биология. EKZAMEN_BIO (Восстановлен). Краткий обзор 1) единство химического состава, 2) обмен веществ, 3) самовоспроизведение (репродукция), 4) наследственность
 Скачать 1.8 Mb.
|
|
Вопрос 35 . Принцип организации двухцепочечной молекулы ДНК. Краткий обзор: Молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) состоит их двух (смысловой и антисмысловой) спирально закрученных полинуклеотидных цепей. Полинуклеотидная цепь представляет собой биополимер, состоящий из нуклеотидов. Основная часть: Нуклеотид образует остаток фосфорной кислоты, присоединённый по 5’- положению к сахару дезоксирибозе, который через гликозидную связь (C-N) по 1’- положению связан одним из четырех азотистых оснований. Нуклеотиды – фосфатные эфиры нуклеозидов. Нуклеотиды существуют в виде моно-, ди- и трифосфатов. Монофосфатный эфир ( нуклеозидмонофосфат) входит в состав полинуклетидной цепи. Трифосфатные эфиры (нуклеозидтрифосфаты) участвуют в биосинтезе ДНК. Нуклеозиды- N гликозильные производные (N- гликозиды) разных азотистых оснований (пурины, пиримидины), содержащих дезоксирибозу в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты или рибозу в молекуле рибонуклеиновой кислоты. Нуклеозиды- дезоксиаденизон, дезоксицитидин, дезокситимидин, уридин (в молекуле РНК). Пуриновые основания- аденин (А) и гуанин (G). Пиримидиновые основания- цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U), присутствующие только в молекуле РНК. Полинуклеотидная цепь- при помощи фосфодиэфирных связей нуклетиды образуют полнуклеотидную цепь, при этом ковалентные фосфодиэфирные связи соединяют 5’ атом углерода присоединяющегося нуклеотида с 3’ атомом углерода нуклеотида растущей цепи. Двойная спираль ДНК. Две антипараллельные ( 5’- конец одной цепи располагается напротив 3’- конца другой) комплементарные цепи полинуклеотидов, соединенной водородными связями в парах А-Т и G-C, образуют двухцепочечную молекулу ДНК. Молекула ДНК спирально закручена вокруг своей оси. На один виток ДНК приходится приблизительно 10 пар оснований. Смысловая цепь ДНК. Последовательность нуклеотидов в цепи кодирует наследственную информацию. Антисмысловая цепь по сути является копией смысловой цепи ДНК. Служит матрицей для синтеза мРНК (информацию о первичной структуре белка), тРНК, рРНК, регуляторной РНК. Хранение и реализация генетической информации (транскрипция процессинг трансляция посттрансляционная модификация), а также ряд других функции ядра происходит при участии ядерной ДНК и разных видов РНК. Ядерная РНК содержит гены- специфические последовательности нуклеотидов, несущие информацию о белках и РНК. Гены человека занимают всего 3% от все ДНК; более 90% ДНК выполняет регуляторную функцию. Количество генов, обнаруженных в геноме человека, составляет примерно 24000. Вопрос 36. Какой механизм обеспечивает постоянство числа и формы хромосом во всех клетках организма? Краткий обзор: Выделяют несколько механизмов: 1)Митоз обеспечивает постоянство числа хромосом в соматических клетках и за счет него организм растет . 2)Мейоз образует гаметы с гаплоидным набором хромосом. Постоянство числа и форм хромосом в соматических клетках организма обеспечивается благодаря митозу и за счет него организм растет. Полный ответ: Выделяют несколько механизмов: Митоз, или непрямое деление, наиболее широко распространен в природе. Митоз лежит в основе деления всех неполовых клеток (эпителиальных, мышечных, нервных, костных и др.). Мейоз — это деление в зоне созревания половых клеток, сопровождающееся уменьшением числа хромосом вдвое. Он состоит из двух последовательно идущих делений, имеющих те же фазы, что и митоз. 1)Митоз обеспечивает постоянство числа хромосом в соматических клетках и за счет него организм растет . 2)Мейоз образует гаметы с гаплоидным набором хромосом. Постоянство числа и форм хромосом в соматических клетках организма обеспечивается благодаря митозу и за счет него организм растет. При митозе в соматических клетках сохраняется диплоидный набор хромосом. Благодаря митозу обеспечивается постоянство числа хромосом в гаметах(гаплоидный набор) Вопрос 37. Интерфаза Краткий обзор В клеточном цикле различают сравнительно короткую М-фазу (митоз) и более длительный период — интерфазу. М-Фаза состоит из профазы, прометафазы, метафазы, ана- фазы и телофазы. Интерфаза складывается из фаз G1 , S и G2 . В безопас- ной точке рестрикции клетка может выйти из клеточного цикла и всту- пить в фазу G0 . Под действием митогенов клетки из фазы G0 могут вер- нуться в цикл. Checkpoint 1 (точка рестрикции) и Сheckpoint 2 — сверочные точки. Циклины А, B, E, D — регуляторные субъединицы цик- лин-зависимых протеинкиназ (Cdk). В интерфазе последовательно различают периоды G1 , S и G2 . • Пресинтетическая G1 фаза (от англ. gap — щель, интервал) — период высокой метаболической активности и роста клетки между телофазой митоза и репликацией (удвоением) ДНК. В эту фазу клетка синтезирует РНК и белки, завершается формирование ядрышка Продолжительность фазы — от нескольких часов до нескольких дней. У быстро делящихся клеток (эмбриональных и опухолевых) эта фаз а сокращена G0 фаза — период пролиферативного покоя. В конце фазы G1 существует точка рестрикции (Сheckpoint 1) — безопасная точка клеточного цикла, в которой клетка может остановиться и выйти из цикла в фазу G0 . В фазе G0 клетки начинают дифференцироваться, достигая терминальной (окончательной) дифференцировки (например, нейроны), или остаются в состоянии покоя (стволовые клетки). Стимулом для прохождения через точку рестрикции или возвращения клетки из фазы G0 в клеточный цикл является действие митогенов (например, фак- торов роста) — молекул, взаимодействующих со специфическими рецепторами в мембране клетки-мишени и инициирующих её пролиферацию. • Синтетическая S фаза (от англ. synthetic) — период синтеза и реп- ликации ДНК; в хромосоме формируется вторая хроматида. Мито- хондриальная ДНК синтезируется незначительно, основная ее часть реплицицируется в постсинтетическом периоде интерфазы. В S фазу в клетке продолжается синтез белка, разделяются центриоли. В боль- шинстве клеток S фаза длится 8–12 часов. •Постсинтетическая G2 фаза. В этот период завершается удвоение суммарной клеточной массы, дочерние центриоли достигают размеров дефинитивных органелл. В эту же фазу продолжается синтез РНК и белка (например, синтез тубулина для микротрубочек митотического веретена), накапливается АТФ для энергетического обеспечения последующего митоза. Эта фаза длится 2–4 часа. Вопрос 38. Клеточный цикл. Митоз. Клеточный цикл Это период жизни клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти. Клеточный цикл состоит из двух периодов: интерфаза (состояние, когда клетка НЕ делится); деление (митоз или мейоз). Митоз Это деление соматических клеток (клеток тела). Биологическое значение митоза – размножение соматических клеток, получение клеток-копий (с тем же самым набором хромосом, с точно такой же наследственной информацией). Все соматические клетки организма получаются из одной исходной клетки (зиготы) путем митоза. Дробление оплодотворённого яйца и рост большинства тканей у животных также происходит путём митотических делений. На основании морфологических особенностей митоз условно подразделяется на стадии: профазу, прометафазу, метафазу, анафазу, телофазу. 1)Профаза хроматин спирализуется (скручивается, конденсируется) до состояния хромосом ядрышки исчезают ядерная оболочка распадается центриоли расходятся к полюсам клетки, в цитоплазме начинается формирование веретена деления 2)Прометафаза – Начинается с быстрого распада ядерной оболочки на мелкие фрагменты. В хромосомах с каждой стороны центромеры образуются особые структуры, называемые кинетохорами. Они прикрепляются к специальной группе микротрубочек, называемых кинетохорными нитями или кинетохорными микротрубочками. 3)Метафаза – заканчивается формирование веретена деления: хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуется метафазная пластинка 4)Анфаза – дочерние хромосомы отделяются друг от друга (хроматиды становятся хромосомами) и расходятся к полюсам 5)Телофаза хромосомы деспирализуются (раскручиваются) до состояния хроматина появляются ядро и ядрышки нити веретена деления разрушаются происходит цитокинез – разделение цитоплазмы материнской клетки на две дочерних Продолжительность митоза в среднем составляет 1—2 часа. Митоз клеток животных, как правило, длится 30—60 минут, а растений — 2—3 часа. *Гистолог Вальтер Флемминг для обозначения процесса непрямого деления клетки ввёл термин «митоз». Вопрос 39 Точки рестрикции клеточного цикла. Краткий обзор. В клеточном цикле постулировано существование так называемых "сверочных точек" (checkpoints), прохождение которых возможно лишь в случае нормального завершения предыдущих этапов и отсутствия поломок. Выделяют по меньшей мере четыре такие точки: в точка в G1 , точка в S , точка в G2 и " точку проверки сборки веретена деления " в митозе. Предполагается, что механизм регуляции клеточного роста, включающий специфическую точку рестрикции R, мог возникнуть потому, что клеткам, которым из-за условий существования или взаимодействия с другими клетками необходимо перестать делиться, нужны безопасные точка для остановки (R). Про клетки, остановленные в этом покоящемся состоянии, говорят, что они вступили в фазу G0 клеточного цикла. Основная часть. G1 точка. Основное требование к клетке, вступающей в S-фазу - интактность ДНК, так как репликация поврежденной ДНК приведет к передаче генетических аномалий потомству. Поэтому клетки, подвергшиеся мутагенным воздействиям, вызывающим разрывы ДНК (УФ- и g-облучение, алкилирующие соединения и др.), останавливаются в G1 и не входят в S-фазу. Остановка в G1 наблюдается не только после ДНК-повреждающих воздействий, но и при других состояниях, в том числе приводящих к нарушениям числа хромосом - при незавершенности предыдущего клеточного цикла митозом (расхождением хромосом) при неправильной сегрегации хромосом во время митоза , приведшей к образованию микроядер, а также при разрушении микротрубочек , которое впоследствии может вызвать нарушения митоза . Остановка в G1 может быть необратимой, как это наблюдается в случае g-облучения или обратимой, прекращающейся с окончанием действия фактора, ее вызвавшего, например, при восстановлении нормального пула нуклеотидов или при реставрации системы микротрубочек. S-фаза. Сверочная точка в S-фазе контролирует правильность репликации ДНК . В частности, остановка в определенный период S-фазы наблюдается при недостатке нуклеотидов в клетках, не остановившихся в силу каких-либо причин в G1. G2 фаза. Повреждения ДНК и другие нарушения вызывают остановку клеток не только в G1- и S-, но и в G2-фазе клеточного цикла. При этом выявляются повреждения, пропущенные при прохождении предыдущих сверочных точек либо полученные на последующих стадиях клеточного цикла. Кроме того, в G2-фазе детектируется полнота репликации ДНК и клетки, в которых ДНК недореплицирована, не входят в митоз. Точку проверки сборки веретена деления. Сверочная точка сборки веретена деления (spindle-assembly checkpoint). Во избежание неправильного распределения хромосом клетки задерживаются в метафазе до тех пор, пока все кинетохоры не будут прикреплены к микротрубочкам . Разрушение неприкрепленных кинетохоров лазерным пучком инициирует начало анафазы, в ходе которой происходят отставание хромосом, не прикрепленных к веретену деления, и образование из них микроядер. Определяющую роль в индукции остановки в метафазе играют изменения взаимодействий ассоциированных с кинетохорами белков BUB1 , BUBR1 , MAD1 и MAD2. Вопрос 40. Роль интерфазы в жизненном цикле клетки. Краткий обзор. 