Биология. Общая биология
 Скачать 1.51 Mb.
|
|
Немембранные органеллы представлены рибосомами, центросомами и микрофиламентами. Рибосомы – это небольшие сферические тельца, расположенные в гиалоплазме или на канальцах ЭПС. Количество их в клетках различно. Особо богаты рибосомами клетки, секретирующие белок. В состав рибосом входят специальные белки, магний и р-РНК. Каждая рибосома состоит из двух субъединиц (большой и малой) и в каждой из них содержится по одной молекуле р-РНК в виде свёрнутого тяжа, а между ними – белок. 30 Функция рибосом состоит в синтезе белков. Обычно рибосомы объеденены в группы по 5-70 штук – полисомы (полирибосомы). Образуются рибосомы в ядрышках. Центросома (клеточный центр) хорошо видна под световым микроскопом. Она состоит из двух центриолей и лучистой сферы. Каждая центриоль представляет из себя цилиндр, стенки которого образованы 9 триплетами параллельно расположенных микротрубочек. В клетках высших растений центриоли отсутствуют. Микротрубочки – это тончайшие трубочки разной длины. Их стенка состоит из белка тубулина. Располагаются свободно в цитоплазме клетки или являются структурными элементами жгутиков, ресничек, митотического веретена и центриолей. В свободном состоянии микротрубочки выполняют опорную функцию, определяя форму клеток. Кроме того, они определяют направление перемещения внутриклеточных структур, например, расхождение хромосом при делении ядра. Микрофиламенты – это тонкие нити, состоящие из белка актина и миозина. Располагаются под плазмолеммой многих эукариот клеток. Например, в эритроцитах сеть микрофиламентов прикрепляется к белкам мембраны и определяет не только форму, но и гибкость эритроцитов, позволяя проходить им по самым узким капиллярам. Другой пример. Клетки кишечного эпителия имеют около 1000 микроворсинок, увеличивающих площадь всасывания. В каждой микроворсинке содержится транспортная система, состоящая из пучка микрофиламентов, связанных с белками плазмолеммы и с горизонтальной сетью микрофиламентов. Таким образом, данный пучок микрофиламентов выполняет роль арматурного стержня, придающего ворсинке устойчивость. Включения – это непостоянные компоненты клеток, имеющие определённое строение и выполняющие определённые функции. Выделяют следующие группы включений: трофические, минеральные, пигментные, витаминные, секреторные и экскреторные. Ядро – (от латинского nucleus и греческого carion). Наличие ядра в клетке было совершено в 1833 г. английским цитологом Р. Броуном. В клетке может быть одно или несколько ядер. Оно располагается в центре клетки или на периферии. Форма ядра может быть овальной, круглой и сегментированной. Ядро присутствует во всех эукариотических клетках (за исключением эритроцитов и тромбоцитов крови человека, которые утратили его в процессе гемопоэза). Ядро имеет ядерную оболочку (кариолемму), ядерный сок (кариоплазму), ядрышко, хроматин и ядерный белковый остов (матрикс). Ядерная оболочка состоит из двух мембран – внешней и внутренней, между которыми находится перинуклеарное пространство. Внешняя и внутренняя мембраны ядерной оболочки имеют все характерные признаки клеточных мембран: билипидный слой, широкий спектр встроенных белков и др. Внешняя мембрана ядерной оболочки имеет ряд особенностей, указывающих на её структурное и функциональное единство с мембранами шероховатой ЭПС. Внутренняя мембрана ядерной оболочки 31 связана с ядерной ламиной (фиброзный элемент цитоскелета), которая, «заякоривая» хроматин, обеспечивает его связь с внутренней мембраной ядерной оболочки. Ядерные ламины образуют фибриллы диаметром 10 нм, которые под внутренней мембраной ядерной оболочки со стороны кариоплазмы формируют ортогональные структуры и рыхло расположенную фибриллярную сеть. Эти структуры обеспечивают связь внутренней мембраны ядерной оболочки с хроматином, а так же выполняют поддерживающую функцию, как элементы цитоскелета, связаны с ядерной порой. Двухмембранная ядерная оболочка имеет ядерные поры. Эти тоннельные образования диаметром около 100 нм и высотой примерно 75 нм пронизывают ядерную оболочку насквозь. Ядерные поры – это сложные образования, состоящие из нескольких компонентов белковой природы. Совокупность структур, образующих ядерные поры, обозначают как ядерный поровый комплекс. Ядерный сок по физическому состоянию аналогичен гиалоплазме, и представляет собой несколько более вязкий раствор белков, ионов и нуклеотидов, а по химическому составу – отличается только содержанием белков, нуклеиновых кислот и ферментов. Ядрышко – это плотное тельце внутри ядра большинства клеток эукариот. В ядре может быть одно или