Какие компоненты входят в состав ядра. Ядро и его структурные компоненты. Функции комплекса ядерной поры

Клеточное ядро состоит из оболочки, ядерного сока, ядрышка и хроматина. Функциональная роль ядерной оболочки заключается в обособлении генетического материала клетки от цитоплазмы, а также регуляции взаимодействий ядра и цитоплазмы. Пронизана ядерная оболочка порами, обеспечивающими связь с цитоплазмой. Ядерная оболочка состоит из 2 мембран, разделенных перинуклеарным пространством. Это пространство может сообщаться с канальцами цитоплазматической сети. Основу ядерного сока, или матрикса, составляют белка. Ядерный сок образует внутреннюю среду ядра, в связи с чем он играет важную роль обеспечении нормального функционирования генетического материала. В составе ядерного сока присутствуют нитчатые белки, с которыми связано выполнение опорной функции, в матриксе также находятся первичный продукты транскрипции ген информации. Ядро имеет одно или несколько ядрышек. Оно состоит из РНК и белка. Формируется оно на определенных участках некоторых хромосом. Ядрышко – это структура, которая участвует в синтезе и созревании рРНК Хроматиновые структуры в виде глыбок, рассеянных в нуклеоплазме, являются интерфазной формой существования хромосом клетки. Различают эухроматин и гетерохроматин Главная функция ядра - хранение и передача наследственной информации - связана с хромосомами. Кроме того, ядро участвует в реализации этой информации с помощью синтеза белка.

16. Хромосомы – структурные компоненты ядра. Строение, состав, функции. Понятие о кариотипе, кариограмма

Хромосомы неделящейся клетки имеют вид длинных тонких нитей. Каждая хромосома перед делением клетки состоит из двух одинаковых нитей - хроматид, которые соединяются между в области перетяжки – центромеры. Хромосомы состоят из ДНК и белков. Поскольку нуклеотидный состав ДНК различается у разных видов, состав хромосом уникален для каждого вида. Молекулы ДНК обеспечивают хранение и передачу наследственной информации от клетки к клетке и от организма к организму. Основные функции ядра – хранение и передача наследственной информации осуществляется хромосомами Диплоидный набор хромосом клетки, характеризующийся их числом, величиной и формой, называется кариотипом. Нормальный кариотип человека включает 46 хромосом, или 23 пары: из них 22 пары аутосом и одна пара – половых хромосом Для того, чтобы легче разобраться в сложном комплексе хромосом, составляющем кариотип, их располагают в виде идиограммы. В идиограмме хромосомы располагаются попарно в порядке убывающей величины, исключение делается для половых хромосом. Самой крупной паре присвоен №1, самой мелкой - №22. Идентификация хромосом только по величине встречает большие затруднения: ряд хромосом имеет сходные размеры. Однако в последнее время путем использования разного рода красителей установлена четкая дифференцировка хромосом человека по их длине на красящиеся специальными методами и не красящиеся полосы. Постоянство числа, индивидуальность и сложность строения, авторепродукция и непрерывность в последовательных генерациях клеток говорят о большой биологической роли хромосом. Хромосомы действительно являются хранителями информации.

ЦИТОЛОГИЯ.

СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ЯДРА.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ КЛЕТКИ.

РЕАКТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛЕТОК.

СТАРЕНИЕ И СМЕРТЬ КЛЕТКИ

СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ КЛЕТОЧНОГО ЯДРА

Ядро клетки является ее важнейшим структурным компонентом. Его функции следующие:

1. Хранение наследственной информации в молекулах ДНК хромосом.

2. Реализация наследственной информации путем контроля в клетке синтетических процессов, а также процессов воспроизводства и гибели (апоптоза).

3. Воспроизводство и передача генетической информации при делении клетки.

4. Контроль и регуляция структурно-функционального состояния ци­топлазмы, клеточной оболочки, циторецепторов.

Количество ядер, их форма, величина зависят от вида клетки и ее функционального состояния. Наиболее часто встречаются одноядерные клетки, однако у некоторых клеток (например, гепатоцитов и др.) в свя­зи с интенсификацией функций может встречаться несколько ядер. Из­вестны гистологические структуры (например, симпласты в поперечно­полосатой мышечной ткани), для которых многоядерность является по­стоянным признаком.

Форма ядер, как правило, зависит от формы клеток. Ядро может быть уплощенным в плоских, округлым в кубических, эллипсоидным в призма­тических клетках. Встречаются сегментированные, палочковидные, лопаст­ные ядра. Расположение ядра также может быть различно: они могут ле­жать в центре клетки, эксцентрично, в базалыюй части.

Размеры ядра в целом зависят от функционального состояния клетки: в функционально активных клетках ядро имеет крупные размеры и наобо­рот. Крупные размеры характерны также для полиплоидных ядер. В организме человека встреча­ются так называемыепостклеточ­ные структуры, иногда также не­правильно называемые клетками: зритроциты, роговые чешуйки эпи­телия кожи, кровяные пластинки (тромбоциты). В них отсутствуют ядра, которые теряются в ходе спе­цифической дифференцировки. В постклеточных структурах подав­ляющее большинство характерных для клетки процессов отсутствует, они в течение определенного вре­мени выполняют одну или не­сколько функций, а затем гибнут.

В интерфазной клетке ядро со­стоит из 4 компонентов (рис. 4.1):

1. Хроматин (как часть хро­мосом).

2. Ядрышко.

3. Кариолемма.

4. Кариоплазма.

1. ХРОМАТИН.Хроматином называется интерфазная форма су­ществования хромосом. Структур­ное состояние хромосом существен­но меняется в интерфазных ими-тотически делящихся клетках. В интерфазе хромосомы находятся в частично или полностьюдеконден-сированном состоянии. При этом большая их часть становится неви­димой в световом микроскопе. Об­ласти деконденсации хромосом яв­ляются активными, здесь идет транскрипция ДНК. Такие области называютсяэухроматином. Конден­сированный, или плотный хрома­тин имеет выраженную базофилию и виден в микроскопе. Эти неак­тивные участки хромосом иначе называютсягетерохроматином. В

световом микроскопе гетерохроматин иидеи и форме гранул или глыбок, ок­рашенных основными красителями в характерный для красителя цвет и рас­пределенных но ядру или относительно равномерно, или зонально. Иногда распределение гетерохроматина создает картину спин колеса (в плазмоцитах). Часть гетерохроматина прилежит к кариолемме -примем-бранный хроматин, - а также сосредоточена вокруг ядрышек -иеринукле-олярный хроматин.

Гетерохроматин делится на два вида:

1. Конститутивный хроматин - это такой гетерохроматин, с которо­го никогда ни в одной клетке не идет считывание информации и виде и-РНК. В хромосомах это обычно области вблизи центромеров.

2. Факультативный гетерохроматин - это хроматин, количество кото­рого заметно варьирует в разных клетках: его совсем мало в эмбриональ­ных клетках, а по мере дифференцировки клеток содержание этого хрома­тина увеличивается. В синтезирующих белок клетках количество факуль­тативного хроматина снижено.

Поскольку красителями окрашивается только гетерохроматин, то степень окраски ядра зависит от его количества. Темноокрашенное ядро обычно характерно для функционально неактивной клетки. При актива­ции клетки соотношение эухроматин/гетерохроматин изменяется в пользу эухроматина, и ядра функционально активных клеток светлые, слабоокрашенные.

2. ЯДРЫШКО. Это плотный структурный компонент ядра. В клетке может быть от одного до нескольких ядрышек. Ядрышко - это совокуп­ность участков 10 хромосом (13, 14, 15, 21, 22 пары) (рис. 4.2, а). Эти уча­стки называют ядрышковыми организаторами. Они находятся в областивторичных перетяжек хромосом и представлены многочисленными копия­ми генов рибосомальных РНК (рРНК). Следовательно, в ядрышках с ДНК ядрышковых организаторов происходит считывание информации в виде рибосомальной РНК.

В световом микроскопе ядрышко определяется как плотноокрашенная основными красителями глобула размером от 1 до 3 мкм, не имеющая оболочки. Располагается как в центре ядра, так и эксцентрично. Интен­сивно окрашивается на рибонуклеопротеиды. Размеры ядрышка тем боль­ше, чем выше функциональная активность клетки.

В электронном микроскопе ядрышко состоит из двух основных частей: фибриллярного (представлен первичными цепями рибосомальной РНК) игранулярного (предшественники рибосом). Иногда выделяют третий,амор­фный компонент ядрышка, который представляет собой собственно ядрыш-ковые организаторы.

Ядрышко подвергается характерным изменениям в митотическом цик­ле (рис. 4.2, б). Во время митоза оно исчезает, потому что хромосомы спирализируются и расходятся, прекращается синтез РНК на ядрышковых орга­низаторах. При этом ядрышко постепенно распадается на 10 частей (столько же, сколько и хромосом, его образующих), которые постепенно ис­чезают. После митоза ядрышко вновь восстанавливается: вначале образует­ся 10 мелких ядрышек; они сливаются и образуют одно-два ядрышка.

Функции ядрышка - синтез рибосомальной РНК и образование рибо­сом. При транскрипции генов ядрышковых организаторов вначале образу­ется гигантская молекула-предшественница рРНК. Она связывается с бел­ками, синтезированными в цитоплазме и поступившими в ядро. Образу­ются рибопуклеопротеиды (РНП), которые подвергаются растеплению на более мелкие фрагменты, соединяющиеся с добавочными молекулами бел­ка. Одна часть этих фрагментов превращается вбольшие, другая часть - вмалые субъединины рибосом.

3. ЯДЕРНАЯ ОБОЛОЧКА, или кариолемма. На светомикроскопичес-ком уровне она видна как тонкая пластинка, окружающая ядро. В электрон­ном микроскопе состоит из двух мембран, которые имеют такое же строение, как все биологические мембраны (рис. 4.3). Наружная мембрана переходит в мембраны эндоплазматической сети. На ней могут быть рибосомы. Со сто­роны цитоплазмы наружная мембрана окружена сетью промежуточных виментиновых филамеитов. Между двумя мембранами есть перинуклеарное пространство шириной 20-40 им. Оно является аналогом полостей грану­лярной ЭГТС и может содержать продукты белкового синтеза.

Внутренняя мембрана кариолеммы гладкая. При помощи стрруктурных белков она связана с плотно прилежащей к ней ламиной, илиядерной пластинкой, которая имеет толщину до 300 нм и состоит из сгущения про­межуточных филаментов. С ламиной контактируют промежуточные фи-ламенты, формирующие в ядре фибриллярную сеть и образующиекариос- келет. Ламина поддерживает форму ядра, участвует в организации пор, способствует упорядоченному расположению хроматина. Она также уча­ствует в формировании кариолеммы при делении клеток.

Две ядерные мембраны в отдельных участках переходят одна в другую. Эти места являются порами кариолеммы (рис. 4.3). В порах находятся гра­нулярные и фибриллярные структуры, которые вместе образуюткомплекс поры. По краю поры лежат 8 гранул, а в центре находится центральная гранула. К ней от периферических гранул идут фибриллы. Формируется структура, похожая на колесо со спицами. В комплексе поры имеется три таких структуры, которые лежат на разных уровнях, формируя три этажа. Гранулы пор связаны с белками ламины, участвующей в их организации. В комплексе поры содержатся особые рецепторы, распознающие поступаю­щие в ядро белки и осуществляющие их активный перенос.

Число пор зависит от метаболической активности клеток: чем выше синтетические процессы, тем выше содержание пор. В среднем в ядерной оболочке содержится 2000-4000 пор. В сперматозоидах ядерные поры пол­ностью отсутствуют.

Функции кариолеммы:

1. Разграничительная.

2. Защитная.

3. Регуляция транспорта веществ, в том числе и рибосом, из ядра в цитоплазму и наоборот. Комплекс пор играет в этом наибольшее значение (роль диафрагмы и активного транспортера).

4. ЯДЕРНЫЙ СОК - КАРИОПЛАЗМА. Это жидкий компонент ядра. Представляет собой коллоидный раствор сложных белков, углеводов, нуклеотидов. В состав кариоплазмы входят также различные ионы и мета­болиты. Среди белков наибольшее значение имеют гистоны, ферменты, структурные белки. Функции кариоплазмы:

1. Создает микросреду для всех структур ядра, в которой может проис­ходить быстрая диффузия метаболитов.

2. Перемещение рибосом, м-РНК и т-РНК к ядерным норам.

ХРОМОСОМЫ. Хромосомы видны полностью только в митозе. Наи­более удобно изучать их в метафазе (метафазн^" хромосомные пластин­ки). Основными химическими элементами хромосимы являются ДНК и белки (рис. 4.4). Комплекс ДНК с белками (в основном с гистонами) фор­мирует фибриллярную структуру -элементарную хромосомную фибриллу, имеющую нуклеосомную организацию. Каждая нуклеосома представляет собой комплекс из 8 молекул гистонов(гистоновый октамер). Вокруг него молекула ДНК образует около 2 оборотов. Участки ДНК, связывающие соседние нуклеосомы, называютсялинкерной ДНК. Следующим уровнем организации хромосомы являетсянуклеомерная организация, или уровень хроматиновой фибриллы. В ней нуклеосомы объединяются внуклеомеры, причем каждый нуклеомер состоит из 8-10 нуклеосом и имеет диаметр около 30 нм. Хромосомы образованы хроматиновыми фибриллами (хрома-тидами) в интерфазе. В ходе последующей упаковки нуклеомер подверга­ется суперспирализации и превращается вхромомер, содержащий петельные домены. Петельный домен имеет диаметр до 300 им и соответствует одному или нескольким генам. Хромомер далее за счет сунерспирализации укорачивается, образуются конденсированные хромосомы, видимые только в митозе клетки.

МОРФОЛОГИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ХРОМОСОМ

Каждая хромосома в световой микроскоп выглядит в виде палочки (рис. 4.5). У большинства хромосом можно увидеть первичную перетяжку - центромер, иликинетохор. Он делит хромосомы на два плеча. Если длина плеч одинакова, такие хромосомы называютсяметацентрическими. Если одно плечо больше, то хромосомы являютсясубметацентрическими. Хромосомы с очень коротким одним плечом называютсяакроцентрически-ми. Иногда на хромосомах естьвторичные перетяжки, отделяющие от хро­мосомы маленький участок -сателлит. В области вторичных перетяжек находятся ядрышковые организаторы.

