Экзамен по биологии. Общая биология 22 Определение биологии как науки. Связь биологии с другими науками. Значение биологии для
 Скачать 0.97 Mb.
|
|
Общая биология 2/2 1. Определение биологии как науки. Связь биологии с другими науками. Значение биологии для медицины. Определение понятия «жизнь» на современном этапе науки. Фундаментальные свойства живого. Биология (греч. Bios - «жизнь»; logos — учение) — наука о жизни (живой природе), одна из естественных наук, предметом которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой. Связь биологии с другими науками: Биология тесно связана с другими науками и иногда очень трудно провести грань между ними. Изучение жизнедеятельности клетки включает в себя изучение молекулярных процессов, протекающих внутри клетки, этот раздел называется молекулярная биология и иногда относится больше к химии, а не к биологии. Химические реакции, протекающие в живых организмах, изучает биохимия, наука которая также существенно близка к химии, чем к биологии. Многие аспекты физического функционирования живых организмов изучает биофизика, которая очень тесно связана с физикой. Изучение большого количества биологических объектов неразрывно связано с такими науками как математическая статистика. Иногда как независимую науку выделяют экологию - науку о взаимодействии живых организмов с окружающей средой (живой и неживой природы). Как отдельная область знаний давно выделилась наука изучающая здоровье живых организмов. Эта область включает в себя ветеринарию и очень важную прикладную науку - медицину, отвечающую за здоровье людей. Значение биологии для медицины: Генетические исследования позволили разрабатывать методы ранней диагностики, лечения и профилактики наследственных болезней человека; Селекция микроорганизмов позволяет получать ферменты, витамины, гормоны, необходимые для лечения ряда заболеваний; Генная инженерия позволяет производить биологически активные соединения и лекарства; Познания биологии необходимо для борьбы с инфекционными и паразитическими заболеваниями человека и животных; Определение понятия «жизнь» на современном этапе науки: Довольно трудно дать полное и однозначное определение понятию жизни, учитывая огромное разнообразие ее проявлений. В большинстве определений понятия жизни, которые давались многими учеными и мыслителями на протяжении веков, учитывались ведущие качества, отличающие живое от неживого. Например, Аристотель говорил, что жизнь — это «питание, рост и одряхление» организма; А. Л. Лавуазье определял жизнь как «химическую функцию»; Г. Р. Тревиранус считал, что жизнь есть «стойкое единообразие процессов при различии внешних влияний». Понятно, что такие определения не могли удовлетворить ученых, так как не отражали (и не могли отражать) всех свойств живой материи. Кроме того, наблюдения свидетельствуют, что свойства живого не исключительны и уникальны, как это казалось раньше, они по отдельности обнаруживаются и среди неживых объектов. А. И. Опарин определял жизнь как «особую, очень сложную форму движения материи». Это определение отражает качественное своеобразие жизни, которое нельзя свести к простым химическим или физическим закономерностям. Однако и в этом случае определение носит общий характер и не раскрывает конкретного своеобразия этого движения. Ф. Энгельс в «Диалектике природы» писал: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является обмен веществом и энергией с окружающей средой». Для практического применения полезны те определения, в которых заложены основные свойства, в обязательном порядке присущие всем живым формам. Вот одно из них: жизнь — это макромолекулярная открытая система, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, самосохранению и саморегуляции, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии. Согласно данному определению жизнь представляет собой ядро упорядоченности, распространяющееся в менее упорядоченной Вселенной. Жизнь существует в форме открытых систем. Это означает, что любая живая форма не замкнута только на себе, но постоянно обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Фундаментальные свойства живого: К числу фундаментальных свойств, совокупность которых характеризует жизнь, относятся: 1. Самообновление – обеспечивает восстановление поврежденных или изношенных структур живой системы. Связано с потоками вещества и энергии. 