ответы к задачам по био. Ситуационная задача 1
 Скачать 270 Kb.
|
|
Ситуационная задача №1. Одной из важных функций поверхностного аппарата клеток является транспорт веществ. Знание поверхностного аппарата помогло понять механизмы транспорта ионов и веществ, в том числе лекарственных, используемых в медицинской практике. 1.Как устроен поверхностный аппарат животных клеток? 2.Какие функции он выполняет? 3.Что такое гликокаликс и какова его роль? 4.Какие виды белков входят в состав поверхностного аппарата и какова их роль? 5.Приведите примеры активного и пассивного транспорта веществ. Ответ к ситуационной задаче №1. Поверхностный аппарат животных клеток состоит из надмембранных структур (гликокаликса), плазматической мембраны, построенной по принципу универсальной биологической мембраны, и субмембранных структур, состоящих из микрофиламентов и микротрубочек. В состав гликокаликса входят молекулы гликопротеидов и гликолипидов. Поверхностный аппарат выполняет разграничительную, защитную, транспортную, рецепторную функции, и имеет градиент электрического поля, согласно которому внутренняя сторона мембраны по отношению к наружной заряжена отрицательно. Наличие потенциала имеет важное значение для транспорта веществ несущих заряд. В составе поверхностного аппарата имеются интегральные, полуинтегральные, поверхностные и транспортные белки (последние образуют ионные каналы). Известно более 30 видов ионных каналов в клетке. Через поверхностный аппарат постоянно осуществляется транспорт веществ. Примером пассивного транспорта являются: осмос, диффузия и фильтрация. Активным транспортом переносятся различные мономеры и ионы. Особым способом транспорта является поглощение веществ клеткой – фагоцитоз и пиноцитоз. Ситуационная задача №2. В середине 40-х годов ΧΧ века было установлено, что обеспечение свойств наследственности и изменчивости связано с молекулой ДНК. 1.Какова молекулярная структура ДНК? 2.Охарактеризуйте свойства ДНК как вещества наследственности. 3.Что такое генетический код, каковы его свойства? 4.Чем объясняется большой объем наследственного материала у эукариот? 5.В каких структурах эукариотической клетки, кроме ядра, располагается ДНК? Ответ к ситуационной задаче №2 В молекулярной организации ДНК можно выделить первичную структуру – полинуклеотидную нить; вторичную структуру – две комплементарные друг другу и антипараллельные спирально-скрученные полинуклеотидные цепи, соединенные водородными связями, и третичную структуру – трехмерную спираль. ДНК характеризуется способностью к репликации, хранению наследственной информации, химической стабильностью, способностью к транскрипции и мутациям. Последовательность аминокислот в полипептидах зашифрована в ДНК с помощью генетического кода, характеризующегося такими свойствами как универсальность, триплетность, специфичность, вырожденность, неперекрываемость. У эукариот объем наследственного материала огромен, что объясняется существованием в нем уникальных, умеренно и высокоповторяющихся последовательностей. Избыточность генома связана также с экзон-интронной организацией большинства генов эукариот. Помимо ядра ДНК эукариот располагается в митохондриях и пластидах. Ситуационная задача №3. Длина молекулы ДНК человека 174см, и, тем не менее, она свободно умещается в такой микроскопической структуре как ядро клетки. 1.В каких формах существует хроматин (хромосомы) в митотическом цикле? 2.Какие различают уровни компактизации (спирализации) хроматина? 3.Что такое эухроматин и гетерохроматин? 4.Как устроены метафазные хромосомы? 5.Что такое кариотип? Ответ к ситуационной задаче №3 Хромосомы в зависимости от стадии клеточного цикла меняют свое строение. В интерфазе они не видны и представлены глыбками хроматина. На стадии метафазы митоза в результате спирализации приобретают хорошо видимые структуры. Поэтому различают интерфазную и метафазную форму существования хромосом. Выделяют несколько уровней компактизации хроматина: нуклеосомная нить, микрофибрилла, интерфазная хромонема, метафазная хроматида. Разные участки интерфазных хромосом имеют неодинаковую степень компактизации, что имеет очень важное функциональное значение. Различают эухроматин, имеющий меньшую плотность и большую генетическую активность, и гетерохроматин, характеризующийся большей компактизацией и генетической инертностью. Метафазные хромосомы в связи с суперспирализацией имеют разную форму и строение. В хромосомах различают плечи, перетяжки, спутники, теломеры.. Кариотип представляет собой диплоидный набор хромосом соматических клеток определенного вида, характеризующийся определенным числом и строением хромосом. Ситуационная задача №4. В процессе биосинтеза белка у эукариот, в результате транскрипции образуется первичный транскрипт. Однако на рибосому поступает зрелая информационная РНК, отличающаяся от первичного транскрипта. 1.Какие процессы происходят при преобразовании первичного транскрипта в зрелую и - РНК? 2.