Согласно Денверской классификации хромосом (Денвер, США, 1960), учитывающей размеры хромосом, расположение первичных, вторичных пе­ретяжек и наличие спутника, все хромосомы делятся на 7 групп (А, В, С,D,E,F,G) (рис. 4.5,б). Существует такжеПарижская (1971) классифика­ция хромосом. В ее основу положенадифференциальная окраска хромосом некоторыми красителями. Эта окраска выявляет в хромосомах чередующи­еся светлые и темные полосы (гетеро- и эухроматиновые районы), уни­кальные для каждой пары хромосом. Дифференциальная окраска позволя­ет достоверно отличить одну пару хромосом от другой.

Все хромосомы вместе образуют кариотип. Среди хромосом естьсома­тические, илиаутосомы (рис. 4.5, б), иполовые хромосомы. Соматические хромосомы образуютгомологические (похожие) пары. У человека таких пар 22. Половые хромосомы различаются в мужском и женском организме. В женском организме есть две Х-хромосомы, в мужском - половые хромо­сомы различные,XиY, причемY-хромосомы определяют пол мужчины.

СПОСОБЫ РЕПРОДУКЦИИ КЛЕТОК

Универсальным механизмом размножения клеток является митоз, илинепрямое деление. Разновидностями митоза являютсямейоз иэндо-митоз. Иногда как самостоятельный способ репродукции рассматриваютамитоз, или прямое деление. Однако в последнее время большинство ци­тологов отрицают существование амитоза у эукариотических клеток.

МИТОЗ. Это непрямое деление клетки, связанное с изменениями ее ядра. В митозе имеется 4 фазы: профаза; метафаза; анафаза; телофаза (рис. 4.6, 4.7).

В ПРОФАЗУ происходят сле­дующие события:

1. В результате спирализации и конденсации хроматина стано­вятся видны хромосомы. Каждая хромосома состоит из двух лежа­щих рядом сестринских хроматид.

2. Исчезает ядрышко, т.к. на ядрышковых организаторах прекра­щается синтез р-РНК и они расхо­дятся в связи с конденсацией хро­мосом.

3. Из микротрубочек цитоплаз­мы формируется веретено деления. Центрами его организации стано­вятся разошедшиеся к полюсам центриоли. Микротрубочки верете­на деления прикрепляются к цент­ромерам хромосом, в области кото­рых из особых белков формируются кинетохоры. В дальнейшемкинето- хоры сами могут служить центрами организации микротрубочек.

4. Распадается на мелкие фраг­менты, превращается в мембранные пузырьки и становится неотличи­мой от ЭПС ядерная оболочка. По-ровый комплекс и ламина распада­ются на субъединицы.

МЕТАФАЗА. Все хромосомы располагаются в экваторе клетки и удерживаются в этом положении микротрубочками веретена деления. Сестринские хроматиды отходят друг от друга, разделяясь щелью, но остаются соединенными в облас­ти центромеры. Хромосомы форми­руют метафазную пластинку, илиматеринскую звезду.

АНАФАЗА. Сестринские хро­матиды, из которых состоят хромо-сомы, отделяются друг от друга и в области центромеры и начинают расхо­диться к полюсам клетки со скоростью до 1 мкм/мин. Анафаза обычно длится несколько минут.

Механизм движения хроматид к полюсам не со­всем ясен. Предполагают, что сигналом к движению является резкое повы­шение в гиалоплазме концентрации ионов кальция. Возможно, причина движения заключается в деполимеризации микротрубочек веретена с кон­ца, прикрепленного к кинетохорам. По другим представлениям, оиа кроет­ся во взаимодействии таких сократимых белков, как актин, миозин и динеин, которые сосредоточиваются вокруг веретена деления. Разошедшиеся к полюсам сестринские хроматиды формируют дочерние звезды.

ТЕЛОФАЗА. Когда разделенные дочерние хроматиды подходят к по­люсам, кинетохорные трубочки исчезают. Вокруг каждой группы дочерних хроматид из мембранных пузырьков и агранулярной ЭПС образуется новая ядерная оболочка, а из имеющихся в цитоплазме субъединиц - норовые комплексы и ламипа. Конденсированный хроматин начинает деспирализо-ваться, разрыхляться. Появляются ядрышки. Происходит распределение органелл между клетками. Затем, благодаря актииовым филаментам, в цент­ре клетки по периметру образуется сократимое кольцо (рис. 4.7, 4.8). Оно постепенно сжимается и образует борозду деления, которая углубляется и в конце концов разделяет материнскую клетку па две клетки. Это явление на­зывается цитотомией.

Наряду с описанным нормальным митозом могут наблюдаться ати­пичные и патологические митозы. При них может иметь место неравно­мерное распределение генетического материала между дочерними клетка­ми -анэуплоидия. Могут наблюдаться также аномалии хромосом -хро­мосомные аберрации, часто возникающие после рентгеновского облучения. Патологические митозы характерны для опухолевых клеток.

ЭНДОМИТОЗ - это вариант митоза, когда редупликация хромосом не заканчивается образованием двух клеток. Есть несколько вариантов эн-домитоза, отражающих степень "продвинутое™" митоза: 1. ПОЛИТЕНИЯ - явление, при котором в результате редупликации ДНК происходит увеличение размеров хромосом во много раз. Имеет мес­то у беспозвоночных животных.

2. ПОЛИПЛОИДИЯ - увеличение количества хромосом, обычно кратное двум. В полиплоидных клетках в последующем может происхо­дить разделение (сегрегация) геномов, и такие клетки распадаются на не­сколько клеток с диплоидным набором хромосом. Эти изменения некото­рые исследователи рассматривают как проявление амитоза.

3. Образование ДВУЯДЕРНЫХ И МНОГОЯДЕРНЫХ КЛЕТОК. Они возникают тогда, когда ядро делится, но цитотомия не происходит. Многоядерные клетки в последующем могут путем цитотомии разделить­ся с образованием одноядерных (вариант амитоза).

Эидомитоз в конечном счете приводит к увеличению размеров клетки и ее функциональных возможностей, поэтому его можно рассматривать как механизм приспособления или адаптации клетки к изменяющимся ус­ловиям внешней среды.

АМИТОЗ, или прямое деление клетки. В последнее время большин­ство исследователей отрицают его существование и значение для организ­ма. Поэтому во многих руководствах амитоз вообще не рассматривается как способ репродукции клеток.

Амитоз - деление клетки без изменений со стороны хромосомного ап­парата. Он проходит путем простой перетяжки ядра и цитоплазмы без вы­явления хромосом и образования веретена деления. Одной из форм амитоза является сегрегация геномов - множественная перешнуровка полиплоидно­го ядра с образованием мелких дочерних ядер с обычным генотипом.

Те исследователи, которые допускают существование амитоза, разли­чают реактивный амитоз (ответная реакция на внешние факторы),патоло­гический амитоз (в условиях патологии),регенераторный амитоз (при ре­генерации поперечно-полосатой мышечной ткани),дегенеративный амитоз (в стареющих клетках).

МЕЙОЗ. Это деление половых клеток, вариант митоза. При помощи мейоза образуются клетки с гаплоидным набором хромосом.

Мейоз состоит из двух последовательных митотических делений: МЕЙОЗ Iи МЕЙОЗ И.

Мейоз Iназываютредукционным делением, т.к. в нем происходит ре­дукция, уменьшение хромосомного набора в два раза. МейозIимеет слож­ную профазу, состоящую из 5 периодов, или фаз:

ЛЕПТОТЕНА - хромосомы приобретают вид длинных тонких нитей;

ЗИГОТЕНА - в ней происходит конъюгация гомологичных хромосом;

ПАХИТЕНА - в эту фазу хромосомы укорачиваются и утолщаются;

ДИПЛОНЕМА - характеризуется расщеплением хромосом на две по­ловинки - хроматиды. Образуются тетрады, состоящие из четырех хроматид; - ДИАКИНЕЗ - хромосомы сильно укорачиваются в результате спи рализации и отходят друг от друга.

Дальнейшие фазы мейоза I(метафаза, анафаза, телофаза) такие же. как в митозе, но к полюсам отходят не хроматиды, а целые хромосомы. Это и приводит к редукции хромосомного набора.

В мейозе IIк полюсам отходят хроматиды, как в митозе. Подробнее о мейозе - в разделе "Эмбриология", см. рис. 5.5.

ЯДЕРНО-ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЕ ОТНОШЕНИЕ

КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО

СОСТОЯНИЯ КЛЕТКИ

Отношение площади или объема ядра к площади или объему цитоп­лазмы называется ядерно-цитоплазматическим отношением (ЯЦО). Ядер-но-цитоплазматическое отношение показывает, в каком состоянии нахо­дится клетка. Если это отношение равно или больше 1, это значит, что в клетке большое ядро и мало цитоплазмы. Такое отношение могут иметь стволовые клетки, малые лимфоциты, стареющие клетки. Эти клетки функционально неактивны, однако обладают способностью делиться, на­пример, стволовые клетки. Наоборот, клетки, у которых ЯЦО меньше 1, имеют большой объем цитоплазмы и, следовательно, большое количе­ство органелл. Они высокодифференцированы и способны активно фун­кционировать.

МИТОТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ КЛЕТКИ

Митотическнй цикл - это время от одного до второго деления клетки. Его подразделяют насобственно митоз иинтерфазу. В свою очередь, ин­терфаза делится на 3 периода (рис. 4.9,1):

1. G ,-период. В нем активируются обменные процессы, необходимые для синтеза ДНК. Характеризуется ростом клеток, синтезом белка и РНК. Клетка восстанавливает нужный объем органелл и достигает обычных размеров. Синтезируются также специальныебелки-активаторы S -периода.

2. S -период - период синтеза, удвоения ДНК в ядре, хромосомы пол­ностью реплицируются. Одновременно удваиваются центриоли.

3. С 2 -период - синтез и-РНК, р-РНК, белков тубулинов, из которых синтезируется веретено деления. Полностью созревают дочерние центрио­ли. Запасается энергия. Затем наступает М-период, или собственно митоз.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ - это время от одного деления до второго или до смерти клетки. Есть три основных вида тканевых клеток, различа­ющихся по жизненному циклу (рис. 4.9):

1. Стволовые клетки. Эти клетки способны к постоянному делению митозом. За счет них поддерживается тканевой гомеостаз. Жизненный цикл таких клеток будет составлять время от одного деления до второго, т.е. совпадает с митотическим циклом. Несмотря на неограниченные спо-собности к делению и дифференпировке, стволовые клетки делятся очень редко и после завершения митоза пребывают в продленном С,-нериодс (иногда его называютGo-периодом). После деления стволовые клетки пре­вращаются вполустволовые клетки, которые, наоборот, интенсивно делят­ся, восполняя клеточные потери. 2.Дифференцированные клетки.

а) Необратимые постмитотические клетки. Такие клетки делятся мито­зом только в эмбриональном периоде, а затем после достижения популя­цией необходимого объема полностью теряют способность к делению. Примером таких клеток являются нейроны, сердечные мышечные клетки. Жизненный цикл этих клеток состоит из следующих периодов:митотичес-кий цикл + детерминация (или определение пути дифференцировки) + диф-ференцировка (появление специфических черт строения клетки для выпол­нения специфической функции) + специализация ("обучение" функции, заключительные этапы дифференцировки) + период активного функциони­рования + старение + смерть клетки.

б) Обратимые постмитотические клетки. Эти клетки (например, клетки печени) характеризуются тем, что могут выходить из митотического цикла и переходить в состояниеG 0 , или покоя. При этом они имеют возмож­ность для двух путей своего развития: или возвратиться в митотический цикл и делиться, или необратимо дифференцироваться и приступить к функции. Такие клетки являются резервом ткани.

ТИПЫ КЛЕТОЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ (СООБЩЕСТВ).

МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ГОМЕОСТАЗА В РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ КЛЕТОЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ

В многоклеточном организме численность любой клеточной популя­ции жестко регулируется. Механизмы тканевого гомеостаза сложны и многогранны. На их полюсах находятся митоз и аноптоз (запрограммиро­ванная клеточная гибель, см. ниже).

Как отмечалось, существует три вида соматических клеток в зависимо­сти от их жизненного цикла: стволовые; постмитотически обратимые; по­стмитотически необратимые. Из сочетания этих клеточных типов форми­руются клеточные популяции (например, ткани). По соотношению в кле­точных популяциях клеток с различными клеточными циклами французс­кий ученый К. Лсблоп разделил все клеточные системы (ткани и органы) па три большие группы.

1. Статические (стационарные) клеточные популяции. К этой группе он отнес такие клеточные популяции, в которых в зрелом состоянии имеются только дифференцированные клетки и полностью отсутствуют стволовые клетки. К таким клеточным популяциям относятся нервная и сердечная

мышечная ткани. В них клетки в процессе дифференцировки необратимо к"ряют способность к делению, и общее число клеток не может увеличивать­ся. Напротив, с течением времени определенная часть клеток погибает путем амонтоза, а при старении организма этот процесс усиливается.

2. Растущие (увеличивающиеся в размерах) клеточные популяции. К :>той группе относятся клеточные популяции с очень низким в норме тем­пом пролиферативных процессов. Одновременно и потеря клеток очень низка. Такие популяции содержат: 1) очень незначительное количество стволовых клеток (по мнению некоторых авторов, они вообще отсутству­ют); 2) дифференцированные клетки; 3) покоящиеся клетки.

Примером такого типа популяций может служить паренхима печени, почек, щитовидной железы. В эмбриогенезе популяция гепатоцитов раз­множается с большой скоростью, в начале постнаталыгого развития число активно размножающихся гепатоцитов снижается, а продолжительность митотического цикла возрастает. У взрослых животных количество их па­дает до очень незначительных величин. Вместе с тем, при определенных ситуациях (удаление части органа) покоящиеся клетки быстро возвраща­ются в митотический цикл и, размножаясь, восстанавливают численность клеточной популяции.

3. Обновляющиеся популяции клеток. В этих популяциях достаточно интенсивное воспроизводство клеток уравновешивается такой же интен­сивной их потерей за счет апоптоза. Такие популяции состоят из: 1) отно­сительно небольшой фракции стволовых клеток, которые, делясь и диф­ференцируясь в зрелые клетки, поддерживают численность клеточной по­пуляции. Эти клетки большую часть своего жизненного цикла проводят в состоянии продленного С,-периода. 2) постмитотически необратимых кле­ток, выполняющих основные функции популяции.

В зависимости от типа клеточной популяции различны и механизмы поддержания ее гомеостаза.

