроскопом профазным митотическим и мейотическим хромосомам. Или интерфазным, но не транскрибируемым, возможно, участкам хромосом, т. е. гетерохроматиновым. Третий уровень хромосомной укладки изучен менее всего. Существует две модели: в основу первой положен принцип спиральной укладки, в основе второй - строение по принципу складывания петель. В последние годы накоплен многочисленный материал, говорящий о реальности петлеобразных структур в хромосоме, и их плотной упаковке в метафазной хромосоме вокруг осевого каркаса, построенного из негистоновых белков. Петлевые структуры, но не плотно упакованные, есть и в интерфазной хромосоме. Вокруг каркаса, как в щетке-ерше, располагаются петли суперспиральной нити. Причем концы каждой петли локализуются на одной и той же точке белкового каркаса. Предполагается также, что петли могут скручиваться вокруг своей собственной оси, т.е. метафазную хромосому можно изобразить в виде плотно уложенных соленоидных петель, свернутых в тугую спираль. Типичная хромосома человека может содержать до 2600 петель. Третий уровень укладки - это конденсация профазной хромосомы в метафазную. Толщина такой структуры достигает 1400 нм (две хроматиды), а молекула ДНК при этом укорачивается в I04 раз, т.е. с 5 см растянутой ДНК до 5 мкм. Эта суперспирализация сопровождается фосфорилированием в клетке всех молекул HI. В любом случае, ДНК в ядрах эукариотических клеток образует иерархическую систему спиралей и петель, основной единицей которой является нуклеосома. Нуклеосомы, в свою очередь, расположены не везде строго одинаково. Эти малозаметные и малоизученные различия биологически очень важны, т.к. по-видимому, они преимущественно происходят в тех областях хроматина, где находятся активные гены. В S-период интерфазы процесс репликации каким-то образом, как - неизвестно, проходит через нуклеосомы родительской цепи хроматина, которые переходят на одну из дочерних спиралей ДНК. Тогда все новые октамеры гистонов присоединяются ко второй дочерней спирали ДНК, свободной от нуклеосом. Нуклеосомная структура сохраняется и во время транскрипции ДНК, хотя довольно трудно представить себе как РНК-полимераза может транскрибировать ассоциированную с гистонами ДНК без каких-либо заметных изменений в организации нуклеосомы. Но в клетках эмбрионов насекомых в области активированных генов для р-РНК, по-видимому, нуклеосомы отсутствуют. И биохимические отличия между транскрибируемым активным и неактивным хроматином обнаружены. В частности, HI соединен с нуклеосомами гораздо менее прочно в активном хроматине и вообще гистоны в этих участках обнаруживают более высокую степень ацетилирования. Основные положения хромосомной теории наследственности Анализ явлений сцепленного наследования, кроссинговера, сравнение генетической и цитологической карт позволяют сформулировать основные положения хромосомной теории наследственности: Гены локализованы в хромосомах. При этом различные хромосомы содержат неодинаковое число генов. Кроме того, набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален. Аллельные гены занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах. Гены расположены в хромосоме в линейной последовательности. Гены одной хромосомы образуют группу сцепления, то есть наследуются преимущественно сцепленно (совместно), благодаря чему происходит сцепленное наследование некоторых признаков. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом данного вида (у гомогаметного пола) или больше на 1 (у гетерогаметного пола). Сцепление нарушается в результате кроссинговера, частота которого прямо пропорциональна расстоянию между генами в хромосоме (поэтому сила сцепления находится в обратной зависимости от расстояния между генами). Каждый биологический вид характеризуется определенным набором хромосом — кариотипом. 2).