Какое значение для эукариот имеет процесс посттранскрипции? 3.Почему у прокариот нет этапа посттранскрипции? 4.Как называются кодоны, расположенные на концах первичного транскрипта? 5.Какие этапы синтеза белка следуют за посттранскрипцией? Чем они характеризуются? Ответ к ситуационной задаче №4 На втором этапе синтеза белка (посттранскрипции) происходит удаление интронов пре-м-РНК, сплайсинг экзонов и модификация концов РНК – с одной стороны присоединяется колпачок, а с другой – поли-А участок. Альтернативный сплайсинг ведет к образованию разных вариантов м-РНК. В результате появляется возможность синтезировать разные варианты белка, закодированные на одном гене. Это имеет большое значение при дифференцировке клеток у эукариот – они могут иметь различное строение и выполнять специфические функции, хотя их гены идентичны. Прокариоты – одноклеточные организмы. У них нет дифференцировки клеток, нет экзон – интронного строения генов, поэтому сразу образуется зрелая м-РНК. Первый кодон пре-м-РНК называется стартовым, последний - стоп – кодон. Третий этап синтеза белка – трансляция. Идет в три этапа: инициация, элонгация и терминация. В результате трансляции происходит синтез полипептидной цепи, последовательность аминокислот в которой соответствует информации, зашифрованной последовательностью кодонов м-РНК. Четвертый этап синтеза белка – посттрансляция. Формируются вторичная, третичная и четвертичная структуры белка. Возможна модификация белковой молекулы или образование комплекса с другими молекулами. Ситуационная задача №5. В среду, где находятся бактерии кишечной палочки, добавле- на лактоза. Используя знания теории оперона Ф.Жакоба и Ф.Моно, объясните какие механизмы регуляции будут работать в бактериальных клетках? 1.Как устроен лактозный оперон? 2.Как он работает по типу индукции? 3.Какое значение в работе имеет зона терминатор? 4.Почему при работе оперона образуется полицистронная и-РНК? 5.Каков механизм репрессии оперона при избыточном образовании конечного продукта? Ответ к ситуационной задаче №5. Лактозный оперон представлен группой тесно связанных генов (промотор, оператор, структурные гены, терминатор), работой которых руководит ген – регулятор. Если питательный материал (лактоза) для кишечной палочки в среде отсутствует, то оперон не работает, т.к. нарабатываемый геном-регулятором белок-репрессор связывается с оператором. Это не позволяет РНК-полимеразе свызаться с промотором и осуществить транскрипцию со структурных генов. Как только появляется индуктор -–лактоза, она связывается с белком-репрессором и такой комплекс не может присоединиться к оператору. РНК-полимераза прикрепляется к промотору, достигает структурных генов и осуществляет транскрипцию со всех структурных генов оперона в виде одного полицистронного транскрипта. С него затем синтезируются отдельные ферменты, участвующие в метаболизме лактозы. Если при работе других оперонов прокариот образуется избыточное количество конечного продукта, то работа оперона на время блокируется в результате объединения конечного продукта с белком-репрессором, он связавшись с оператором блокирует транскрипцию. Ситуационная задача №6. Основным свойством наследственного материала, обеспечивающего непрерывность поколений, является способность к самокопированию или репликации. При удвоении молекул ДНК действует большой комплекс ферментов – репликативная машина. 1.Назовите основные ферменты, участвующие в репликации ДНК? 2.Каковы функции ферментов, участвующих в репликации? 3.Почему образование дочерних цепей ДНК идет в разных направлениях? 4.Что такое фрагменты Оказаки и как они образуются? 5.Какие вы знаете способы репликации ДНК? Какой из них является основным? Ответ к ситуационной задаче №6. Репликативную машину образуют: Геликаза – расщепляет две цепи ДНК Праймаза – синтезирует затравку (небольшие фрагменты РНК) ДНК-полимераза – основной фермент, синтезирующий дочерние цепи ДНК из отдельных нуклеотидов. Лигаза – сшивает фрагменты ДНК Топоизомераза – разрезает одну из цепей ДНК и раскручивает ее, снимая напряжение суперспирали перед репликативной вилкой Синтез ДНК идет только в направлении 5¢ - 3¢, а так как две матричные цепи ДНК антипараллельны, то и образование дочерних цепей идет в противоположных направлениях. При этом одна из новых цепей ДНК (отстающая) образуется из отдельных фрагментов (фрагменты Оказаки), которые синтезируются по мере нарастания репликативной вилки. Возможны три способа репликации ДНК – полуконсервативный, консервативный и дисперсный. Репликация ДНК, как правило, происходит полуконсервативно: в образующихся молекулах одна цепь старая (матричная), другая – новая (дочерняя). Ситуационная задача №7. Размножение клеток, или пролиферация является основой для роста и восстановления органов. У больного после резекции печени, среди эпителиальных клеток печени (гепатоцитов) обнаружены делящиеся клетки.
