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.
|
Основные стадии процесса реализации генетической информацииНачальная стадия хранения информацииПосле окончания клеточного деления, хроматин, который содержит ДНК с генетической информацией находится в так называемом конденсированном состоянии, которое предназначено для того, чтобы в наиболее сохранном виде доставить генетическую информацию из родительской клетки в дочерние. В этом состоянии ДНК находится в максимально компактном состоянии и не работает. Деконденсация хроматинаКогда деление завершено, ДНК должна быть приведена в активизированное состояние. Для этого она разворачивается под управлением специальных белков хроматина. На этой стадии происходит процесс индукции или суппрессии тех или иных генов, когда они могут становиться либо «говорящими» (экспрессируются), либо «молчащими». Одним из проявлений этого процесса является дифференциация клеток. Транскрипция (переписывание)К развёрнутым участкам ДНК получают доступ специальные ферменты, называемые РНК-полимеразами. ДНК и РНК представляет собой цепочку из звеньев — нуклеотидов. Между нуклеотидами ДНК и РНК существует химическое сродство, что позволяет полимеразе двигаться по ДНК и синтезировать РНК, в точности соответствующую ДНК. Полученная в результате транскрипции РНК называется информационной (иРНК) илиматричной (мРНК). Трансляция и транспорт аминокислот Основными органическими веществами всех живых организмов на Земле являются белки, а в основе всех белков лежит двадцать аминокислот. Каждый белок представляет собой цепочку из аминокислотных молекул. Чтобы «прочитать» информацию из созданных на предыдущем этапе мРНК, требуется во-первых, постоянная подача аминокислот, а во-вторых, работа по преобразованию генетического кода в аминокислотный. Дело в том, что каждой аминокислоте соответствует тройка нуклеотидов и это соответствие в достаточной мере произвольно. Поэтому в клетке всегда присутствует 20 видов так называемых транспортных РНК (тРНК), которые с одного конца имеют химическое сродство к некоторой тройке нуклеотидов, а с другого конца специальным ферментом (аминоацил-тРНК-синтетаза) присоединяется соответствующая данной тройке аминокислота. То есть, каждая такая тРНК является адаптором, а набор молекул синтетазы, которых тоже 20 видов — таблицей преобразования генетического кода в аминокислотный. тРНК постоянно «вылавливают» плавающие в цитоплазме клетки аминокислоты и доставляют их к месту синтеза белков — к рибосомам. Синтез (сборка) белков в рибосомахРибосомы плавают в цитоплазме клетки и к ним поступают мРНК с информацией из ядра и тРНК с материалом из окружающей цитоплазмы. Рибосома также похожа на застёжку-молнию, только гораздо крупнее РНК-полимеразы и представляет собой целую клеточную органеллу. Во время работы она надевается на цепочку мРНК и скользит по ней. Поступающие в рибосому тРНК соединяются с текущим участком мРНК только в том случае, если ответная часть соответствует закодированной аминокислоте. После этого рибосома получает нужную аминокислоту, отсоединяет её от тРНК и подсоединяет к белковой цепочке, которую она ткёт. Свободная тРНК удаляется, а рибосома переходит к следующей тройке нуклеотидов, после чего процесс повторяется. Оканчивается он тогда, когда будет пройдена вся цепочка мРНК, при этом будет соткан в точности тот белок, который был закодирован в том гене в ДНК, который дал начало всему процессу. Биологическая активность белковБелки являются практически универсальными химическими соединениями. Различные аминокислоты обладают различным химическим сродством друг к другу, к воде, к другим веществам. Поэтому, готовый белок скручивается в пространстве особым, только ему присущим образом, обнажая свои части, различные по форме и химической активности. В клетках белки используются и как строительный материал и какферменты, катализирующие или ингибирующие необходимые реакции. Каждый белок можно считать «молекулярным роботом», выполняющим свою примитивную функцию. В результате активности белков, в клетке синтезируются все другие химические вещества, небелкового происхождения, в частности, сами аминокислоты, нуклеотиды, ДНК и РНК и другие. 11.Временная организация клетки. Жизненный и митотический цикл клеток. Морфофункциональная и генетическая характеристика периодов интерфазы. Механизмы регуляции роста клеток. Клеточные популяции. Жизненный цикл клетки. Важным свойством клетки как живой системы является способность ее к самовоспроизведению, которое лежит в основе процессов роста, развития и размножения организмов. Период от окончания одного деления до начала следующего называется жизненным или клеточным циклом. Для высокоспециализированных (диффенцированных) клеток жизненный цикл длится от момента образования клетки до ее смерти. В жизненном цикле клеток выделяют два периода: первый — период между делениями — интерфаза, когда клетка растет, функционирует и готовится к делению; второй — период деления. В интерфазе происходит ряд важнейших физиологических процессов: редупликация ДНК, удвоение числа хромосом, образование белков ахроматинового веретена деления, синтез АТФ, рост биомассы клетки. В интерфазе различают три периода: 1) пресинтетический - клетки растут, синтезируют РНК, белки, АТФ, но синтез ДНК не происходит; клетка содержит дипло-идный набор хромосом, каждая из которых представлена одной хроматидой; 2) синтетический - в клетках идет синтез ДНК, каждая хромосома достраивает недостающую хроматиду; 3) постсинтетический, или предмитотический - в клетке синтезируются белки митотического аппарата, происходит удвоение центриолей, накапливается энергия, количество хромосом сохраняется. Далее следует деление клетки которое может быть непрямым (митоз) и прямым (амитоз). Митоз—наиболее распространенный способ репродукции клеток. Он приводит к образованию генетически равноценных клеток и сохранению преемственности хромосом в ряду поколений. Митоз представляет собой непрерывный биологический процесс. Различают четыре фазы митоза — профазу, метафазу, анафазу,телофазу. В профазе увеличивается объем ядра и клетки в целом. Клетка округляется: снижается или вообще прекращается ее функциональная активность. Центриоли расходятся к полюсам. Хромосомы спирализуются, утолщаются и укорачиваются, в результате чего считывание генетической информации с молекул ДНК становится невозможным. В конце профазы ядерная оболочка распадается и хромосомы беспорядочно рассеиваются в цитоплазме. В метафазе спирализация хромосом достигает максимума, они устремляются к экватору клетки и, располагаясь на равном расстоянии от полюсов, образуют так называемую экваториальную или метафазную пластинку. На этой стадии митоза под световым микроскопом хорошо видно, что хромосома состоит из двух хроматид, соединенных только в области центромеры. От центриолей, находящися у полюсов клетки, к центромерам подходят нити веретена деления. В анафазе каждая хромосома расщепляется на две хрома-тиды, называемые дочерними хромосомами. Нити веретена деления, прикрепленные к центромерам, сокращаются и увлекают дочерние хромосомы к полюсам клетки. Таким образом, в анафазе хроматиды удвоенных еще в интерфазе хромосом расходятся к полюсам клетки. В телофазе хромосомы раскручиваются, деспирализуют-ся. Из мембранных структур цитоплазмы образуется ядерная оболочка. В процессе образования перетяжки клетка делится на две дочерние. В дочерних клетках наследственная информация копирует информацию, содержащуюся в материнской клетке. В процессе митоза точно поровну распределяется генетический материал между дочерними клетками, в результате каждая из них получает диплоидный набор хромосом. Профаза — 2n4c, метафаза — 2n4c, анафаза — 4n4c, телофаза — 2n2c. Клеточная популяция группа однородных по определённому критерию клеток. Так, по способности к обновлению выделяют 3 типа:Стабильные К. п. не способны к обновлению (напр., нейроны млекопитающих). Число клеток в таких К. п. стабилизируется в начале их дифференцировки и они утрачивают способность к делению. К концу жизни организма число клеток в стабильных К. п. несколько снижается. Растущие К. п. способны не только к обновлению, но также к росту, увеличению массы ткани за счёт увеличения числа клеток и их полиплоидизации (напр., клетки печени и нек-рых др. желёз). Обновляющиеся К. п. характеризуются закономерным обновлением клеток: сколько их гибнет, столько появляется новых за счёт делений и специализации слабодифференцированных стволовых клеток (напр., клетки кишечного эпителия или крови). Известны и др. классификации К. п., напр. функциональные К. п. гепатоцитов, кардиомиоцитов и др. 12. Морфофункциональная и генетическая характеристика стадий митоза. Патологические митозы и их значение. Эндомитоз. Понятие о стволовых клетках. Стадии митоза см в вопросе 6 Патологические митозы Выделяют 3 основных вида патологии М. 1) Повреждения хромосом (набухание, склеивание, фрагментация, образование мостов, повреждения центромеров, отставание отдельных хромосом при движении, нарушение их спирализации и деспирализации, раннее разъединение хроматид, образование микроядер. 2) Повреждения митотического аппарата (задержка М. в метафазе, многополюсный, моноцентрический и асимметричный М., трёхгрупповая и полая метафазы). Особое значение в этой группе патологии М. имеет колхициновый М., или К-митоз.К-митозы возникают и самопроизвольно в культуре ткани и опухолях. При К-митозе нарушаются расхождение центриолей и поляризация ими веретена деления, подвергается дезорганизации митотический аппарат, не происходит разъединения хроматид (К-пары). 