Биология экзамен. Биология наука о жизни, об общих закономерностях существования и развития живых существ. Место и задачи предмета в системе медицинского образования. Биология
 Скачать 0.56 Mb.
|
Мембранные органеллыМитохондрии. Эти органеллы получили своё название благодаря своей форме: под световым микроскопом они имеют вид нитей и зёрен размером от 0,5 до 10 µ. В клетке находится от 500 до 2000 митохондрий. Эти органеллы образованы двумя биологическими мембранами. Внутренняя мембрана образует складки – кристы, на поверхности которых расположены оксисомы – ферментные комплексы. В них происходит синтез АТФ. Митохондрии являются «энергетическими станциями клетки». В них происходит окисление органических соединений в цикле трикарбоновых кислот и тканевое дыхание с образованием углекислого газа и воды. Извлекаемая при этом энергия запасается в макроэргических связях АТФ (окислительное фосфорилирование). Поэтому митохондрий особенно много в клетках, которые для своего функционирования нуждаются в большом количестве энергии. Между кристами митохондрии заполнены мелкозернистым материалом – матриксом, в котором выявляются собственная ДНК, РНК и рибосомы. Поэтому митохондрии способны к собственному биосинтезу части (10%) своих белков. Продолжительность жизни митохондрий составляет 5-10 дней, после чего они подвергаются аутофагии с помощью лизосом Эндоплазматическая сеть – трёхмерная замкнутая сеть канальцев, трубочек, цистерн диаметром от 20 до 1000 нм, расположенных в цитоплазме клетки. В ней происходит синтез сложных органических соединений и их транспорт в другие участки клетки, к другим органеллам для выполнения специфических функций или дальнейшего превращения. Различают гранулярную (шероховатую) и агранулярную (гладкую) эндоплазматическую сеть. Гранулярнаяэндоплазматическая сеть на наружной поверхности мембран содержит рибосомы, на которых происходит биосинтез белков на экспорт (для выделения из клетки либо образования интегральных белков цитолеммы). При этом образующиеся на рибосомах полипептидные цепи белка поступают внутрь канальцев эндоплазматической сети, где формируется их вторичная и третичная структура. Затем они транспортируются по каналам ЭС, отшнуровываются от них в виде мелких пузырьков, которые вливаются в цистерны комплекса Гольджи. Агранулярнаяэндоплазматическая сеть не имеет на своей поверхности рибосом. В ней происходит синтез сложных липидов (холестерина, стероидные гормоны) и углеводов (гликоген). Кроме того, в ней происходит обезвреживание чужеродных веществ (ксенобиотиков), к которым относятся и многие лекарственные вещества, с помощью ферментов семейства цитохрома Р450, а также депонирование ионов Са (например, в ЭС мышечных волокон). При гомогенизации ткани для биохимического исследования цитоплазматическая сеть разрушается, и её фрагменты сливаются в пузырьки, называемые микросомами. В соответствии с вышеуказанными функциями гранулярная эндоплазматическая сеть хорошо развита в клетках, осуществляющих синтез белка на экспорт, а гладкая эндоплазматическая сеть – в клетках, синтезирующих углеводы и липиды, а также участвующих в детоксификации (разрушении чужеродных веществ). Комплекс Гольджи(пластинчатый комплекс) – совокупность связанных между собой цистерн, мешочков, вакуолей и пузырьков, образованных биологической мембраной. При этом плоские цистерны образуют стопки из 3-30 элементов, которые выпуклой стороной обращёны к ядру (цис-поверхность), а вогнутой – к цитолемме (трансповерхность). Между ними располагаются цистерны медиальной части комплекса Гольджи. При этом в цис-поверхность (незрелая, формирующаясяповерхность) вливаются пузырьки из эндоплазматической сети, а от трансповерхности (зрелой) отделяются вакуоли со зрелым секретом, предназначенным для экзоцитоза, либо образования эндосом и первичных лизосом. В комплексе Гольджи происходит: 1) фосфорилирование и сульфатирование белка, его частичное расщепление (процессинг), образование сложных комплексов между белками, углеводами и липидами, синтезированными в эндоплазматической сети; 2) накопление