1. В статических клеточных популяциях регуляторные механизмы на­правлены на регуляцию апоптоза.

2. В растущих клеточных популяциях регуляторные механизмы могут быть направлены на:

1) изменение процесса входа или выхода клеток в(из) состояние(я) по­коя; 3) изменение длительности митотического цикла клеток; 2) измене­ние скорости дифференцировки клеток; 4) изменение интенсивности апоп­тоза клеток.

3. В обновляющихся клеточных популяциях регуляция может быть при­ложена к: 1) выходу или входу стволовой клетки из(в) продленного(ый) Go-период; 2) изменению длительности митотического цикла стволовых клеток; 3) изменению интенсивности апоптотической гибели клеток, кото­рая в нормальных условиях достаточно высока.

В последнем случае численность клеточной популяции будет зависеть от соотношения митотической активности и апоптотической гибели кле­ток: а) при уравновешивании их популяция находится в стационарном со­стоянии; б) при преобладании пролиферативных процессов отмечается при­рост клеток, гипертрофия ткани, адаптация к вредным факторам; в) при преобладании апоптотической гибели наблюдается убыль клеточной популя­ции, что может иметь место при возвращении ткани после гипертрофии к исходному состоянию, атрофии ткани (малокровие, язвы и т.д.).

ОБЩИЕ ЧЕРТЫ ПОКОЯЩИХСЯ КЛЕТОК (G 0 - W 1 ETOK )

В покоящихся клетках существует ряд механизмов, поддерживающих макромолекулы в состоянии равновесия, необходимого для жизнедеятельно­сти, и предотвращающих их гибель в неблагоприятных условиях. Благодаря этому покоящиеся клетки могут пребывать в состоянии покоя неограничен­но долго, при этом в определенной мере выполняя некоторые специфичес­кие функции (в первую очередь это относится к клеткам, вышедшим в со­стояние покоя после С 2 -периода). В состоянии покоя может происходить репарация поврежденной ДНК.

Для покоящихся клеток характерны следующие признаки:

1. По размерам они меньше пролиферирующих клеток.

2. В них более, чем в делящихся клетках, конденсирован хроматин.

3. В этих клетках низкий уровень синтеза ДНК.

4. Снижено содержание РНК при одновременном повышении процес­сов ее синтеза и распада.

5. Снижена проницаемость цитолеммы.

6. Снижена интенсивность метаболизма и дыхательная активность.

ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ, МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ

И ОРГАНИЗМЕННЫЕ МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ

ДЕЛЕНИЯ КЛЕТОК.

ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИИ НА ДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК

Регуляция деления клеток осуществляется на разных уровнях.

1. ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ.

а) ГЕНОМНО-ЯДЕРНЫЙ УРОВЕНЬ. Осуществляется путем дей­ствия генов, ответственных за митоз. В клеточном геноме имеются "ранние" и "поздние" гены пролиферативного ответа. "Ранними" генами являются гены fosи туе, "поздними" -ras,myb-гены. Продуцируемые этими генами белки стимулируют вступление клетки в митоз и увеличивают его скорость.

б) Цитоплазма может влиять на ядро с помощью различных раствори­мых факторов, так называемых триггерных белков, которые подавляют или активируют митоз.

в) Компоненты цитолеммы (белки и гликопротеины) клетки могут ока­зывать регулирующее влияние на ее митотическую активность. Очевидно, они участвуют в таком феномене, как контактное торможение размножения, но могут выступать в роли самостоятельного регуляторного механизма.

2. МЕЖКЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ регуляции митоза:

а) Эффект контактного торможения размножения. Заключается в том, что при тесном контакте мембран двух клеток их деление подавляется. Это влияние опосредуется через плазмолемму, цитоскелет и передается на ядро. Эффект контактного торможения размножения объясняет, почему в культуре ткани клетки растут только в виде монослоя. Раковые же клетки не обладают этим эффектом, они растут беспорядочно, нарушая монослой. Аналогичным образом они ведут себяinvivo.

б) Кейлонная регуляция. Кейлоны - вещества белковой природы. Они вырабатываются дифференцированными клетками, но способны действо­вать на стволовые клетки, подавляя их митоз. Кроме кейлонов, клетки выделяют еще специфические факторы роста,индукторы, которые стиму­лируют митоз. За счет кейлонов и индукторов регулируется постоянство клеточного состава тканей.

3. На ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ регуляция деления идет за счет нервной, эндокринной, иммунной систем. Нервная система может как подав­лять, так и стимулировать деление клеток в тканях-мишенях. Клетками эндокринной и иммунной системы вырабатывается большое количестворостовых факторов, которые стимулируют клеточное деление:эпидер-мальный, тромбоцитарный факторы роста, фактор роста нервов, фибробластов, инсулиноподобные факторы и др. Некоторые гормоны стимулируют, другие - подавляют размножение клеток. К гормонам-сти­муляторам митотической активности клеток относят гормон роста, инсу­лин, тиреоидные гормоны и др. Подавляют размножение клеток глюкокор-тикоиды (гормоны коры надпочечников). Один и тот же гормон может оказывать на клетки разных органов различное влияние. Например, поло­вые гормоны стимулируют деление клеток в половых органах, но подавля­ют его в зонах роста костей. Глюкокортикоиды подавляют деление клеток в большинстве органов, но могут стимулировать его в печени.

Митоз является достаточно чувствительным к действию вредных вне­шних факторов процессом. Он может подавляться действием различных химических веществ, в том числе и лекарственных препаратов. Вещества, деполимеризующие микротрубочки веретена деления (например, колхи­цин), останавливают митоз в метафазе. Это используется для получения препаратов так называемых метафазных хромосом, которые наиболее удобны для изучения их строения. Эти же вещества используются для лече­ния опухолей. Радиация оказывает повреждающее влияние на митоз. Мито-тические хромосомы изменяют форму, возникают их разрывы, иногда с пос­ледующим неправильным соединением фрагментов. Порой отдельные хро­мосомы исчезают вообще. Наблюдаются аномалии веретена деления. Оно может иметь не два, а три полюса. В некоторых случаях хромосомы делятся, а деления ядра не происходит. В результате возникают большие ядра с поли­плоидным набором хромосом. Если поражение радиацией сильное, то клет­ка теряет способность к делению.

МЕХАНИЗМЫ КЛЕТОЧНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ

Способность клетки или ткани восстанавливать утраченные части назы­вается регенерацией. В зависимости от уровня ее реализации регенерация подразделяется навнутриклеточную регенерацию ирегенерацию на клеточном уровне. Внутриклеточная регенерация - восстановление ста­рых, разрушившихся органелл клетки, например, митохондрий, а также поврежденных частей клетки.

В зависимости от назначения регенераторного процесса регенерация подразделяется на физиологическую ирепаративную (посттравматическую) регенерацию. Физиологическая регенерация - это восстановление старых, подлежащих замене компонентов клетки или целых клеток. Репаративная регенерация - восстановление клеток после повреждения. После поврежде­ния наряду с регенераторным процессом, как правило, происходят икомпен­саторные, адаптивные изменения в клетке, направленные на уменьшение по­следствий возможного повторного повреждения. Если в результате количе­ство органелл увеличивается, то это явление называетсягиперплазией орга­нелл. Если количество органелл остается тем же, но увеличиваются их раз­меры, то это явление называетсягипертрофией органелл. Может наблюдать­ся сочетание гипертрофии и гиперплазии органелл. В результате указанных изменений клетка увеличивается в размерах(гипертрофия клетки) и стано­вится менее чувствительной к действию вредных факторов.

Клеточная регенерация - это регенерация ткани за счет увеличения чис­ла клеток путем митоза. Подробнее о регенерации - в общей гистологии.

РЕАКТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛЕТОК.

ПОНЯТИЕ О ГИПЕРПЛАЗИИ И ГИПЕРТРОФИИ КЛЕТОК.

СМЕРТЬ КЛЕТОК. НЕКРОЗ

Реактивные изменения клеток - изменения структуры и функции кле­ток под воздействием внешних факторов. Если внешний фактор не вызы-иает гибели клеток, то в клетках происходят компенсаторные изменения, на­правленные на уменьшение последствий вредного воздействия внешнего фактора. Эти изменения могут быть следующими:

1. Внешний фактор активирует деление клеток. При этом клеток ста­новится больше, и в результате распределения фактора на большее коли­чество клеток они легче переносят его воздействие.

2. Внешний фактор воздействует на клетку, которая не может делиться. При этом в клетке активируется синтез белка, органелл, происходит их ги­перплазия и гипертрофия. В результате клетка увеличивается в размерах и становится менее чувствительной к действию фактора. В первом случае мы имеем дело с гиперплазией клеток, во втором - с их гипертрофией.

3. Внешний фактор может привести к образованию полиплоидных и двуядерных клеток. Такие клетки больше по размерам, функционально бо­лее активны и менее чувствительны к повреждающему фактору.

4. Внешний фактор может вызвать усиление метаболизма и функцио­нальной активности клеток. Это один из вариантов реакции клеток на внешний раздражитель. Может происходить увеличение клеточной повер­хности и усложнение ее формы, что в определенной степени ведет к сни­жению интенсивности внешнего воздействия на единицу площади клетки. Как проявление реакции на внешние стимулы может активироваться фа­гоцитоз клеток, особенно тех, у которых он является основной функцией. Может возрастать двигательная активность клеток. Мышечные клетки на стимуляцию ответят сокращением, нервные - нервным импульсом, секре­торные - усилением выработки и выделения секрета и т.д.

5. Любые достаточно сильные внешние воздействия вызывают в клет­ках стрессорные реакции, протекающие стереотипно. При этом происходит активация определенных генов, обеспечивающих синтез специальных за­щитных белков при одновременной блокаде других синтетических процес­сов. Эти защитные белки названыбелками теплового шока (БТШ), по­скольку первоначально были обнаружены в клетках при воздействии на них высокой температуры. БТШ носят универсальный характер, обладают собственной повышенной устойчивостью и одновременно предотвращают повреждение (агрегацию, коагуляцию) других клеточных белков, способ­ствуют расщеплению возникших патологических белковых конгломератов.

6. При воздействии на клетку запредельных факторов она подвергает­ся разрушению - некрозу. Обычно некроз захватывает целые группы кле­ток. Морфологические изменения при этом касаются и ядра, и цитоплаз­мы. В ядре могут происходить такие изменения. Под действием активиро­ванного лизосомалыгаго фермента ДНКазы ядерная ДНК расщепляется на фрагменты различной длины, что ведет к изменению расположения хроматина: он скапливается в виде крупных глыбок под кариолеммой. В дальнейшем с ядром могут происходить следующие изменения: - КАРИОПИКНОЗ - сморщивание ядра, уменьшение его в размерах до полного исчезновения;

КАРИОЛИЗИС - растворение ядра с постепенным исчезновением в нем всех структур. Ядро приобретает вид бесструктурного пузырька;

КАРИОРЕКСИС - разрыв ядра на отдельные фрагменты, которые затем разрушаются.

Лишенная в результате одного из этих трех процессов ядра клетка становится нежизнеспособной и постепенно гибнет.

В цитоплазме происходит дегенерация органелл. Цистерны ЭПС рас­ширяются, гранулярная ЭПС полностью лишается рибосом. Матрикс ми­тохондрий просветляется, расширяется межмембранное пространство, в дальнейшем разрушаются кристы; в конечном итоге мембраны митохонд­рий разрываются и митохондрии разрушаются. Повреждаются мембраны лизосом, ферменты которых выходят в цитозоль и участвуют в разруше­нии структур.цитоплазмы. Повреждение клеточных мембран связано с на­коплением в гиалоплазме клетки кальция, который активирует связанные с мембранами ферментыфосфолипазы. В цитоплазме идет образование вакуолей -вакуольная дистрофия, накопление нетипичных белковых или жировых включений -белковая, жировая дистрофия. Активация лизосом приводит к аутолизу клетки и фагоцитозу ее макрофагами.

ГЕНЕТИЧЕСКИ ЗАПРОГРАММИРОВАННАЯ КЛЕТОЧНАЯ ГИБЕЛЬ (АПОПТОЗ)

Апоптоз часто называют физиологической, альтруистической гибелью клетки (в отличие от некроза, представляющего собой патологическую ги­бель клетки, смерть клетки от "несчастного случая"). Термин "апоптоз" (от греч.apoptosis- листопад) предложил в 1971 году Г. Керр, основываясь на внешнем сходстве апоптозных клеток с опадающими листьями: апоптозная клетка сморщивается и как бы выпадает из общего контекста ткани.

Апоптоз является противоположностью митоза и генетически опосре­дован. В геноме каждой клетки наряду с генами пролиферации имеются гены апоптоза. Один из наиболее изученных механизмов индукции апоп-тоза - экспрессия гена Fas/Apo-1 (CD95). Находясь на противоположиых полюсах жизненного цикла клеток, митоз и апоптоз осуществляют регу­ляцию тканевого гомеостаза. Интересно, что одни и те же факторы в зави­симости от конкретной ситуации могут выступать индукторами (ингиби­торами) как митоза, так и апоптоза.

МЕХАНИЗМ АПОПТОЗА

Апоптоз индуцируется через рецепторы клеточной оболочки. Общую схему опосредования апоптоза можно представить следующим образом:

МОРФОЛОГИЯ АПОПТОЗА

Изменения ядра. В результате правильной межнуклеосомной фраг­ментации ДНК происходит закономерная "упаковка" хроматина в ядре в виде своеобразных полулуний под кариолеммой. Ядро сильно уплотняет­ся, иногда с зазубринами (рис. 4.10а). В дальнейшем ядро распадается на несколько частей, окруженных мембраной (проявления кариопикноза и ка-риорексиса, но не кариолизиса).

Изменения в цитоплазме. В результате прогрессивного активного рас­пада клеточных органелл цитоплазма сжимается и уплотняется. В ней по­являются оксифильные включения. Из-за сжатия цитоплазмы клетка ока­зывается окруженной своеобразным светлым бесструктурным ободком.

Изменения клеточной поверхности. На поверхности клетки появляют­ся многочисленные выпячивания и углубления (блеббинг). Выпячивания могут содержать неразрушенные органеллы и остатки ядра. В последую­щем эти выпячивания отшнуровываются, и клетка распадается на окру­женные мембраной фрагменты -апоптозные тела, которые фагоцитиру­ются местными макрофагами.