1. Интерфаза необходима для запасания веществ и энергии при подготовке к митозу. 2. В интерфазе происходит удвоение наследственного материала, что впоследствии обеспечивает его равномерное распределение по дочерним клеткам. Основная часть. Интерфаза (лат. «интер» - между и греч. «фазис» - период) - период клеточного цикла между двумя делениями. Продолжительность интерфазы различна, но всегда значительно длительнее, чем сам митоз. Так, у клеток эпителия тонкой кишки мыши интерфаза длится 12-18 ч, а митоз — 0,5-1 ч; у клеток корешка конского боба — соответственно 25 и 0,5 ч. Во время интерфазы в клетке осуществляются все жизненно важные процессы: метаболизм, синтез ДНК, рост, синтез АТФ, построение органелл, т. е. реализуется наследственная информация. Интерфазу подразделяют на три периода: 1) g1 — пресинтетический, когда происходит синтез РНК, белка и рост клетки; 2) S — синтетический, когда удваивается молекула ДНК путем репликации и достраивается вторая хроматида у хромосом; 3) g2 — постсинтетический, когда синтезируется белок и клетка подготавливается к делению. При этом появляются специальные белки, из которых будут строиться нити веретена деления. Этот период называется еще премитотическим, так как деление может начаться лишь в том случае, если цитоплазма и ядро достигли значительных размеров и приобрели достаточную массу. В цитоплазме накапливается достаточно органелл, которые делятся, и достаточное количество энергии в виде АТФ, поскольку для всех движений и перемещений хромосом в клетке, построения веретена деления, образования межклеточных перегородок требуются большие затраты энергии. Клетки перед началом деления имеют диплоидный набор двухроматидных хромосом (2n4с). Вопрос 41. Апоптоз. Пути развития апоптоза Апоптоз — регулируемый процесс программируемой клеточной гибели, в результате которого клетка распадается на отдельные апоптотические тельца, ограниченные плазматической мембраной. Апоптоз - процесс, приводящий не к лизису, не к растворению клетки, а к ее фрагментации, распаду. Судьба апоптических телец тоже необычна: они фагоцитируются макрофагами или даже нормальными соседними клетками. При этом не развивается воспалительная реакция. Одной из основных функций апоптоза является уничтожение дефектных (повреждённых, мутантных, инфицированных) клеток. Биологическая роль апоптоза или программированной смерти клеток очень велика: это удаление отработавших свое или ненужных на данном этапе развития клеток, а также удаление измененных или патологических клеток, особенно мутантных или зараженных вирусами. Пути апоптоза в клетке: Существуют два основных пути апоптоза в клетке:митохондриальный путь и путь через рецепторы апоптоза (смерти). 1. Рецепторы апоптоза - семейства белков CD95 (Apo-1 или Fas) и TNF-R (фактор опухолевого некроза). TNF-альфа высоко цитотоксичная молекула, использовалась как лекарство против рака. TNF-R1 рецептор широко распространен и поэтому не может быть избирательным. Другие представители этого семейства (не все) имеют домен клеточной смерти (DD) - домен белок-белкового взаимодействия связывающийся с белком адаптором, таким как FADD. Активация рецепторов апоптоза лигандами (например, CD-95L и TNF-альфа приводит к активации каспазы-8, запуская каскад реакций ведущих к апоптозу. 2. Митохондриальный путь. Митохондрии выполняют центральную роль в апоптозе, при этом наблюдается увеличение проницаемости митохондриальной мембраны. Баланс между про- и анти-апоптозных членов семейства Bcl-2 регулирует выход про-апоптозных веществ из митохондрий, ведущих к запуску апоптоза, таких как AIF, эндонуклеаза G, Smac/DIABLO и цитохром C. Утечка цитохрома-С из митохондрии приводит к образованию апоптосомы в цитоплазме, которая активирует каспазу-9 и запускает клеточную смерть. Оба пути приводят к активации каспаз и запуску каскада реакций приводящих к гибели клетки. Каспазы - семейство цистеиновых протеиназ, главные эффекторы апоптоза, существуют в клетке как неактивные проформы и зимогены, которые расщепляются на активные формы ферментов, активируя апоптоз.