Биология. ИТОГ БИО. Вопрос 1. Биология. Предмет, цели, задачи. Новые биологические дисциплины
 Скачать 2.54 Mb.
|
|
б) в случае появления в среде какого-либо вещества, белок-репрессор связывается с ним --> освобождается участок гена-оператора , и РНК-полимераза, связываясь с геном-промотором , перемещается к структурным генам --> транскрипция (а позднее трансляция) осуществляется. В данном случае синтез белка "активироваля" поступающим веществом, которое названо индуктором, а сам механизм регуляции - регуляция путем индукции (например, лактозный оперон). 2. Путем репрессии а) ген-регулятор несет информацию и о белке-апорепрессоре , который синтезируется в неактивной форме --> не связывается с геном-оператором , транскрипция осуществляется. б) в случае увеличения концентрации конечного продукта (синтезируемого белка), он связывается с апорепрессором и образуется активный "комплекс" - голорепрессор (апорепрессор+синтезируемый белок) --> голорепрессор связывается с геном-оператором и препятстувует прохождению РНК-полимеразы от гена-промотора к структурным генам --> транскрипция блокируется. В данном случае наблюдается "подавление", остановка синтеза конечным продуктом - механизм путем репресии. Как только концентрация конечного продукта (белка) снижается, в нем возникает необходимость, комплекс голорепрессор распадается --> траскрипция (и трансляция позже) возобновляется. Вопрос №57. Каковы особенности регуляции работы генов у эукариот? Особенности регуляции генов у эукариот: • Нет оперонной организации генов. • Гены, определяющие синтез ферментов рассеяны в геноме. • Регуляция транскрипции является комбинационной, т.е. активность каждого гена регулируется большим числом генов-регуляторов. (промотор и энхансер) • Белки-регуляторы контролируют транскрипцию генов, кодирующих другие белки- регуляторы • Гормоны – индукторы транскрипции • Процесс компактизации и декомпактизации хроматина • Обратная связь между процессингом, сплайсингом и экзон-интронной организацией генов – например изменение схемы сплайсинга при синтезе антител. Вопрос №58. Жизненный цикл клетки. Митотический цикл, его периоды. Стволовые клетки. Дифференцировка и гибель клеток Жизненный цикл клеток – период существования от образования клетки до ее собственного деления или гибели:фаза деления, фаза роста, фаза покоя, фаза специализации или дифференциации, фаза зрелости, фаза старения, деление или гибель. Митотический цикл. Митоз - непрямое деление клетки, в результате которого сначала происходит удвоение наследственного материала, а затем его равномерное распределение между двумя дочерними клетками. На процесс деления клетки митозом уходит 1-3 часа. Промежуток между двумя клеточными делениями называют интерфазой, продолжительность которой обычно занимает около 90% времени клеточного цикла . Интерфаза состоит из трех периодов. Аминь леч фак (+ к карме) • пресинтетический период (G1), который начинается сразу же за завершением предыдущего митоза. В этот период в клетке синтезируются РНК и белки, образуется достаточное число органоидов, клетка растет. Количество генетического материала в клетке не меняется. Число хромосом в клетке равно двойному, гаплоидному (2п), но каждая хромосома все еще состоит из одной хроматиды, то есть из одной молекулы ДНК. Таким образом, формула клетки в этот период — 2п2с; • синтетический период (S) характеризуется тем, что происходит удвоение молекул ДНК, и к концу этого периода каждая хромосома состоит из двух одинаковых хроматид, а значит, из двух абсолютно одинаковых молекул ДНК. Таким образом,формула клетки становится: 2п4с; • постсинтетического периода (G2) происходит подготовка клетки к делению: синтезируются белки, необходимые для образования веретена деления и для формирования хромосом; запасается АТФ. Формула клетки не меняется, оставаясь 2п4с. Непосредственно процесс деления клетки подразделяют на четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. • В профазе происходит спирализация хромосом. Оболочка ядра разрушается. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется веретено деления — 2п4с. • В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом — 2п4с. • В анафазе центромеры делятся, и хроматиды хромосом расходятся к полюсам клетки за счет укорочения нитей веретена деления. Формула клетки становится 4п4с. • В телофазе заканчивается кариокинез — деление ядра. Хромосомы деспирализуются, образуется ядерная оболочка. А далее происходит цитокинез — деление клетки. В конце телофазы из материнской клетки (4п4с) образуются две идентичные клетки с наборами генетического материала 2п2с. Биологическое значение митоза в том, что в итоге его образуются две клетки с совершенно одинаковой наследственной информацией. Митоз позволяет увеличивать число клеток в организме, обеспечивая рост, вегетативное размножение, регенерацию и заживление повреждений тела. Ствол клетки – камбиальные клетки, родоначальные в обновляющихся тканях животных (кроветворной, лимфоидной, эпидермисе, пищеварительном тракте и др.) Размножение и дифференцировка ствол. Кл-к восстанавливает потерю специализ. Кл-к при их естественной или аварийной гибели Ст. Кл-кт индивидуальны для каждого тканевого типа. Напр. из ст. кроветв кл-кт обр-ся эритроциты, лейкоциты или мегакариоциты Дифференцировка – возникновение различий между однородными клетками и тканями в ходе развития особи, приводящие к формированию специализированных клеток, органов и тканей, т.е. приобретаются хим., морфологические и функцион. особенности. Вопрос №59. Виды тканей по характеру клеточной пролиферации. Обновляющиеся, растущие, стабильные ткани, их характеристика. Митотический коэффициент Митотический коэффициент - сколько раз может делиться клетка. Виды тканей по характеру клеточной пролиферации: 1. Стабильные – все клетки находятся в состоянии необратимой дифферненцировки (эмаль зубов, кардиомиоциты, нервная ткань). Неопределяется МК 2. Растущие – количество клеток в ткани увеличивается, так как доля клеток, идущих в митотический цикл, превышает долю клеток, идущих в дифференцировку (эмбриональные, регенерирующие, опухолевые). 40- 45 Аминь леч фак (+ к карме) 3 . Обновляющиеся – происходит размножение клеток, однако общее количество клеток остаётся постоянным, так как половина клеток переходит в необратимую дифференцировку и погибает. - быстро обновляющиеся – красный костный мозг, эпителий тонкой кишки, эпителий языка, пищевода, желудка, роговицы, эпидермис. 5-35 - медленно обновляющиеся – паренхима печени, почек. – 0.2 – 0.5 Вопрос №60. Уровни организации хромосом эукариот. Изменение организации (спирализация)хромосом в митотическом цикле клеток Уровни организации хроматина: ДНК – нуклоеосомная нить – элементарная хроматиновая фибрилла – интерфазная хромонема (укладка в петли, далее глыбки хроматина как компактная структура )– метафазная хроматида (суперспирализация, отдельные хромосомы хорошо различимы). Ядерная структура в интерфазе называется хроматин, в метафазе – хромосома. Вопрос №61. Митоз, характеристика фаз митоза. Значение митоза. Эндомитоз, политения. Патологические виды деления клеток ⎯ В профазе происходит спирализация хромосом. Оболочка ядра разрушается. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется веретено деления — 2п4с. ⎯ В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом — 2п4с. ⎯ В анафазе центромеры делятся, и хроматиды хромосом расходятся к полюсам клетки за счет укорочения нитей веретена деления. Формула клетки становится 4п4с. ⎯ В телофазе заканчивается кариокинез — деление ядра. Хромосомы деспирализуются, образуется ядерная оболочка. А далее происходит цитокинез — деление клетки. В конце телофазы из материнской клетки (4п4с) образуются две идентичные клетки с наборами генетического материала 2п2с. Биологическое значение митоза в том, что в итоге его образуются две клетки с совершенно одинаковой наследственной информацией. Митоз позволяет увеличивать число клеток в организме, обеспечивая рост, вегетативное размножение, регенерацию и заживление повреждений тела. Эндомитоз - кратное увеличение количества хромосом в клетке - появление полиплоидных клеток. Политения - кратное увеличение количества ДНК. Амитоз – прямое деление клетки. Вопрос №62. Мейоз, характеристика фаз мейоза. Редукция и рекомбинация генетического материала в мейозе. Значение мейоза К концу Профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления, разрушается ядерная мембрана и ядрышки. Кроссенговер и конъюгация. • Метафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки. • Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе. • Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка. Аминь леч фак (+ к карме) Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК. • Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления. • Метафаза II — унивалентные хромосомы располагаются на «экваторе» в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку. • Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам. • Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка. Происходит редукция (уменьшение) числа хромосом и переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное; рекомбинация – перемешивание наследственного материала. Значение 1. У организмов, размножающихся половым путем, предотвращается удвоение числа хромосом в каждом поколении, так как при образовании половых клеток мейозом происходит редукция числа хромосом. 