РЕГУЛЯЦИЯ АПОПТОЗА

Апоптоз, являясь одним и.ч важнейших факторов регуля­ции тканевого гомсостаза, так же, как и митоз, подвергается жесткой регуляции на разных уровнях. " 3

1 Геномно-ядерный уровень. Наиболее изученным механиз­мом индукции апоптоза являет-ся экспрессия генаFas / APO -1. Этот ген продуцирует специаль­ный рецептор на клеточной по­верхности, АРО-1, возбуждение которого запускает программу клеточного суицида. Одним из специфически связывающихся с рецептором АРО-1 факторов, за­пускающим апоптоз, являетсяфактор некроза опухолей, продуцируемый макрофагами. На молекулярном уровне задей­ствованы различные цитокины, ростовые и апоптозиндуцирую-щие факторы.

2. На межклеточном и тка­невом уровне регуляция апоп­тоза осуществляется различны­ми популяциями клеток. Например, клетки Лангерганса эпидермиса могут запускать апоптоз кератиноцитов. Подобная роль, во всяком случае, установлена для клеток Лагерганса многослойного эпите­лия шейки матки. Индуциро­вать апоптоз могут лимфоциты и, возможно, другие клетки.

· Строение ядра рассматривается в интерфазе – рабочей фазе, когда хромосомы функционируют в промежутке между двумя делениями (ядро первым описано среди клеточных структур, поскольку является крупнейшей клеточной органеллой)

· Форма, размеры и структура ядра изменятся в зависимости от функционального состояния клетки

· Ядро может двигаться пассивно с движением цитоплазмы (возможно самостоятельное движение амёбоидного типа)

· Включает следующие структурные компоненты:

Ядерную оболочка (отделяет содержимое ядра от цитоплазмы и формирует связь с ЭПС и КГ)

q Состоит из из двух элементарных мембран по 8 нм толщиной

q Наружная мембрана местами переходит непосредственно в мембрану эндоплазматической сети (ЭПС) , являясь её производной и комплекса Гольджи (КГ) , образуя с ними функционально единую систему и может быть покрыта рибосомами; по химическому составу и функциям наружная и внутренняя мембраны отличаются друг от друга; мембраны ядра могут расти, увеличивая поверхность или наоборот сокращаться за счёт мембран ЭПС

q Между наружной и внутренней мембранами находится перинуклеарное пространство (30 нм) , заполненное жидкостью, аналогичной жидкости в полостях ЭПС

q В местах слияния обеих мембран образуются многочисленные округлые перфорации, заполненные сложной структурой из глобулярных белков – ядерные поры (поровый комплекс) , имеющие относительно крупные размеры около 30 - 130 нм; чем моложе клетка и выше интенсивность метаболизма, тем больше ядерных пор (до 10 6 в сперматозоиде)

q Через поры происходит регулируемый транспорт веществ из ядра в цитоплазму и обратно (из ядра выходят молекулы м-РНК и т-РНК, субъединицы рибосом, а внутрь проходят структурные рибосомные и ферментные белки, нуклеотиды (свободно транспортируются лишь водорастворимые соединения, белки и липиды птранспортируются избирательно) , т. е. осуществляется избирательная проницаемость ядерной оболочки

q Ядерная оболочка разрушается при делении клетки, а затем вновь образуется за счёт мембран ЭПС и частично из фрагментов старой ядерной оболочки

v Ядра практически всех эукариот имеют опорную ядерную пластинку – ламину , которая плотно примыкает к внутренней мембране взаимодействуя с её белковым слоем; ламина имеет сетеподобную фибриллярную структуру; белки, входящие в её состав принимают участие в разрушении ядерной оболочки в процессе деления клетки

v Ламина выполняет ключевую роль в формировании и поддержании формы оболочки ядра после деления клетки и образовании порового комплекса

Ядерный сок или кариоплазма, нуклеоплазма (матрикс)

q Внутрення среда ядра, заполняющая пространство между его структурами (бесструктурна, имеет гелеобразную вязкость цитозоля, содержит опорные фибриллярные белки, биоколлоид)

q Химический состав включает белки, выполняющие ферментативную и опорную функцию, ионы, нуклеотиды, ферменты, аминокислоты, продукты обмена веществ и различные РНК; содержит большое количество гранул – транзитные рибосомы, идущие из ядра в цитоплазму

q Во время деления клетки и растворения ядерной оболочки смешивается с цитоплазмой

q Весь матрикс ядра пронизан хроматином , представляющим собой высшую ступень спирализации ДНК с белками гистонами (во время клеточного деления хроматин принимает ещё более компактную форму, образуя хромосомы)

q Функция кариоплазмы заключается в реализации взаимосвязи между всеми структурами ядра, поддержании его формы, организации наследственного материала – ДНК и хроматина

Хроматин – специфически окрашивающиеся основными красителями глыбки, гранулы и нитчатые структуры лежащие в кариоплазме

q Основу хроматина составляют нуклеопротеины (40% ДНК и 40% белка) , а также некоторое количества РНК и других хромосомных компонентов (хроматин – является формой существования хромосом в интерфазном ядре)

v Различают хромосомные белки двух типов – основные белки, называемые гистонами (выполняют фунцию структурирования ДНК и регуляции транскрипции) , и гетерогенные белки, кислые, называемые негистоновыми (специфические белки-регуляторы)

v В основе структуры хроматина лежит нуклеосомная нить , состоящая из повторяющихся единиц –нуклеосом и напоминающая цепочку бус (III структура молекулы ДНК)

v Нуклеосома (элементарная единица хроматина) – фрагмент молекулы ДНК, комплексированный (соединённый) с белковым телом, состоящим из 8 молекул гистоновых белков – коры (молекула ДНК спирально накручивается на белковую кору на длину двух витков, поэтому количество ДНК и гистонов эквивалентно) ; в хроматине не вся ДНК связана с нуклеосомами, около 10-13% её длинны свободнао от них и образует соединения между нуклеосомами – линкеры

v Разные участки интерфазных хромосом имеют разную степень компактизации (конденсации) ; в зависимости от состояния хроматина выделяют:

Эухроматин – слабо спирализованные участки хроматина, состоящие из генетически активной ДНК, способные к транскрипции и реализации генетической информации

Гетерохроматин – плотно спирализованная часть хроматина, генетически инертная, нетранскрибируемая часть ДНК

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Сущность жизни

Живая материя качественно отличается от неживой огромной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью.. Живая и неживая материя сходны на элементарном химическом уровне т е.. Химические соединения вещества клетки..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

Мутационный процесс и резерв наследственной изменчивости
· В генофонде популяций происходит непрерывный мутационный процесс под действием мутагенных факторов · Чаще мутируют рецессивные аллели (кодируют менее устойчивую к действию мутагенных фа

Частота аллелей и генотипов (генетическая структура популяции)
Генетическая структура популяции - соотношение частот аллелей (А и а) и генотипов (АА, Аа, аа)в генофонде популяции Частота аллеля

Цитоплазматическая наследственность
· Имеются данные, необъснимые с точки зрения хромосомной теории наследственности А. Вейсмана и Т. Моргана (т. е. исключительно ядерной локализации генов) · Цитоплазма участвует в ре

Плазмогены митохондрий
· Одна миотохондрия содержит 4 - 5 кольцевых молекул ДНК длинной около 15 000 пар нуклеотидов · Содержит гены: - синтеза т РНК, р РНК и белков рибосом, некоторых ферментов аэро

Плазмиды
· Плазмиды - очень короткие, автономно реплицирующиеся кольцевые фрагменты молекулы ДНК бактерий, обеспечивающие нехромосомную передачу наследственной информации

Изменчивость
Изменчивость - общее свойство всех организмов приобретать структурно - функциональные отличия от своих предков.

Мутационная изменчивость
Мутации - качественные или количественные ДНК клеток организма, приводящие к изменениям их генетического аппарата (генотипа) · Мутационная теория созд

Причины мутаций
Мутагенные факторы (мутагены) - вещества и воздействия, способные индуцировать мутационный эффект (любые факторы внешней и внутренней среды, которые м

Частота мутаций
· Частота мутирования оьтдельных генов широко варьирут и зависит от состояния организма и этапа онтогенеза (обычно растёт с возрастом) . В среднем каждый ген мутирует один раз в 40 тысяч лет

Генные мутации (точковые, истинные)
Причина - изменение химической структуры гена (нарушение последовательности нуклеотидов в ДНК: * генные вставки пары или нескольких нуклеотидов

Хромосомные мутации (хромосомные перестройки, аберрации)
Причины- вызываются значительными изменениями в структуре хромосом (перераспределении наследственного материала хромосом) · Во всех случаях возникают в результате ра

Полиплоидия
Полиплоидия - кратное увеличение числа хромосом в клетке (гаплоидный набор хромосом -n повторяется не 2 раза, а множество раз - до 10 -1

Значение полиплоидии
1. Полиплоидия у растений характеризуется увеличением размеров клеток, вегетативных и генеративных органов - листье, стеблей, цветов, плодов, корнеплодов и проч. , у

Анеуплоидия (гетероплоидия)
Анеуплоидия (гетероплоидия) - изменение числа отдельных хромосом не кратное гаплоидному набору (при этом одна или несколько хромосом из гомологичной пары норма

Соматические мутации
Соматические мутации - мутации, возникающие в соматических клетках организма · Различают генные, хромосомные и геномные соматические мутации

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости
· Открыт Н. И. Вавиловым на основе изучения дикой и культурной флоры пяти континентов 5.Мутационный процесс у генетически близких видов и родов протекает параллельно, в р

Комбинативная изменчивость
Комбинативная изменчивость - изменчивость, возникающая в результате закономерной перекомбинации аллелей в генотипах потомков, вследствие полового размножения

Фенотипическая изменчивость (модификационная или ненаследственная)
Модификационная изменчивость - эволюционно закреплённые приспособительные реакции организма на изменение внешней среды без изменения генотипа

Значение модификационной изменчивости
1. большинство модификаций имеет приспособительное значение и способствует адаптации организма к изменению внешней среды 2. может вызывать негативные изменения -морфозы

Статистические закономерности модификационной изменчивости
· Модификации отдельного признака или свойства, измеряемые количественно, образуют непрерывный ряд (вариационный ряд) ; его нельзя построить по неизмеряемому признаку или признаку, суще

Вариационнвя кривая распределения модификаций в вариционном ряд
V - варианты признака Р - частота встречаемости вариантов признака Мо - мода, или наиболее

Различия в проявлении мутаций и модификаций
Мутационная (генотипическая) изменчивость Модификационная (фенотипическая) изменчивость 1. Связана с изменением гено - и кариотипа

Особенности человека как объекта генетических исследований
1. Невозможен целенапрвленный подбор родительских пар и экспериментальные браки (невозможность экспериментального скрещивания) 2. Медленная смена поколений, происходящая в среднем через

Методы изучения генетики человека
Генеалогический метод · В основе метода лежит составление и анализ родословных (введён в науку в конце XIX в. Ф. Гальтоном) ; суть метода состоит в прослеживании нас

Близнецовый метод
· Метод заключается в изучении закономерностей наследования признаков у одно - и двуяйцевых близнецов (частота рождения близнецов составляет один случай на 84 новорождённых)

Цитогенетический метод
· Заключается в визуальном изучении митотических метафазных хромосом под микроскопом · Основан на методе дифференциального окрашивания хромосом (Т. Касперсон,

Метод дерматоглифики
· Основан на изучении рельефа кожи на пальцах, ладонях и подошвенных поверхностях стоп (здесь имеются эпидермальные выступы -гребни,которые образуют сложные узоры) , этот признак наследуе

Популяционно - статистический метод
· Основан на статистической (математической) обработке данных о наследовании в больших группах населения (популяциях - группах, отличающихся по национальности, вероисповеданию, расам, профес

Метод гибридизации соматических клеток
· Основан на размножении соматических клеток органов и тканей вне организма в питательных стерильных средах (клетки чаще всего получают из кожи, костного мозга, крови, эмбрионов, опухолей) и

Метод моделирования
· Теоретическую основу биологического моделирования в генетике даёт закон гомологических рядов наследственной изменчивости Н.И. Вавилова · Для моделирования определённы

Генетика и медицина (медицинская генетика)
· Изучает причины возникновения, диагностические признаки, возможности реабилитации и профилактики наследственных болезней человека (мониторинг генетических аномалий)

Хромосомные болезни
· Причиной является изменение числа (геномные мутации) или структуры хромосом (хромосомные мутации) кариотипа половых клеток родителей (аномалии могут возникать на разн

Полисомии по половым хромосомам
Трисомия - X (синдром Трипло X) ; Кариотип (47 , XXX) · Известны у женщин; частота синдрома 1: 700 (0,1 %) · Н

Наследственные болезни генных мутаций
· Причина - генные (точечные) мутации (изменение нуклеотидного состава гена - вставки, замены, выпадения, переносы одного или нескольких нуклеотидов; точное количество генов у человека неизв

Болезни, контролируемые генами, локализованными на X- илиY-хромосоме
Гемофилия - несвёртываемость крови Гипофосфатемия - потеря организмом фосфора и недостаток кальция, размягчение костей Мышечная дистрофия -нарушения структур

Генотипический уровень профилактики
1. Поиск и применение антимутагенных защитных веществ Антимутагены (протекторы) - соединения, нейтрализующие мутаген до его реакции с молекулой ДНК или снимающие её

Лечение наследственных болезней
1. Симптоматическое и патогенетическое- воздействие на симптомы болезни (генетический дефект сохраняется и передаётся потомству) n диетотер

Взаимодействие генов
Наследственность - совокупность генетических механизмов, обеспечивающих сохранение и предачу структурно-функциональной организации вида в ряду поколений от предков п

Взаимодействие аллельных генов (одной аллельной пары)
· Выделяют пять типов аллельных взаимодействий: 1. Полное доминирование 2. Неполное доминирование 3. Сверхдоминирование 4. Кодоминирова

Комплементарность
Комплементарность - явление взаимодействия нескольких неаллельных доминантных генов, приводящее к возникновению нового признака, отсутствующего у обоих родителей

Полимерия
Полимерия - взаимодействие неаллельных генов, при котором развитие одного признака происходит только под действием нескольких неаллельных доминантных генов (полиген

Плейотропия (множественное действие гена)
Плейотропия - явление влияния одного гена на развитие нескольких признаков · Причина плейотропного влияния гена в действии первичного продукта эт

Основы селекции
Селекция (лат. selektio – отбор) – наука и отрасль с.-х. производства, разрабатывающая теорию и методы создания новых и улучшения существующих сортов растений, пород животны