( Лиганд-->рецептор смерти-->активация инициаторов каспаз (каспаза-8, -10)-->каскад активации других каспаз>активация каспаз-3, -6-->инактивация клеточных структур.) Апоптические тельца, окруженные плазматической мембраной разрушенной клетки, привлекают отдельные макрофаги, которые их поглощают и переваривают с помощью своих лизосом. Макрофаги не реагируют на соседние нормальные клетки, но узнают апоптические. Это связано с тем, что при апоптозе нарушается асимметрия плазматической мембраны и на ее поверхности появляется фосфатидилсерин, негативно заряженный фосфолипид, который в норме располагается в цитозольной части билипидной плазматической мембраны. Таким образом путем избирательного фагоцитоза ткани как бы очищаются от погибших апоптозных клеток. Вопрос 42. Нетипичные формы митоза. Полиплоидия и политения. Краткий ответ: К нетипичным формам митоза относятся амитоз, эндомитоз, политения. Амитоз — это прямое деление ядра. Эндомитоз. При этом типе деления после репликации ДНК не происходит разделения хромосом на две дочерние хроматиды. Это приводит к увеличению числа хромосом в клетке иногда в десятки раз по сравнению с диплоидным набором. Так возникают полиплоидные клетки. Полиплоидия - кратное увеличение числа наборов хромосом. Политения. Происходит кратное увеличение содержания ДНК (хромонем) в хромосомах без увеличения содержания самих хромосом. Полный ответ: К нетипичным формам митоза относятся амитоз, эндомитоз, политения. 1. Амитоз — это прямое деление ядра. При этом сохраняется морфология ядра, видны ядрышко и ядерная мембрана. Хромосомы не видны, и их равномерного распределения не происходит. Ядро делится на две относительно равные части без образования митотического аппарата (системы микротрубочек, центриолей, структурированных хромосом). Если при этом деление заканчивается, возникает двухъядерная клетка. Но иногда перешнуровывается и цитоплазма. Такой вид деления существует в некоторых дифференцированных тканях (в клетках скелетной мускулатуры, кожи, соединительной ткани), а также в патологически измененных тканях. Амитоз никогда не встречается в клетках, которые нуждаются в сохранении полноценной генетической информации, — оплодотворенных яйцеклетках, клетках нормально развивающегося эмбриона. Этот способ деления не может считаться полноценным способом размножения эукариотических клеток. 2. Эндомитоз. При этом типе деления после репликации ДНК не происходит разделения хромосом на две дочерние хроматиды. Это приводит к увеличению числа хромосом в клетке иногда в десятки раз по сравнению с диплоидным набором. Так возникают полиплоидные клетки. В норме этот процесс имеет место в интенсивно функционирующих тканях, например, в печени, где полиплоидные клетки встречаются очень часто. Однако с генетической точки зрения эндомитоз представляет собой геномную соматическую мутацию. 3. Политения. Происходит кратное увеличение содержания ДНК (хромонем) в хромосомах без увеличения содержания самих хромосом. При этом количество хромонем может достигать 1000 и более, хромосомы при этом приобретают гигантские размеры. При политении выпадают все фазы митотического цикла, кроме репродукции первичных нитей ДНК. Такой тип деления наблюдается в некоторых высокоспециализированных тканях (печеночных клетках, клетках слюнных желез двукрылых насекомых). По-литенные хромосомы дрозофил используются для построения цитологических карт генов в хромосомах. Вопрос 43. Дифференцировка клетки. краткий обзор: Дифференцировка-это процесс возникновения и развития структурных и функциональных различий между первоначально однородными эмбриональными клетками, в результате которого образуются специализированные клетки, ткани и органы многоклеточного организма. Каллус – это масса относительно недифференцированных клеток, полученная из дифференцированных клеток растений. Эмбриональная индукция – это взаимодействие между частями развивающегося организма, в процессе которого одна часть (индуктор) входит в контакт с другой частью (реагирующей системой) и определяет развитие последней. Причем установлено не только воздействие индуктора на реагирующую систему, но и влияние последней на дальнейшую дифференцировку индуктора. Под действием какого-либо фактора сначала происходит детерминация. Детерминацией, или латентной дифференцировкой, называют явление, когда внешние признаки дифференцировки еще не проявились, но дальнейшее развитие ткани уже происходит независимо от фактора, вызвавшего их. Клеточный материал считают детерминированным со стадии, на которой он впервые при пересадке в новое место развивается в орган, который из него образуется в норме. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ: Дифференцировка клеток является важнейшей составной частью процесса формирования многоклеточного организма. В общем случае дифференцировка необратима, т.е. высокодифференцированные клетки не могут превращаться в клетки другого типа. Это явление называется терминальной дифференцировкойи присуще преимущественно клеткам животных. В отличие от клеток животных, большинство клеток растений даже после дифференцировки способны переходить к делению и даже вступать на новый путь развития. Такой процесс называется дедифференцировкой. Например, при надрезе стебля некоторые клетки в зоне разреза начинают делиться и закрывают рану, другие вообще могут подвергаться дедифференцировке. Так клетки коры могут превратиться в клетки ксилемы и восстановить непрерывность сосудов в области повреждения. В экспериментальных условиях при культивировании растительной ткани в соответствующей питательной среде клетки образуют каллус. . При соответствующих условиях из одиночных клеток каллуса можно вырастить новые растения. При дифференцировки не происходит потерь или перестройки ДНК. Об этом убедительно свидетельствуют результаты экспериментов по пересадке ядер из дифференцированных клеток в недифференцированные. Так ядро из дифференцированной клетки вводили в энуклеированную яйцеклетку лягушки. В результате из такой клетки развивался нормальный головастик. Дифференцировка в основном происходит в эмбриональный период, а также на первых стадиях постэмбрионального развития. Кроме того, дифференцировка имеет место в некоторых органах взрослого организма. Например, в кроветворных органах стволовые клетки дифференцируются в различные клетки крови, а в гонадах – первичные половые клетки – в гаметы. Факторы и регуляция дифференциации.