3) Нарушения цитотомии. Патологические М. возникают после воздействия митотических ядов, токсинов, экстремальных факторов (ионизирующее излучение, аноксия, гипотермия), при вирусной инфекции и в опухоли. Резкое увеличение числа патологических М. типично для злокачественных опухолей. Эндомитоз -удвоение числа хромосом в ядрах клеток многих растительных и некоторых животных организмов. При Э., в отличие от митоза, не разрушаются ядерная оболочка и ядрышко, не образуется веретено деления клетки и не происходит реорганизация цитоплазмы, однако, как и при митозе, хромосомы проходят цикл спирализации и деспирализации. Повторные Э. приводят к возникновению гигантских полиплоидных ядер, отчего в клетке увеличивается содержание дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Э. называют также процесс многократного удвоения нуклеопротеидных нитей — хромонем, составляющих основу хромосом, без увеличения числа последних; в результате образуются гигантские (политенные) хромосомы, что также связано со значительным увеличением в ядрах количества ДНК. Стволовая клетка – это незрелая клетка, способная к самообновлению и развитию в специализированные клетки организма. 13.Особенности жизненных циклов дифференцированных клеток. Старение и гибель клеток. Дифференцированное состояние очень стабильно, установившись оно, как правило, уже не меняется, хотя известны и исключения, когда происходит передифференцировка, так называемая метаплазия . Дифференцированные клетки происходят в процессе развития из менее дифференцированных предшественников - стволовых клеток . Одни типы дифференцированных клеток вообще теряют способность к пролиферациии , тогда как другие нет. Некоторые популяции дифференцированных клеток, образовавшись в процессе эмбрионального развития, во взрослом организме не обновляются. К ним относятся большинство разновидностей нервных клеток, клетки сердечной мышцы и хрусталика глаза. Однако большая часть дифференцированных клеток на протяжении жизни обновляется. Это может происходить двумя разными способами: дифференцированная клетка может делиться, давая точно такие же дифференцированные клетки. такими клетками являются, например, гепатоциты ; новые дифференцированные клетки могут образовываться из постоянно поддерживающейся популяции стволовых клеток. При этом старые дифференцированные клетки умирают и замещаются новыми. Примером такого типа клеток являются клетки эпидермиса и крови. Гибель и старение клеток В настоящее время различают два принципиально различных типа клеточной гибели: апоптоз (в переводе с греческого «отпадающий») и некроз. Апоптоз — форма гибели клетки, проявляющаяся в уменьшении её размера, конденсации и фрагментации хроматина, уплотнении наружной и цитоплазматической мембран без выхода содержимого клетки в окружающую среду. Некроз клеток возникает в нефизиологических условиях, например, в связи с действием неблагоприятных факторов, таких, как стойкое кислородное голодание, разного рода токсины и другие. Некроз обычно сопровождается воспалением и является патологическим процессом. Старение клеток: На клеточном уровне старение проявляется в замедлении деления клеток. Частично этот эффект является результатом так называемого предела Хейфлика деления соматических клеток. Эта граница связана с отсутствием активной теломеразы, в результате чего конечные участки хромосом, теломеры, сокращаются при каждом делении. У человека соматическая клетка может делиться около 52 раз, после чего теломеры исчезают, и в клетках запускается программа апоптоза, «альтруистического самоубийства» клеток. Хотя граница Хейфлика и считается основной причиной уменьшения уровня клеточного деления, даже стволовые клетки, в которых эта граница отсутствует, становятся менее активными, замедляют свое деление и не так часто дифференцируются в соматические клетки. Раздел 3 Организменный уровень развития 3.1 Размножение организмов 1.Размножение-как свойство живых организмов. Способы и формы размножения организмов. Отличия половых и соматических клеток. Биологические преимущества полового размножения. Размножение— присущее всем живым организмам свойство воспроизведения себе подобных, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни . Размножение возникло в ходе исторического развития органического мира на. самом раннем этапе вместе с клеткой. В процессе биологического размножения наряду со сменой поколений и поддержанием достаточного уровня внутривидовой изменчивости решаются также задачи увеличения числа особей, сохранения складывающихся в эволюции типов структурно-физиологической организации (путем воспроизведения себе подобного). Последнее связано с тем, что при размножении осуществляется передача в ряду поколений генетического материала (ДНК), т.е. определенной, специфичной для данного вида биологической информации. Различают два способа размножения: бесполое и половое: бесполое - родителем является одна особь. для размножения используется одна или несколько клеток родителя. половых клеток не образуется. бывает: моноцитогенное, полицитогенное. используется одна клетка родителя: 1. деление пополам (саркодовые, бактерии) 2. шизогония (множественное деление) (жгутиковые, споровики) 3. спорообразование (спорофиты растений, грибы) 4. неравномерное деление (дрожжи, сосущие инфузории) используется группа клеток родителя: 1. почкование (губки, кишечнополостные, кольчатые черви) 2. вегетативное (растения) 3. фрагментация (колониальные организмы, плоские черви) 4. упорядоченное деление (радиальносимметричное - медузы, поперечное - кольчатые черви) 5. полиэмбриония (броненосцы, человек) В процессе развития жизни бесполое размножение возникло раньше полового, но половое размножение распространено намного больше, т.