Одомашнивание как первый этап селекции
· Культурные растения и домашние животные произошли от диких предков; этот процесс называют одомашниванием или доместикацией · Движущая сила доместикации – иску

Центры происхождения и многообразия культурных растений (по Н. И. Вавилову)
Название центра Географическое положение Родина культурных растений

Искусственный отбор (подбор родительских пар)
· Известны два вида искусственного отбора: массовый и индивидуальный Массовый отбор –выделение, сохранение и использование для размножения организмов, обладающих

Гибридизация (скрещивание)
· Позволяет сочетать определённые наследственные признаки в одном организме, а также избавляться от нежелательных свойств · В селекции применяют различные системы скрещивания &n

Родственное скрещивание (инбридинг)
Инбридинг– скрещивание особей, имеющих близкую степень родства: брат – сестра, родители – потомство (у растений наиболее тесная форма инбридинга осуществляется при самоо

Неродственное скрещивание (аутбридинг)
· При скрещивании неродственных особей вредные рецессивные мутации, находящиеся в гомозиготном состоянии переходят в гетерозиготное и не оказывают негативного влияния на жизнеспособность организма

Гетерозис
Гетерозис (гибридная сила) – явление резкого увеличения жизнеспособности и продуктивности гибридов первого поколения при неродственном скрещивании (межпо

Индуцированный (искусственный) мутагенез
· Частота с спектр мутаций резко повышается при воздействии мутагенов (ионизирующих излучений, химических веществ, экстремальных условий внешней среды и т. д.) · Примене

Межлинейная гибридизация у растений
· Заключается в скрещивании чистых (инбредных) линий, полученных в результате длительного принудительного самоопыления перекрёстноопыляющихся растений с целью получения максим

Вегетативное размножение соматических мутаций у растений
· Метод основан на выделении и отборе полезных соматических мутаций по хозяйственным признакам у лучших старых сортов (возможен только в селекции растений)

Методы селекционно-генетической работы И. В. Мичурина
1. Систематически отдалённая гибридизация а) межвидовая: Вишня владимирская х черешня Винклера = вишня Краса севера (зимостойкость) б) межродовая

Полиплоидия
· Полиплоидия – явление кратного основному числу (n) увеличения числа хромосом в соматических клетках организма (механизм образования полиплоидов и

Клеточная инженерия
· Культивирование отдельных клеток или тканей на искусственных стерильных питательных средах, содержащих аминокислоты, гормоны, минеральные соли и другие питательные компоненты (

Хромосомная инженерия
· Метод основывается на возможности замены или добавлении новых отдельных хромосом у растений · Возможно уменьшение или увеличение числа хромосом в любой гомологичной паре – анеуплоидия

Селекция животных
· Имеет ряд особенностей по сравнению с селекцией растений, объективно затрудняющих её проведение 1. Характерно в основном только половое размножение (отсутствие вегетати

Одомашнивание
· Началось около 10 – 5 тыс. назад в эпоху неолита (ослабило действие стабилизирующего естественного отбора, что привело к увеличению наследственной изменчивости и повышению эффективности отбора

Скрещивание (гибридизация)
· Существуют два метода скрещивания: родственное (инбридинг) и неродственное (аутбридинг) · При подборе пары учитывают родословные каждого производителя (племенные книги, учи

Неродственно скрещивание (аутбридинг)
· Может быть внутрипородное и межпорордное, межвидовое или межродовое (систематически отдалённая гибридизация) · Сопровождается эффектом гетерозиса гибридов F1

Проверка племенных качеств производителей по потомству
· Существуют хозяйственные признаки, проявляющиеся только у самок (яйценоскость, молочность) · Самцы участвуют в формировани этих признаков у дочерей (необходимо проверять самцов на ц

Селекция микроорганизмов
· Микроорганизмы (прокариоты – бактерии, синезелёные водоросли; эукариоты – одноклеточные водоросли, грибы, простейшие) – широко используются в промышленности, сельском хозяйстве, медици

Этапы селекции микроорганизмов
I. Поиски природных штаммов, способных к синтезу необходимых человеку продуктов II.Выделение чистого природного штамма (происходит в процессе многократного пересеивания п

Задачи биотехноглгии
1. Получение кормового и пищевого белка из дешового природного сырья и отходов промышленности (основа решения продовольственной проблемы) 2. Получение достаточного количесства

Продукция микробиологического синтеза
q Кормовой и пищевой белок q Ферменты (широко применяются в пищевой, спиртовой, пивоваренной, винодельческой, мясной, рыбной, кожевенной, текстильной и др. пр

Этапы технологического процесса микробиологического синтеза
I этап – получение чистой культуры микроорганизмов, содержащей лишь организмы одного вида или штамма · Каждый вид хранится в отдельной пробирке и поступает на производство и

Генная (генетическая) инженерия
Генная инженерия – это область молекулярной биологии и биотехнологии, занимающаяся созданием и клонированием новых генетических структур (рекомбинантных ДНК) и организмов с заданными н

Стадии получение рекомбинантных (гибридных) молекул ДНК
1. Получение исходного генетического материала – гена, кодирующего интересующий белок(признак) · Необходимый ген может быть получен двумя способами: искусственный синтез или выд

Достижения генной инженерии
· Введение генов эукариот в бактерии используется для микробиологического синтеза биологически активных веществ, которые в природе синтезируются только клетками высших организмов · Синтез

Проблемы и перспективы генной инженерии
· Изучение молекулярных основ наследственных заболеваний и разработка новых методов их лечения, изыскание методов исправления повреждений отдельных генов · Повышение сопротивляемости орга

Хромосомная инженерия у растений
· Заключается в возможности биотехнологической замены отдельных хромосом в гаметах растений или добавления новых · В клетках каждого диплоидного организма имеются пары гомологичных хромосо

Метод культуры клеток и тканей
· Метод представляет собой выращивание отдельных клеток, кусочков тканей или органов вне организма в искусственных условиях на строго стерильных питательных средах с постоянными физико-химическими

Клониальное микроразмножение растений
· Культивирование клеток растений относительно несложно, среды просты и дёшевы, а культура клеток неприхотлива · Метод культуры клеток растений состоит в том, что отдельная клетка или т

Гибридизация соматических клеток (соматическая гибридизация) у растений
· Протопласты растительных клеток без жёстких клеточных стенок могут сливаться друг с другом, образуя гибридную клетку, обладающую признаками обоих родителей · Даёт возможность получать

Клеточная инженерия у животных
Метод гормональной суперовуляции и трансплантации эмбрионов · Выделение от лучших коров десятков яйцеклеток в год способом гормональной индуктивной полиовуляции (вызывается

Гибридизация соматических клеток у животных
· Соматические клетки содержат весь объём генетической информации · Соматические клетки для культивирования и последующей гибридизации у человека получают из кожи, ко

Получение моноклониальных антител
· В ответ на введение антигена (бактерии, вирусы, эритроциты и др.) органимизм продуцирует с помощью В – лимфоцитов специфические антитела, которые представляют собой белки, называемые имм

Экологическая биотехнология
· Очистка воды путё создания очистных сооружений, работающих с использованием биологических методов q Окисление сточных вод на биологических фильтрах q Утилизация органических и

Биоэнергетика
Биоэнергетика – направление биотехнологии, связанное с получением энергии из биомассы при помощи микроорганизмов · Одним из эффективных методов получения энергии из биом

Биоконверсия
Биоконверсия – это превращение веществ, образовавшихся в результате обмена веществ, в структурно родственные соединения под действием микроорганизмов · Целью биоконверсии я

Инженерная энзимология
Инженерная энзимология – область биотехнологии, использующая ферменты в производстве заданных веществ · Центральным методом инженерной энзимологии является иммобилиза

Биогеотехнология
Биогеотехнология – использование геохимической деятельности микроорганизмов в горнодобывающей промышленности (рудной, нефтяной, угольной) · С помощью микроо

Границы биосферы
· Определяются комплексом факторов; к общим условиям существования живых организмов относятся: 1. наличие жидкой воды 2. наличие ряда биогенных элементов (макро- и микроэлемент

Свойства живого вещества
1. Содержат огромный запас энергии, способной производить работу 2. Скорость протекания химических реакции в живом веществе в миллионы раз быстрее обычных благодаря участию ферментов

Функции живого вещества
· Выполнятся живой материей в процессе осуществления жизнедеятельности и биохимических превращений веществ в реакциях метаболизма 1. Энергетическая – трансформация и усвоение живым

Биомасса суши
· Континентальная часть биосферы – суша занимает 29% (148 млн км2) · Неоднородность суши выражается наличием широтной зональности и высотной зональностью

Биомасса почвы
· Почва – смесь разложившихся органических и выветренных минеральных веществ; минеральный состав почвы включает кремнезём (до 50%) , глинозём (до 25%) , оксид железа, магния, калия, фосфора

Биомасса Мирового океана
· Площадь Мирового океана (гидросфера Земли) занимает 72,2% всей поверхности Земли · Вода обладает особыми свойствами, важными для жизни организмов – высокую теплоёмкость и теплопроводн

Биологический (биотический, биогенный, биогеохимический цикл) круговорот веществ
Биотический круговорот веществ – непрерывное, планетарное, относительно циклическое, неравномерное во времени и пространстве закономерное распределение веществ

Биогеохимические циклы отдельных химических элементов
· Биогенные элементы циркулируют в биосфере, т. е. совершают замкнутые биогеохимичесик циклы, которые функционируют под действием биологических (жизнедеятельность) и геологичес

Круговорот азота
· Источник N2 – молекулярный, газообразный, атмосферный азот (не усваивается большинством живых организмов, т. к. химически инертен; растения способны усваивать лишь связанный с ки

Круговорот углерода
· Главный источник углерода – углекислый газ атмосферы и воды · Круговорот углерода осуществляется благодаря процессам фотосинтеза и клеточного дыхания · Круговорот начинается с ф

Круговорот воды
· Осуществляется за счёт солнечной энергии · Регулируется со стороны живых организмов: 1. поглощение и испарение растениями 2. фотолиз в процессе фотосинтеза (разложени

Круговорот серы
· Сера- биогенный элемент живой материи; содержится в белках в составе аминокислот (до 2,5%) , входит в состав витаминов, гликозидов, коферментов, имеется в растительных эфирных маслах

Поток энергии в биосфере
· Источник энергии в биосфере – непрерывное электромагнитное излучение солнца и радиоактивная энергия q 42% солнечной энергии отражается от облаков, атмосферой пыли и поверхности Земли в

Возникновение и эволюция биосферы
· Живая материя, а вместе с ней и биосфера появилась на Земле вследствие возникновения жизни в процессе химической эволюции около 3,5 млрд лет назад, приведшей к образованию органических веществ

Ноосфера
Ноосфера (букв. сфера разума) – высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и и становлением в ней цивилизованного человечества, когда его разум

Признаки современной ноосферы
1. Возрастающее количество извлекаемых материалов литосферы – рост разработок месторождений полезных ископаемых (сейчас оно превышает 100млрд тонн в год) 2. Массовое потр

Влияние человека на биосферу
· Современное состояние ноосферы характеризуется всё возрастающей перспективой экологического кризиса, многие аспекты которой уже проявляются в полной мере, создавая реальную угрозу сущест

Производство энергии
q Строительство ГЭС и создание водохранилищ вызывает затопление больших территорий и переселение людей, поднятие уровня грунтовых вод, эрозию и заболачивание почвы, оползни, потерю пахотных зем

Производство пищи. Истощение и загрязнение почвы, сокращение площади плодородных почв
q Пахотные земли занимают 10% поверхности Земли (1,2 млрд. га) q Причина – чрезмерная эксплуатация, несовершенство с\х производства: водная и ветровая эрозия и образование оврагов, в

Сокращение природного биологического разнообразия
q Хозяйственная деятельность человека в природе сопровождается изменением численности видов животных и растений, вымиранию целых таксонов, снижению разнообразия живого q В настоящее врем

Кислотные осадки
q Увеличение кислотности дождей, снега, туманов вследствие выброса в атмосферу окислов серы и азота от горения топлива q Кислые осадки снижают урожай, губят естественную растительность

Пути решения экологических проблем
· Человек в дальнейшем будет эксплуатировать ресурсы биосферы во всё более возрастающих масштабах, поскольку эта эксплуатация – непременное и главное условие самого существования ч

Рациональное потребление и управление природными ресурсами
q Максимально полное и комплексное извлечение из месторождений всех полезных ископаемых (из-за несовершенства технологии добычи из месторождений нефти извлекается лишь 30-50% запасов q Рек

Экологическая стратегия развития сельского хозяйства
q Стратегическое направление - повышение урожайности для обеспечения продовольствием растущего населения без увеличения посевных площадей q Повышение урожайности с\х культур без негативны

Свойства живой материи
1. Единство элементарного химического состава (98% приходится на углерод, водород, кислород и азот) 2. Единство биохимического состава – все живые органи

Гипотезы происхождения жизни на Земле
· Существую две альтернативные концепции о возможности происхождения жизни на Земле: q абиогенез – возникновение живых организмов из веществ неорганической природы

Стадии развития Земли (химические предпосылки возникновения жизни)
1. Звездная стадия истории Земли q Геологическая история Земли началась более 6 морд. лет назад, когда Земля представляла собой раскалённый свыше 1000

Возникновение процесса самовоспроизведения молекул (биогенного матричного синтеза биополимеров)
1. Произошло вследствие взаимодействия коацерватов с нуклеиновыми кислотами 2. Все необходимые компоненты процесса биогенного матричного синтеза: - ферменты - белки - пр

Предпосылки возникновения эволюционной теории Ч. Дарвина
Социально-экономические предпосылки 1. В первой половине XIX в. Англия стала одной из самых развитых в хозяйственном отношении стран мира с высоким уровне

· Изложены в книге Ч. Дарвина « О происхождение видов путём естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь » , которая вышла

Изменчивость
Обоснование изменяемости видов · Для обоснования положения об изменчивости живых существ Ч. Дарвин воспользовался распространёнными

Коррелятивная (соотносительная) изменчивость
· Изменение структуры или функции одной части организма обуславливает согласованное изменение другой или других, поскольку организм - целостная система, отдельные части которой тесно связаны межд

Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина
1. Все виды живых существ, населяющих Землю, никогда и никем не были созданы, а возникли естественным путём 2. Возникнув естественным путём, виды медленно и постепенно

Развитие представлений о виде
· Аристотель- пользовался понятием вида при описании животных, которое не имело научного содержания и использовалось как логическое понятие · Д. Рэй

Критерии вида (признаки идентификации видовой принадлежности)
· Значение критериев вида в науке и практике – определение видовой принадлежности особей (видовая идентификация) I. Морфологический – сходство морфологических наследс

Виды популяций
1. Панмиктические - состоят из особей, размножающихся половым путём, перекрёстно оплодотворяющихся. 2. Клониальные- из особей, размножающихся только бе

Мутационный процесс
· Спонтанные изменения наследственного материала половых клеток в виде генных, хромосомных и геномных мутаций происходят постоянно на протяжении всего периода существования жизни под действием мут

Изоляция
Изоляция - прекращение потока генов из популяции в популяцию (ограничение обмена генетической информацией между популяциями) · Значение изоляции как фа

Первичная изоляция
· Не связана прямо с действием естественного отбора, является следствием внешних факторов · Приводит к резкому снижению или прекращению миграции особей из других попул

Экологическая изоляция
· Возникает на основе экологических отличий существования разных популяций (разные популяции занимают различные экологические ниши) v Например, форели озера Севан р

Вторичная изоляция (биологическая, репродуктивная)
· Имеет решающее значение в формировании репродуктивной изоляции · Возникает вследствие внутривидовых различий организмов · Возникла в результате эволюции · Имеет два изо

Миграции
Миграции - перемещение особей (семян, пыльцы, спор) и свойственных им аллелей между популяциями, ведущее к изменению частот аллелей и генотипов в их генофондах · Общее с

Популяционные волны
Популяционные волны (« волны жизни ») - периодические и непериодические резкие колебания численности особей популяции под действием естественных причин (С. С.