несколько ядрышек. Ядрышко формируется на определенных локусах хромосом, где находятся серии генов, кодирующих р – РНК и т – РНК. Ядрышко образуется на внехромосомных копиях ядрышкового организатора. Функции ядрышка – синтез р – РНК, т – РНК и рибосом. Хроматин (от греческого сhroma – цвет, краска) – это нуклеопротеидные нити (деспирализованные молекулы ДНК), из которых состоят хромосомы клеток эукариот. Хроматин – это дисперсное состояние хромосом в интерфазе клеточного цикла. Основные структурные компоненты хроматина представлены ДНК (30-45%), гистонами и негистоновыми белками (4-33%), остатками м-РНК, ферментами, липидами, полисахаридами и ионами металлов. Различают две формы хроматина. Это эухроматин (диффузный) – генетически активный и гетерохроматин (конденсированный) – генетически неактивный. Наиболее конденсированные участки эухроматина называют хромомерами. Во время деления клетки хроматин окрашивается интенсивнее, происходит его конденсация – образование более спирализованных нитей, называемых хромосомами. Хромосомы – это органеллы ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследственные свойства клеток и организмов. Основу хромосомы составляет одна непрерывная двухцепочная молекула ДНК (99%), связанная с белками (гистонами и др.) в нуклеопротеид. Каждая хромосома состоит из двух продольных субъединиц – хроматид. При этом, каждая хроматида состоит из двух полухроматид, а каждая полухроматида состоит из хромонем, которые представляют из себя полинуклеотидные нити ДНК. Хроматиды соединяются между собой в области первичной перетяжки – центромеры. Это наименее спирализованный, практически 32 неокрашиваемый участок хромосомы, к которому прикрепляются нити веретена деления. Центромера делит хромосому на два плеча. Концы плеч хромосом называют теломерами, которые препятствуют соединению хромосом друг с другом. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, которая отделяет часть хромосомы, названную спутником. В зависимости от расположения центромеры в хромосоме различают следующие типы хромосомы: 1. Метацентрические хромосомы – это хромосомы, в которых центромера расположена посередине и плечи равны; 2. Субметацентрические хромосомы – это хромосомы, в которых центромера незначительно смещена от центра и плечи неравны; 3. Акроцентрические хромосомы – это хромосомы, в которых центромера находится у края. 4. Телоцентрические хромосомы – это хромосомы, в которых одно плечо отрывается, и остаётся одно плечо, при этом центромера располагается на конце. Хромосомы, одинаковые по форме, размерам, строению у особей женского и мужского пола, назвали аутосомами, а одну пару хромосом, отличающуюся у особей разного пола – половыми хромосомами (гетерохромосомами). Хромосомы обладают рядом свойств: постоянство числа – у организмов одного вида число хромосом в норме постоянно (у человека – 46, аскариды – 2, дрозофилы – 8, речного рака – 16, голубя – 80, кролика – 44, шимпанзе – 48), парность – в соматических клетках имеются две одинаковые хромосомы – гомологичные, индивидуальность – каждая пара хромосом имеет свои особенности: размер, форму, место расположения центромеры, набор генов и т.д., непрерывность – «каждая хромосома от хромосомы». Функции хромосом заключаются в передаче, хранении и реализации наследственной информации в ходе биосинтеза белка. В 1924 г. отечественный цитолог Г.А. Левитский ввел в науку термин кариотип – это диплоидный набор хромосом, характеризующийся их числом, величиной и формой. Для изучения кариотипа человека обычно используют клетки костного мозга, культуры фибробластов или лейкоцитов крови. К культуре клеток добавляют химическое вещество колхицин, которое останавливает деление клеток на стадии метафазы. Затем клетки обрабатывают гипотоническим раствором, отделяют хромосомы друг от друга, фиксируют и окрашивают. Благодаря такой обработке каждая хромосома чётко видна в световом микроскопе. Чтобы легче было разобраться в сложном комплексе хромосом, составляющих кариотип, их располагают в виде идиограммы (от греческого idios – своеобразный, gramme – запись). Термин и метод был предложен цитологом С.Г. Навашином. В идиограмме по Денверской классификации 1960 г. хромосомы располагаются попарно в порядке их убывающей величины. Самой крупной паре присвоен номер 1, а самой маленькой – 22. 33 Так как не всегда точно можно определить нарушение какой хромосомы произошло, то их объединяют в группы А, В, С и т.