Ответ к ситуационной задаче №7 . Гепатоциты, как и любые клетки тела, могут делиться путем митоза и амитоза. Митоз и автосинтетическая интерфаза составляют митотический цикл. Периоды синтетического цикла: пресинтетический, синтетический и постсинтетический. В G1 периоде происходит активный рост и функционирование клеток, синтез белков, необходимых для образования клеточных структур. В S-периоде отмечается репликация ДНК, а также синтез белков гистонов, необходимых для упаковки ДНК. В G2 периоде осуществляется подготовка клеток к делению, в том числе синтез белков веретена деления. В процессе митоза редуплицированные хромосомы расходятся в дочерние клетки. Набор хромосом до начала деления 2n4c, после - 2n2c. Гепатоциты, как клетки медленно обновляющихся тканей, имеют большую продолжительность жизни, редко делятся. Выйдя из митоза, они вступают в фазу G0 , в которой могут находится достаточно долго, выполняя свои функции. Но гепатоциты, не теряют способность к переходу в G1 период митотического цикла, и далее делятся. После резекции печени, часть гепатоцитов вступает в размножение, тем самым, обеспечивая регенерацию органа. В отдельных клетках возможен эндомитоз – удвоение числа хромосом без деления цитоплазмы клетки. В результате таких неоконченных митозов возникают полиплоидные клетки. Ситуационная задача №8. В красном костном мозге происходит интенсивное размножение клеток. Тем не менее, их количество остается постоянным.
Ответ к ситуационной задаче № 8. Красный костный мозг относится к быстро обновляющимся тканям. В таких тканях происходит интенсивная пролиферация клеток. Половина образовавшихся клеток сохраняется в ткани и составляет ее пролиферативный пул. Эти клетки идут в митотический цикл, который делится на два основных периода – митоз и интерфазу. Интерфаза состоит из периодов G1, S и G2 в течение которых клетка растет, удваивает ДНК и хромосомы, готовится к делению. Другая половина клеток после деления идет в дифференцировку. Эти клетки – эритроциты, лимфоциты и др., покидают красный костный мозг, функционируют определенное время и погибают. Количество дифференцирующихся клеток и поступающих в митотический цикл равно, поэтому в норме количество клеток красного костного мозга остается постоянным. При потере крови включаются регуляторные механизмы, выделяются факторы роста, в частности эритропоэтин, количество делящихся клеток увеличивается. Образующиеся клетки компенсируют потерю. При нарушении регуляции, например мутациях, которые превращают нормальные протоонкогены в онкогены, безудержное размножение клеток приведет к опухолевому росту (лейкозу). Ткани, в которых происходит увеличение количества клеток, называются растущими, а в которых клетки не делятся – стабильными. Ситуационная задача № 9. На поперечном срезе извитого канальца семенника видны клетки на разных стадиях сперматогенеза (рисунок прилагается). В просвет канальца выходят зрелые сперматозоиды. У одного человека все сперматозоиды сходны по набору хромосом и количеству ДНК, но отмечается генетическое разнообразие материала этих клеток.
Ответ к ситуационной задаче № 9. Этапы сперматогенеза: размножение, рост, созревание, формирование. В стадии размножения сперматогонии делятся митозом (набор 2n2c), в результате чего их количество существенно возрастает. На стадии роста происходит удвоение (репликация) ДНК и увеличение размеров клетки. В результате образуются сперматоциты I порядка c набором 2n4c. В стадии созревания происходят два, следующих друг за другом, деления мейоза. В результате первого деления происходит редукция числа хромосом и образование cперматоцитов II порядка с набором n2c. Второе деление мейоза заканчивается образованием сперматид с набором 1n1c. В периоде формирования идет дифференцировка сперматид и образование сперматозоидов. Стадии сперматогенеза идут в стенке канальца семенника, а в просвет выходят зрелые сперматозоиды. Разнообразие генетического материала сперматозоидов обеспечивают кроссинговер и независимое расхождение хромосом в анафазе I деления мейоза. Нарушение расхождения хромосом в мейозе может быть причиной изменения числа хромосом в половых клетках. Ситуационная задача №10. У человека при оплодотворении к яйцеклетке приближается большое количество сперматозоидов, но сливается с ней только один. Это явление получило название моноспермия.