Значение популяционных волн
1. Приводит к ненаправленному и резкому изменению частот аллелей и генотипов в генофонде популяций (случайное выживание особей в период зимовки может увеличить концентрацию данной мутации в 1000 р

Дрейф генов (генетико-автоматические процессы)
Дрейф генов (генетико-автоматические процессы) - случайное ненаправленное, не обусловленное действием естественного отбора, изменение частот аллелей и генотипов в м

Результат дрейфа генов (для малых популяций)
1. Обуславливает утрату (р =0) или фиксацию (р=1) аллелей в гомозоготном состоянии у всех членов популяции вне связи с их адаптивной ценностью - гомозиготизация особей

Естественный отбор - направляющий фактор эволюции
Естественный отбор – процесс преимущественного (селективного, выборочного) выживания и размножения наиболее приспособленных особей и не выживания или не размножения

Борьба за существование Формы естественного отбора
Движущий отбор (Описан Ч. Дарвином, современное учение развито Д. Симпсоном, англ.) Движущий отбор - отбор в

Стабилизирующий отбор
· Теорию стабилизирующего отбора разработал русский акад. И. И. Шмаьгаузен (1946) Стабилизирующиё отбор - отбор, действующий в стабильных

Другие формы естественного отбора
Индивидуальный отбор -избирательное выживание и размножение отдельных особей, обладающих преимуществом в борьбе за существование и элиминация других

Основные особенности естественного и искусственного отбора
Естественный отбор Искусственный отбор 1. Возник с возникновением жизни на Земле (около 3млрд лет назад) 1. Возник в не

Общие признаки естественного и искусственного отбора
1. Исходный (элементарный) материал - индивидуальные признаки организма (наследственные изменения - мутации) 2. Осуществляются по фенотипу 3. Элементарная структура - популяци

Борьба за существование - важнейший фактор эволюции
Борьба за существование - комплекс взаимоотношений организма с абиотическими (физические условия жизни) и биотическими (отношения с другими живыми организмами) фак

Интенсивность размножения
v Одна особь аскариды производит в сутки 200 тыс. яиц; серая крыса даёт 5 помётов в год по 8 крысят, которые становятся половозрелыми в трёхмесячном возрасте; потомство одной дафнии за лето дост

Межвидовая борьба за существование
· Происходит между особями популяций разных видов · Менее острая, чем внутривидовая, но её напряжённость увеличивается, если разные виды занимают сходные экологические ниши и обладают с

Борьба с неблагоприятными абиотическими факторами окружающей среды
· Наблюдается во всех случаях, когда особи популяции оказываются в экстремальных физических условиях (излишнее тепло, засуха, суровая зима, избыточная влажность, неплодородные почвы, суровые

Основные открытия в области биологии после создания СТЭ
1. Открытие иерархических структур ДНК и белка, в том числе вторичной структуры ДНК - двойной спирали и её нуклеопротеидной природы 2. Расшифровка генетического кода (его триплетнос

Признаки органов эндокринной системы
1. Обладают относительно небольшими размерами (доли или несколько грамм) 2. Анатомически не связаны между собой 3. Синтезируют гормоны 4. Имеют обильную сеть кровеносны

Характеристика (признаки) гормонов
1. Образуются в железах внутренней секреции (нейрогормоны могут синтезироваться в нейросекреторных клетках) 2. Высокая биологическая активность – способность быстро и сильно изменять инт

Химическая природа гормонов
1. Пептиды и простые белки (инсулин, соматотропин, тропные гормоны аденогипофиза, кальцитонин, глюкагон, вазопрессин, окситоцин, гормоны гипоталамуса) 2. Сложные белки – тиреотропин, лют

Гормоны средней (промежуточной) доли
Меланотропный гормон(меланотропин) – обмен пигментов (меланина) в покровных тканях Гормоны задней доли (нейрогипофиза) – окситрцин, вазопрессин

Гормоны щитовидной железы (тироксин, трийодтиронин)
В состав гормонов щитовидной железы непременно входит йод и амнокислота тирозин (ежедневно в составе гормонов выделяется 0,3 мг. йода, следовательно человек должен ежедневно с пищей и водой получа

Гипофункция щитовидной железы (гипотериоз)
Причиной гипотерозов является хронический дефицит йода в пище и воде Недостаток секреции гормонов компенсируется за счёт разрастания ткани железы и значительное увеличение её объёма

Гормоны коркового слоя (минералкортикоиды, глюкокортикоиды, половые гормоны)
Корковый слой образован из эпителиальной ткани и состоит из трёх зон: клубочковой, пучковой и сетчатой, имеющих разную морфологию и функции. Гормоны относится к стероидам – кортикостероиды

Гормоны мозгового слоя надпочечников (адреналин, норадреналин)
- Мозговой слой состоит из особых хромаффинных клеток, окрашивающихся в жёлтый цвет, (эти же клетки расположены в аорте, месте разветвления сонной артерии и в симпатических узлах; все они составл

Гормоны поджелудочной железы (инсулин, глюкагон, соматостатин)
Инсулин (секретируется бета-клетками(инсулоцитами), является простейшим белком) Функции: 1. Регуляция углеводного обмена (единственный сахаропониж

Тестостерон
Функции: 1. Развитие вторичных половых признаков (пропорции тела, мускулатура, рост бороды, волос на теле, психические особенности мужчины и др.) 2. Рост и развитие органов размножения

Яичники
1. Парные органы (размеры около 4 см. , масса 6-8 гр.), расположенные в малом тазу, по обеим сторонам матки 2. Состоят из большого числа (300 -400 тыс.) т. н. фолликулов – структу

Эстрадиол
Функции: 1. Развитие женских половых органов: яйцеводов, матки, влагалища, молочных желёз 2.Формирование вторичных половых признаков женского пола (телосложение, фигура, отложение жира, в

Железы внутренней секреции (эндокринная система) и их гормоны
Эндокринные железы Гормоны Функции Гипофиз: - передняя доля: аденогипофиз - средняя доля - задня

Рефлекс. Рефлекторная дуга
Рефлекс – ответная реакция организма на раздражение (изменение) внешней и внутренней среды, осуществляющуюся с участием нервной системы (основная форма деятельнос

Механизм обратной связи
· Рефлекторная дуга не заканчивается ответной реакцие организма на раздражение (работой эффектора). Все ткани и органы имеют собственные рецепторы и афферентные нервные пути, подходящие к чувствите

Спинной мозг
1. Наиболее древний отдел ЦНС позвоночных (впервые появляется у головохордовых – ланцетника) 2. В процессе эмбриогенеза развивается из нервной трубки 3. Располагается в костном

Скелетно-моторные рефлексы
1. Коленный рефлекс (центр локализуется в поясничном сегменте); рудиментарный рефлекс от животных предков 2. Ахиллов рефлекс (в поясничном сегменте) 3. Подошвенный рефлекс (с

Проводниковая функция
· Спинной мозг имеет двустороннюю связь с головным мозгом (стволовой частью и корой полушарий); через спинной мозг головной мозг связан с рецепторами и исполнительными органами тела · Св

Головной мозг
· Головной и спинной мозг развиваются у эмбриона из наружного зародышевого листка - эктодермы · Располагается в полости мозгового черепа · Покрыт (как и спинной мозг) тремя обол

Продолговатый мозг
2. В процессе эмбриогенеза развивается из пятого мозгового пузыря нервной трубки зародыша 3. Является продолжением спинного мозга (нижней границей между ними является место выхода корешко

Рефлекторная функция
1. Защитные рефлексы: кашель, чихание, мигание, рвота, слёзоотделение 2. Пищевые рефлексы: сосание, глотание, сокоотделение пищеварительных желёз, моторика и перистальтика

Средний мозг
1. В процессе эмбриогенеза из третьего мозгового пузыря нервной трубки зародыша 2. Покрыт белым веществом, серое вещество – внутри в виде ядер 3. Имеет следующие структурные компо

Функции среднего мозга (рефлекторная и проводниковая)
I. Рефлекторная функция(все рефлексы врождённые, безусловные) 1. Регуляция мышечного тонуса при движении, ходьбе, стоянии 2. Ориентировочный рефлекс

Таламус (зрительные бугры)
· Представляет собой парные скопления серого вещества (40 пар ядер), покрытые слоем белого вещества, внутри – III желудочек и ретикулярная формация · Все ядра таламуса афферентные, чувств

Функции гипоталамуса
1. Высший центр нервной регуляции сердечно-сосудистой системы, проницаемость кровеносных сосудов 2. Центр терморегуляции 3. Регуляция водно-солевого баланса орган

Функции мозжечка
· Мозжечёк соединён со всеми отделами ЦНС; рецепторами кожи, проприорецептрами вестибулярного и двигательного аппарата, подкоркой и корой больших полушарий · Функции мозжечка исследуют пут

Конечный мозг (большой мозг, большие полушария переднего мозга)
1. В процессе эмбриогенеза развивается из первого мозгового пузыря нервной трубки зародыша 2. Состоит из двух полушарий (правого и левого), разделённых глубокой продольной щелью и соединён

Кора больших полушарий (плащ)
1. У млекопитающих и человека поверхность коры складчатая, покрытая извилинами и бороздами, обеспечивающими увеличение площади поверхности (у человека составляет около 2200 см2

Функции коры больших полушарий
Методы изучения: 1. Электрическое раздражение отдельных участков (метод «вживления» электродов в зоны мозга) 3. 2. Удаление (экстирпация) отдельных участк

Сенсорные зоны(области) коры больших полушарий
· Представляют из себя центральные (корковые) отделы анализаторов, к ним подходят чувствительные (афферентные) импульсы от соответствующих рецепторов · Занимают небольшую часть кор

Функции ассоциативных зон
1. Связь между различными зонами коры (сенсорными и моторными) 2. Объединение (интеграция) всей чувствительной информации, поступающей в кору с памятью и эмоциями 3. Решающее з

Особенности вегетативной нервной системы
1. Разделяется на два отдела: симпатический и парасимпатический (каждый из них имеет центральную и переферическую части) 2. Не имеет собственных афферентных (

Особенности отделов вегетативной нервной системы
Симпатический отдел Парасимпатический отдел 1. Центральные ганглии расположены в боковых рогах грудных и поясничных сегментов спинн

Функции вегетативной нервной системы
· Большинство органов тела иннервирует как симпатическая, так и парасимпатическая системы (двойная иннервация) · Оба отдела оказывают на органы три рода действий – сосудодвигательное,

Влияние симпатического и парасимпатического отдела вегетативной нервной системы
Симпатический отдел Парасимпатический отдел 1. Учащает ритм, увеличивает силу сердечных сокращений 2. Расширяет коронарные сосуды се

Высшая нервная деятельность человека
Психические механизмы отражения: Психические механизмы проектирования будущего - ощуще

Особенности (признаки) безусловных и условных рефлексов
Безусловные рефлексы Условные рефлексы 1. Врожденные видовые реакции организма (передаются по наследству) – генетически детерм

Методика выработки (образования) условных рефлексов
· Разработана И. П. Павловым на собаках при изучении слюноотделения при действии световых или звуковых раздражений, запахов, прикосновений и т. д. (проток слюнной железы выводился наружу через разр

Условия выработки условных рефлексов
1. Индифферентный раздражитель должен предшествовать безусловному (опережающее действие) 2. Средняя сила индифферентного раздражителя (при малой и большой силе рефлекс может не образовать

Значение условных рефлексов
1. Лежат в основе обучения, получения физических и психических навыков 2. Тонкое приспособление вегетативных, соматических и психических реакций к условиям с

Индукционное (внешнее) торможение
o Развивается при действии постороннего, неожиданного, сильного раздражителя из внешней или внутренней среды v Сильный голод, переполненный мочевой пузырь, боль или половое возбуждение тор

Угасательное условное торможение
· Развивается при систематическом неподкреплении условного раздражителя безусловным v Если условный раздражитель повторять через короткие промежутки времени без подкреплениея его бе

Взаимоотношене возбуждения и торможения в коре больших полушарий
Иррадиация - распространение процессов возбуждения или торможения из очага их возникновения на другие области коры · Примером иррадиации процесса возбуж

Причины возникновения сна
· Существуют несколько гипотез и теорий причин возникновения сна: Химическая гипотеза – причиной сна является отравления клеток мозга токсичными продуктами жизнедеятельности, образ

Быстрый (парадоксальный) сон
· Наступает после периода медленного сна и продолжается 10 -15 мин; затем опять сменяется медленным сном; повторяется в течение ночи 4-5 раз · Характеризуется быстрыми

Особенности высшей нервной деятельности человека
(отличия от ВНД животных) · Каналы получения информации о факторах внешней и внутренней среды называются сигнальными системами · Выделяют первую и вторую сигнальные систем

Особенности высшей нервная деятельность человека и животных
Животное Человек 1. Получение информации о факторах среды только с помощью первой сигнальной системы (анализаторов) 2. Конкретное

Память, как компонент высшей нервной деятельности
Память – совокупность психических прцессов, обеспечивающих сохранение, закрепление и воспроизведение предыдущего индивидуального опыта v Основные прцессы памяти

Анализаторы
· Всю информацию о внешней и внутренней среде организма, необходимую для взаимодействие с ней человек получает с помощью органов чувств (сенсорных систем, анализаторов) v Понятие об анали

Строение и функции анализаторов
· Каждый анализатор состоит из трёх анатомически и функционально связанных отделов: переферического, проводникового и центрального · Повреждение одной из частей анализатора

Значение анализаторов
1. Информация организму о состоянии и изменении внешней и внутренней среды 2. Возникновение ощущений и формирование на их основе понятий и представлений об окружающем мире,т. е.