2. Самовоспроизведение – способность живого организма, его органа, ткани, клетки или клеточного органоида к образованию себе подобного. Связано с потоками информации, заложенной в структуре нуклеиновых кислот. 3. Раздражимость – способность живых организмов реагировать на внешнее воздействие окружающей среды изменением своих физико-химических и физиологических свойств. 4. Гомеостаз (поддержание гомеостаза) – саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своей внутренней среды посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. 5. Адаптация – способность живого организма постоянно приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям окружающей среды. 6. Структурная организация – определенная упорядоченность живой системы. 7. Наследственность – способность передавать признаки в ряду поколений. Обеспечивает преемственность между поколениями организмов. 8. Изменчивость – способность приобретать новые признаки в процессе онтогенеза, отличные от родительских. 9. Дискретность и целостность – живые организмы состоят из четко отграниченных элементов, образующих единую систему. 2. Эволюционно-обусловленные уровни организации жизни. Уровень организации Элементарная единица (ЭЕ) Основные процессы Молекулярный уровень Элементарными единицами этого уровня организации жизни являются химические вещества: нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, липиды и др. На этом уровне в основном проявляются такие важнейшие процессы жизнедеятельности, как передача наследственной информации, биосинтез, превращение энергии и др. Клеточный уровень Клетка – элементарная структурно-функциональная единица живого. Деление клеток – митоз, мейоз, рост клеток. Тканевый уровень Ткань – совокупность клеток и межклеточного вещества, объединенных общим происхождением, строением и выполняемыми функциями. Дифференцировка клеток, обмен веществ. Органный уровень Орган - совокупность тканей, которые связаны выполнением общих функций и занимают определенное место в многоклеточном организме. Регуляция жизнедеятельности, раздражимость, межтканевый взаимодействия внутри одного органа. Организменный уровень Организм – особь, живое существо с его согласованно действующими органами. Питание, дыхание, выделение, раздражимость, рост и развитие, размножение, поведение. Популяционно- видовой уровень Популяция/вид – группа организмов с общими морфофизиологическими, биохимическими и поведенческими признаками, способная к взаимному скрещиванию, которое дает в ряду поколений плодовитое потомство. Взаимодействия между особями и популяциями внутри вида. Адаптация к окружающей среде. Эволюционные процессы. Биогеоценотический (экосистемный) Биогеоценоз – система, включающая сообщества живых организмов (популяций, видов) и тесно связанных с ними абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии. Межвидовые взаимодействия, круговороты веществ и энергии, регуляция динамического равновесия компонентов биогеоценоза. Биосферный уровень Биосфера – оболочка земли, заселённая живыми организмами и находящаяся под их воздействием. Активное взаимодействие живого и неживого планеты; биологический глобальный круговорот веществ и энергии. Вирусология 1/1 3. Доклеточный уровень организации живой материи. Вирусы. Вирус – неклеточная форма жизни, которая распространяет инфекцию на клетки живых организмов. Число подробно изученных вирусов доходит до пяти тысяч, однако считается, что их реальное количество превышает миллион. Они имеют размеры в 50 раз меньше бактерий. Вызывают такие заболевания, как грипп, энцефалит, корь, свинка, краснуха, гепатит, СПИД. История открытия: В 1892 году отечественный микробиолог Дмитрий Иосифович Ивановский обнаружил, что именно неклеточная форма жизни является причиной мозаичной болезни табака, и стал первооткрывателем вирусов. Термин «вирус» впервые употребил его последователь, голландский микробиолог Мартин Бейеринк. «Вирус» происходит от латинского слова «virus», обозначающего «яд». Поведение Вирусы могут воспроизводить себя только внутри живой клетки, поэтому они являются паразитами. Обычно они вызывают явные признаки заболевания. Попав внутрь клетки-хозяина, они «выключают» (инактивируют) хозяйскую ДНК и, используя свою собственную ДНК или РНК, дают клетке команду синтезировать новые копии вируса. Вирусы передаются из клетки в клетку в виде инертных частиц. Строение Вирусы устроены очень просто. Они состоят из фрагмента генетического материала, либо ДНК, либо РНК, составляющей сердцевину