и упаковка секрета в мембраны; 3) выведение секрета из клетки; 4) образование первичных (неактивных) лизосом. Пероксисомы – пузырьки размером 0,1-1,5 мкм, окру женные биологической мембраной. Они заполнены мелко зернистым матриксом, а в центре иногда расположена кристаллическая структура – сердцевина, состоящая из фибрилл и трубочек, где концентрируются ферменты. Пероксисомы отшнуро вываются в виде пузырьков от цистерн эндоплазматической сети. Продолжительность их жизни 5-6 дней. Они содержат более 15 ферментов. В них в присутствии кислорода происходит окисление аминокислот и образование перекиси водорода, которая используется для окисления сложных липидов и вредных для клетки веществ. При этом избыток гидроперекиси в пероксисомах разрушается ферментом каталазой, который является маркером пероксисом. Существуют так называемые пероксисомные болезни, связанные с дефектом ферментов пероксисом. При них развиваются тяжёлые поражения нервной системы. 5. Органоиды внутриклеточного пищевариения: первичные и вторичные лизосомы, аутофаголизосомы, остаточные тельца. Понятие рб аутолизе. Эндосомы – мембранные пузырьки с постепенно закис ляющимся содержимым, которые осуществляют перенос макромолекул с поверхности внутрь клетки и их частичное или полное переваривание, предшествующее лизосомальному гидролизу. Различают ранние эндосомы – транспортные пузырьки, которые образуются, как впячивания цитолеммы и расположены на периферии клетки. В них в условиях слабокислой среды (рН 6,0) происходит частичное переваривание макромолекул протеазами. Ранние эндосомы перемещаются вглубь клетки, где в них вливаются гидролазные пузырьки(их раньше называлипервичными лизосомами), которые отделяются от комплекса Гольджи. Кроме того, в них вливаются пузырьки с протонными насосами, которые встраиваются в их мембрану и обеспечивают постепенное снижение рН внутри эндосом. Так ранние эндосомы превращаются в поздние, а при дальнейшем снижении рН (<5) – влизосомы. Эндосомы и лизосомы объединены в единую систему в связи с наличием в их мембранах АТФ-зависимого протонного насоса, создающего низкие значения рН внутри этих органелл. При этом поздние эндосомы иногда называютэндолизосомами или ранними лизосомами. Лизосомы – пузырьки, образованные биологической мембраной и заполненные гидролитическими ферментами. В лизосомах обнаружено более 70 ферментов (протеазы, ли пазы, нуклеазы и др.), способных расщеплять все органические соединения и биополимеры в кислой среде. Различают первичные, вторичные и третичные лизосомы.Первичные лизосомы – собственно лизосомы, которые только отделились от комлекса Гольджи, имеют размер 200-400 нм и неактивны, поскольку их гидролитические ферменты активируются лишь в кислой среде, которая постепенно устанавливается в лизосомах с помощью протонных насосов, встроенных в их оболочку. Вторичные лизосомы(фаголизосомы, фагосомы)– это первичные лизосомы с активированными ферментами, слившиеся с чужеродными частицами, захваченными клеткой в результате фагоцитоза (гетерофа госомы), или с компонентами самой клетки (аутофагосомы). В фагосомах происходит переваривание веществ, захваченных извне, или собственных биополимеров клетки.Третичныелизосомы (остаточные тельца) содержат непереваренные остатки содержимого фагосом (миелиновые фигуры, гранулы липофусцина). Особенно много остаточных телец накапливается в долгоживущих, стареющих клетках, или при недостаточности лизосомальных ферментов (лизосомные болезни, болезни накопления). Авто́лиз, ауто́лиз, самоперева́ривание (от др.-греч. αὐτός — сам и λύσις — разложение, распад) — саморастворение живых клеток и тканей под действием их собственных гидролитических ферментов, разрушающих структурные молекулы.При глубоком необратимом повреждении, некробиотические изменения в клетке всегда приводят к разрушению лизосом, что вызывает аутолиз клетки, неизбежный при некрозе. Выход ферментов за пределы клетки приводит к активации функциональных биохимических систем ограниченного протеолиза, липолиза и др. с образованием биологически активных веществ. 