На первых этапах онтогенеза развитие организма происходит под контролем РНК и других компонентов, находящихся в цитоплазме яйцеклетки. Затем на развитие начинают оказывать влияние факторы дифференцировки. Выделяют два основных фактора дифференцировки: 1. Различия цитоплазмы ранних эмбриональных клеток, обусловленные неоднородностью цитоплазмы яйца. 2. Специфические влияния соседних клеток (индукция). Роль факторов дифференцировки заключается в избирательной активации или инактивации тех или иных генов в различных клетках. Активность определенных генов приводит к синтезу соответствующих белков, направляющих дифференциацию. Синтезируемые белки могут блокировать или, напротив, активировать транскрипцию. Первоначально активация или инактивация разных генов зависит от взаимодействия тотипотентных ядер клеток со своей специфической цитоплазмой. Возникновение локальных различий в свойствах цитоплазмы клеток называется ооплазматической сегрегацией. Причина этого явления заключается в том, что в процессе дробления яйцеклетки участки цитоплазмы, различающиеся по своим свойствам, попадают в разные бластомеры. Наряду с внутриклеточной регуляцией дифференцировки с определенного момента включается надклеточный уровень регуляции. К надклеточному уровню регуляции относится эмбриональная индукция. Вопрос 44. Стволовые клетки. Тотипотентные, плюрипотентные, унипотентные, полипотентные. Краткий обзор: Стволовая клетка (stem cell) — недифференцированная клетка, способная к самообновлению и дифференцировке в различные специализированные клетки. Тотипотентные стволовые клетки могут далее давать в процессе последовательных превращений все множество типов клеток организма. Такими клетками являются эмбриональные стволовые клетки . Плюрипотентные стволовые клетки характерижуются способностью давать множество разных типов дифференцированных клеток в определенном типе ткани. К таким клеткам относятся клетки костного мозга, из которых образуются все зрелые клетки крови. Унипотентные стволовые клетки способны образовывать только один тип дифференцированных клеток. О стволовых клетках говорят, что они полипотентны. Полипотентные стволовые клетки присутствуют не только у эмбриона, но и в организме новорожденного и взрослого человека. Так, гемопоэтические стволовые клетки, находящиеся в основном в костном мозге, а также в небольшом количестве циркулирующие в крови, ответственны за постоянное образование новых клеток крови взамен разрушенных, и этот процесс продолжается всю жизнь. Полный ответ: Стволовая клетка (stem cell) — недифференцированная клетка, способная к самообновлению и дифференцировке в различные специализированные клетки. Принято разделять стволовые клетки на эмбриональные стволовые клетки (выделяют из эмбрионов на стадии бластоцисты — ранней стадии развития, когда еще нет ни тканей, ни закладок органов) и региональные стволовые клетки (выделяют из органов взрослых особей или из органов эмбрионов более поздних стадий), которые сохраняют свойства эмбриональных клеток. Термин «Стволовые клетки.» был введен в биологию А. Максимовым в 1908 г. Существует иерархия стволовых клеток. Тотипотентные стволовые клетки могут далее давать в процессе последовательных превращений все множество типов клеток организма. Такими клетками являются эмбриональные стволовые клетки . Плюрипотентные стволовые клетки характерижуются способностью давать множество разных типов дифференцированных клеток в определенном типе ткани. К таким клеткам относятся клетки костного мозга, из которых образуются все зрелые клетки крови. Иногда стволовые клетки - родоначальники всех клеток определенной ткани также называют тотипотентными. Унипотентные стволовые клетки способны образовывать только один тип дифференцированных клеток. В отличие от истинно тотипотентных клеток плюрипотентные и унипотентные клетки детерминированы. Это означает что они могут давать только строго определенные типы конечных дифференцированных клеток. Стволовые клетки теоретически способны к неограниченному делению. При делении стволовых клеток часть из дочерних клеток остается стволовыми, другая начинает процесс дифференцировки. О стволовых клетках говорят, что они полипотентны. Полипотентные стволовые клетки присутствуют не только у эмбриона, но и в организме новорожденного и взрослого человека. Так, гемопоэтические стволовые клетки, находящиеся в основном в костном мозге, а также в небольшом количестве циркулирующие в крови, ответственны за постоянное образование новых клеток крови взамен разрушенных, и этот процесс продолжается всю жизнь. Вопрос 45. Эмбриональная стволовая клетка. Кратко: Эмбриональные стволовые клетки получают из бластоцисты на 4–5сутки после оплодотворения яйцеклетки. Полученные клетки культивируют in vitro с целью выделения чистой клеточной линии, способной формировать шарообразные скопления — эмбриоидные тела. С помощью специфических факторов роста можно направлять дифференцировку диссоциированных клеток эмбриоидных тел в различные клеточные типы всех трёх зародышевых листков. Развернутый ответ: Стволовыми клетками эмбриона, плода или взрослого организма считаются