Биология клетки, размножение организмов
 Скачать 126.86 Kb.
|
|
Митохондриальные заболевания — группа наследственных заболеваний, связанных с дефектами в функционировании митохондрий, приводящими к нарушениям энергетических функций в клетках эукариотов, в частности — человека. Они обусловлены генетическими, структурными, биохимическими дефектами митохондрий, приводящими к нарушениям тканевого дыхания. Они передаются только по женской линии, к детям обоих полов, так как сперматозоиды переносят половину геномной информации, а яйцеклетка — поставляет и вторую половину генома, и митохондрии. Патологические нарушения клеточного энергетического обмена могут проявляться в виде дефектов различных звеньев в цикле Кребса, в дыхательной цепи, процессах бета-окисления и т. д.Дефекты и симптомы Эффекты митоходриальных заболеваний очень разнообразны: у одного человека может привести к заболеванию печени, а у другого — к заболеванию мозга. Величина проявления дефекта может быть большой или малой, и она может существенно изменяться, медленно нарастая во времени. Некоторые небольшие дефекты приводят лишь к неспособности пациента выдерживать физическую нагрузку. Другие дефекты могут быть более опасны, приводя к серьёзной патологии. Пероксисомные болезни - группа наследственных заболеваний, связанных с нарушением функционирования пероксисом - клеточных органелл, в которых осуществляются окисление жирных кислот с длинной цепью, синтез желчных кислот, холестерина, а также эфиросодержащих липидов, участвующих в построении миелиновой оболочки нервных волокон, метаболизме фетановой кислоты и т.д. К этой группе относятся синдром Цельвегера , ризомелическая точечная остеохондродисплазия , неонатальная адренолейкодистрофия , болезнь Рефсума (младенческая форма), акаталазия и др. Клинически болезни проявляются в виде множественных врожденных пороков развития (множественные черепно-лицевые дизморфии, катаракта, кожные складки на шее, почечные кисты и др.). Пероксисомные болезни являются примером наследственных болезней обмена, при которых множественные пороки развития объясняются молекулярным дефектом. Лизосомные болезни накопления – это группа из 50 - 70 различных редких генетических заболеваний, обусловленных отсутствием или недостаточностью лизосомных ферментов, которые участвуют в расщеплении сложных молекул. Основными группами заболеваний являются: Сфинголипидоз (болезнь Фабри, болезнь Гоше), Мукополисахаридоз (синдром Хантера), Олигосахаридоз, Муколипидоз, Липидные болезни накопления, Лизосомные дефекты транспорта, Нейрональный цероидный липофусциноз, Болезнь накопления гликогена II типа (болезнь Помпе). 16. Характеристика ДНК, ее свойства и функции. Репликация ДНК. Полуконсервативный механизм репликации ДНК. ДНК — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках — долговременное хранение информации о структуре РНК и белков. Важнейшее свойство ДНК — комплементарность ее цепей: тимин (Т) – аденин (А) – 2 водородные связи. гуанин (Г) – цитозин (Ц) – 3 водородные связи. Особенности ДНК: 1. Стабильность. 2. Способность к репликации (сохранение диплоидного числа хромосом). 3. Наличие генетического кода. 4. Способность к генетической рекомбинации (образование новых сочетаний сцепленных генов). Передача генетической информации в клетке основана на матричных процессах (репликации, транскрипции, трансляции). Синтез дочерней цепи (репликация) молекулы ДНК происходит по матрице одной из двух родительских цепей с образованием новой двухцепочной молекулы ДНК. Синтез молекулы РНК совершается в процессе транскрипции ДНК по матрице одной из двух цепей ДНК. Такая матричная (информационная) РНК может рассматриваться как посредник между ДНК и белком. Далее при синтезе белков генетическая информация, закодированная в последовательности триплетов азотистых оснований (канонов), транслируется в аминокислотную последовательность полипептидных цепей. Репликация. Во время репликации происходит расхождение двух цепей ДНК, и каждая из них служит матрицей для синтеза дочерней цепи. Такой способ репликации называется полуконсервативным. При этом дезоксирибонуклеотиды встраиваются в дочернюю цепь согласно правилу