Ответ к ситуационной задаче № 10. После проникновения сперматозоида в яйцеклетку в ней происходят сложные биохимические процессы, в результате которых формируется оболочка оплодотворения. Она делает проникновение других сперматозоидов невозможным. Оплодотворение – процесс слияния гамет, в результате которого образуется первая клетка нового организма – зигота. Первая фаза оплодотворения - сближение гамет и активации яйца. Сближение гамет обеспечивается движением сперматозоидов к яйцеклетке. Сперматозоид имеет орган движения – жгутик, имеющий типичное для жгутиков животных клеток строение. В его промежуточном отделе находятся митохондрии, которые обеспечивают работу жгутика энергией. Фаза сближения регулируется особыми веществами, вырабатываемыми гаметами – гамонами. В момент контакта сперматозоида с яйцеклеткой происходит акросомная реакция, во время которой из акросомы изливаются протеолитические ферменты, растворяющие оболочку яйцеклетки. Цитоплазматические мембраны гамет сливаются, образуется цитоплазматический мостик, по которому ядро сперматозоида и одна из его центриолей перемещаются в яйцеклетку. Центриоль участвует в образовании веретена деления при первом делении зиготы. В результате контакта яйцеклетки со сперматозоидом происходит активация яйца: возникает оболочка оплодотворения, усиливается сегрегация цитоплазмы яйцеклетки, с яйцеклетки снимается блок мейоза II, она завершает созревание. Последняя фаза – сингамия или слияние гамет, во время которой происходит объединение наследственного материала материнского и отцовского организмов. Ситуационная задача №11. Все клетки многоклеточного организма при половом размножении развиваются из одной зиготы и имеют одинаковый генотип.
Ответ к ситуационной задаче № 11. Различия в строении и функциях разных клеток эукариот возникают в процессе дифференцировки. Это происходит в результате дифференциальной активности генов и альтернативного сплайсинга некоторых генов. Различия между клетками возникают на стадии гаструляции, когда формируются разные зародышевые листки. Все клетки многоклеточного организма образуются в результате митоза. А митоз обеспечивает идентичное распределение генетического материала между дочерними клетками. Современные молекулярно-генетические методы позволяющие определить, какие гены имеются в клетках, прямо доказывают, что при дифференцировке клеток в них сохраняются все гены. Другими доказательствами этого является клонирование и вегетативное размножение. В отличие от соматических клеток, половые клетки имеют гаплоидный набор хромосом. Половые клетки образуются в процессе гаметогенеза, который происходит в несколько этапов. На этапе созревания клетки делятся мейозом. В первом мейотическом делении происходит редукция числа хромосом, вследствие расхождения гомологичных хромосом к разным полюсам клетки. В результате дочерние клетки будут иметь только по одной гомологичной хромосоме из пары. Ситуационная задача № 12. На стадии дробления зародыша происходит деление клеток митозом, приводящее к увеличению количества клеток. Однако, значительного роста объема зародыша не происходит.
Ответ к ситуационной задаче № 12. Отличительной чертой делений дробления служит отсутствие роста новообразующихся клеток. Благодаря этому объем тела зародыша не изменяется. Набор хромосом и ДНК в клетках на стадии дробления 2n2c . Характер дробления зависит от типа яйцеклетки. У олиголецитальных и мезолецитальных яиц отмечается полное дробление, у полилецитальных яиц – неполное дробление. Полное дробление бывает равномерным (изолецитальные яйца ланцетника) и неравномерным (умереннолецитальные яйца земноводных). Неполное дробление бывает дискоидальным и поверхностным. При дискоидальном типе дробится небольшой участок цитоплазмы, свободный от желтка (резкотелолецитальные яйца птиц, рептилий). Поверхностное дробление характеризуется делением периферической части цитоплазмы яйцеклетки (центролецитальные яйца насекомых). У человека вторично изолецитальная яйцеклетка. Дробление полное, неравномерное, асинхронное. В результате дробления образуется бластула (бластоциста). Она имеет вид пузырька, стенки которого образованы одним слоем клеток, внутри имеется полость – бластоцель. В бластоцисте выделяют зародышеый узелок и трофобласт. Ситуационная задача № 13. К врачу обратился пациент, биологический возраст которого не совпадал с хронологическим – он выглядел намного старше своих лет.