Сосудистая оболочка (средняя)
· Находится под склерой, богата кровеносными сосудами, состоит из трёх частей: переднюю – радужку, среднюю – ресничное тело и заднюю – собственно сосудистую

Особенности фоторецепторных клеток сетчатки
Палочки Колбочки 1. Количество 130 млн. 2. Зрительный пигмент– родопсин(зрительный пурпур) 3. Максимальное количество на п

Хрусталик
· Расположен позади зрачка, имеет форму двояковыпуклой линзы диаметром около 9 мм, абсолютно прозрачен и эластичен. Покрыт прозрачной капсулой, к которой прикрепляются цинновы связки ресничного тел

Функционирование глаза
· Зрительная рецепция начинается с фотохимических реакций, начинающихся в палочках и колбочках сетчатки и заключающихся в распаде зрительных пигментов под действием квантов света. Именно это

Гигиена зрения
1. Профилактика травм (защитные очки на производстве с травмирующими объектами – пыль, химические вещества, стружки, осколки и т.д.) 2. Защита глаз от слишком яркого света – солнце, эле

Наружное ухо
· Представлении ушной раковиной и наружным слуховым проходом · Ушная раковина – свободно выступающая на поверхности головы

Среднее ухо (барабанная полость)
· Лежит внутри пирамиды височной кости · Заполнено воздухом и сообщается с носоглоткой через трубку, длиной 3,5 см. и диаметром 2 мм – евстахиеву трубу Функция евстахиев

Внутреннее ухо
· Расплагается в пирамиде височной кости · Включает костный лабиринт, представляющий собой сложно устроенные каналы · Внутри костног

Восприятие звуковых колебаний
· Ушная раковина улавливает звуки и направляет их в наружный слуховой проход. Звуковые волны вызывают колебания барабанной перепонки, которые от неё предаются по системе рычагов слуховых косточек (

Гигиена слуха
1. Профилактика травм органов слуха 2. Защита органов слуха от чрезмерной силы или продолжительности звуковых раздражений – т. н. «шумового загрязнения», особенно в условиях шумного произв

Биосферный
1. Представлен клеточными органоидами 2. Биологические мезосистемы 3. Возможны мутации 4. Гистологический метод исследования 5. Начало метаболизма 6. Об

« Строение эукариотической клетки » 9. Органоид клетки, содержащие ДНК 10. Имеет поры 11. Выполняет в клетке компартаментальную функцию 12. Функ

Клеточный центр
Проверочный тематический цифровой диктант по теме « Метаболизм клетки » 1. Осуществляется в цитоплазме клетки 2. Требует специфических фермен

Тематический цифровой программированный диктант
по теме « Энергетический обмен » 1. Осуществляются реакции гидролиза 2. Конечные продукты – СО2 и Н2 О 3. Конечный продукт – ПВК 4. НАД восстана

Кислородный этап
Тематический цифровой программированный диктант по теме « Фотосинтез » 1. Осуществляется фотолиз воды 2. Происходит восстановление

« Метаболизм клетки:Энергетический обмен. Фотосинтез. Биосинтез белка» 1. Осуществляется у автотрофов 52. Осуществляется транскрипция 2. Связан с функционировани

Основные признаки царств эукариот
Царство Растений Царство Животных 1. Имеют три подцарства: – низшие растения (настоящие водоросли) – красные водоросли

Особенности видов искусственного отбора в селекции
Массовый отбор Индивидуальный отбор 1. К размножению допускаются множество особей с наиболее выраженными хозя

Общие признаки массового и индивидуального отбора
1. Осуществляется человеком при искусственном отборе 2. К дальнейшему размножению допускаются толко особи с наиболее выраженным желаемым признаком 3. Может быть многократным

Ядро

Ядро (nucleus ) клетки - система генетической детерминации и регуляции белкового синтеза.

Ядро обеспечивает две группы общих функций: одну, связанную собственно с хранением и передачей генетической информации, другую - с ее реализацией, с обеспечением синтеза белка.

Хранение и поддержание наследственной информации в виде неизменной структуры ДНК связаны с наличием так называемых репарационных ферментов, ликвидирующих спонтанные повреждения молекул ДНК. В ядре происходит воспроизведение или редупликация молекул ДНК, что дает возможность при митозе двум дочерним клеткам получить совершенно одинаковые в качественном и количественном отношении объемы генетической информации.

Другой группой клеточных процессов, обеспечиваемых активностью ядра, является создание собственно аппарата белкового синтеза (рис. 16). Это не только синтез, транскрипция на молекулах ДНК разных информационных РНК, но и транскрипция всех видов транспортных и рибосомных РНК. В ядре происходит также образование субъединиц рибосом путем комплексирования синтезированных в ядрышке рибосомных РНК с рибосомными белками, которые синтезируются в цитоплазме и переносятся в ядро.

Таким образом, ядро является не только вместилищем генетического материала, но и местом, где этот материал функционирует и воспроизводится. Вот почему выпадание или нарушение любой из перечисленных выше функций гибельно для клетки в целом. Все это указывает на ведущее значение ядерных структур в процессах синтеза нуклеиновых кислот и белков.

Структура и химический состав клеточного ядра

Ядро неделящейся, интерфазной клетки обычно одно на клетку (хотя встречаются и многоядерные клетки). Ядро состоит из хроматина, ядрышка, кариоплазмы (нуклеоплазмы) и ядерной оболочки, отделяющей его от цитоплазмы (рис. 17).

Хроматин

При наблюдении живых или фиксированных клеток внутри ядра выявляются зоны плотного вещества, которые хорошо воспринимают разные красители, особенно основные. Благодаря такой способности хорошо окрашиваться этот компонент ядра и получил название «хроматин» (от греч. chroma - цвет, краска). В состав хроматина входит ДНК в комплексе с белком. Такими же свойствами обладают и хромосомы, которые отчетливо видны во время митотического деления клеток. В неделящихся (интерфазных) клетках хроматин, выявляемый в световом микроскопе, может более или менее равномерно заполнять объем ядра или же располагаться отдельными глыбками.

Хроматин интерфазных ядер представляет собой хромосомы, которые, однако, теряют в это время свою компактную форму, разрыхляются, деконденсируются. Степень такой деконденсации хромосом может быть различной. Зоны полной деконденсации их участков морфологи называют эухроматином (euchromatinum ). При неполном разрыхлении хромосом в интерфазном ядре видны участки конденсированного хроматина, иногда называемого гетерохроматином (heterochromatinum). Степень деконденсации хромосомного материала - хроматина в интерфазе может отражать функциональную нагрузку этой структуры. Чем «диффузнее» распределен хроматин в интерфазном ядре (т.е. чем больше эухроматина), тем интенсивнее в нем синтетические процессы.

Максимально конденсирован хроматин во время митотического деления клеток, когда он обнаруживается в виде плотных хромосом . В этот период хромосомы не выполняют никаких синтетических функций, в них не происходит включения предшественников ДНК и РНК.

Рис. 17. Ультрамикроскопическое строение ядра интерфазной клетки. А - схема; Б - электронная микрофотография участка ядра; 1 - ядерная оболочка (две мембраны, перинуклеарное пространство); 2 - комплекс поры; 3 - конденсированный хроматин; 4 - диффузный хроматин; 5 - ядрышко (гранулярная и фибриллярная части); 6 - межхроматиновые гранулы РНК; 7 - перихроматиновые гранулы; 8 - кариоплазма.

Таким образом, хромосомы клеток могут находиться в двух структурно-функциональных состояниях: в активном, рабочем, частично или полностью деконденсированном, когда с их участием в интерфазном ядре происходят процессы транскрипции и редупликации, и в неактивном, в состоянии метаболического покоя при максимальной их конденсированности, когда они выполняют функцию распределения и переноса генетического материала в дочерние клетки.

Наблюдения за структурой хроматина с помощью электронного микроскопа показали, что как в препаратах выделенного интерфазного хроматина или выделенных митотических хромосом, так и в составе ядра на ультратонких срезах всегда видны элементарные хромосомные фибриллы толщиной 20-25 нм.

В химическом отношении фибриллы хроматина представляют собой сложные комплексы дезоксирибонуклеопротеидов (ДНП), в состав которых входят ДНК и специальные хромосомные белки - гистоновые и негистоновые. В составе хроматина обнаруживается также РНК. Количественные отношения ДНК, белка и РНК составляют 1:1,3:0,2. Обнаружено, что длина индивидуальных линейных молекул ДНК может достигнуть сотен микрометров и даже сантиметров. Среди хромосом человека самая большая первая хромосома содержит ДНК с общей длиной до 7 см. Суммарная длина молекул ДНК во всех хромосомах одной клетки человека составляет около 170 см, что соответствует 6 10^12 г.

В хромосомах существует множество мест независимой репликации ДНК - репликонов . ДНК эукариотических хромосом представляют собой линейные молекулы, состоящие из тандемно (друг за другом) расположенных репликонов разного размера. Средний размер репликона около 30 мкм. В составе генома человека должно встречаться более 50 000 репликонов, участков ДНК, которые синтезируются как независимые единицы. Синтез ДНК как на участках отдельной хромосомы, так и среди разных хромосом идет неодновременно, асинхронно. Так, например, в некоторых хромосомах человека (1, 3, 16) репликация наиболее интенсивно начинается на концах хромосом и заканчивается (при высокой интенсивности включения метки) в центромерном районе (см. ниже). Наиболее поздно репликация заканчивается в хромосомах или в их участках, находящихся в компактном, конденсированном состоянии. Таким примером может являться поздняя репликация генетически инактивированной Х-хромосомы у женщин, формирующей в клеточном ядре компактное тельце полового хроматина.

Белки хроматина составляют 60-70% от его сухой массы. К ним относятся так называемые гистоны и негистоновые белки. Негистоновые белки составляют 20% от количества гистонов. Гистоны - щелочные белки, обогащенные основными аминокислотами (главным образом лизином и аргинином). Очевидна структурная роль гистонов, которые не только обеспечивают специфическую укладку хромосомной ДНК, но и имеют значение в регуляции транскрипции. Гистоны расположены по длине молекулы ДНК не равномерно, а в виде блоков. В один такой блок входят 8 молекул гистонов, образуя так называемую нуклеосому. Размер нуклеосомы около 10 нм. При образовании нуклеосом происходит компактизация, сверхспирализация ДНК, что приводит к укорачиванию длины хромосомной фибриллы примерно в 5 раз. Сама же хромосомная фибрилла имеет вид нитки бус или четок, где каждая бусина - нуклеосома (см. рис. 17). Такие фибриллы толщиной 10 нм дополнительно продольно конденсируются и образуют основную элементарную фибриллу хроматина толщиной 25 нм.

Негистоновые белки интерфазных ядер образуют внутри ядра структурную сеть, которая носит название ядерный белковый матрикс , представляющий собой основу, определяющую морфологию и метаболизм ядра.

В ядрах, кроме хроматиновых участков и матрикса, встречаются перихроматиновые фибриллы, перихроматиновые и интерхроматиновые гранулы. Они содержат РНК и встречаются практически во всех активных ядрах, представляют собой информационные РНК, связанные с белками, - рибонуклеопротеиды (информосомы). Матрицами для синтеза этих РНК являются разные гены, разбросанные по деконденсированным участкам хромосомных (точнее, хроматиновых) фибрилл.

Особый тип матричной ДНК, а именно ДНК для синтеза рибосомной РНК, собран обычно в нескольких компактных участках, входящих в состав ядрышек интерфазных ядер.

Ядрышко

Практически во всех живых клетках эукариотических организмов в ядре видно одно или несколько обычно округлой формы телец величиной 1-5 мкм, сильно преломляющих свет - это ядрышко, или нуклеола (nucleolus ). К общим свойствам ядрышка относится способность хорошо окрашиваться различными красителями, особенно основными. Такая базофилия определяется тем, что ядрышки богаты РНК. Ядрышко - самая плотная структура ядра - является производным хромосомы, одним из ее локусов с наиболее высокой концентрацией и активностью синтеза РНК в интерфазе. Оно не является самостоятельной структурой или органеллой.

В настоящее время известно, что ядрышко - это место образования рибосомных РНК (рРНК) и рибосом, на которых происходит синтез полипептидных цепей уже в цитоплазме.

Образование ядрышек и их число связаны с активностью и числом определенных участков хромосом - ядрышковых организаторов , которые расположены большей частью в зонах вторичных перетяжек; количество ядрышек в клетках данного типа может изменяться за счет слияния ядрышек или за счет изменения числа хромосом с ядрышковыми организаторами. При исследовании фиксированных клеток вокруг ядрышка всегда выявляется зона конденсированного хроматина, часто отождествляемая с хроматином ядрышкового организатора. Этот околоядрышковый хроматин, по данным электронной микроскопии, представляет собой интегральную часть сложной структуры ядрышка. ДНК ядрышкового организатора представлена множественными (несколько сотен) копиями генов рРНК: на каждом из этих генов синтезируется высокомолекулярный предшественник РНК, который превращается в более короткие молекулы РНК, входящие в состав субъединиц рибосомы.

Схему участия ядрышек в синтезе цитоплазматических белков можно представить следующим образом: на ДНК ядрышкового организатора образуется предшественник рРНК, который в зоне ядрышка одевается белком, здесь происходит сборка рибонуклеопротеидных частиц - субъединиц рибосом; субъединицы, выходя из ядрышка в цитоплазму, участвуют в процессе синтеза белка.

Ядрышко неоднородно по своему строению: в световом микроскопе можно видеть его тонковолокнистую организацию. В электронном микроскопе выявляются два основных компонента: гранулярный и фибриллярный. Диаметр гранул около 15-20 нм, толщина фибрилл - 6-8 нм.

Фибриллярный компонент может быть сосредоточен в виде центральной части ядрышка, а гранулярный - по периферии. Часто гранулярный компонент образует нитчатые структуры - нуклеолонемы толщиной около 0,2 мкм. Фибриллярный компонент ядрышек представляет собой рибонуклеопротеидные тяжи предшественников рибосом, а гранулы - созревающие субъединицы рибосом. В зоне фибрилл можно выявить участки ДНК ядрышковых организаторов.

Ультраструктура ядрышек зависит от активности синтеза РНК: при высоком уровне синтеза рРНК в ядрышке выявляется большое число гранул, при прекращении синтеза количество гранул снижается, ядрышки превращаются в плотные фибриллярные тельца базофильной природы.

Действие многих веществ (актиномицин, митомицин, ряд канцерогенных углеводородов, циклогексимид, гидрооксимочевина и др.) вызывает в клетках падение интенсивности ряда синтезов и в первую очередь активности ядрышек. При этом возникают изменения в структуре ядрышек: их сжатие, обособление фибриллярных и гранулярных зон, потеря гранулярного компонента, распад всей структуры. Эти изменения отражают степень повреждения ядрышковых структур, связанных главным образом с подавлением синтеза рРНК.

Ядерная оболочка

Ядерная оболочка (nucleolemma ) состоит из внешней ядерной мембраны (m. nuclearis externa ) и внутренней мембраны оболочки (m. nuclearis interna ), разделенных перинуклеарным пространством, или цистерной ядерной оболочки (cisterna nucleolemmae ). Ядерная оболочка содержит ядерные поры (pori nucleares ).

Мембраны ядерной оболочки в морфологическом отношении не отличаются от остальных внутриклеточных мембран. В общем виде ядерная оболочка может быть представлена как полый двухслойный мешок, отделяющий содержимое ядра от цитоплазмы.

Рис. 18. Строение комплекса поры (схема). 1 - перинуклеарное пространство; 2 - внутренняя ядерная мембрана; 3 - наружная ядерная мембрана; 4 - периферические гранулы; 5 - центральная гранула; 6 - фибриллы, отходящие от гранул; 7 диафрагма поры; 8 - фибриллы хроматина.

Внешняя мембрана ядерной оболочки, непосредственно контактирующая с цитоплазмой клетки, имеет ряд структурных особенностей, позволяющих отнести ее к собственно мембранной системе эндоплазматической сети: на ней со стороны гиалоплазмы расположены многочисленные рибосомы, а сама внешняя ядерная мембрана может прямо переходить в мембраны эндоплазматической сети. Внутренняя мембрана связана с хромосомным материалом ядра.

Наиболее характерными структурами ядерной оболочки являются ядерные поры . Они образуются за счет слияния двух ядерных мембран. Формирующиеся при этом округлые сквозные отверстия поры (annulus pori ) имеют диаметр около 80-90 нм. Эти отверстия в ядерной оболочке заполнены сложноорганизованными глобулярными и фибриллярными структурами. Совокупность мембранных перфораций и этих структур называют комплексом поры (complexus pori ) (рис. 18). Такой сложный комплекс поры имеет октагональную симметрию. По границе округлого отверстия в ядерной оболочке располагается три ряда гранул по 8 в каждом: один ряд лежит со стороны ядра, другой - со стороны цитоплазмы, третий расположен между ними в центральной части поры. Размер гранул около 25 нм. От этих гранул отходят фибриллярные отростки. Фибриллы, отходящие от периферических гранул, могут сходиться в центре и создавать как бы перегородку, диафрагму поперек поры (diaphragma pori ). Размеры пор у данной клетки обычно стабильны, так же как относительно стабилен размер ядерных пор клеток разных организмов.

Число ядерных пор зависит от метаболической активности клеток: чем интенсивнее синтетические процессы в клетках, тем больше пор на единицу поверхности клеточного ядра. Так, у эритробластов (клеток-предшественников ядерных эритроцитов) низших позвоночных животных во время интенсивного синтеза и накопления гемоглобина обнаруживается в ядре около 30 ядерных пор на 1 мкм2. После того как эти процессы заканчиваются, в ядрах зрелых клеток - эритроцитов прекращается синтез ДНК и РНК и количество пор снижается до 5 на 1 мкм2. В ядерных оболочках полностью зрелых сперматозоидов поры не обнаруживаются.

Из многочисленных свойств и функциональных нагрузок ядерной оболочки следует подчеркнуть ее роль как барьера, отделяющего содержимое ядра от цитоплазмы, ограничивающего свободный доступ в ядро крупных агрегатов биополимеров, регулирующего транспорт макромолекул между ядром и цитоплазмой. Одной из важных функций ядерной оболочки следует считать ее участие в создании внутриядерного порядка - в фиксации хромосомного материала в трехмерном пространстве ядра. В интерфазе часть хроматина структурно связана с внутренней ядерной мембраной. Описаны случаи примембранной локализации центромерных и теломерных участков интерфазных хромосом.

Взаимосвязь наук, создавших молекулярную биологию.

Молекулярная биология возникла как наука в 30х годах двадцатого столетия. С тех пор эта наука расширяется захватывая приграничные области между химией, физикой и биологией. Первоначально молекулярная биология развивалась как биохимия нуклеиновых кислот. В дальнейшем молекулярная биология стала изучать путь передачи наследственной информации и биологического синтеза белковых структур.

Начав с изучения биологических процессов на молекулярно-атомном уровне, молекулярная биология перешла к сложным надмолекулярным клеточным структурам, а в настоящее время успешно решает проблемы генетики, физиологии, эволюции и экологии.

2. Основные этапы развития и наиболее крупные открытия в молекулярной биологии.

1. Романтический период 1935-1944гг.

Макс Дельбрюк и Сальвадор Лурия занимались изучением репродукции фагов и вирусов, представляющих собой комплексы нуклеиновых кислот с белками

В 1940г. Джордж Бидл и Эдуард Татум сформулировали гипотезу - "Один ген - один фермент". Однако, что такое ген в физико-химическом плане тогда еще не знали.

2. Второй романтический период 1944-1953гг.

Была доказана генетическая роль ДНК. В 1953 г. появилась модель двойной спирали ДНК, за которую ее создатели Джеймс Уотсон, Френсис Крик и Морис Уилкинс были удостоены Нобелевской премии.

3. Догматический период 1953-1962гг.

Сформулирована центральная догма молекулярной биологии:

Перенос генетической информации идет в направлении ДНК→РНК→БЕЛОК

В 1962 г. был расшифрован генетический код.

4. Академический период с 1962г. по настоящее время, в котором с 1974 года выделяют генно-инженерный подпериод.

Основные открытия

1944г. - Доказательство генетической роли ДНК. Освальд Эйвери, Колин Мак-Леод, Маклин Мак-Карти.

1953г. - Установление структуры ДНК. Джеймс Уотсон, Френсис Крик.

1961г. - Открытие генетической регуляции синтеза ферментов. Андре Львов, Франсуа Жакоб, Жак Моно.

1962г. - Расшифровка генетического кода. Маршалл Нирнберг, Генрих Маттеи, Северо Очоа.

1967г. - Синтез in vitro биологически активной ДНК. Артур Корнберг (неформальный лидер молекулярной биологии).

1970г. - Химический синтез гена. Гобинд Корана.

1970г. - Открытие фермента обратной транскриптазы и явления обратной транскрипции. Говард Темин, Дэвид Балтимор, Ренато Дульбеко.

1974г. - Открытие рестриктаз. Гамильтон Смит, Даниэль Натанс, Вернер Арбер.

1978г. - Открытие сплайсинга. Филипп Шарп.

1982г. - Открытие автосплайсинга. Томас Чек.

Ядро эукариотической клетки при микроскопии обычно выглядит как крупная округлая структура вблизи центра клетки.

Внутри ядра находится структура, называемая ядрышком. В нем находятся хромосомы, содержащие петли ДНК и большие скопления генов рибосомной рибонуклеиновой кислоты (рРНК). Каждое такое скопление генов называется ядрышковым организатором.

Ядерная оболочка – двойная мембранная структура, которая окружает хроматин и переходит в эндоплазматический ретикулум (ЭР). Внутренняя мембрана по составу белков отличается от наружной мембраны. Внутренний слой мембраны имеет волокнистую сеть белков, называемых ламинами, которые играют ключевую роль в поддержании структурной целостности мембраны. Наружная мембрана ядра переходит в мембрану ЭР и содержит белки, необходимые для связывания рибосом.

Ядерная пора и ядерный поровый комплекс – гигантские макромолекулярные комплексы, которые обеспечивают активный обмен белков и рибонуклеопротеидов между ядром и цитоплазмой. Ядерный поровый комплекс (ЯПК) формирует цилиндр, и имеет восьмиугольную симметрию. ЯПК состоит из 100-200 белков, он имеет массу 124х106 дальтон, что примерно в 30 раз больше массы рибосомы.

Этот комплекс – основные ворота для веществ, которые постоянно перемещаются внутрь ядра и из него. Например, матричная РНК (мРНК), субъединицы рибосом, гистоны, рибосомные белки, факторы транскрипции, ионы и мелкие молекулы быстро обмениваются между ядром и полостью эндоплазматического ретикулума или цитозолем.

Хромосомы (др. греч. χρῶμα - цвет и σῶμα - тело) - нуклеопротеидные структуры в ядре эукариотической клетки (клетки, содержащей ядро), которые становятся легко заметными в определённых фазах клеточного цикла (во время митоза или мейоза). Хромосомы представляют собой высокую степень конденсации хроматина, постоянно присутствующего в клеточном ядре. Хромосома - постоянный компонент ядра, отличающийся особой структурой, индивидуальностью, функцией и способностью к самовоспроизведению, что обеспечивает их преемственность, а тем самым и передачу наследственной информации от одного поколения растительных и животных организмов к другому.В ядре каждой соматической клетки организма человека содержится 46 хромосом. Набор хромосом каждого индивидуума, как нормальный, так и патологический, называется кариотипом. Из 46 хромосом, составляющих хромосомный набор человека, 44 или 22 пары представляют аутосомные хромосомы, последняя пара - половые хромосомы. У женщин конституция половых хромосом в норме представлена двумя хромосомами X, а у мужчин - хромосомами X и У. Во всех парах хромосом как аутосомных, так и половых одна из хромосом получена от отца, а вторая - от матери. Хромосомы одной пары называются гомологами, или гомологичными хромосомами. В половых клетках (сперматозоидах и яйцеклетках) содержится гаплоидный набор хромосом, т.е. 23 хромосомы.

Хроматин - основной компонент клеточного ядра. В среднем в хроматине 40% приходится на ДНК и около 60% на белки. В структурном отношении хроматин представляет собой нитчатые комплексные молекулы дезоксирибонуклеопротеида, которые состоят из ДНК, ассоциированной с гистонами и иногда еще с негистоновыми белками. Способность к дифференциальному окрашиванию легла в основу выявления двух фракций хроматина – гетеро – и эухроматина. Хейтц, открывший это явление, нашел, что определенные участки хромосом остаются в конденсированном состоянии в течении всего клеточного цикла и назвал их гетерохроматин, а участки, деконденсирующиеся в конце митоза и слабо окрашенные – эухроматином. Гетерохроматиновые участки функционально менее активны, чем эухроматиновые, в которых и локализована большая часть известных генов. Однако, гетерохроматин имеет определенное генетическое влияние; к примеру, определяющие пол хромосомы не могут рассматриваться как генетически неактивные, хотя они часто полностью состоят из гетерохрома тина. Кроме того, установлено, что стабильность генетического выражения эухроматина обуславливается близостью к гетерохроматину.

Дезоксирибонуклеи́новая кислота́ (ДНК) - макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках - долговременное хранение информации о структуре РНК и белков.

С химической точки зрения ДНК - это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков - нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы и фосфатной группы. В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу. Эта двухцепочечная молекула спирализована. В целом структура молекулы ДНК получила название «двойной спирали».

В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин и цитозин). Азотистые основания одной из цепей соединены с азотистыми основаниями другой цепи водородными связями согласно принципу комплементарности: аденин соединяется только с тимином, гуанин - только с цитозином. Последовательность нуклеотидов позволяет «кодировать» информацию о различных типах РНК, наиболее важными из которых являются информационные, или матричные (мРНК), рибосомальные (рРНК) и транспортные (тРНК). Все эти типы РНК синтезируются на матрице ДНК за счёт копирования последовательности ДНК в последовательность РНК, синтезируемой в процессе транскрипции, и принимают участие в биосинтезе белков (процессе трансляции).

Принципы строения ДНК

1. Нерегулярность. Существует регулярный сахарофосфатный остов, к которому присоединены азотистые основания. Их чередование нерегулярно.

2. Антипараллельность. ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, ориентированных антипараллельно. 3`-конец одной расположен напротив 5`-конца другой.

3. Комплементарность (дополнительность). Каждому азотистому основанию одной цепи соответствует строго определенное азотистое основание другой цепи. Соответствие задается химией. Пурин и пиримидин в паре образуют водородные связи. В паре A-Т две водородные связи, в паре Г-Ц - три.

4. Наличие регулярной вторичной структуры. Две комплементарные, антипараллельно расположенные полинуклеотидные цепи образуют правые спирали с общей осью.

Формы двойной спирали ДНК

Существуют несколько форм двойной спирали ДНК. В основной - В-форме на виток приходится 10 комплементарных пар. Плоскости азотистых оснований перпендикулярны оси спирали. Соседние комплементарные пары повернуты друг относительно друга на 36°. Диаметр спирали 20Å, причем пуриновый нуклеотид занимает 12Å, а пиримидиновый - 8Å. А-форма - 11 пар азотистых оснований на виток. Плоскости азотистых оснований отклонены от нормали к оси спирали на 20°. Отсюда следует наличие внутренней пустоты диаметром 5Å. Высота витка 28Å. Такие же параметры у гибрида из одной цепи ДНК и одной цепи РНК. С-форма - шаг спирали 31Å, 9.3 пар оснований на виток, угол наклона к перпендикуляру 6°. Все три формы - правозакрученные спирали. Есть еще несколько форм правых спиралей и всего одна левая спираль (Z -форма ). Высота витка в Z-форме -44.5 Å, на виток приходится 12 пар нуклеотидов. Ни А-, ни Z- формы не могут существовать в водном растворе без дополнительных воздействий (белки или суперспирализация).