к. оно обеспечивает большое генетическое разнообразие. половое размножение. объединяется наследственный материал двух родителей. у многоклеточных организмов всегда образуются половые клетки. половое размножение у одноклеточных: 1. конъюгация (две особи временно соединяются и обмениваются наследственной информацией. характерно для инфузорий и бактерий, иногда у червей, нитчатых водорослей) 2. копуляция (гамета образуется из всего родительского организма, затем гаметы сливаются и образуется новое поколение. встречается у жгутиковых водорослей) у многоклеточных: 1. образование зиготы (классический вариант) 2. партеногенез (встречается у тлей, дафний, перепончатокрылых) 3. гиногенез (процесс развития дочернего организма при участии наследственного материала только яйцеклетки, причем у нее удваиваются хромосомы. самоудвоение хромосом стимулируют сперматозоиды. они проникают в яйцеклетку и гибнут. встречается у серебристого карася, некоторых тритонов. в потомстве будут только самки. иногда для стимуляции используются сперматозоиды близких видов) 4. андрогенез (ядро яйцеклетки погибает, ядро сперматозоида удваивается. встречается у некоторыз перепончатых ос, кукурузы. широко используется человеком в производстве шелка) Гаметы- (половые, или репродуктивные, клетки), женские (яйца, или яйцеклетки) и мужские (сперматозоиды, спермии) половые клетки животных и растений, обеспечивающие при слиянии развитие новой особи и передачу наследственных признаков от родителей потомкам. Соматические клетки (греч. sōma – тело) – клетки, формирующие тело организма. К соматическим клеткам относятся все клетки тела, за исключением гамет. Отличия строения и функции половых клеток от соматических. Половые клетки (гаметы) отличаются от соматических клеток; 1) гаплоидным набором хромосом; 2) резко увеличенными (яйцеклетка) или резко уменьшенными (сперматозоид) размерами; это связано с тем, что яйцеклетка накапливает питательные вещества (желток) для развивающегося из зиготы зародыша, а сперматозоид лишь перемещает наследственный материал (гаплоидный набор хромо- сом) к яйцеклетке; 3) низким уровнем обменных процессов, напоминающим таковой при состоянии анабиоза. Преимущество полового размножения по сравнению с бесполым заключается в том, что в диплоидной зиготе объединяются гаплоидные наборы хромосом разных клонов организмов, а, кроме того, при последующем образовании гамет происходит обмен гомологичными участками хромосом между гомологичными хромосомами исходных гаплоидных наборов ( кроссинговер ). Таким образом, особи, возникшие при половом размножении, имеют новые, различающиеся между собой генотипы. При этом достигается перекомбинация наследственных свойств родителей, что увеличивает изменчивость и дает более богатый материал для естественного отбора. Приспособительные возможности и скорость эволюции организмов, размножающихся половым путем, оказывается, таким образом, существенно выше. 2. Гаметогенез. Характеристики периодов. Отличия ово- и сперматогенеза. Особенности гаметогенеза человека. Регуляция гаметогенеза и его возможные нарушения. Гаметогенез — это процесс образования половых клеток. Протекает он в половых железах — гонадах (в яичниках у самок и в семенниках у самцов). Гаметогенез в организме женской особи сводится к образованию женских половых клеток (яйцеклеток) и носит название овогенеза. У особей мужского пола возникают мужские половые клетки (сперматозоиды), процесс образования которых называется сперматогенезом. Гаметогенез — это последовательный процесс, которых складывается из нескольких стадий — размножения, роста, созревания клеток. В процесс сперматогенеза включается также стадия формирования, которой нет при овогенезе. Стадии гаметогенеза 1. Стадия размножения. Клетки, из которых в последующем образуются мужские и женские гаметы, называются сперматогониями и овогониями соответственно. Они несут диплоидный набор хромосом 2n2c. На этой стадии первичные половые клетки многократно делятся митозом, в результате чего их количество существенно возрастает. Сперматогонии размножаются в течение всего репродуктивного периода в мужском организме. Размножение овогоний происходит главным образом в эмбриональном периоде. У человека в яичниках женского организма процесс размножения овогоний наиболее интенсивно протекает между 2 и 5 месяцами внутриутробного развития. К концу 7 месяца большая часть овоцитов переходит в профазу I мейоза. Если в одинарном гаплоидном наборе количество хромосом обозначить как n, а количество ДНК — как c, то генетическая формула клеток в стадии размножения соответствует 2n2c до синтетического периода митоза (когда происходит репликация ДНК) и 2n4c после него. 2. Стадия роста. Kлетки увеличиваются в размерах и превращаются в сперматоциты и овоциты I порядка (последние достигают особенно больших размеров