2. Мейоз создает возможность для возникновения новых комбинаций генов (комбинативная изменчивость), так как происходит образование генетически различных гамет. 3. Редукция числа хромосом приводит к образованию "чистых гамет", несущих только один аллель соответствующего локуса. 4. Расположение бивалентов экваториальной пластинки веретена деления в метафазе 1 и хромосом в метафазе 2 определяется случайным образом. Последующее расхождение хромосом в анафазе приводит к образованию новых комбинаций аллелей в гаметах. 5. Независимое расхождение хромосом лежит в основе третьего закона Менделя. Вопрос №63. Регуляция пролиферации и дифференцировки клеток Регуляция пролиферации и дифференцировки клеток: геномная, внутриклеточные и тканевые регуляторы (фактор роста нервов, др), индукция клеточная и частей органов, целых органов и частей системы друг на друга, гормоны. Мутации как сбой регуляции. Вопрос №64. Биологические системы, их фундаментальные свойства. Эволюционно обусловленные уровни организации жизни. Элементарные единицы, элементарные явления на различных уровнях организации жизни. Биологические системы - биологические объекты различной сложности (клетки, ткани, органы, системы органов и организмы, биоценозы и экосистемы, вплоть до биосферы в целом), имеющие несколько уровней структурно - функциональной организации, представляя собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Фундаментальные свойства живых систем: • Самовоспроизведение • Специфичность организации (клеточные структуры, ткани, органы, системы органов) • Упорядоченность структуры • Обмен веществ (препятствует увеличению энтропии) • Рост и развитие • Целостность и дискретность • Раздражимость и возбудимость • Движение • Наследственность и изменчивость • Саморегуляция Аминь леч фак (+ к карме) Вопрос №65. Денверская и Парижская классификация хромосом. Возможности идентификации хромосом человека. В 1960 году в американском городе Денвере была создана первая Международная система цитогенетической номенклатуры хромосом человека , обеспечившая международную стандартизацию исследований хромосом еще на начальных этапах становления цитогенетики человека. Хромосомный набор или кариотип человека включает 46 хромосом - 22 пары аутосом и 1 пару половых хромосом (XX- у лиц женского пола и XY - мужского). В основу Денверской классификации хромосом была положена их морфологическая характеристика: размер, форма и положение первичной перетяжки - центромеры. Согласно данной номенклатуре хромосомы нумеруются от 1 до 23 по мере убывания их длины: с 1 по 22 - аутосомы, а 23 пара- половые хромосомы. Самые крупные хромосомы человека, имеющие первые номера, в среднем 5 раз длиннее самых мелких - 21 и 22 хромосом. В соответствии с положением центромеры хромосомы принято делить на 3 группы: • метацентрические (центромера расположена в середине хромосомы), • субметацентрические (центромера смещена от центра хромосомы) • акроцентрические (центромера расположена в дистальной части хромосомы). Все аутосомы согласно Денверской классификации были подразделены на 7 групп - от А до G. • Группа А (хромосомы 1-3) - большие метацентрические хромосомы. • Группа В (хромосомы 4 и 5) - включает большие субметацентрические хромосомы. • Группа С (хромосомы 6-12) - среднего размера субметацентрические хромосомы. • Группа D (хромосомы 13-15) - большие акроцентрические хромосомы. • Группа Е (хромосомы 16-18) - включает короткие субметацентрические хромосомы. • Группа F - (хромосомы 19 и 20) - маленькие ме-тацентрические хромосомы. • Группа G - (хромосомы 21 и 22) - включает малые акроцентрические хромосомы. Половая Х-хромосома по длине и центромерному индексу (соотношению между длиной короткого и длинного плечей хромосомы) близка к хромосомам группы С. Y-хромосома по величине и морфологии (при обычной окраске) близка к хромосомам группы G. Парижская классификация В1971 году в Париже на IV международном конгрессе по генетике человека была согласована единая система идентификации хромосом человека, учитывавшая дифференцировку хромосом по длине Каждая хромосома набора человека при дифференциальной окраске характеризуется уникальным для нее сочетанием темно окрашенных сегментов или полос, чередующихся с Уровень организации живого Элементарна я единица Элементарное явление Молекулярно- генетический ген Способность гена к ковариантной редупликации (всегда появляется новое: при кроссинговере, половом размножении, мутациях) Клеточный клетка Поток веществ ( белки, энергия АТФ, информация в виде