Геномные мутации, причины и механизмы их возникновения. Классификация и значение геномных мутаций. Нарушения мейоза и митоза как механизмы возникновения генеративных и соматических мутаций. Геномные мутации- мутации, обусловленные изменением числа хромосом. К ним относятся полиплоидия и гетреплоидия (анэуплоидия). Полиплоидия-увеличение числа хромосом кратное гаплоидному набору. Появляется в результате нарушения хода митоза и мейоза. Полиплоидные организмы часто встречаются среди растений. Полиплоидия позволяет сохраняться и побеждать в борьбе за существование. Типы полиплоидов: 1. автополиплоидия – это формы, возникшие в результате умножения хромосом одного генома. Этот тип мутаций может возникать при выпадении цитокинеза, завершающего процесс митоза, при отсутствии редукционного деления во время мейоза, либо при разрушении веретена деления при делении клеток. Сопровождается увеличением размеров организма, но понижением его фертильности. 2. аллополиплоидия – формы, возникающие в результате умножения числа хромосом двух разных геномов. 3. эндополиплоидия – увеличение числа хромосом в одной клетке. Полиплоидные формы известны и у животных. У человека в норме некоторые соматические клетки: клетки печени, они сохраняют способность делиться, в клетках мегакариоцитов полиплоидия представляет собой нормальное состояние. У человека описаны геномные мутации по типу полиплоидии, которые редко наблюдаются у живорожденных, а в основном обнаруживается у абортированных эмбрионов и у мертворежденных. Если в некоторых клетках человека насчитывается по 69 хромосом – это триплоидия, по 92 – тетраплоидия. Триплоидия одна из наиболее часто встречающихся спонтанных аномалий набора хромосом в эмбриогенезе человека. Около 20% нарушений хромосом у зародышей приходится на триплоидию. Синдром триплоидии (69, XXY) был впервые обнаружен у человека в 60-х годах. К настоящему времени опубликовано около 60 случаев триплоидии у детей. Продолжительность жизни около 7 дней. При тетраплоидии погибают в течение первых 2 месяцев эмбриогенеза. Гетероплоидия или анэуплоидия - изменение числа хромосом в кариотипе не кратному гаплоидному набору. Возникают моносомики и полисомики. Механизм возникновения геномных мутаций связан с патологией нарушения нормального расхождения хромосом в мейозе, в результате чего образуются аномальные гаметы (по количеству хромосом), после оплодотворения которых возникает гетероплоидные зиготы. Гетреплоидии могут быть как по аутосомам, так и по гетеросомам. Полные трисомии описаны по большому числу хромосом: 8, 9, 13, 14, 18, 21, Х. аномалии крупных хромосом (1-12) обычно летальны. Трисомии 13 и 18 пар хромосом сублетальны. Достаточная жизнеспособность имеет место только при трисомии по 21, аномалиях половых хромосом и частично аутосомных трисомиях . Трисоми по аутосомам: 1) трисомия 21 хромосомы – синдром Дауна – наиболее частая хромосомная патология человека. Частота синдрома Дауна среди новорожденных 1:700 – 1:800; зависит от возраста матери и в меньшей мере от возраста отца (в возрасте 45 лет вероятность рождения возрастает 1:12). Случаи полной трисомии – 21 составляет 94-95%. В кариотипе 47 хромосом, при этом лишней является 21 хромосома , на мозаичные формы (47+21/46) приходится примерно 2 %. Характерно: уплощение профиля лица, мышечная гипотония, монголоидый разрез глазных щелей, избыток кожи на шее, разболтанность суставов, деформированные ушные раковины, клинодактилия мизинца, задержка в умственном развитии, рост на 20 см ниже среднего. Дети ласковые, послушные, терпеливые при обучении. Многие люди с СД способны вести самостоятельную жизнь, создавать семьи, но их браки бесплодны. 2) трисомия по 13 хромосоме – синдром Патау. Частота среди новорожденных 1:7000, соотношение полов 1:1. Характерны множественные пороки развития головного мозга и лица: микроцефальный череп с низким скошенным лбом, переносье запавшее, ушные раковины низко расположенные и деформированные, типичный признак – «заячья губа», «волчья пасть», а также полидактилия, дефекты перегородок сердца. 