вируса, и окружающей эту сердцевину защитной белковой оболочкой, которую называют капсидом. Полностью сформированная инфекционная частица называется вирионом. У некоторых вирусов, таких, как вирусы герпеса или гриппа, есть еще и дополнительная липопротеидная оболочка, которая возникает из плазматической мембраны клетки-хозяина. Бактериофаги - вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки и клетки архей. Чаще всего они размножаются внутри бактерий и вызывают их лизис. У некоторых бактериофагов имеется явно выраженная икосаэдрическая головка, а хвост обладает спиральной симметрией. Трансдукция – процесс переноса бактериофагом бактериальной ДНК из одной клетки в другую. Эволюционное происхождение вирусов Наиболее правдоподобной и приемлемой является гипотеза о том, что вирусы произошли из «беглой» нуклеиновой кислоты, т.е. нуклеиновой кислоты, которая приобрела способность реплицироваться независимо от той клетки, из которой она возникла, хотя при этом подразумевается, что такая ДНК реплицируется с использованием (паразитическим) структур этой или других клеток. Таким образом, вирусы, должно быть, произошли от клеточных организмов, и их не следует рассматривать как примитивных клеточных организмов. Цитология 9/9 4. Клеточная теория. История и современное состояние. Значение ее для биологии и медицины. Клеточная теория – одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточным строением, в котором клетка рассматривается в качестве единого структурного элемента живых организмов. История клеточной теории. В 1665 г. Роберт Гук, рассматривая под микроскопом срез пробки дерева, обнаружил пустые ячейки, которые он назвал "клетками". Он видел только оболочки растительных клеток, и длительное время оболочка считалась основным структурным компонентом клетки. В 1825 г. Ян Пуркине описал протоплазму клеток, а в 1831 г. Р. Броун - ядро. В 1837 г. Маттиас Шлейден пришёл к заключению, что растительные организмы состоят из клеток, и каждая клетка содержит ядро. Используя накопившиеся к этому времени данные, Теодор Шванн в 1839 г. сформулировал основные положения клеточной теории: 1. клетка является основной структурной единицей растений и животных; 2. процесс образования клеток обуславливает рост, развитие и дифференцировку организмов. М. Шлейден и Т. Шванн явились создателями клеточной теории, однако они ошибочно считали, что клетки в организме возникают из первичного неклеточного вещества. Позднее Рудольф Вирхов сформулировал одно из важнейших положений клеточной теории: «Всякая клетка происходит из другой клетки...» (Omnis cellula e cellula). Современное состояние клеточной теории. 1. клетка - основная структурно-функциональная и генетическая единица живых организмов, наименьшая единица живого; 2. клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по строению, химическому составу и важнейшим проявлениям процессов жизнедеятельности; 3. каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки; 4. клетки многоклеточных организмов специализированы: они выполняют разные функции и образуют ткани; 5. клетка является открытой системой, через которую проходят и преобразуются потоки вещества, энергии и информации Значение ее для биологии и медицины. В 1858 г вышла в свет работа немецкого ученого Рудольфа Вирхова «Целлюлярная патология». В этой работе он впервые высказал новые взгляды на причину патологических процессов в организме человека. Он отбросил традиционные представления о том, что причиной болезней является изменение жидкостей организма, борьба нематериальных сил и противопоставил этим представлениям идею о том, что причиной всех патологических процессов является изменения в строении и функционировании клетки. Исследования Р. Вирхова знаменовали появлению новой науки – патологии, которая является основой теоретической и клинической медицины. Идея Р. Вирхова о клеточной патологии как первопричине болезненного состояния организма получила полное экспериментальное подтверждение, дальнейшее развитие. По большому счету, если отбросить представление об автономии клетки, то она не потеряла своего значения и в настоящее время. Уже давно ни у кого не вызывает сомнения тот факт, что клетка не только единица строения, но и основное звено патологического процесса. Практически все врожденные и приобретенные болезни связаны с нарушением структуры и функции клеток. Широко распространенными причинами болезней являются нарушения в структуре и функции лизосом, митохондрий, плазматических мембран, рецепторов, наследственного аппарата клетки. Изучение этих причин с использованием современных методов исследования дает материал для понимания механизма патологического процесса, разработки методов диагностики, лечения и профилактики болезней человека. Для врача – в его практической деятельности очень важно всегда помнить о том, что процессы, которые происходят в клетке, нельзя рассматривать оторвано от организма как целостной системы с ее нервной и гуморальной регуляцией и всегда уметь выделять основные факторы риска для здоровья, которым подвергается организм больного. 