Основы цитогенетики

• Название: Основы цитогенетики
• Анкор: posobie_Osnovy_tsitogenetiki_nyu.doc
• Дата: 01.10.2017
• Размер: 4.35 Mb.
• Имя файла: posobie_Osnovy_tsitogenetiki_nyu.doc
• Тип: Учебное пособие; #9097
• страница: 2 из 4

Задание 6. Основные компоненты прока­риотической клетки

Изучите схему субмикроскопического строения бакте-
риальной клетки (рис. 3). На рисунке обозначьте: клеточную
стенку, плазмалемму, мезосомы, фотосинтетические мембраны,
цитоплазму, рибосомы, хромосому, плазмиды, скопление запас-
ных веществ;

Ответьте на вопросы:

• 
  Какие древнейшие прокариоты, живущие в настоящее время, занимают промежуточное положение между вирусами и бак­териями?
  
• 
  В каких структурах клетки происходит синтез АТФ у гете­ротрофных и автотрофных прокариот?
  
• 
  Какие системы жизнеобеспечения присущи любой клетке? Чем представлена система самовоспроизведения в прокариотической клетке?
  

Задание 7. Строение эукариотической растительной клетки

Рассмотрите схему строения растительной клетки (рис. 46). На рисунке обозначьте: оболочку, плазмалемму, цитоплазму, митохондрии, пластиды, комплекс Гольджи, ЭПС, вакуоли, ри­босомы, ядро, ядрышко, ядерную мембрану, кариоплазму.

Перечислите структуры, свойственные только раститель­ным клеткам.

Какие органеллы, характерные для животных клеток, от­сутствуют в клетках высших растений? Приготовьте временный препарат листа элодеи. Зари­суйте 1-2 клетки, обозначьте: оболочку, плазмалемму, цито­плазму, ядро, хлоропласты. Обратите внимание на движение хлоропластов под воздействием света. Укажите основные структурные отличия между животными и растительными клетками.



Задание 8. Строение животной эукариотической клетки

Рассмотрите схему субмикроскопического строения жи­вотной клетки (рис. 4а). На рисунке обозначьте: ПМ, цито­плазму, ЭПС, КГ, митохондрии, лизосомы, рибосомы, клеточ­ный центр. Обратите внимание на компартментацию клетки, определяемую большим количеством внутриклеточных мем­бран. Рассмотрите электронные микрофотографии органелл эукариотической клетки.

На микропрепаратах под малым и большим увеличениями микроскопа рассмотрите строение клеток слизистой полости рта человека или клеток печени крысы. Зарисуйте 1-2 клетки, обозначьте: ПМ, цитоплазму, ядро, включения гликогена (клетки печени).
Задание 9. Поверхностный комплекс животной клетки
В клеточной оболочке животной клетки различают над-мембранный комплекс (гликокаликс), ПМ и кортикальный (корковый) слой, который изнутри примыкает к ПМ.

Изучите по табл. 5 особенности организации и функции компонентов поверхностного комплекса животной клетки.

Ответьте на вопросы:

• Как поступают в клетку неполярные(холестерин и его производные) вещества (1), полярные высокомолеку­лярные соединения (2) и ионы (3):

а) свободно без участия мембранных пузырьков;

б) через белковые ионные насосы;

в) только путем эндо- и экзоцитоза при помощи мем-
бранных пузырьков;

г) путем осмоса?

Для каких клеток крови человека важное значение име­ет транспорт веществ в мембранной упаковке (пино- и фагоцитоз)? Какие элементы цитоскелета клетки, соединяясь с ПМ, обеспечивают изменение ее конфигурации и далее – пино- и фагоцитоз?

• 
  Липосомы - это искусственно приготовленные из фос-фолипидов мембранные пузырьки. Почему их можно использовать для введения внутрь клеток лекарственных препаратов?
  

Ответьте на вопросы:

• 
  Сколько ядер имеют большинство клеток человека? Ка­кие клетки человека безъядерные? Имеют два и много ядер?
  
• 
  Зависит ли количество пор в ядерной мембране от фун­кционального состояния клетки? Увеличивается или уменьшается их количество с повышением синтети­ческой активности в клетке? Чем это можно объяснить?
  