95% детей умирают в первые недели или месяцы (до 1 года). 3) трисомия по 18 хромосоме – синдром Эдвардса. Частота встречаемости 1:7000. Соотношение мальчиков и девочек 1:3. Отмечаются множественные врожденные пороки развития лицевой части черепа, сердца, костной системы, половых органов. Дети погибают в раннем возрасте. 4) трисомия по 17 хромосоме – вызывает «треугольный» рот у новорожденных , отсутствие шеи, дефекты ушей и сердца. 5) трисомоия по 22 хромосоме – характерна шизофрения. Описаны трисомии по 8 (синдром Варкани), 9, 14 хромосомам. Гетероплоидия по половым хромосомам. Особенно тяжелы моносомии. Синдром Шерешевского-Терненера /СШТ/ (45, ХО) – единственная форма моносомии у человека. Частота встречаемости среди новорожденных 1:2000, 1:5000. Клинически СШТ проявляется в трех направлениях: 1) гипогонадизм, недоразвитие половых органов и вторичных половых признаков. 2) врожденные пороки развития. 3) низкий рост. Синдром трисомии Х – среди новорожденных девочек частота встречаемости 1:1000. Синдром Клайнфельтера XXY– среди новорожденных мальчиков частота 1:500, 1:750. Геномные мутации обнаруживается цитогенетическими методами. Фенотипически проявляется всегда. 3).Экология насекомых. Насекомые - переносчики инфекционных заболеваний. Особенности морфологии и жизненного цикла вшей. Профилактика педикулеза и фтириоза. Класс Насекомые насчитывает более 1 млн видов. Тело насекомых делят на три отдела: голову, грудь и брюшко. Покровы тела представлены одним слоем клеток гиподермы, выделяющих на своей поверхности органическое вещество – хитин. Хитин образует плотный панцирь. На голове находятся органы чувств – усики и глаза, сложный ротовой аппарат, строение которого зависит от способа питания: грызущий, лижущий, сосущий, колюще-сосущий и др. Грудь насекомых включает три сегмента, каждый из которых несет по одной паре ходильных ног. Конечности, лежащие вблизи ротового отверстия, несут осязательные щетинки, служат для захватывания и перетирания пищи. Брюшко конечностей не имеет у большинства насекомых на груди имеются две пары крыльев. Мускулатура насекомых развита хорошо и состоит из поперечно-полосатых мышечных волокон. ЦНС состоит из головного ганглия, окологлоточного нервного кольца и брюшной нервной цепочки. Органы дыхания насекомых – трахеи. Органы пищеварения состоят из передней, средней и задней кишок. Органы выделения представлены мальпигиевыми сосудами, открывающимися в кишечник. Кровеносная система незамкнутая. Насекомые имеют на спинной стороне сердце, состоящее из нескольких камер, снабженных клапанами. Развитие насекомых происходит с метаморфозом. Насекомых, имеющих медицинское значение, делят на: 1) синантропные виды, не являющиеся паразитами; 2) временных кровососущих паразитов; 3) постоянныых кровососущих паразитов; 4) тканевых и полостных личиночных паразитов. Переносчиками инфекционных заболевания чаще всего являются насекомые возбудители болезней из класса членистоногих. К ним можно отнести: мух, блох, комаров, клещей, вшей, жуков. Заражение от насекомых происходит механическим или специфическим путем. Происходит заражение человека в момент укуса насекомым, либо при попадания слюны паразита в ткани человека. Этот способ получил название инокуляции, когда паразит оставляет свои экскременты на пораженных участках кожи человека, слизистой и других участках. Морфологические особенности, питание - тело вши сплющено, овальное, продолговатое, наружный покров эластичен и прозрачен. Ротовой аппарат - колюще-сосущего типа. Головная вошь 2-3 мм, питается кровью не менее 4 р. в сутки. Продолжительность жизни 27-30 суток. Платяная вошь живет в складках белья, в швах, приклеивая яйца к нитям ткани, пуговкам и волосам тела человека, продолжительность жизни 34-45 дней. В воде живут более 2 суток. Лобковая вошь - 1,3 - 1,6 