5. Клетка – элементарная структурно-функциональная биологическая единица. Прокариотические и эукариотические клетки. Клетка - элементарная единица живой системы. Элементарной единицей она может быть названа потому, что в природе нет более мелких систем, которым были бы присущи все свойства живого. Известно, что организмы бывают одноклеточными (например, бактерии, простейшие, некоторые водоросли) или многоклеточными. Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители и способна двигаться. Она является низшей ступенью организации, обладающей всеми этими свойствами. Специфические функции в клетке распределены между органоидами, внутриклеточными структурами, имеющими определенную форму, такими, как клеточное ядро, митохондрии и др. У многоклеточных организмов разные клетки (например, нервные, мышечные, клетки крови у животных или клетки стебля, листьев, корня у растений) выполняют разные функции и поэтому различаются по структуре. Несмотря на многообразие форм, клетки разных типов обладают поразительным сходством в своих главных структурных особенностях. Прокариотические и эукариотические клетки. Клетки всех организмов, имеющих клеточное строение, делятся на две группы: доядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты). Клетки прокариот имеют относительно простое строение. Сравнительная характеристика: Признак Прокариот Эукариот Размер Диаметр 0.5-5 мкм. Диаметр до 40 мкм. Объем в 1000-10000 раз больше, чем у прокариот. Формы Одноклеточные, нитчатые. Одноклеточные, нитчатые, истинно многоклеточные. Органеллы Мало. Нет мембранных органоидов. Много. Имеются огражденные как двойной, так и одиночной мембраной. Ядро, Ядерная оболочка Нет Есть ДНК Замкнута в кольцо, располагается в цитоплазме (нуклеоид). Ядерная ДНК представляет собой линейную структуру и находится в хромосомах. Митоз, Мейоз, Гаметы Нет Есть Митохондрии, Пластиды Нет Есть Способ поглощения пищи Адсорбция через клеточную мембрану Фагоцитоз и пиноцитоз Пищеварительные вакуоли Нет Есть Жгутики Есть Есть Для растительной клетки характерно наличие различных пластид, крупной центральной вакуоли, которая иногда отодвигает ядро к периферии, а также расположенной снаружи плазматической мембраны клеточной стенки, состоящей из целлюлозы. В клетках высших растений в клеточном центре отсутствует центриоль, встречающаяся только у водорослей. Резервным питательным углеводом в клетках растений является крахмал. В клетках представителей царства грибов клеточная стенка обычно состоит из хитина - вещества, из которого построен наружный скелет членистоногих животных. Имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Запасным углеводом в клетках грибов является гликоген. В клетках животных отсутствует плотная клеточная стенка, нет пластид. Отсутствует центральная вакуоль. Центриоль характерна для клеточного центра животных клеток. Резервным углеводом в клетках животных также является гликоген. 6. Клетка как открытая система. Организация потоков вещества, энергии в клетке. Специализация и интеграция клеток многоклеточного организма. Клетка как открытая система. Клетка является открытой системой, поскольку ее существование возможно только в условиях постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Организация потоков вещества, энергии в клетке. Поток энергии в клетке обеспечивается дыхательным обменом, фотосинтезом, хемосинтезом, брожением. Последние три процесса характерны только для определенных групп организмов. Дыхательный обмен включает реакции расщепления органических веществ: глюкозы, жирных кислот, аминокислот. Энергия, которая выделяется в этих реакциях, идет на синтез высококалорийных молекул АТФ. Впоследствии энергия АТФ преобразуется в какую-либо работу: осуществляется синтез веществ, поддерживается