комплементарности азотистых оснований (А — Т, G — С). Вновь образованная молекула состоит из одной родительской и одной дочерней цепи ДНК. Образование дочерних хромосом происходит на стадии синтеза (S) в интерфазе между митотическими делениями и перед первым делением мейоза, В анафазе удвоенные хромосомы расходятся по дочерним клеткам. Таким образом, без процесса репликации невозможно сохранение диплоидного числа хромосом в соматических клетках и образование гаплоидного набора хромосом в половых клетках после двух делений мейоза. Однако при делении клеток происходит не только сохранение числа хромосом, но и воспроизведение последовательности азотистых оснований в молекулах ДНК, основанное на комплементарность пар оснований родительской и дочерней цепей ДНК. Цепи отделяются друг от друга, и каждая служит матрицей для построения комплементарной цепи. В результате синтезируются две молекулы, у каждой из которых одна цепь старая и одна новая. Такой способ репликации ДНК называют полуконсервативным. 17. Классификация нуклеотидных последовательностей (уникальные и повторяющиеся последовательности). Нуклеотидные последовательности разной степени повторяемости (Э. Дэвидсон). Различают следующие фракции в геноме эукариот: 1. Уникальные - последовательности, представленные в одном экземпляре или немногими копиями. Как правило, это цистроны – структурные гены, кодирующие белки. 2. Низкочастотные повторы – последовательности, повторяющиеся десятки раз. 3. Промежуточные, или среднечастотные повторы – последовательности, повторяющиеся сотни и тысячи раз. К ним относятся гены рРНК (у человека 200 на гаплоидный набор, у мыши – 100, у кошки – 1000, у рыб и цветковых растений – тысячи), тРНК, гены рибосомных белков и белков-гистонов. 4. Высокочастотные повторы - число достигает 10 миллионов (на геном). Это короткие некодирующие последовательности, которые входят в состав прицентромерного гетерохроматина. 18. Хроматин. Классификация хроматина (гетерохроматин и эухроматин). Метафазная хромосома. Морфология хромосом. Хроматин — это вещество хромосом — комплекс ДНК, РНК и белков. Хроматин находится внутри ядра клеток эукариот и входит в состав нуклеоида у прокариот. Именно в составе хроматина происходит реализация генетической информации, а также репликация и репарация ДНК. Основную массу хроматина составляют белки гистоны. Гистоны являются компонентом нуклеосом, — надмолекулярных структур, участвующих в упаковке хромосом. Классификация: 1.Эухроматин – локализующийся ближе к центру ядра, более светлый, более деспирилизованный, менее компактный, более активен в функциональном отношении. Эухроматин - неконденсированный хроматин, с которого происходит синтез белка. 2.Гетерохроматин - конденсированный хроматин, с которого белок не синтезируется. Гетерохроматин - плотно спирализованная часть хроматина, соответствует конденсированным, плотно скрученным сегментам хромосом, что делает их недоступными для транскрипции. Он интенсивно окрашивается основными красителями, и в световом микроскопе имеет вид тёмных пятен, гранул. Метафазные хромосомы состоят из двух продольных копий, которые называются сестринскими хроматидами и которые образуются при репликации. На стадии метафазы сестринские хроматиды соединены в районе первичной перетяжки, называемой центромерой. Центромера отвечает за расхождение сестринских хроматид в дочерние клетки при делении. На центромере происходит сборка кинетохора — сложной белковой структуры, определяющей прикрепление хромосомы к микротрубочкам веретена деления — движителям хромосомы в митозе. Центромера делит хромосомы на две части, называемые плечами. У большинства видов короткое плечо хромосомы обозначается буквой p, длинное плечо — буквой q. Длина хромосомы и положение центромеры являются основными морфологическими признаками метафазных хромосом. В зависимости от расположения центромеры различают три типа строения хромосом: Акроцентрические хромосомы, у которых центромера находится практически на конце, и второе плечо настолько мало, что его может быть не видно на цитологических препаратах; Субметацентрические хромосомы с плечами неравной длины; Метацентрические