клетки, способные длительное время воспроизводить себе подобных и в течение жизни давать начало специализированным клеткам, образующим разные ткани организма. • Тотипотентная (лат. totus — целый, полный) клетка обладает потенциалом дать начало всем специализированным клеткам, формирующим ткани эмбриона и обеспечивающим его развитие. Например, зигота и бластомеры по всем признакам относятся к тотипотентным клеткам. • Плюрипотентные (лат. plures — несколько, много) клетки дифференцируются в разные полипотентные клетки всех трёх зародышевых листков — экто-,энто- и мезодермы. Клетки внутренней клеточной массы бластоцисты относятся к плюрипотентным клеткам. Стволовые клетки взрослого организма выделены из красного костного мозга, периферической крови, пульпы зуба, спинного и головного мозга, кровеносных сосудов, скелетной мышцы, эпителия кожи и пищеварительной системы, роговицы и сетчатки глаза, печени и поджелудочной железы. Это полипотентные клетки, потомки которых дают начало ограниченному количеству типов коммитированных (унипотентных) клеток-предшественниц. К настоящему времени плюрипотентная стволовая клетка взрослого организма, способная дать начало всем клеточным типам организма, не обнаружена. Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) образуются из внутренней клеточной массы на ранней стадии развития зародыша – бластоциста. Зародыш человека достигает стадии бластоциста на 4–5 день после оплодотворения, бластоцист человека состоит из 50–150 клеток. Эмбриональные стволовые клетки являются плюрипотентными. Это означает, что они могут дифференцироваться во все три первичных зародышевых листка: эктодерму, энтодерму и мезодерму. Таким образом, образуются более 220 видов клеток. Свойство плюрипотентности отличает эмбриональные стволовые клетки от полипотентных клеток, которые могут дать начало лишь ограниченному количеству видов клеток. В отсутствие стимулов к дифференциации in vitro, эмбриональные стволовые клетки могут поддерживать плюрипотентность в течение многих клеточных делений. Ввиду пластичности и потенциально неограниченного потенциала самообновления, эмбриональные стволовые клетки имеют перспективы применения в регенеративной медицине и замещении поврежденных тканей. Однако в настоящий момент не существует никакого медицинского применения эмбриональных стволовых клеток. Стволовые клетки взрослых организмов и стволовые клетки спинного мозга используются для терапии различных заболеваний. Некоторые заболевания крови и иммунной системы (в том числе генетические) могут быть вылечены такими неэмбриональными стволовыми клетками. Разрабатываются методы лечения с помощью стволовых клеток таких патологий, как онкологические заболевания, юношеский диабет, синдром Паркинсона, слепота и нарушения работы спинного мозга. Вопрос 46. Протоонкогены и онкосупрессоры в регуляции клеточного цикла Протоонкогены кодируют белки, стимулирующие клеточный цикл. Мутированные протоонкогены называют онкогенами. Мутация протоонкогена приводит к неуправляемому размножению клеток. Онкосупрессоры (антионкогены) – кодируют белки блокирующие клеточный цикл. Мутации онкосупрессоров приводит к проявлению бесконтрольно пролиферирующего клеточного клона. Этот ген блокирует в случае повреждения ДНК блокирует клеточный цикл до тех пор пока нарушения не будут устранены. Основная часть! Протоонкогенны кодируют белки, стимулирующие клеточный цикл (например, ras,erbb2). В случае мутации становятся онкогенами. Ras– суперсемейство генов, кодирующих rasG-белки (малые гуанозинтрифосфотазы – ГТФазы). Белок локализуется на внутренней стороне клеточной мембраны и участвует в передаче внешнего сигналаот рецептора к ядру, стимулирующего пролиферацию клеток. В случае мутации rasG-белок остается активированным, что приводит к неуправляемому размножению клеток. Erbb2 – (erythroblasticleukemiaoncogenehomolog 2; 17q21.1) кодирует белок семейства рецепторов эпидермального фактора роста. Рецептор не связывается с фактором роста, но тесно взаимодействует с другими рецепторами эпидермального фактора роста, стабилизируя их связь с лигандами и, таким образом, поддерживая клеточную пролиферацию. Амплификация или сверхэкспрессия гена erbb2 встречается при разных онкологических заболеваниях. Антионкогены или онкосупрессорыкодируют белки, блокирующие клеточный цикл. Мутации этих генов приводят к появлению бесконтрольно пролиферирующего клеточного клона. Белок p53 –специфически связывается с ДНК и активирует экспрессию генов, блокирующих цикл в контрольной точке G1 >M. При неблагоприятной информации о состоянии генома p53 блокирует клеточный цикл до тех пор, пока нарушения не будут устранены. При серьезных нарушениях ДНК p53 инициирует апоптоз. Мутация p53 – отсутствие сдерживающего фактора – поврежденные клетки бесконтрольно размножаются. Семейство белковp21 –ингибиторы Cdk – включает 3 белка: р21, р27, р57. Эти белки связываются и ингибируют комплексы: циклин D/Cdk4, циклин E/Cdk2, циклин A/Cdk2. Белок р16 – ингибитор Cdk – препятствует взаимодействию Cdk4/6 с циклином D, блокируя клеточный цикл в точке рестрикции G1 >S. Вопрос 47 Циклин-зависимые протеинкиназы и циклины в регуляции клеточного цикла Кратко: Циклин-зависимые протеинкиназы (cyclin-dependent proteinkinases, Cdks) [греч. kyklos — круг и лат. -in(e) — суффикс, обозначающий «подобный»] — семейство протеинкиназ (см.Протеинкиназы), которые активируются под действием циклинов (см. Циклины) и являются главными регуляторами, влияющими на смену фаз клеточного цикла. Идентифицировано восемь индивидуальных Ц.