осмос, движение и др. Так, в клетках поперечнополосатой мускулатуры система расщепляются молекулы АТФ, и высвобождающаяся при этом энергия используется для выполнения механического движения. АТФ относится к группе макроэргических соединений. В них энергия, запасенная в химических связях, доступна для использования в биологических процессах. Главный клеточный органоид дыхательного обмена, а, следовательно, и потока энергии, – митохондрия. В ней происходит окислительное фосфорилирование, приводящее к синтезу большого количества молекул АТФ. Однако в цитоплазме протекает немаловажный этап дыхательного обмена — гликолиз — анаэробное расщепление глюкозы. При гликолизе глюкоза окисляется не полностью, извлекается лишь около 10% заключенной в ее связях энергии. Продукт гликолиза — пируват — поступает для дальнейшего окисления в митохондрии. Здесь протекает аэробное (с участием молекулярного кислорода) дыхание. В растительных клетках в потоке энергии также участвует фотосинтез, при котором происходит преобразование энергии света в энергию химических связей. Энергетические процессы в клетках весьма эффективны. Коэффициент полезного действия митохондрий может достигать 60%. Поток веществ в клетке тесно связан с реакциями дыхательного обмена, которые помимо поставки энергии обеспечивают клетку веществами, необходимыми для синтеза разнообразных соединений. Такими строительными блоками являются многие продукты расщепления питательных веществ. Поток веществ объединяет метаболические пути расщепления и синтеза углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот. Большое разнообразие строительных блоков поставляет цикл Кребса, функционирующий в матриксе митохондрий. Через него проходят многие соединения, являющиеся промежуточными продуктами синтеза основных молекул клетки. В цикле Кребса происходит выбор пути превращения определенного соединения, переключение обмена клетки с одного пути на другой, например, с углеводного на жировой. В общей сложности поток веществ в клетке можно представить, как поступление в нее одних веществ, их расщепление, синтез необходимых веществ и выведение из клетки ненужных ей веществ. 7. Прокариоты. Характерные черты организации. Прокариоты (лат. Procaryota, от греч. προ «перед» и κάρυον «ядро»), или доядерные — одноклеточные живые организмы, не имеющие (в отличие от эукариотических клеток) четко оформленного клеточного ядра. Прокариоты делятся на Археи и Бактерии. Прокариоты: Малые размеры (0.5-5 мкм в диаметре); Отсутствие ядра, ядерной оболочки; Небольшое количество органоидов; Отсутствую мембранных органоидов; Осмотрофный тип питания; Имеют жгутики; Формы размножения — бесполый способ, имеется псевдосексуальный процесс, в результате которого происходит лишь обмен генетической информацией, без увеличения числа клеток. способны к азотофиксации. Имеют: капсулу (предохраняет бактерии от повреждений, высыхания, она препятствует фагоцитозу бактерий); клеточную стенку, плазмолемму, цитоплазму, рибосомы, пили (поверхностные структуры, присутствующие у многих бактериальных клеток и представляющие собой прямые белковые цилиндры длиной 1—1,5 мкм и диаметром 7—10 нм); жгутики, нуклеоид (подобный ядру); плазмиды (дополнительные факторы наследственности, расположенные в клетках вне хромосом и представляющие собой кольцевые (замкнутые) или линейные молекулы ДНК.) 8. Клеточный цикл, его периодизация. Митотический цикл и его механизмы. Проблемы клеточной пролиферации в медицине. Клеточный цикл, его периодизация. Клеточный цикл – период существования клетки от момента её образования путём деления материнской до собственного деления или гибели. Периоды жизненного цикла соматических клеток: рост и дифференцировка, выполнение специфических функций, подготовка к делению (размножению), деление. Делению клетки (митозу или мейозу) предшествует удвоение хромосом, которое происходит в S-фазе. Период обозначают первой буквой слова synthesis - синтез ДНК. С момента окончания периода S до завершения метафазы ядро содержит в четыре раза больше ДНК (обозначается 4n), чем ядро сперматозоида или яйцеклетки, а каждая хромосома состоит из двух идентичных сестринских хроматид – двухроматидные хромосомы. Митотический цикл и его механизмы. Митотический цикл – период в жизнедеятельности клетки от момента её образования и до разделения на дочерние клетки. Продолжительность зависит от типа делящихся клеток. Некоторые клетки, например, нейроны