6. Немембранные органоиды клетки: рибосомы, филаменты, центриоли, реснични, жгутики. Цитоскелет клетки. Рибосомы – рибонуклеопротеиновые гранулы размером 25 нм. Состоят из двух субъединиц: малой (10 нм) и большой(15 нм), между которыми при биосинтезе белка (трансляция) располагается нить информационной РНК. При этом малая субъединица связывается с РНК, а большая – катализирует образование полипептидной цепи. Субъединицы рибосом образуются в ядрышках, а затем выходят из ядра в цитоплазму через ядерные поры. Сборка рибосом из субъединиц происходит перед началом синтеза белка, а по завершению синтеза полипептидной цепочки они опять распадаются. В синтетически активной клетке содержится несколько миллионов рибосом, которые образуют около 5% её сухой массы. Различают свободные рибосомы (не связаны с мембранами и расположены в гиалоплазме вовзвешенном состоянии) инесвободные рибосомы (связанные с мембранами цитоплазматической сети). Рибосомы могут располагаться поодиночке (в этом случае они функционально неактивны), но чаще связаны в цепочки, которые, как бусинки, нанизаны на нитевидные молекулы информационной РНК (полирибосомы, полисомы). Свободные рибосомы синтезируют белки для собственных нужд клетки, а несвободные – на экспорт. Цитоскелет – сложная динамичная трёхмерная сеть микротрубочек, микрофи ламентов и промежуточныхфиламентов, которая обеспечивает: 1) поддержание и изменение формы клетки, 2) перемещение компонентов клетки, 3) транспорт веществ в клетку и из неё, 4) подвижность клетки, 5) образование межклеточных соединений. Микротрубочкиимеют толщину 24 нм и длину не сколько микрон. Толщина стенки микротрубочки 5 нм, а диаметр просвета, соответственно, 14 нм. Состоят из 13 цепочек глобулярного белка тубулина, идущих по спирали. Микротрубочки входят в состав веретена деления и обеспечивают расхождение хромосом во время митоза, поддерживают форму клетки и обеспечивают её подвижность, участвуют в транспорте макромолекул, пузырьков и органелл в клетке. С микротрубочками связан белок кинезин –фермент, расщепляющий АТФ и преобразующий энергию её распада в механическую энергию. Одним концом молекула кинезина связана с транспортируемой органеллой, а другим, с помощью энергии АТФ, скользит вдоль микротрубочки, перемещая органеллу в цитоплазме. Микротрубочки представляют собой лабильную систему, в которой непрерывно происходит диссоциация (раз рушение) одних микротрубочек и сборка (образование) других. Местом образования микротрубочек (центрами организации микротрубочек) являются центриоли. Промежуточные филаменты–пучкибелковых нитей толщиной 8-11 нм. Они образуют каркас клетки, поддерживая её форму и упругость, а также обеспечивают упорядоченное расположение органелл. Они образованы различными белками:кератинами (в эпителии), виметином (в клетках мезенхимного происхождения), десмином (в мышечных клетках), глиальным фибриллярным кислым белком (в астроцитах). Микрофиламенты – белковые нити толщиной 5-7 нм. Они имеются во всех клетках и расположены в её кортикальном слое (под цитолеммой). Состав образующих их белков в разных клетках различен (актин, миозин, тропомиозин). Микрофиламенты образуют скелет, каркас клетки, её сократи тельный аппарат, обеспечивают изменения формы и движение клеток, ток цитоплазмы, эндоцитоз и экзоцитоз. Клеточный центр состоит из двух рас положенных перпендикулярно друг к другу центриолей. Центриольпредставляет собой полый цилиндр толщиной 200 и длиной 500 нм. Его стенка образована 9 триплетами микротрубочек. Соседние триплеты микро трубочек связаны в виде мостиков молекулами белка ди неина. Каждый триплет микротрубочек связан также со структурами сферической формы – сателлитами. От сателлитов расходятся в стороны дополнительные микротрубочки, образуя центросферу. При митозе центриоли расходятся к полюсам материнской клетки и участвуют в образовании микротрубочек веретена деления. Функциональные системы (аппараты) клетки– комплексы органелл, которые под контролем ядра обеспечивают выполнение важных функций клетки: 1) синтетический аппарат(в него входят эндоплазматическая сеть, рибосомы, комплекс Гольджи; 2) энергетический аппарат(митохондрии); 3) аппарат внутриклеточного переваривания и защиты (эндосомы, лизосомы, пероксисомы); 4) цитоскелет (микротрубочки, микрофибриллы, промежуточные филаменты, клеточный центр). 