-з.п. (CDK1—CDK8), часть которых не участвует непосредственно в регуляции клеточного цикла. Для полипептидных цепей всех этих белков характерна высокая (до 75 %) структурная гомология. Специфичность их функционирования обеспечивают уникальные сайты связывания соответствующих активирующих циклинов. Полный ответ: Циклин зависимые киназы (Cdk) - это клеточные машины, которые запускают события клеточного цикла и являются своеобразными часами этих событий. Кроме того, они выполняют функцию информационных процессоров, которые интегрируют внеклеточные и внутриклеточные сигналы для тонкой координации событий клеточного цикла. Изучение Cdk необходимо для понимания фундаментальных механизмов контроля клеточного цикла. Каталитическая активность Cdk обеспечивается высокоспецифичными сайтами связывания, что позволяет двум субстратам правильно расположиться относительно друг друга и произвести перенос фосфата АТФ на кислород ОН группы белка-субстрата. Типичная каталитическая субъединица чуть больше, чем минимальный протеинкиназный домен. Членысемейства Cdk состоят из примерно 300 остатков аминокислот. Из них 35-65% идентичны прототипу cdc2/cdc28.Каталитические субъединицы Cdk не действуют в одиночку. Их способность включать события клеточного цикла полностью зависит от взаимодействия с циклиновымисубъединицами. Отсюда и происходит название cyclin dependent kinase. Хотя связывание с циклином и является определяющим, существуют дополнительные регуляторные субъединицы и протеин киназы, которые модулируют активность CDK, распознавание субстрата и субклеточную локализацию. Cdk определяются как белковые киназные каталитические субъединицы. Продукт cdc2 гена, р34, считается прототипом циклин-киназной единицы и служит эталоном для сравнения других циклин-киназ. В регуляции клеточного цикла дрожжей участвует всего одна циклин зависимая киназа -р34. В разные периоды клеточного цикла она активируется присоединением соответствующего циклина и фосфорилирует специфические для этого периода субстраты (рис. 32). Видно, что периоды активностей Cdk перекрываются.У позвоночных открыто более десяти белков подобных cdc2/cdc28. Большинство Cdk являются некритическими регуляторами клеточного цикла. Лишь Cdk1 и Cdk2, структурные гомологи cdc2/cdc28, выполняют в нем главную роль. В настоящее время известно восемь циклинов, обозначаемых латинскими буквами от А до Н. Все циклины имеют общую последовательность длиной 100-150 аминокислотных остатков, называемую циклиновым боксом, которая необходима для связывания с CDK. На основании анализа кристаллической структуры циклин А1 состоит из двух компактных центральных доменов, каждый из которых представлен пятью спиралями, и двух дополнительных спиралей у С- и N-конца.Клетки вступают в клеточный цикл и осуществляют синтез ДНК в ответ на внешние митогенные стимулы. Лимфокины(например, интерлейкины), цитокины(в частности интерфероны) и полипептидные факторы роста, взаимодействуя со своими рецепторами на поверхности клеток, индуцируют каскад реакций фосфорилирования внутриклеточных белков, сопровождающихся передачей сигнала от поверхности клеток к ядру и индукцией транскрипции соответствующих генов. Одними из первых активируются гены, кодирующие белки циклины, получившие свое название от того, что их внутриклеточная концентрация периодически изменяется по мере прохождения клеток через клеточный цикл, достигая максимума на его определенных стадиях. Циклины являются специфическими активаторами семейства циклин-зависимых протеинкиназ (CDK)(CDK - cyclin-dependent kinases) - ключевых участников индукции транскрипции генов, контролирующих клеточный цикл. Активация индивидуальной CDK происходит после ее взаимодействия со специфическим циклином, и образование этого комплекса становится возможным после достижения циклином критической концентрации. В ответ на уменьшение внутриклеточной концентрации конкретного циклина происходит обратимая инактивация соответствующей CDK. Некоторые CDK активируются более чем одним циклином. В этом случае группа циклинов, как бы передавая протеинкиназы друг другу, поддерживает их в активированном состоянии длительное время. Такие волны активации CDK возникают на протяжении G1- и S- фаз клеточного цикла. Вопрос 48. Биологическая роль мейоза. Кроссинговер и комбинативная изменчивость. Мейоз — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Кроссинговер — процесс обмена участками гомологичных хромосом во время конъюгации в профазе I мейоза. Конъюгация — соединение гомологичных хромосом. Комбинативная изменчивость — изменчивость, которая возникает вследствие рекомбинации генов. Биологическая роль мейоза: Предотвращается удвоение числа хромосом в каждом поколении, так как при образовании половых клеток мейозом происходит редукция числа хромосом. Является основным этапом гаметогенеза, так как приводит к образованию гаплоидных клеток (гамет) Обеспечивает передачу генетической информации от организма к организму при половом размножении, так как при оплодотворении получившаяся зигота содержит генетическую информацию обоих родителей. Мейоз создает возможность для возникновения новых комбинаций генов (комбинативная изменчивость), так как в ходе мейоза происходит образование генетически различных гамет. Вследствие: Независимого расхождения хромосом во время мейоза(Анафаза I); Рекомбинации генов вследствие кроссинговера(В