человека, после достижения стадии терминальной дифференцировки прекращают свое деление вообще. Клетки легких, почек или печени во взрослом организме начинают делиться лишь в ответ на повреждение соответствующих органов. Клетки эпителия кишечника делятся на протяжении всей жизни человека. Даже у быстро пролиферирующих клеток подготовка к делению занимает около 24 ч. Митотический цикл включает в себя интерфазу, митоз, а также цитокинез. Интерфаза - период, включающий в себя G1 -, S- и G2-периоды: G1 – период перед удвоением (репликацией) ДНК. Начинается сразу после деления клетки. Содержание генетического материала – 2n1chr2c (где n – набор хромосом, chr – число хроматид в хромосоме, c – количество молекул ДНК). В среднем этот период продолжается 12 часов, но может занимать несколько месяцев. В этот период клетка растет, начинает выполнять свои функции, идут активные процессы синтеза РНК, белков, нуклеотидов ДНК, увеличивается число рибосом, накапливается энергия в молекулах АТФ. S – период синтеза (репликации) ДНК. происходит репликация молекул ДНК – каждая хроматида достраивает себе подобную. Содержание генетического материала становится 2n2сhr4c. Удваиваются центриоли клеточного центра. Синтезируются РНК, АТФ и белки-гистоны. Клетка продолжает выполнять свои функции. Продолжительность периода – до 8 часов. Репликация молекул ДНК. Каждая из двух цепей материнской молекулы служит матрицей для синтеза новой цепи по принципу комплементарности. После репликации молекула ДНК содержит одну материнскую цепочку и одну дочернюю, вновь синтезированную. Так как две комплементарные цепи в молекуле ДНК направлены в противоположные стороны, а ДНК-полимераза может продвигаться вдоль матричных цепей лишь от 5'-конца к З'-концу, то синтез новых цепей идет антипараллельно (принцип антипараллельности). Для матричного синтеза новой молекулы ДНК необходимо, чтобы старая молекула была деспирализована и вытянута. Но одновременное раскручивание спиралей, состоящих из огромного числа пар нуклеотидов (нескольких миллионов), невозможно. Поэтому репликация начинается в нескольких местах молекулы ДНК. Участок молекулы ДНК от точки начала одной репликации до точки начала другой называется репликоном. Бактериальная хромосома содержит один репликон. Эукариотическая хромосома содержит много репликонов, в которых удвоение молекулы ДНК идет одновременно. Репликон обязательно имеет контролирующие элементы: точка начала, в которой инициируется репликация, и точка окончания, в которой репликация останавливается. Место, в котором происходит репликация, получило название репликационной вилки. Репликационная вилка движется вдоль молекулы ДНК от ее стартовой точки (точки начала) до точки окончания. Так как ДНК-полимераза может двигаться только в одном направлении (5'-3'), то в каждой репликационной вилке она может постепенно и непрерывно строить лишь одну новую цепь молекулы ДНК. Другая дочерняя молекула ДНК синтезируется отдельными короткими участками по 150-200 нуклеотидов под действием ДНК-полимеразы, движущейся в противоположном направлении. Эти короткие участки вновь синтезируемой полинуклеотидной цепи одного репликона связываются воедино ферментом лигазой. Такой принцип синтеза новых цепей ДНК называется прерывистым. Участки дочерних. молекул ДНК, синтезированные в соседних репликонах, также сшиваются ферментом лигазой. Весь геном клетки реплицируется только один раз за период времени, соответствующий одному митотическому циклу. G2 – период между синтезом ДНК и делением клетки. Клетка готовится к митотическому делению. Накапливается энергия, активно синтезируются РНК и преимущественно ядерные белки и белки ахроматинового веретена деления. Содержание генетического материала не изменяется: 2n2chr4с. К концу периода затухают все синтетические процессы, меняется вязкость цитоплазмы, ядерно-цитоплазматическое отношение достигает критической величины. Клетка начинает делиться. Митоз (от греч. mitos - нить) – процесс непрямого деления соматических клеток эукариот, в результате которого из одной диплоидной материнской клетки образуются две дочерние с таким же набором хромосом. Процесс митоза составляют: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза. Профаза: начинается со спирализации хроматина: длинные хроматиновые нити укорачиваются и утолщаются, образуя хромосомы. В начале профазы многочисленные цитоплазматические микротрубочки, входящие в