Функции компонентов ядра

Таблица 5

Поверхностный комплекс животной эукариотической клетки

Компонент	Особенности и функции
Гликокаликс	Представлен периферическими белками ПМ и углеводами (2 - 10%) в составе гликолипидов и гликопро-теидов. Определяет межклеточные узнавания, антигенные, адгезивные и рецепторные свойства клетки.
Плазмалемма	Бислой фосфолипидов (25 - 60%) в комплексе с белками (40 - 75%). Периферические белки расположены на поверхности ПМ, связаны с полярными головками ли-пидных молекул. Основная их функция - рецепторная. Полупогруженные в бислой белки связаны с липидами гидрофобными взаимодействиями. Пронизывающие бислой белки определяют рецепторную, ферментативную и транспортную функции.
Кортикальный слой	Представлен микротрубочками и микрофиламентами. Определяет форму клетки, передачу внешних сигналов глубинным структурам клетки.

Задание 10. Ядро

Изучите по табл. 6 особенности строения и функции компонентов ядра. На электронной микрофотографии ядра найдите оболочку, поры, хроматин, ядрышко. Обратите внимание на связь наружной мембраны ядерной оболочки с каналами ЭПС.

-22-

Задание 11. Митохондрии (УИРС)

Рассмотрите на электронной микрофотографии субмикро­скопическое строение митохондрии. Найдите наружную и внутреннюю мембраны, юристы, матрикс, рибосомы. Пользуясь материалом табл. 7, ответьте на вопросы:

• 
  Какие факты свидетельствуют о том, что митохондрии -потомки древних прокариотических клеток, вступивших на ранних этапах происхождения эукариотической клетки в эндосимбиотические отношения с другими прокарио-тическими клетками?
  
• 
  Общая масса митохондрий по отношению к массе клеток различных органов крысы составляет: в поджелудочной железе - 7,9%, в печени - 18,4%, в сердце - 35,8%. Почему в клетках этих органов различное содержание митохондрий?
  
• 
  В каких клетках человека - эмбриональных или взрослого организма - митохондрии более многочисленны?
  

Строение и функции митохондрий

Матрикс

Внутренняя среда митохондрии, в которой раз- мещена ДНК, мелкие рибосомы (70S), ферменты репликации, транскрипции, трансляции, цикла Кребса.

Задание 12. Проверка усвоения материала

Проверьте усвоение материала по тестам из методи­ческого пособия «Основы цитологии» (с. 16 - 50).
ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ НА КЛЕТОЧНОМ УРОВНЕ. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ КЛЕТКИ
Цель занятия: Знать

• 
  Характеристику основных периодов жизненного цикла клетки.
  
• 
  Динамику структуры и функции хромосом в жизненном цикле клетки.
  

• 
  Биологическое значение митоза.
  

Уметь определять на микропрепаратах фазы митоза. Ознакомиться с основными механизмами регуляции митоза и его патологией.
Внеаудиторная работа
Задание 1. Жизненный цикл клетки

Жизненный цикл клетки (ЖЦК) - период существования клетки от ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти.

Жизненный цикл пролиферирующих клеток (способных к делению) складывается из гетерокаталитической интерфазы и

митотического цикла. В митотическом цикле выделяют период подготовки клетки к делению (автокаталитическая интерфаза) и само деление - митоз. Автокаталитическая интерфаза подразделяется на периоды: G1 (пресинтетический), S (синтетический), G₂ (постсинтетический).

В многоклеточном организме есть клетки, которые после своего рождения вступают в период покоя (G₀): они представлены клетками, выполняющими специфические функции в составе той или иной ткани; клетками, выходящими из митотического цикла; небольшим числом стволовых клеток (недифференцированные клетки с широкими потенциями). Все эти клетки рассеяны среди пролиферирующих клеток и практически неотличимы от них по морфологическим признакам.

Ответьте на вопросы:

• 
  Какие клетки человека очень быстро обновляются? Как складывается их жизненный цикл?
  
• 
  Приведите примеры высокодифференцированных клеток человека, не способных к делению. Каковы особенности их жизненного цикла?
  
• 
  Способны ли к делению стволовые клетки?
  
• 
  На какие периоды подразделяется подготовка клетки к де­лению? Чем характеризуется G₁, S, G₂ периоды подготовки клетки к делению?
  

Задание 2. Типы деления клеток

Выделяют три типа деления клеток: митоз - непрямое деление; амитоз - прямое деление (встречается в основном в обреченных на гибель клетках); мейоз (лежит в основе гаметогенеза - образования половых клеток).