мм, коготками удерживается на волосах лобка, бровей, ресниц, вне человека живет не более 12 часов. Морфология сосущие вши — мелкие бескрылые насекомые, длиной от 0,8—11 мм Тело уплощено дорзовентрально. Брюшко состоит из 8-10 видимых сегментов. Грудь несет одну пару отверстий трахейной системы, брюшко — от одной до шести пар. Глаза имеются лишь у некоторых видов, и даже в этих случаях — редуцированные; простые глазки редуцированы полностью. Антенны короткие, включают до 5 члеников.. У остальных групп антенны свободные, нитевидные, состоят из 3-5 члеников. У некоторых пухоедов усики диморфны: принимают участие в захвате самки самцом во время спаривания. все сосущие вши (Anoplura) имеют сильно видоизменённый колюще-сосущий ротовой аппарат. Он состоит из двух стилетов: дорзального и вентрального, — окруженных хоботком, который к тому же армирован «зубами». Вентральный стилет, как предполагается, образован нижней губой. Происхождение дорзального стилета гораздо более дискуссионно. По распространенной версии этот стилет образован гипофаринксом, дорзальная вогнутая часть которого образует пищевую трубку. С брюшной стороны гипофаринкса проходит слюнной канал, который часто на срезах может быть отделен от основной части гипофаринкса, представляя артефактный «средний стилет». Мандибулы и, вероятно, максиллы у сосущих вшей редуцированы Крылья или их рудименты полностью отсутствуют. Ноги развиты хорошо, являются основными прикрепительными органами сосущих вшей. Сосущие вши цепляются за отдельные волоски, зажимая их в щели, образуемой тарзальным коготком и шипом на голени. Таким образом, образующийся просвет этого зажима должен соответствовать толщине волос хозяина, что определяет, видимо, узкую специализацию этих вшей. Внутреннее строение типичное для насекомых. Значительный объем занимает пищеварительная система. У форм, не питающихся кровью, имеется развитый зоб, принимающий участие в накоплении и измельчении пищи. У гематофагов зоб устроен проще или отсутствует.Мальпигиевых сосудов лишь две пары. Образ жизни Все современные вши обитают на поверхности млекопитающих. Во всей группе только собственно вши (Anoplura) и могут сосать кровь, представители других подотрядов являются «жующими» формами. (некоторые Amblycera, все Rhynchophthirina) тоже являются гематофагами, но получают кровь посредством своих грызущих ротовых аппаратов. Помимо эктопаразитов встречаются необычные виды, которые занимаются поеданием яиц и нимф кожных паразитов — клещей и других Phthiraptera, в том числе и особей своего вида. Весь жизненный цикл вшей в норме протекает на поверхности одной особи хозяина. Смена особи хозяина возможна в большинстве случаев только при близком контакте хозяев. Лишь некоторые Amblycera достаточно подвижны и могут активно покидать своего хозяина в случае его смерти или ухудшения здоровья. Жизненный цикл и репродуктивная биология Взрослые насекомые раздельнополы, однако самки очень часто численно превосходят самцов. Определение пола предполагается хромосомное, но половые хромосомы внешне не дифференцированы. Оплодотворение внутреннее, сперматофорное. Сперматофор может расходоваться самкой длительное время, пока не будет заменен при следующем спаривании. У самок нет выраженного яйцеклада, но имеются пальцевидные гоноподы, принимающие участие в откладке. Яйца (гниды) крупные, откладываются по 1—10 в день. Определенная забота о потомстве проявляется в том, что самка прикрепляет яйца железистым цементом в основания волос и перьев, часто в трудно доступных для хозяина областях. Из яйца выходит нимфа первого возраста. Нимфа с интервалами от 3 до 12 дней претерпевает последовательные линьки, переходя во второй и третий возраста. У некоторых видов нимфы выглядят внешне, как имаго, в других же случаях различия гораздо более значительны. Нимфа третьего возраста без метаморфоза линяет на имаго. Взрослые стадии живут около месяца. |