в связи с накоплением питательных веществ в виде желтка и белковых гранул). Эта стадия соответствует интерфазе I мейоза. Важное событие этого периода — репликация молекул ДНК при неизменном количестве хромосом. Они приобретают двунитчатую структуру: генетическая формула клеток в этот период выглядит как 2n4c. 3. Стадия созревания. Происходят два последовательных деления — редукционное (мейоз I) и эквационное (мейоз II), которые вместе составляют мейоз. После первого деления (мейоза I) образуются сперматоциты и овоциты II порядка (с генетической формулой n2c), после второго деления (мейоза II) — сперматиды и зрелые яйцеклетки (с формулой nc) с тремя редукционными тельцами, которые погибают и в процессе размножения не участвуют. Так сохраняется максимальное количество желтка в яйцеклетках. Таким образом, в результате стадии созревания один сперматоцит I порядка (с формулой 2n4c) дает четыре сперматиды (с формулой nc), а один овоцит I порядка (с формулой 2n4c) образует одну зрелую яйцеклетку (с формулой nc) и три редукционных тельца. Отмеченные выше различия в ходе овогенеза и сперматогенеза имеют определенный биологический смысл, связанный с разным функциональным назначением мужских и женских гамет (помимо переноса генетической информации). Накопление в цитоплазме яйцеклетки большого количества запасных питательных веществ необходимо, так как на этой «базе» осуществляется развитие дочернего организма из оплодотворенного яйца. Неравномерное клеточное деление при овогенезе и обеспечивает формирование крупной яйцеклетки. Функция же сперматозоидов заключается в отыскании яйцеклетки, проникновении в нее и доставке своего хромосомного набора. Их существование кратковременно, а поэтому нет необходимости в запасании большого количества веществ в цитоплазме. А поскольку сперматозоиды в массе гибнут в процессе поиска яйцеклетки, их образуется огромное количество. Центральное событие в процессе гаметогенеза — редукция диплоидного набора хромосом (в ходе мейоза) и формирование гаплоидных гамет. 4. Стадия формирования, или спермиогенеза (только при сперматогенезе). В результате этого процесса каждая незрелая сперматида превращается в зрелый сперматозоид (с формулой nc), приобретая все структуры, ему свойственные. Ядро сперматиды уплотняется, происходит сверхспирализация хромосом, которые становятся функционально инертными. Комплекс Гольджи перемещается к одному из полюсов ядра, формируя акросому. К другому полюсу ядра устремляются центриоли, причем одна из них принимает участие в формировании жгутика. Вокруг жгутика спирально закручивается одна митохондрия. Почти вся цитоплазма сперматиды отторгается, поэтому головка сперматозоида ее почти не содержит. Отличие овогенеза и сперматогенеза. сперматогенез у человека начинается после полового созревания. весь этот процесс занимает примерно70 суток. в стадию размножения делятся клетки зачаткового эпителия и образуются многочисленные сперматогонии. деление в данном случае - митоз. затем начинается стадия роста. соответствует первой интерфазе первого деления мейоза. меняется характеристика клетки (2н4с) - образуются сперматоциты первого порядка. затем - стадия созревания. соответствует двум делениям мейоза. получаются гаплоидные клетки - сперматоциты второго порядка (н2с). далее - второе деление. получаются сперматиды (нс). на стадии формирования идет дифференцировка. у большинства мужчин гаметогенез не прекращается до смерти. изменяется только количество сперматозоидов. овогенез начинается в эмбриональном периоде жизни. идет стадия размножения. первичные половые клетки делятся путем митоза и образуются овогонии (2н2с). затем начинается стадия роста. появляются овоциты первого порядка(2н4с). также начинается стадия созревания. овоцит первого порядка начинает мейоз, но первое деление прерывается на стадии профазы-1 до полового созревания. после полового созревания первое деление продолжается. заканчивается и появляется овоцит второго порядка и мелкая клетка (редукционное тельце первое) (н2с). затем идет овуляция. начинается второе деление (в маточных трубах). оно идет до стадии метафазы-2. овоцит второго порядка имеет только одну центриоль. вторая центриоль появляется от сперматозоида. после этого второе деление заканчивается. выделяется второе редукционное тельце. редукционное тельце забирает с собой лишние хромосомные наборы. обычно их получается три. завершается в 45-49. различия сперматогенеза и овогенеза: разное число стадий, число зрелых половых клеток, образующихся на одну исходную, продолжительность процесса, начало процесса, непрерывность процесса (сперматогенез непрерывен, овогенез имеет две паузы), производительность (сперматозоидов очень много, не менее 500 млрд., а яйцеклеток 300-400). Особенности гаметогенеза человека. 1.Митотическое деление овогоний заканчивается до рождения организма.Митоз сперматогоний начинается с периода полового созревания. 2. При овогенезе значительно выражена зона роста,при сперматогенезе зона роста почти не выражена. 3.