д. Лабораторная работа № 4 Изучение строения растительной клетки (на примере неокрашенного препарата кожицы лука) Цель работы: освоить основные приёмы изготовления неокрашенного препарата кожицы лука и рассмотреть особенности строения растительной клетки. Оборудование: предметное и покровное стекла, фильтровальная бумага, препаровальная игла, стеклянная палочка, стаканчик с водой, чешуйка луковицы, лезвие. Ход работы: 1. Капните на предметное стекло капельку воды, взяв её стеклянной палочкой из стаканчика. Отложите предметное стекло в сторону. 2. Возьмите чешуйку луковицы. Аккуратно, препаровальной иглой снимите кожицу с внутренней поверхности чешуйки. 3. Поместите кусочек кожицы в каплю воды и расправьте её. 4. Если кусочек кожицы великоват, придерживая его препаровальной иголочкой, вырежте лезвием фрагмент размером 0,5 см x 0,5 см. 5. Если необходимо, добавьте ещё каплю воды и накройте препарат покровным стеклом: ставьте на ребро на предметное стекло на расстоянии около 0,7 см от фрагмента кожицы и аккуратно опускайте. Затем легонько прижимайте покровное стёклышко по краям, чтобы удалить пузырьки воздуха и излишки воды. 6. Поместите препарат на предметный столик микроскопа и рассмотрите его на малом, а потом и на большом увеличении. 7. Зарисуйте препарат, обращая особое внимание на пристеночное положение ядер. Задания по теме 1. На рисунке временного препарата кожицы лука дайте обозначения тех компонентов клетки, которые удалось увидеть в микроскоп. Контрольные вопросы 1. Что такое клетка? 2. Назовите основные положения современной клеточной теории. 3. Какая существует классификация клеточных форм организмов? 4. Какие структуры присутствуют в эукариотической клетки? 5. Что такое мембранные органеллы клетки? 6. Что такое немембранные органеллы клетки? 34 7. Перечислите основные функции мембранных и немембранных органелл клетки. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ ОРГАНИЗМОВ Изменчивость – это свойство организмов изменятся. Суть этого свойства состоит в приобретении новых признаков и свойств или в потере тех, которые уже приобретены. Различают два вида изменчивости: фенотипическую и генотипическую. Фенотипическая изменчивость (модификационная, «групповая», ненаследованная, «определенная») – это изменения фенотипа, не связанные с изменением генотипа. Модификациями называют разнообразные фенотипы, возникающие у организмов под влиянием изменяющихся условий среды обитания. Пределы, в которых возможно изменение фенотипа при одном и том же генотипе, называют нормой реакции. Иногда фенотипические изменения могут передаваться во второе и даже в третье поколение. Такие модификации назвали «длящимися» или «длительными». Генотипическая изменчивость – («индивидуальная», «наследственная», «неопределенная») – это форма изменчивости организмов, обусловленная изменением генотипа. Выделяют два вида генотипической изменчивости: комбинативная и мутационная. Комбинативная изменчивость – это результат различных комбинаций одних и тех же генов. Существуют различные источники комбинативной изменчивости. Они включат в себя независимое расхождение гомологических хромосом в первом мейотическом делении, генетическую рекомбинацию при кроссинговере, случайное сливание гамет при оплодотворении и транспозицию. Рисунок 6. Наследственная изменчивость формы. гребня у петухов: А - гороховидный; Б - розовидный; В - листовидный; Г - ореховидный 35 Для микроорганизмов выделяют такие явления как трансформация и трансдукция. Трансформация – это способность включать чужеродную генетическую информацию. Трансдукция – это перенос чужеродной ДНК в бактериальную клетку с помощью вирусов. Результатом комбинативной изменчивости является образование огромного разнообразия генотипов. Рисунок 7. Наследственная изменчивость форм роста у капусты: 1 - дикая однолетняя; 2 - лиственная; 3 - савойская; 4 - кормовая; 5 - брюссельская; 6 - брокколи; 7 - кольраби; 8 - цветная; 9 – кочанная. Мутационная изменчивость – это наследственные изменения генетического материала под влиянием естественных или искусственных факторов. Мутации – это внезапные, скачкообразные, прерывистые изменения генотипа. Мутации, как правило, наследуются, но это происходит не всегда. Не наследуются мутации в следующих случаях: 1) смерти до полового созревания, 2) стерильности (синдром Клайнфельтера). Существует несколько классификаций мутаций. Первая классификация мутаций заключается в идентификации мутаций по типу клеток, в которых они произошли. Среди этих мутаций выделяют следующие виды мутаций: 1. Генеративные мутации – это мутации, которые возникли в половых клетках. Они наследуются у животных, растений и человека при половом размножении. 