7. Классификация клеточных включений. Биологическое и мед значение клеточных включений. Это непостоянные структурные компоненты клетки. Они возникают и исчезают в зависимости от функционального и метаболического состояния клетки, являются продуктами её жизнедеятельности и отражают функциональное состояние клетки в момент исследования. Включения подразделяют на: трофические, секреторные, экскреторные, пигментные и др. Трофическиевключения – запас питательных веществ клетки. Различают углеводные, жировые и белковые включения. Например, глыбки гликогена и капли жира в клетках печени – запас углеводов и липидов, который образуется в организме после еды и исчезает при голодании. Желточные включения (липопротеиновые гранулы) в яйцеклетке – запас питательных веществ, необходимый для развития зародыша в первые дни после его возникновения. Секреторныевключения –гранулы, содержащие вещества, синтезированные в клетке на экспорт, для нужд организма (например, пищеварительные ферменты в секреторных клетках желудка или поджелудочной железы), которые накапливаются в вакуолях комплекса Гольджи в апикальной части клетки и выводятся из клетки путём экзоцитоза. Экскреторныевключения – продукты метаболизма, подлежащие удалению из клетки. Пигментныевключения –гранулы или капли веществ, придающих клетке цвет. Например, глыбки белка меланина, имеющего коричневый цвет в меланоцитах кожи, гемо глобин в эритроцитах, миоглобин в мышечных волонах. Помимо структур цитоплазмы, которые можно четко отнести к органеллам или включениям, в ней постоянно имеется огромное количество разнообразных транспортных пузырьков, обеспечивающих перенос веществ между различными частями клетки. 8. Организация наследственного аппарата клеток человека. Морфофункциональная характеристика и классификация хромосом. Методы изуче6ния кариотипа человека. Хромосомы — это основные структурные элементы клеточного ядра, являющиеся носителями генов, в которых закодирована наследственная информация. Обладая способностью к самовоспроизведению, хромосомы обеспечивают генетическую связь поколений.Средние длины метафазных хромосом человека лежат в пределах 1,5—10 микрон. Химической основой строения хромосом являются нуклеопротеиды — комплексы нуклеиновых кислот (см.) с основными белками — гистонами и протаминами. Хромосомы выполняют функцию основного генетического аппарата клетки. В них в линейном порядке расположены гены, каждый из которых занимает строго определенное место, называемое локусом. Альтернативные формы гена (т. е. различные его состояния), занимающие один и тот же локус, называются аллелями (от греч. allelon — взаимно другой, иной). Любая хромосома содержит только единственный аллель в данном локусе, несмотря на то, что в популяции могут существовать два, три и более аллелей одного гена. Метафазная хромосомасостоит из двух продольных нитей ДНП – хроматид, соединенных друг с другом в области первичной перетяжки (центромеры). Центромера делит тело хромосомы на два плеча. В зависимости от расположения центромеры различают следующие типы хромосом: акроцентрические – центромера смещена к одному концу хромосомы и одно плечо очень короткое; субметацентрические– центромера смещена от середины хромосомы, и плечи имеют разную длину; метацентрические– центромера расположена посередине, и плечи примерно одинаковой длины. Участок каждого плеча вблизи центромеры называется – проксимальным, удаленный от нее –дистальным. Концевые отделы дистальных участков называются теломерами. Теломеры препятствуют соединению концевых участков хромосом. При потере этих участков наблюдаются хромосомные перестройки. Некоторые хромосомы могут иметьвторичные перетяжки, отделяющие от тел хромосомы участок, называемый спутником. Правила хромосом. Правило постоянства числа хромосом. Правило парности хромосом. Правило индивидуальности хромосом. Правило непрерывности хромосом. 