ДНК) Онтогенетический особь Клеточная дифференциация Популяционно-видовой популяция Изменение генофондов Экосистемный биогеоценоз Круговорот вещества и энергии Биосферный биосфера Глобальный круговорот вещества и энергии Аминь леч фак (+ к карме) неокрашенными участками или светлыми сегментами. Именно такое специфическое для данной хромосомы сочетание сегментов позволяет четко ее идентифицировать и отличить от других хромосом набора. В пределах короткого (р) и длинного (q) плеча каждой хромосомы выделяют ряд четко идентифицируемых областей или регионов, которые нумеруются арабскими цифрами начиная от центромеры к теломерному участку или терминальному концу хромосомы. Каждая область хромосомы включает определенное число сегментов, нумерация которых (второй арабской цифрой) также идет в направлении от центромерного к теломерному участку. Таким образом, обозначение хромосомного сегмента 2q34 означает хромосому №2, длинное плечо, 3 регион и 4 сегмент. Сама центромера обозначается сочетанием цифр 1 и 0, т.е. часть центромеры в пределах короткого плеча обозначается как- р10, а часть, включающая длинное плечо -q10. Открытие в середине 70-х годов того факта, что профазные и про-метафазные хромосомы позволяют достичь большего числа сегментов, чем метафазные хромосомы, и, следовательно, повысить разрешающие возможности цитогенетического исследования, привело к разработке методов получения хромосом высокого разрешения и потребовало дополнения цитогенетической номенклатуры новыми принципами анализа таких хромосом. В 1980 году по этому поводу в Париже было достигнуто международное соглашение, которое было опубликовано в 1981 году под названием "Международная система цитогенетической номенклатуры хромосом человека - сегментация хромосом высокого разрешения" или ISCN (1981) Так, если сегмент в пределах какой-либо хромосомы подразделяется на отдельные субсегменты, то после номера сегмента ставится точка, после которой указывается номер субсегмента. Например, если оригинальный сегмент 1 р31 подразделяется на 3 разных субсегмента, то они обозначаются как 1р31.1, 1р31.2и 1р31.3, причем субсегмент 1р31.1 является проксимальным, а 1 р31.3 - дистальным по отношению к центромере. Дополнительное деление субсегментов на другие сегменты, например субсегмента 1 р31.1, соответственно обозначается как 1p31.11,1р31.12 ит.д. Возможности идентификации хромосом человека. В зависимости от целей цитогенетического исследования используются различные методы окрашивания хромосом. Наиболее распространенными из них являются рутинная или обычная окраска и ряд методов дифференциального окрашивания хромосом : Q-, G-, С-, R- и NOR- или Ag- окраска. В свою очередь, методы дифференциального окрашивания делятся на 2 группы: 1) приводящие к образованию сегментов вдоль длины всех хромосом (например Q-, G- или R- сегменты); 2) приводящие к окрашиванию специфических хромосомных структур, в результате чего выявляется ограниченное число сегментов (С-, Т- или NOR-сегменты). Рутинная окраска хромосом достигается путем простого окрашивания полученных хромосомных препаратов красителем Романов-ского-Гимза (азур-эозином), без какой-либо их предварительной обработки. Такая окраска приводит к сплошному прокрашиванию хромосом по длине, что не позволяет идентифицировать разные морфологически сходные хромосомы набора. G-окраска (от англ. Giemsa- Гимза) выявляется благодаря предварительной обработке хромосомных препаратов слабым раствором протеолитического фермента трипсина и последующей окраске красителем Гимза. При этом наблюдается полосатая исчерченность хромосом, где темные полосы в некоторой степени соответствуют гетерохроматиновым районам, а светлые- эухроматиновым. G-окраска имеет свою кодировку (GTG) по международной цитогенетической номенклатуре. Оптимальные условия окраски находят в каждой лаборатории эмпирическим путем. Методика G-окраски хромосом человека была впервые предложена английской исследовательницей Мариной Сибрайт (Seabright) в 1972 году и практически в неизменном виде используется до настоящего времени. По числу, величине и расположению выявляющихся сегментов рисунок G- Аминь леч фак (+ к карме) окраски аналогичен рисунку при Q-окраске, где темно окрашенные G-сегменты соответствуют флюоресцирующим Q-сегментам. Различия состоят в том, что: а) несветящиеся гетерохроматиновые центромерные сегменты в хромосомах 1 и 16 хорошо прокрашиваются красителем Гимза; б) ярко флюоресцирующие при Q-окраске сегменты 3,4,13-15, 21, 22 и Y-хромосом не выделяются особой интенсивностью при G-окраске. На G-окрашенных метафазных хромосомах выделяется около 320 сегментов на гаплоидный геном. |