2. Соматические мутации – это мутации, которые возникают в соматических клетках. Эти мутации изменяют только часть тела, органа или ткани. Соматические мутации не наследуются при половом размножении, но могут передаваться потомкам при вегетативном размножении. 36 Вторая классификация мутаций заключается в идентификации мутаций по уровню организации наследственного материала. Среди этих мутаций выделяют следующие виды мутаций: генные, хромосомные и геномные. Генные (точковые) мутации – это мутации, в которых происходят изменения тонкой структуры гена, т.е. выпадение, вставка, удвоение или перестановка пары нуклеотидов в молекуле ДНК. Изменения последовательности нуклеотидов в гене являются причиной изменения последовательности аминокислот в молекуле белка, кодируемой данным геном. Нарушения в структуре белка-фермента изменяют его свойства, что может быть причиной нарушения биохимических процессов в клетке. Следствием генных мутаций являются генные или ещё их называют молекулярные болезни. Хромосомные мутации (хромосомные аберрации) – это мутации, при которых происходит изменение макроструктуры хромосом. Их условно делят на: межхромосомные (транслокация – перенос целой хромосомы или ее части на негомологическую хромосому) и внутрихромосомные (инверсия – поворот участка хромосомы на 180 градусов, делеция – потеря участка хромосомы, дефишенси – потеря участка на конце одного из плечей хромосомы и дупликация – удвоение участка хромосомы). Как правило, большинство таких мутаций приводят к смерти или к снижению жизнедеятельности организма, т.е. к болезни. Геномные мутации – это мутации, при которых происходит изменение числа хромосом в геноме клетки. Существуют следующие несколько видов геномных мутаций. Полиплоидия – представляет собой увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному. У полиплоидных организмов может быть набор хромосом: 3n, 4n, 5n и др. У растений полиплоидия приводит к повышению урожайности, т.е. полезна. У животных и человека при полиплоидии возникают заболевания или наступает смерть. Автоплоидия – это увеличение числа хромосом одного генома. Аллоплоидия – увеличение числа хромосом за счёт слияния различных геномов. Например, геном редьки + геном капусты (по 18 хромосом) получается гибрид с 36 хромосомами. Гетероплодия – это изменение числа хромосом на набор некратный гаплоидному. Причина гетероплодии заключается в нарушении расхождения хромосом в анафазе мейоза. У гетероплодных организмов набор хромосом может быть: 2n+1; 2n-1, 2n+2, и др. Существуют следующие виды гетероплоидии: трисомия – это вид гетероплоидии, при котором организмы имеют три гомологичные хромосомы; моносомия – это вид гетероплоидии, при котором в генотипе присутствует только одна гомологичная хромосома; нулесомия – это вид гетероплоидии, при котором нет хромосом внутри какой-либо пары. Следствием гетероплодии, как правило, является снижение плодовитости, аномалии в строении и развитии, а также уродства. 37 Таблица 2. Характеристика наиболее частых трисомий Характеристика Трисомия 21 Трисомия 18 Болезнь Синдром Дауна Синдром Эдварда Частота 1 : 800 1 : 8000 Тонус мышц Гипотония Гипертония Череп / головной мозг Умеренное уменьшение, плоский затылок, три родничка Уменьшение, выступающий затылок Глаза Раскосые, вертикальные кожные складки, прикрывающие медиальный угол глазной щели, пятнистая радужная оболочка Узкая глазная щель, помутнение роговицы Уши Низко посажены, дополнительные складки на верхнем завитке Низко посажены, пороки развития Лицо Выпадающий язык, большие щеки, плоское переносье Маленький рот, одна из челюстей меньшего размера Скелет Искривленное развитие мизинца, большое расстояние между первым и вторым пальцем ноги, избыточное количество кожи на задней поверхности шеи, малый рост Сжатие кистей рук в кулак, отсутствие дальней складки на мизинце, недоразвитые ногти, малый рост, тонкие ребра Пороки сердца 40 % 60 % Выживаемость Высокая 90 % погибают на 1-м году жизни Другие признаки Изогнутая стопа, поликистоз почек Гаплоидия – в геноме имеется гаплоидный набор (n) хромосом. Следствием гаплодии у животных является, как правило гибель, а у растений образуются более мелкие цветки и плоды. 38 Третья классификация мутаций заключается в идентификации мутаций по причине их вызывающей. Среди этих мутаций выделяют следующие виды мутаций: спонтанные – мутации, причина которых не известна и индуцированные. Причиной индуцированных мутаций являются действия специальных, направленных факторов среды (мутагенов). Мутагены – это факторы среды, вызывающие мутации в клетках. Мутагенез – это процесс возникновения мутаций. Канцерогенез – это процесс возникновения злокачественных опухолей. |