Пользуясь материалом учебника и лекций,

ответьте на вопросы:

• 
  За счет какого типа деления клеток происходит дробление оплодотворенной клетки, развитие эмбриона, рост организма, регенерация тканей и органов?
  
• 
  Дочерние клетки, образовавшиеся в ходе митоза, генетически идентичны между собой и материнской клеткой?
  
• 
  В каких органах человека происходит мейоз?
  
• 
  Как называются клетки, возникшие в результате мейоза?
  

Аудиторная работа

Задание 3. Митотический цикл клеток

Изучите материал табл. 8 «Митотический цикл». Обратите внимание, что в период S количество генетического материала удваивается за счет репликации ДНК. Репликация ДНК приводит, как правило, к появлению идентичных молекул ДНК, но иногда за счет возможного обмена участками сестринских хроматид (сестринский хроматидный обмен - СХО) идентичность молекул ДНК может немного нарушаться.

Ответьте на вопросы:

• 
  В каком состоянии (конденсированном или деконденсированном) находятся хромосомы в период подготовки клетки к делению?
  
• 
  Одинакова ли продолжительность автокаталитической интерфазы и митоза делящихся клеток: а) у разных организмов, б) разных органов одного организма?
  
• 
  В какой период митотического цикла клетки происходит репликация ДНК и авторепродукция хромосом?
  
• 
  Как называются дочерние хромосомы, образовавшиеся в S-периоде?
  

-27-


• Сколько хроматид (1) и молекул ДНК (2) в одной хромосоме в периоды митотического цикла: a) G₀; б) G₁; в) S; г) G₂?

Решите задачу:


Митотический цикл

Общая масса всех молекул ДНК в 46 хромосомах одной соматической клетки человека (2n2с) составляет 6x10 -⁹ мг. Определите, чему равна масса всех молекул ДНК в сперматозоиде; яйцеклетке; в соматической клетке: а) перед началом её деления (2n4с); б) после его окончания (2n2с).

Задание 4.Митоз в растительной клетке

Изучите на слайдах и постоянном микропрепарате фазы митоза в клетках кончика корешка лука. Зарисуйте клетки на разных фазах митоза.

Задание 5. Митоз в животной клетке

Изучите при малом и большом увеличениях микроскопа фазы митоза на препарате «Дробление оплодотворенных яиц аскариды». Зарисуйте бластомеры на стадии метафазы и анафазы.

Задание 6. Пролиферативная активность клеток в ходе восстановительных процессов (УИРС)

Клетки печени, почек, надпочечников и ряда других органов обновляются медленно. Однако в процессе восстановления

после повреждения (например, удаления части органа) происходит усиление клеточного деления.

Рассмотрите фотографии и постоянные микропрепараты среза печени крысы: а) в норме; б) через два дня после удаления 70% массы печени. Зарисуйте клетки на разных стадиях митоза. Сделайте вывод о состоянии пролиферации в клетках печени после частичной гепатэктомии. Какое значение имеет усиление пролиферации после удаления части органа?

Решите задачу:


В клинику обратился больной с жалобой на длительно незаживающую кожную рану. Цитологический анализ отпечатков, взятых с поврежденного участка кожи, выявил отсутствие делящихся клеток.

Сделайте вывод о состоянии пролиферативных процессов поврежденного участка кожи.

Задание 7. Патология митоза

Ознакомьтесь с некоторыми нарушениями митоза:

• 
  нарушение процесса конденсации хромосом ведет к набуханию и слипанию хромосом;
  
• 
  повреждение веретена деления является причиной задержки митоза в метафазе и рассеиванию хромосом;
  
• 
  нарушение расхождения хроматид в анафазу митоза ведет к появлению клеток с различным количеством хромосом;
  
• 
  при отсутствии цитотомии в конце телофазы образуются двух- и многоядерные клетки.
  

Используя вышеизложенную информацию, решите задачу:

В эмбриогенезе человека на стадии двух бластомеров в одном из них в анафазе митоза не разошлись хроматиды одной из пары 21 аутосом. Какие хромосомные наборы будут в соматических клетках эмбриона?

-30-

Задание 8. Регуляция митотического цикла (УИРС)

У многоклеточных организмов регуляция митотической активности может быть внутри- и внеклеточной. Внутриклеточная регуляция проявляется в изменении соотношения объема ядра и цитоплазмы, в соотношении активности протоонкогенов (онкогенов) и антионкогенов; внеклеточная регуляция может осуществляться гуморально и под влиянием нервной системы.