состав цитоскелета, распадаются, при этом образуется большой пул свободных молекул тубулина. Эти молекулы вновь используются для построения главного компонента митотического аппарата - митотического веретена. Каждая пара центриолей становится частью митотического центра, от которого лучами расходятся микротрубочки (фигура "звезда"). Вначале обе звезды лежат рядом около ядерной мембраны. В поздней профазе пучки полюсных микротрубочек, взаимодействующие друг с другом (и видимые в световой микроскоп как полюсные нити), удлиняются и растаскивают два митотических центра к полюсам клетки. Таким способом образуется биполярное митотическое веретено. Содержание генетического материала 2n2chr4с. Прометафаза: начинается с быстрого распада ядерной оболочки на мелкие фрагменты, неотличимые от фрагментов цитоплазматического ретикулума. Эти фрагменты остаются видимыми около веретена. В клетках млекопитающих прометафаза занимает 10-20 минут. Расположенное около ядра митотическое веретено может теперь проникнуть в ядерную область. В хромосомах с каждой стороны центромеры образуются особые структуры – кинетохоры. Обычно у каждой хромосомы оказывается по одной кинетохорной нити, связанной с каждым из полюсов. В результате этого возникают две противоположно направленные силы, которые и приводят хромосому в экваториальную плоскость. Содержание генетического материала 2n2chr4с. Метафаза: часто продолжается длительное время. Все хромосомы располагаются по экватору таким образом, что их центромеры лежат в одной плоскости, образуя тем самым метафазную пластинку. Каждая хромосома удерживается в метафазной пластинке парой кинетохоров и двумя пучками связанных с ними нитей, идущих к противоположным полюсам веретена. Содержание генетического материала 2n2chr4с. Анафаза: продолжается обычно всего несколько минут. Анафаза начинается внезапным расщеплением каждой хромосомы, которое обусловлено разделением сестринских хроматид в точке их соединения в центромере. Это расщепление, разделяющее кинетохоры, не зависит от других событий митоза и происходит даже в хромосомах, не прикрепленных к митотическому веретену; оно позволяет полярным силам веретена, действующим на метафазную пластинку, начать перемещение каждой хроматиды к соответствующим полюсам веретена со скоростью порядка 1 мкм/мин. Во время этого анафазного движения кинетохорные нити укорачиваются по мере того, как хромосомы приближаются к полюсам. В результате у полюсов клетки оказывается по одной сестринской хроматиде. Содержание генетического материала 2n1chr2с у каждого полюса. Телофаза: заключительная стадия митоза, кинетохорные нити исчезают, вокруг каждой группы хроматид у полюсов образуется новая ядерная оболочка (образуются дочерние ядра), хромосомы деспирализуются, появляются ядрышки, и митоз заканчивается. Содержание генетического материала 2n1chr2с у каждого полюса. Цитокинез – последний этап митотического цикла. Происходит деление тела эукариотической клетки. Заканчивается образованием двух дочерних клеток. Содержание генетического материала 2n1chr2с в ядре каждой клетки. Проблемы клеточной пролиферации в медицине. Пролиферация. Основной способ деления тканевых клеток — это митоз. По мере увеличения числа клеток возникают клеточные группы, или популяции, объединенные общностью локализации в составе зародышевых листков (эмбриональных зачатков) и обладающие сходными гистогенетическими потенциями. Клеточный цикл регулируется многочисленными вне- и внутриклеточными механизмами. К внеклеточным относятся влияния на клетку цитокинов, факторов роста, гормональных и нейрогенных стимулов. Роль внутриклеточных регуляторов играют специфические белки цитоплазмы. В течение каждого клеточного цикла существуют несколько критических точек, соответствующих переходу клетки из одного периода цикла в другой. При нарушении внутренней системы контроля клетка под влиянием собственных факторов регуляции элиминируется апоптозом, либо на некоторое время задерживается в одном из периодов цикла. 9. Мейоз: цитологическая и цитогенетическая характеристика. Мейоз – это особое деление соматических клеток половых желез, которое приводит к образованию гамет. Мейоз состоит из двух делений – мейоз I и мейоз II. Каждое деление имеет четыре фазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. 