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 группеA относят 1-3 хромосомы. Это большие метацентрические и субметацентрические хромосомы, их центромерный индекс от 38-49. ГруппаB (4 и 5 пары). Это большие субметацентрические хромосомы, ЦИ 24-30. ГруппаC (6-12 пары). Хромосомы среднего размера, субметацентрические, ЦИ 27-35. К этой группе относят и Х-хромосому. ГруппаD (13-15 пары). Хромосомы акроцентрические, сильно отличаются от всех других хромосом человека, ЦИ около 15. ГруппаE (16-18 пары). Относительно короткие, метацентрические или субметацентрические, ЦИ 26-40. ГруппаF (19-20 пары): две короткие, субметацентрические хромосомы, ЦИ 36-46. ГруппаG (21-22 пары): это маленькие акроцентрические хромосомы, ЦИ 13-33. К этой группе относят и Y-хромосому. В основе Парижской классификации хромосом человека (1971 г.) лежат методы специальной дифференциальной их окраски, при которой каждой хромосоме выявляется характерный только для нее порядок чередования поперечных светлых и темных сегментов. Различные типы сегментов обозначают по методам, с помощью которых они выявляются наиболее отчетливо (Q-сегменты, G-сегменты, Т-сегменты, S-сегменты). Каждая хромосома человека содержит свойственную только ей последовательность полос, что позволяет идентифицировать каждую хромосому. Хромосомы спирализованы максимально в метафазе, менее спирализованы в профазе и прометафазе, что позволяет выделить большее число сегментов, чем в метафазе. При изучении кариотипа, которое обычно проводят на стадии метафазы клеточного цикла, используют микрофотографирование, специальные способы окраски хромосом и др. методы. Результаты представляют в виде кариограммы (систематизированное расположение хромосом, вырезанных из микрофотографии) или идиограммы – схематического изображения хромосом, расположенных в ряд по мере убывания их длины. Сравнительный анализ кариотипов используют в кариосистематике для определения путей эволюции кариотипов, выяснения происхождения домашних животных и культурных растений, для выявления хромосомных аномалий, ведущих к наследственным болезням, и т. д. 9. Клетка как биологическая открытая система. Поток вещества и энергии в эукариотической клетке. Понятие об ассимиляции и диссимиляции. Классификация организмов по способу питания и пути получения энергии. Поток энергии Поток энергии у представителей разных групп организмов представлен внутриклеточными механизмами энергообеспечения — брожением, фото- или хемосинтезом, дыханием. Центральная роль в биоэнергетике клеток животных принадлежит дыхательному обмену. Он включает реакции расщепления низкокалорийного органического «топлива» в виде глюкозы, жирных кислот, аминокислот и использования выделяемой энергии для синтеза высококалорийного клеточного «топлива» в виде АТФ. Среди органелл такой клетки особое место в дыхательном обмене принадлежит митохондриям, с внутренней мембраной которых связаны ферменты дыхательной цепи, а также матриксу цитоплазмы, в котором протекает процесс бескислородного расщепления глюкозы — анаэробный гликолиз. Механизмы энергообеспечения клетки высокоэффективны. Коэффициенты полезного действия хлоропласта достигают 25%, а митохондрии — 45— 60%, существенно превосходя аналогичный показатель паровой машины (8%) или двигателя внутреннего сгорания (17%). Реакции дыхательного обмена не только поставляют энергию, но и снабжают клетку строительными блоками для синтеза разнообразных молекул. Особая роль в этом принадлежит центральному звену дыхательного обмена — циклу Кребса, осуществляемому в митохондриях Поток вещества в клетке. Клетка – элементарная функциональная единица многоклеточного организма, поэтому поток веществ в ней следует рассматривать во взаимосвязи с особенностями функционирования целого организма. В потоке веществ можно выделить следующие стадии: Поступление органических веществ животного или растительного происхождения в организм, расщепление экзогенных веществ ферментами желудочно-кишечного тракта