Ознакомьтесь с генной регуляцией митотического цикла (табл. 9)

Таблица 9





ХРОМОСОМНЫЙ И ГЕНОМНЫЙ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ НАСЛЕДСТВЕННОГО МАТЕРИАЛА КЛЕТКИ

Цель занятия: Знать

• 
  Особенности генетического материала прокариотической клетки.
  
• 
  Особенности генетического материала эукариотической клетки.
  
• 
  Строение хромосомы эукариот на разных этапах жизненного цикла клетки.
  

Ознакомиться со строением политенных хромосом, хромосом типа «ламповых щеток».
Внеаудиторная работа
Задание 1. Генетический материал прокариотической клетки

Наследственный материал прокариотической клетки представлен нуклеоидом - образованием, состоящим из ДНК, белков и РНК. Оболочки вокруг нуклеоида нет. Ознакомьтесь по табл. 1 с особенностями организации и функциями компонентов генетического материала прокариотической клетки на примере бактериальной.

Задание 2. Генетический материал эукариотической клетки

Генетический материал эукариотической клетки представ­лен ДНК хромосом ядра, ДНК митохондрий, а в растительной клетке - ДНК хлоропластов.

Ядерный наследственный материал человека содержит 46 хромосом, в каждой хромосоме 1 молекула ДНК (2n2с). Хро­мосомы контактируют с оболочкой ядра теломерными района­ми.

Митохондриальный наследственный материал (обеспечи­вает цитоплазматическую материнскую наследственность) представлен двухнитчатой кольцевой молекулой ДНК, свобод­ной от белков. Она содержит 16596 пар нуклеотидов. Ее струк­турные гены контролируют синтез двух различных молекул рРНК, 22 вариантов тРНК и 13 различных белков, включая не­которые из ферментов окислительного фосфорилирования. Бо­лее 95% митохондриальных белков кодируется генами ядерной ДНК.

ДНК хлоропласта - двухнитчатая, кольцевая, свободная от белков. Содержание G - С-пар нуклеотидов в ДНК хлоро­пласта значительно отличается от найденного в ядерной и митохондриальной ДНК. Все гены в геноме хлоропласта транс­лируются на собственных рибосомах этой органеллы.

Ответьте на вопросы:

• 
  Какой набор хромосом - гаплоидный или диплоидный - в ядре, митохондриях, хлоропластах эукариотической клетки?
  
• 
  Какой тип наследственности определяет генетическая система ядра? Митохондрий? Хлоропластов?
  
• 
  По материнской или отцовской линии передается мито­хондриальный генетический материал?
  

Задание 3. Организация хромосомы эукариот.

Хромосома эукариот имеет разную морфологию на протя­жении жизненного цикла клетки из-за различной степени компактизации в хромосоме ДНП - ДНК-гистонового комплекса (ДНК + основные белки-гистоны или кислые белки).

Первый уровень компактизации хроматина - нуклеосомный. Нуклеосома представляет собой глобулу, состоящую из 8 молекул гистонов, на которую накручена ДНК (примерно из 200 нуклеотидных последовательностей), делая 1,5 оборота.

На втором уровне компактизации ДНП - фибриллярном -нуклеосомная нить укладывается в нитчатые структуры.

Третий и четвертый уровни компактизации ДНП соответ­ствуют интерфазной и метафазной хромосомам.

Ознакомьтесь по табл. 2 с уровнями многоступенчатой укладки ДНП в хромосоме эукариот.

В интерфазе хромосомы деконденсированы и выявляются в виде глыбок хроматина. В метафазе митоза хромосомы мак­симально конденсированы, каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой в области первичной пе­ретяжки. В зависимости от положения центромеры хромосомы подразделяются на мета-, субмета- и акроцентрические.

В некоторых хромосомах есть вторичная перетяжка, свя­занная с ядрышковым организатором. Она отделяет участок хромосомы - спутник. Вторичная перетяжка в других хромосо­мах может быть и не связана с ядрышком.

Концевые участки хромосом - теломеры - у большинства видов сходны. В их состав входят сотни повторенных последо­вательностей нуклеотидов ДНК - TTAGGG.

Теломеры связаны с внутренней мембраной ядерной обо­лочки, представлены гетерохроматином, играют защитную роль и периодически наращиваются специальными фермента­ми за счет самовосстановления теломерной ДНК.


Таблица 2


• В виде чего окрашенные хромосомы выявляются в интерфазной клетке?

Аудиторная работа