профазе I в ходе конъюгации в некоторых местах гомологичные хромосомы плотно соединяются, образуя хиазмы. В них происходит кроссинговер— обмен участками между гомологичными хромосомами, т. е. обмен генетическим материалом) Вопрос 49. Объясните процесс оплодотворение. Краткий обзор: Оплодотворение – слияние гаплоидных половых клеток, приводящее к образованию диплоидной клетки- одноклеточного зародыша. Для того, чтобы произошло оплодотворение, сперматозоид должен последовательно преодолеть три барьера: Лучистый венец легко проникает через лучистый венец между рыхло расположенными фолликулярными клетками и достигает прозрачной оболочки. Прозрачную оболочку  при взаимодействии сперматозоида с прозрачной оболочкой происходят: связывание сперматозоида с его рецептором акросомная реакция расщепление компонентов прозразной оболочки ферментами акросомы проникновение сперматозоида к плазматической мембране яйцеклетки. Плазматическую мембрану Ответ : При оплодотворении взаимодействуют мужская и женская гаплоидные гаметы, при этом сливаются их ядра, объединяются хромосомы, и возникает диплоидная клетка нового организма – зигота, сразу вступающая в следующую стадию – дробление. Акросомная реакция. Начало акросомной реакции – следствие взаимодействия олигосахаридов гликопротеина ZP3 прозрачной оболочки с рецептором в мембране головки сперматозоида. Из акросомы освобождаются ферменты, расщепляющие молекулы прозрачной оболочки. В результате в прозрачной оболочке образуется узкий канал, через который проходит сперматозоид; мембраны сперматозоида и яйцеклетки сливаются. Активизация яйцеклетки. Оплодотворение активизирует яйцеклетку , в цитоплазме повышается концентрация Са2+. Объединение пронуклеусов. В течение первых 12 часов после проникновения сперматозоида в яйцеклетку происходит перестройка ядер(пронуклеусов) слившихся гамет. Пронуклеусы мигрирую в центр яйцеклетки и сближаются, материнские и отцовский хромосомы перемешиваются - образуется синкарион. Кортикальная реакция начинается сразу после проникновения сперматозоида в яйцеклетку- выделение содержимого кортикальных гранул яйцеклетки. Сигнал для реакции- повышение концентрации Са2+ в цитозоле. Под действием ферментов кортикальных гранул происходит модификация рецептора сперматозоида ZP3. Молекулы ZP теряют способность к запуску акросомной реакции в других сперматозоидах, блокируется полиспермия. Вопрос 50. В каком важном аспекте строении яйцеклетки сходило со строением сперматозоида? Краткий обзор: Гаплоидный набор хромосом. Основная часть: Гаплоидный набор хромосом - совокупность хромосом, присущая зрелой половой клетке, в которой из каждой пары характерных для данного биологического вида хромосом присутствует только одна хромосома. Вопрос 51. Стадии сперматогенеза у млекопитающих. План: 1.Образование сперматогоний в яичках. 2.Стадия размножения(митоз); 3.Стадия роста(интерфаза); 4.Стадия созревания(два мейоза); 5.Стадия формирования(изменения в ядре, образование акросомы, центриолей, митохондрии, цитоплазма). Основная часть: Сперматогенез - это процесс образования мужских половых клеток - сперматозоидов. Происходит в яичках. Подразделяется на 4 стадии: Размножение; Рост; Созревание; Формирование. Первичные половые клетки мигрируют в зачатки яичек, делятся и дифференцируются в сперматогонии - диплоидные клетки 2n, из которых образуются гаметы (в извитых канальцах яичек). *До периода полового созревания сперматогонии в стадии покоя. 1. Стадия размножения: Последовательные митотические деления сперматогоний приводят к образованию сперматоцитов 1 порядка: *Сперматогонии размножаются на протяжении всего периода половой зрелости у мужских особей (от начала полового созревания и до смерти). 2. Стадия роста: Сперматоциты 1 порядка увеличиваются в размерах в 4 и более раз - 2n4с. *Эта стадия соответствует интерфазе мейоза 1!! 3. Стадия созревания: В результате 1 мейоза из одного сперматоцита 1 порядка образовались два сперматоцита 2 порядка - n2c После 2 мейоза образовались 4 сперматиды (т.е из каждого сп-ц.2 порядка - по 2 сперматиды - nc - по 22 аутосомы и одной X-, Y-хромосоме) 4. Стадия формирования (спермиогенез): Это постмейотическая стадия морфологических изменений сперматид и образование сперматозоидов. А именно: - ядра сперматид уплотняются вследствие гиперспирализации хромосом, они становятся функционально инертными; -пластинчатый комплекс перемещается к одному из полюсов ядра, образуя акросому; -у противоположного конца ядра - центриоли, причем от одной из них отрастает жгутик, у основания которого в виде спирального чехлика концентрируются митохондрии; -почти вся цитоплазма сперматиды отторгается. *Преобразование сперматид происходит внутри клеток Сертоли. В конце, сперматозоиды выходят из карманов клеток Сертоли в просвет канальцев яичек. Отличия сперматогенеза от овогенеза: -Сперматогенез включает стадию формирования (ее нет при овогенезе); -Из сперматоцита I порядка получается четыре половых клетки, а из ооцита I порядка получается одна полноценная половая клетка. -Процесс образования сперматозоидов идет непрерывно и сохраняется в течение всей половой зрелости мужчины. - Стадия размножения при сперматогенезе идет постоянно, а при овогенезе заканчивается после рождения. -Стадия роста при сперматогенезе короче, чем при овогенезе. -Равномерное деление сперматоцитов 2 порядка (в овогенезе - 1 направитльная клетка и полярные тельца) Вопрос 52. Стадии овогенеза у млекопитающих |