хромосомы, у которых центромера расположена посередине или почти посередине. Дополнительным морфологическим признаком некоторых хромосом является так называемая вторичная перетяжка, которая внешне отличается от первичной отсутствием заметного угла между сегментами хромосомы. Вторичные перетяжки бывают короткими и длинными и локализуются в разных точках по длине хромосомы. Во вторичных перетяжках находятся, как правило, ядрышковые организаторы, содержащие многократные повторы генов, кодирующих рибосомальные РНК. Небольшие хромосомные сегменты, отделяемые от основного тела хромосомы вторичными перетяжками, называются спутниками. 19. Жизненный и митотический цикл клетки. Фазы митотического цикла, их характеристика и значение. Проблема клеточной пролиферации в медицине. Жизненный цикл – период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти. Митоз – тип деления клетки, при котором образуются дочерние клетки с таким же набором хромосом, как и у материнской клетки. Биологическое значение митоза: Образование клеток с сохранением набора хромосом. Дочерние клетки генетически идентичны родительской. Число клеток в организме увеличивается (механизм роста). Митоз лежит в основе размножения у многих видов растений и животных. Регенерация утраченных частей и замещение клеток. Митотический цикл состоит из интерфазы и митоза. Длительность митотического цикла у разных организмов сильно варьирует. Непосредственно на деление клетки уходит обычно 1– 3 ч, то есть основную часть жизни клетка находится в интерфазе. Интерфазой называют промежуток между двумя клеточными делениями (до 90% всего клеточного цикла). Интерфаза состоит из трех периодов: пресинтетический, или G1 (2n2c) – 30-40% времени. Период роста, начинающийся непосредственно после митоза. синтетический, или S (2n4с) – 30-50% времени. Синтетический период по продолжительности очень различен. Во время синтетического периода происходит удвоение молекул ДНК. Каждая хромосома становится двухроматидной, а число хромосом не изменяется. постсинтетический, или G2 (2n4с) – 10-20% времени. Обеспечивает подготовку клетки к делению и также характеризуется интенсивными процессами синтеза белков, входящих в состав хромосом; синтезируются ферменты и энергетические вещества, необходимые для обеспечения процесса деления клетки. * n – количество хромосом, с – количество ДНК Стадии митоза: Профаза (2n4с). В результате спирализации хромосомы уплотняются, укорачиваются. В поздней профазе хорошо видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой. Хромосомы начинают передвигаться к клеточному экватору. Формируется веретено деления, ядерная оболочка исчезает, и хромосомы свободно располагаются в цитоплазме. Ядрышко обычно исчезает чуть раньше. Метафаза (2n4с). Хромосомы выстраиваются в плоскости экватора, образуя так называемую метафазную пластинку. Центромеры хромосом лежат строго в плоскости экватора. Нити веретена прикрепляются к центромерам хромосом, некоторые нити проходят от полюса к полюсу клетки, не прикрепляясь к хромосомам. Анафаза (4n4с). Начинается с деления центромер всех хромосом, в результате чего хроматиды превращаются в две совершенно обособленные, самостоятельные дочерние хромосомы. Затем дочерние хромосомы начинают расходиться к полюсам клетки. Телофаза (2n2с). Хромосомы концентрируются на полюсах клетки и деспирализуются. Веретено деления разрушается. Вокруг хромосом формируется оболочка ядер дочерних клеток, затем происходит деление цитоплазмы клетки (или цитокинез). С начала 60-х гг. появились новые взгляды на значение для старения и продолжительности жизни закономерностей клеточной пролиферации. На основании подсчета числа делений фибробластов, высеваемых в культуру ткани от эмбриона человека и от людей в возрасте 20 лет и выше, было сделано заключение о пределе клеточных делений (лимит Хейфлика), которому соответствует видовая длительность жизни. Показано, что фибробласты мыши способны удваивать свою численность 14—28 раз, цыпленка —15—35, человека—40—60, черепахи—72—114 раз. Проверка результатов, о которых идет речь, выявила, что представление об ограниченности числа клеточных делений в индивидуальном развитии является неточным. 