При овогенезе первое деление мейоза останавливается на стадии диакинеза профазы до полового созревания. Второе деление мейоза останавливается на стадии метафазы и завершается после оплодотворения. 4.При овогенезе зона формирования не выражена, при сперматогенезе зона формирования выражена значительно. Нарушение гаметогенеза гаметогенез протекает в половых железах, которые являются гормонозависимыми органами. необходимы половые гормоны и два гормона гипофиза - фолликулостимулирующий и лютеинизирующий. первый у женщин способствует развитию овоцитов и синтезу эстрогенов. у мужчин способствует созреванию сперматозоидов. второй у женщин способствует развитию желтого тела после овуляции и синтезу гестогенов. у мужчин стимулируют выработку тестостеронов. нарушение гаметогенеза связаны с нарушением гормонального статуса организма (опухоли, эндокринные заболевания), при хроническом стрессе, привычных интоксикации. 3. Мейоз. Морфологическая и генетическая характеристика фаз. Биологическое значение мейоза. Профаза 1 — 2n4c, метафаза 1 — 2n4c, анафаза 1 — 2n4c, телофаза 1 — n2c.. Профаза 2 — n2c, метафаза 2 — n2c, анафаза 2 — 2n2c, телофаза 2 — nc. Мейо́з или редукционное деление клетки — деление ядра эукариотическойклетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Мейоз разделяют на ряд стадий, которые можно различить в световой микроскоп. Первое деление мейоза: Профаза I мейоза разделяетя на ряд стадий. лептотена (стадия тонких нитей) начинается спирализация х-м зиготена (стадия сливающихся нитей),сближение и начало конъюгации гомологичных х-м, кот объединяются в бивалент пахитена (стадия толстых нитей) м-у гомологичными х-мами осуществляется кроссинговер диплотена (стадия двойных нитей) отталкивание гомологичных х-м, кот отделяются др от др в области центромер, но остаются связанными в областях прошедшего кроссинговера – хиазмах диакинез (стадия обособления двойных нитей) гомологичные х-мы удерживаются в месте лишь в отдельных точках хиазм – уменьшение числа хиазм, компактность бивалентов Метафаза I - завершается формирование веретена деления, его нити прикрепляются к центромерам хромосом, в результате чего биваленты устанавливаются в плоскости экватора веретена деления, образуя экваториальную пластинку. Анафаза I - связи в бивалентах ослабляются и гомологичные хромосомы отходят друг от друга, направляясь к противоположным полюсам веретена деления. К каждому полюсу подходит гаплоидный набор хромосом, состоящий из двух хроматид. Телофаза I - у полюсов веретена деления собирается одинарный гаплоидный набор хромосом, каждая из них содержит удвоенное количество ДНК (n2c). Интеркинез - временной промежуток между первым и вторым делениями мейоза. Не всегда обязателен. Второе мейотическое отделение (эквационное) протекает как митоз, только клетки, вступающие в него, несут гаплоидный набор хромосом. Биологическое значение мейоза заключается в поддержании постоянства числа хромосом при наличии полового процесса. Кроме того, вследствие кроссинговера происходит рекомбинация – появление новых сочетаний наследственных задатков в хромосомах. Мейоз обеспечивает также комбинативную изменчивость – появление новых сочетаний наследственных задатков при дальнейшем оплодотворении 4. Формы осеменения организмов. Оплодотворение, фазы оплодотворения. Биологическая сущность оплодотворения. Искусственное осеменение и оплодотворение, их использование в медицине. Осеменение - процесс, обеспечивающий у животных встречу гамет — яиц и сперматозоидов (спермиев); предшествует оплодотворению. Успеху О. способствуют одновременные созревание и выведение гамет у особей мужского и женского пола. Эти процессы часто связаны со сложным комплексом поведенческих реакций и находятся под контролем факторов внешней среды: времени года, длины светового дня, температуры и др. О. бывает наружным и внутренним. Наружное О. свойственно большинству животных, обитающих или размножающихся в воде; они вымётывают яйца и спермии в воду, где и осуществляется оплодотворение. Внутреннее О. присуще некоторым водным и всем наземным животным . При внутреннем О. сперма обычно вводится в половые пути самки. Иногда спермии переносятся в виде скоплений, одетых капсулой, — сперматофоров или небольших масс, лишённых специальной оболочки, в которых спермии спаяны между собой. У млекопитающих спермии, взвешенные в спермиальной жидкости, вводятся во влагалище или в матку и далее перемещаются благодаря мышечным сокращениям стенок половых органов, пока не достигнут ампулы яйцевода. Сюда же попадают и овулировавшие яйца, перенесённые из воронки яйцевода мерцательными движениями ресничек эпителия слизистой оболочки. На заключит, этапе сперматозоиды приближаются к яйцу с помощью активных поступательных движений. Оплодотворение — это процесс слияния половых клеток. Образующаяся в результате оплодотворения диплоидная клетка —зигота — представляет собой начальный этап развития нового организма. Процесс оплодотворения складывается из трех последовательных фаз: а) сближения гамет; б) активации яйцеклетки; в) слияния гамет, или сингамии. 