Ответ к ситуационной задаче № 13. Старость представляет собой стадию индивидуального развития, в которой в организме происходят закономерные изменения во внешнем виде, в физическом состоянии, в эмоциональной сфере. Различают хронологический и биологический(физиологический) возрасты. По современной классификации людей, хронологический возраст которых достиг 60-74 лет, называют пожилыми, 75-89 лет – старыми, свыше 90 лет – долгожителями. Биологический возраст характеризуется различной скоростью нарастания отдельных признаков старения (гетерохронность процессов старения). В процессе старения изменениям подвергаются все системы органов: покровы, мышечная система и скелет, дыхательная система, органы пищеварения, сердечно-сосудистая, мочевыделительная, половая, эндокринная и нервная системы. Основные гипотезы старения:
На процессы старения влияют не только условия и образ жизни, но и эндоэкологическая ситуация организма. Организм человека населяют бактерии, вирусы, одноклеточные грибы, простейшие, клещи. Они образуют биоценозы, для которых биотопом служат органы человека. В организме человека различают микросистемы кожи, ротовой полости, органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, мочеполовых путей. При некоторых видах лечения, например антибиотиками, отмечается нарушение видового и численного состава микросистем, вследствие чего развиваются заболевания: дизбактериозы, кандидозы, демомикозы и т.д. Ситуационная задача № 14. В экономически развитых странах антропологи отмечают увеличение средней продолжительности жизни, снижение рождаемости. Это привело к перераспределению возрастного состава популяций и к прогрессивному возрастанию числа людей пожилого и старческого возраста. Изучение процессов старения является необходимой предпосылкой для установления видовой продолжительности жизни человека.
Ответ к ситуационной задаче № 14. Основные теории старения:
Индивидуальные темпы старения, как и развития, могут существенно различаться у людей одинакового хронологического возраста. Курение, наркомания, алкоголизм ускоряют темпы старения и как следствие сокращают продолжительность жизни. Характер питания оказывает существенное влияние на состоянии здоровья человека. Так употребление жирной мясной пищи приводит к развитию атеросклероза, инсультам, инфарктам. Ожирение – фактор повышенного риска смерти. Процесс старения проявляется на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях. Снижается интенсивность молекулярной репарации ДНК, снижается уровень транскрипции, трансляции. В клетках уменьшается количество митохондрий. Типичной чертой старения нервных клеток является нарастающее с возрастом накопление в цитоплазме пигмента липофусцина. В кардиомиоцитах обнаружена деструкция микрофибрилл, во многих клетках накапливаются свободные радикалы. В настоящее время доказано существование генетического контроля процессов старения. Несмотря на все указанные механизмы старения можно противостоять наступлению старости. У человека существует специальные приспособительные механизмы торможения старости, например, высокий уровень социально-трудовой активности, сохранение умственной и физической работоспособности до глубокой старости. Продлевает жизнь также прием низко калорийной пищи, систематические физические упражнения и т.п. До настоящего времени видовая продолжительность жизни человека не определена. Достоверные максимальные сроки жизни редко превышают 120 лет. По-видимому, достижение медицинской и других наук помогут человечеству увеличить продолжительность жизни. Ситуационная задача №15. В семье здоровых родителей двое детей. Один ребенок здоров. У второго сына десяти лет отмечается задержка роста и признаки раннего старения (облысение, морщины, атеросклероз). Мальчику поставили диагноз: инфантильная прогерия (синдром Хатчинсона - Гилфорда), аутосомно-доминантный тип наследования. 1. Чем обусловлено раннее старение ребенка?
Ответ к ситуационной задаче № 15. Заболевание у ребенка возникло в следствии генеративной мутации у одного из родителей. Об этом свидетельствуют отсутствие этой болезни у родителей и их родственников, а также аутосомно-доминантный тип наследования. Главным фактором, определяющим старение и продолжительность жизни, является генотип особи, поэтому остановить процессы старения у больного ребенка в настоящее время невозможно. В настоящее время известно несколько сотен теорий старения. Наиболее известные из них: теория перенапряжения нервной системы И.П. Павлова, теория интоксикации организма И.И. Мечникова, эндокринная теория Ж. Броун-Секара, теория старения соединительной ткани А.А. Богомольца, теория о пределе клеточных делений Хейфлика, теория о накоплении мутаций и др. Доказательством генетического контроля старения служат: видовая продолжительность жизни, наследственное долгожительство, сходство продолжительности жизни и темпов старения у однояйцовых близнецов, а также наследственные формы раннего старения (как у данного ребенка). На процессы старения влияют также социально-экономичсекие условия, рацион питания, загрязнение среды, вредные привычки, образ жизни. |