и всасывание образовавшихся продуктов в кровеносные или лимфа-тические капилляры кишечника. Транспорт веществ к клеткам и их проникновение через плазматическую мембрану внутрь клетки. Дальнейший ферментативный распад соединений поступивших в клетку: продукты расщепления окисляются до СО2 и воды или являются исходными соединениями для синтеза собственных веществ клетки. Учитывая разнообразия веществ, которые должны поступать или выводиться из клетки, существуют различные механизмы транспорта. С основы разделения механизмов положены следующие принципы: наличие или отсутствие переносчика, использование для транспорта АТФ (транспорт без затрат АТФ – пассивный, с затратами АТФ – активный), изменение конформации мембраны
Обмен веществ (метаболизм) для удобства изучения делят на два противоположных и взаимосвязанных процесса, которые происходят одновременно: I. Анаболизм (ассимиляция) включает процессы биосинтеза сложных органических веществ из более простых. При этом организм расходует энергию либо световую, либо химическую. Другие виды энергии живые организмы расходовать не могут. Сложные органические вещества в свою очередь могут синтезироваться из неорганических соединений углерода (углекислый газ) или других, более простых органических соединений. Исходя из этого, принята классификация живых организмов в соответствии с источником углерода и энергии:
Подавляющее большинство видов относится к фотоавтотрофам и хемогетеротрофам. По биомассе автотрофы преобладают, т.к. дают химическую энергию для существования гетеротрофов. Разнообразие видов значительно больше у гетеротрофов. Важнейшим процессом анаболизма является фотосинтез у растений и цианобактерий, в результате синтезируется крахмал из углекислого газа и воды. Практически у всех организмов происходит биосинтез белка, нуклеиновых кислот (в т.ч. репликация ДНК), углеводов и липидов из других органических веществ, а также витаминов, восков, терпенов и др. соединений. II. Катаболизм (диссимиляция) включает процессы распада сложных органических веществ до более или менее простых с целью получения в первую очередь энергии (в виде носителей, таких как АТФ, ГТФ, КФ). При этом образовавшиеся вещества могут в дальнейшем использоваться или выделяться из организма. Окисление субстрата, приводящее к получению химической энергии в виде АТФ, называется клеточным дыханием. Его следует отличать от внешнего дыхания, т.е. газообмена между организмом и внешней средой. Универсальным источником энергии для человека и большинства живых организмов является глюкоза. Фруктоза также может подвергаться окислению. Глюкоза расщепляется до конечных продуктов – углекислого газа и воды − в присутствии кислорода. У организмов-аэробов, т.е. тех, которые имеют ферменты для кислородного расщепления, это происходит в интенсивно работающих тканях, например, в сердечной мышце. Другие ткани довольствуются энергией бескислородного расщепления – гликолиза. Не все живые организмы имеют ферменты цитохромы, необходимые для аэробного процесса. Такие организмы называются анаэробами и довольствуются энергией гликолиза. Следует отметить, что в результате катаболизма образуется не только химическая, но тепловая и электрическая энергия, иногда световая и механическая. Важным источником энергии, кроме углеводов, являются жиры, белки для получения энергии разрушаются только в случае голодания организма. 10.Поток информации в клетке. Схема реализации наследственной информации. Поток информации Поток информации в клетке осуществляется в двух направлениях: Транскрипция трансляция полипептид Репликация ДНК деление материнской клетки и образование дочерних(митоз) В потоке информации участвуют ядро (ДНК хромосом, иРНК, переносящие информацию в цитоплазму), аппарат трансляции (рибосомы,тРНК,ферменты,регуляторные белки),геномы митохондрий и хлоропластов. Реализация генетической информации- процесс, происходящий внутри каждой клетки, во время которого генетическая информация ,записанная в ДНК, воплощается в биологически активных веществах- РНК и белках. | ||||||||||||||||||||||||