1. Самой сложной является профаза мейоза I. Она имеет 5 стадий: Лептотена: хроматин спирализуется, образуются тонкие хроматиновые нити, которые начинают движение друг к другу центромерными участками; генетический материал – 2n2chr4c. Зиготена: начинается конъюгация коротких, толстых хроматиновых нитей (хромосом), которые соединяются по всей длине; генетическая информация не изменяется – 2n 2chr4c. Пахитена: гомологичные хромосомы плотно соединяются по всей длине; образуемые фигуры называют биваленты хромосом или тетрады хроматид; генетический материал можно записать так – 1n biv4chr4с; к концу стадии в области центромер начинают действовать силы отталкивания и происходит кроссинговер – обмен участками гомологичных хромосом; Диплотена: продолжают действовать силы отталкивания, но хромосомы остаются соединенным в области хиазм (перекрестов); содержание генетического материала сохраняется – 1n biv 4chr4с; Диакинез: заканчивается спирализация хромосом, исчезают ядерная оболочка и ядрышко; биваленты хромосом, соединенные своими концами, выходят в цитоплазму и движутся к центру клетки; нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом; 1n biv 4chr4c. 2. В метафазе I биваленты располагаются по экватору клетки; четко видны отдельные хромосомы; генетический материал – 1n biv 4chr4с. 3. Анафаза I: биваленты распадаются на отдельные гомологичные хромосомы, которые расходятся к полюсам клетки; каждая хромосома содержит 2 хроматиды; содержание генетического материала на каждом полюсе клетки – 1n2chr2с; произошла редукция (уменьшение) числа хромосом – из диплоидного набор хромосом стал гаплоидным. Поэтому первое деление мейоза называется редукционным. 4. В телофазу I происходит цитокинез и образуются две дочерние гаплоидные клетки – 1n2chr2c; в отличие от митоза в этой фазе не происходит деспирализации хромосом. 5. После мейоза I наступает интеркинез – короткий промежуток между двумя делениями и начинается мейоз II. Репликация ДНК не происходит. Второе деление мейоза не отличается от митоза, но в профазе II не происходит спирализации хромосом. Каждая дочерняя клетка получает набор генетической информации 1n1chr1с. Гаплоидный набор хромосом сохраняется. Второе деление мейоза называется эквационным, или уравнительным. Из одной материнской диплоидной клетки образуются 4 клетки (гаметы) с гаплоидным набором хромосом. Значение мейоза: это механизм образования гамет; поддерживает постоянство числа хромосом при половом размножении; обеспечивает комбинативную изменчивость в результате кроссинговера, независимого расхождения хроматид и хромосом, при образовании гамет. 10. Характеристика сперматогенеза. Строение сперматозоида. Характеристика сперматогенеза Сперматогенез – процесс образования мужских половых клеток – сперматозоиды. Протекает в мужских половых железах – семенниках. Период размножения Клетки половых желез делятся митотическим путем, увеличиваясь в количестве, в результате образуются диплоидные сперматогонии. Период роста Данный период практически отсутствует в сперматогенезе, сперматозоиды не содержат питательных веществ. В данном периоде происходит редупликация ДНК: сперматогонии с набором хромосом 2n1chr2c становятся сперматоцитами I порядка с набором хромосом 2n2chr4c. Период созревания Клетки делятся мейозом (два деления), в результате из одной диплоидной клетки (2n2chr4c) образуются сначала два сперматоцита II порядка с гаплоидным двухроматидным набором хромасом после мейоза 1, затем, после мейоза 2 - четыре равные гаплоидные клетки (1n1chr1c), которые называются сперматидами. Период формирования Ярко выражен в сперматогенезе: меняется форма сперматидов – они приобретают хвост, чехлик, осевую нить, спиральные митохондрии и т.д., по окончанию образуются сперматозоиды. Строение сперматозоида Сперматозоиды, длиной около 70 мкм, имеют головку, шейку и хвост, покрытые цитолеммой. Головка включает небольшое плотное ядро с гаплоидным набором хромосом. Передняя половина ядра покрыта плоским мешочком – чехлик, в котором расположена акросома. Акросома содержит набор ферментов (гиалуронидаза, протеаза), способным растворять при оплодотворении оболочки, покрывающие яйцеклетку. Чехлик и акросома являются производными комплекса Гольджи. Хвостовой отдел состоит из промежуточной (связующей), главной и терминальной частей. o В связующей части, или шейке, располагаются центриоли – проксимальная, прилежащая к ядру, и дистальная, от которой начинается осевая нить – аксонема, продолжающаяся в промежуточной, главной и терминальной частях. o Промежуточная |