1.Сближение сперматозоида с яйцеклеткой обеспечивается совокупностью неспецифических факторов, повышающих вероятность их встречи и взаимодействия. К ним относят скоординированность наступления готовности к оплодотворению у самца и самки, поведение самцов и самок, обеспечивающее совокупление и осеменение, избыточную продукцию сперматозоидов, крупные размеры яйцеклетки, а также вырабатываемые яйцеклетками и сперматозоидами химические вещества, способствующие сближению и взаимодействию половых клеток. Эти вещества, называемые гамонами (гормоны гамет), с одной стороны, активируют движение сперматозоидов, а с другой — их склеивание. В особой структуре сперматозоида — акросоме —локализуются протеолитические ферменты. У млекопитающих большое значение имеет пребывание сперматозоидов в половых путях самки, в результате чего мужские половые клетки приобретают оплодотворяющую способность (капацитация), т.е. способность к акросомной реакции. В момент контакта сперматозоида с оболочкой яйцеклетки происходит акросомная реакция, во время которой под действием протеолитических ферментов акросомы яйцевые оболочки растворяются. Далее плазматические мембраны яйцеклетки и сперматозоида сливаются и через образующийся вследствие этого цитоплазматический мостик цитоплазмы обеих гамет объединяются. Затем в цитоплазму яйца переходят ядро и центриоль сперматозоида, а мембрана сперматозоида встраивается в мембрану яйцеклетки. Хвостовая часть сперматозоида у большинства животных тоже входит в яйцо, но потом отделяется и рассасывается, не играя какой-либо роли в дальнейшем развитии. 2. В результате контакта сперматозоида с яйцеклеткой происходит ее активация. Она заключается в сложных структурных и физико-химических изменениях. Благодаря тому что участок мембраны сперматозоида проницаем для ионов натрия, последние начинают поступать внутрь яйца, изменяя мембранный потенциал клетки. Затем в виде волны, распространяющейся из точки соприкосновения гамет, происходит увеличение содержания ионов кальция, вслед за чем также волной растворяются кортикальные гранулы. Выделяемые при этом специфические ферменты способствуют отслойке желточной оболочки; она затвердевает, это оболочка оплодотворения. Все описанные процессы представляют собой так называемую кортикальную реакцию. Одним из значений кортикальной реакции является предотвращение полиспермии, т.е. проникновения в яйцеклетку более одного сперматозоида. У млекопитающих кортикальная реакция не вызывает образования оболочки оплодотворения, но суть ее та же. У таких животных, как морской еж, костистые рыбы и земноводные, все изменения цитоплазмы сопровождаются видимыми морфологическими перестройками. Эти явления получили название расслоения или сегрегации плазмы. Значение ее для дальнейшего эмбрионального развития будет рассмотрено ниже. Активация яйцеклетки завершается началом синтеза белка на трансляционном уровне, поскольку мРНК, тРНК, рибосомы и энергия были запасены еще в овогенезе. Активация яйцеклетки может начаться и протекать до конца без ядра сперматозоида и без ядра яйцеклетки, что доказано опытами по энуклеации зиготы. 3. Яйцеклетка в момент встречи со сперматозоидом обычно находится на одной из стадий мейоза, заблокированной с помощью специфического фактора. У большинства позвоночных этот блок осуществляется на стадии метафазы II; у многих беспозвоночных, а также у трех видов млекопитающих (лошади, собаки и лисицы) блок происходит на стадии диакинеза. В большинстве случаев блок мейоза снимается после активации яйцеклетки вследствие оплодотворения. В то время как в яйцеклетке завершается мейоз, ядро сперматозоида, проникшее в нее, видоизменяется. Оно принимает вид интерфазного, а затем профазного ядра. За это время удваивается ДНК и мужской пронуклеус получает количество наследственного материала, соответствующего п2с, т.е. содержит гаплоидный набор редуплицированных хромосом. Ядро яйцеклетки, закончившее мейоз, превращается в женский пронуклеус, также приобретая п2с. Оба пронуклеуса проделывают сложные перемещения, затем сближаются и сливаются (синкарион), образуя общую метафазную пластинку. Это, собственно, и есть момент окончательного слияния гамет —сингамия. Первое митотическое деление зиготы приводит к образованию двух клеток зародыша (бластомеров) с набором хромосом 2n2c в каждом. Осеменение искусственное (О. и.), приёмы искусственного сближения половых клеток животных для оплодотворения. При О. и. рыб икру смешивают с молоками, затем подвергают инкубации. У млекопитающих и птиц сперму вводят при помощи специальных инструментов в половые органы самки. Теоретические основы и принципы практических приёмов О. и. с.-х. животных разработаны советским биологом И. И. Ивановым. Они базируются на возможности получения при помощи искусственной вагины спермы самцов, которая вне организма не теряет своих свойств; на возможности овуляции у самок с.