20. Репарация ДНК. Репарация как механизм поддержания генетического гомеостаза. Виды репарации. Репарация — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физических или химических агентов. Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Репарация или исправление поврежденных участков одной из цепей ДНК рассматривается как ограниченная репликация. Наиболее изучен процесс репарации при повреждении цепи ДНК ультрафиолетовым (УФ) излучением. В клетках существуют несколько ферментных систем репарации, сформировавшихся в ходе эволюции. Поскольку все организмы развились и существуют в условиях УФ-облучения, то в клетках имеется отдельная система световой репарации, наиболее изученная в настоящее время. При повреждении молекулы ДНК УФ-лучами образуются тимидиновые димеры, т.е. «сшивки» между соседними тиминовыми нуклеотидами. Эти димеры не могут выполнять функцию матрицы, поэтому их исправляют ферменты световой репарации, имеющиеся в клетках. Виды репарации: Фоторепарация (эксцизионная) репарация восстанавливает поврежденные участки различными факторами. Дорелекативная репарация (ошибки до синтеза) Пострепликативная репарация является неполной, так как идет «в обход», и поврежденный участок из молекулы ДНК не удаляется. 21. Проблемы клеточной пролиферации в медицине. Определение пролиферативной активности клеток тканей, органов. Пролиферация — разрастание ткани организма путём размножения клеток. Регулировать интенсивность пролиферации можно стимуляторами и ингибиторами, которые могут вырабатываться и вдали от реагирующих клеток (например, гормонами), и внутри них. Непрерывно пролиферация происходит в раннем эмбриогенезе и по мере дифференцировки периоды между делениями удлиняются. Некоторые клетки, например нервные, не способны к пролиферации (т.е. нервные клетки не восстанавливаются). Для оценки пролиферативной активности (интенсивность деления клеток) ткани необходимо определить митотический индекс. Митотический индекс чаще всего определяется соотношением числа клеток, находящихся в митозе, к общему числу учтенных клеток исследуемой ткани. Кроме того, производится подсчет клеток, находящихся на разных стадиях фаз митоза, что позволяет определить относительную длительность различных фаз митоза к проценту от общего количества клеток, вступивших в митоз. 22. Регуляция клеточной активности. Гибель клеток – как нормальный физиологический процесс. Гибель клетки — необратимый процесс. Он развивается вследствие её значительного повреждения (некроз) или активации специализированной программы смерти (апоптоз). Некроз — гибель клетки в результате воздействия на неё повреждающего фактора. Этот фактор приводит к изменениям клетки, исключающим её дальнейшее существование. Понятие «некроз» рассматривается как синоним термина «гибель клетки от повреждения». Одним из основных механизмов гибели клетки является лизис. Этот термин обычно применяют в случаях гибели клетки вследствие первичного и массированного повреждения её плазматической мембраны, что приводит к смертельному для клетки, практически мгновенному нарушению её ионного состава (например, лизис инфицированной вирусом клетки; эритроцитов в гипотонической среде; раковой клетки, атакованной цитотоксическими Т-лимфоцитами). Апоптоз — гибель клетки вследствие реализации программы, приводящей к поэтапному прекращению её жизнедеятельности (программа смерти клетки предсуществует; её запускает сигнал, чаще внеклеточный). В отличие от некроза, апоптоз — не обязательно патологический процесс. Существует много физиологических процессов (наблюдающихся в основном в ходе морфогенеза или поддержания нормального состава обновляющихся клеточных популяций), когда клетки, завершившие свой жизненный цикл, удаляются путём апоптоза. 23. Митотическая активность тканей органов ротовой полости человека. Высокая митотическая активность эпителия слизистой оболочки рта по некоторым данным, в 3 - 4 раза выше митотической активности клеток кожи. Это обусловливает высокую регенерационную способность слизистой оболочки рта, часто подвергающуюся различного рода повреждениям. 24. Размножение. Формы и способы размножения организмов . |