Все, что нужно к экзамену и не только. Все, что есть. Образования Сущность жизни. Основные свойства и уровни организации живой
 Скачать 2.07 Mb.
|
|
5.Поток информации в клетке. Схема реализации наследственной информации. Поток информации Поток информации в клетке осуществляется в двух направлениях: 1. Транскрипция трансляция полипептид 2. Репликация ДНК деление материнской клетки и образование дочерних(митоз) В потоке информации участвуют ядро (ДНК хромосом, иРНК, переносящие информацию в цитоплазму), аппарат трансляции (рибосомы,тРНК,ферменты,регуляторные белки),геномы митохондрий и хлоропластов. Секта свидетелей Диска — vk.com/ss_disk Реализация генетической информации- процесс, происходящий внутри каждой клетки, во время которого генетическая информация ,записанная в ДНК, воплощается в биологически активных веществах- РНК и белках. Основные стадии процесса реализации генетической информации Начальная стадия хранения информации После 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 хроматина Когда 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. Секта свидетелей Диска — vk.com/ss_disk Синтез (сборка) белков в рибосомах Рибосомы 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 белков Белки 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. 6.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 Секта свидетелей Диска — vk.com/ss_disk 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, метафа-зу, 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. 7. Морфофункциональная и генетическая характеристика стадий митоза. Патологические митозы и их значение. Эндомитоз. Понятие о стволовых клетках. Стадии митоза см в вопросе 6 Патологические митозы Секта свидетелей Диска — vk.com/ss_disk 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. 8.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: (1) дифференцированная клетка может делиться, давая точно такие же дифференцированные клетки. такими клетками являются, например, гепатоциты ; (2) 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, Секта свидетелей Диска — vk.com/ss_disk 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 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) Секта свидетелей Диска — vk.com/ss_disk 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) Секта свидетелей Диска — vk.com/ss_disk 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 |