-х. животных без полового акта. Продолжительность жизни спермиев и яйцеклеток в половых органах самки позволяет проводить О. и. в сроки, обеспечивающие оплодотворение. О. и. включает 5 основных технических приёмов: получение спермы от самца, оценку качества спермы, её разбавление, сохранение и введение в половые органы самки. О. и. с.-х. животных проводится с целью интенсивного использования высокоценных племенных производителей, проверенных по качеству потомства, для массового улучшения породных и повышения продуктивных качеств животных. Применение О. и. предупреждает также распространение ряда заразных болезней, передающихся при естественном осеменении (вибриоз, трихомоноз, бруцеллёз и др.) и некоторые формы бесплодия. Искусственное оплодотворение– это метод оплодотворения, при котором сперма помещается в женский организм (либо в полость матки, либо в шейку матки – интрацервикально) искусственно, с помощью медицинских инструментов. Применение искусственного оплодотворения показано в тех случаях, если пара не может зачать естественным способом по каким-либо причинам, а консервативное лечение не дало эффективных результатов. 3.2 Наследственность и изменчивость организмов. Если вопрос выделен синим, значит на него нет ответа 1. Геномный,хромосомный и генный уровень организации наследственного материала. Понятие о цитоплазматической наследственности. Наследственность цитоплазматическая (внеядерная, нехромосомная, плазматическая), преемственность материальных структур и функциональных свойств организма, которые определяются и передаются факторами, расположенными в цитоплазме. Совокупность этих факторов — плазмагенов, или внеядерных генов, составляет плазмон (подобно тому, как совокупность хромосомных генов — геном). Плазмагены находятся в самовоспроизводящихся органеллах клетки — митохондриях и пластидах (в том числе хлоропластах и др.). Указанием на существование Н. ц. служат, прежде всего, наблюдаемые при скрещиваниях отклонения от расщеплений признаков, ожидаемых на основе Менделя законов. Цитоплазматические элементы, несущие плазмагены, расщепляются по дочерним клеткам беспорядочно, а не закономерно, как гены, локализованные в хромосомах. Плазмагены передаются главным образом через женскую половую клетку (яйцеклетку), так как мужская половая клетка (спермий) почти не содержит цитоплазмы (что, однако, не исключает передачи плазмагенов через мужские гаметы). Поэтому изучение Н. ц. ведётся с использованием специальных схем скрещивания, при которых данный организм (или группа) используется и как материнская, и как отцовская форма (реципрокное скрещивание). У растений и животных различия, обусловленные Н. ц., сводятся в основном к преобладанию материнских признаков и проявлению определённого фенотипа при одном направлении скрещивания и его утрате при другом. Цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС), передающаяся по женской линии, широко используется для получения гетерозисных гибридных форм, главным образом кукурузы, а также некоторых др. с.-х. растений. Др. метод исследования Н. ц. — "пересадка" ядра из одной клетки в другую. От Н. ц. следует отличать так называемую инфекционную наследственность, т. е. передачу через цитоплазму симбиотических или слабо болезнетворных саморазмножающихся частиц (вирусов типа сигма, обнаруженных у дрозофилы или поражающих пластиды, риккетсиеподобных частиц типа каппа, найденных у парамеций, и др.), которые не являются нормальными компонентами клетки, необходимыми для её жизнедеятельности. Во всех изученных случаях плазмагены в химическом отношении представляют собой ДНК, обнаруженную во многих самовоспроизводящихся органоидах (количество её может достигать нескольких десятков процентов от всей клеточной ДНК). Определённая степень генетической автономии, свойственная носителям плазмагенов, сочетается с контролем над ними со стороны хромосомных генов. Установлено, что некоторые мутации пластид вызываются ядерными генами, контролирующими отчасти и функционирование пластид. Показано также, что количество ДНК в митохондриях недостаточно для того, чтобы нести всю информацию об их функциях и строении; т. о., и структура митохондрий, по крайней мере частично, определяется геномом. Ядерные и внеядерные гены могут взаимодействовать и при реализации фенотипа. 2. Моногибридное скрещивание. Первый и второй законы Менделя. Менделирующие признаки человека. Моногибридное скрещивание- скрещивание по организмов, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков(например жёлтая и зелёная окраска семян у гороха). 1 закон Менделя- Закон единообразия гибридов первого поколения: При скрещивании гомозиготных родительских форм, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, все гибриды первого поколения будут единообразны как по генотипу так и по фенотипу. По фенотипу все гибриды первого поколения характеризуются доминантным признаком, по генотипу всё первое поколение гибридов гетерозиготное. 2 закон Менделя- Закон расщепления: При скрещивании гетерозиготных гибридов первого поколения в потомстве наблюдается преобладания рдного из признаков в отношении 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу |