Хромосома. Строение хромосом. Функции хромосом.
1.Уровни организации жизни.
Молекулярный, Клеточный, Тканевый, Органный, Систем органов, Организменный, Популяционно-видовой, Биогеоценотические, Биосферный
1. Молекулярный уровень организации - это уровень функционирования биологических макромолекул - биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, стероидов. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности: обмен веществ, превращение энергии, передача наследственной информации. Этот уровень изучают:биохимия, молекулярная генетика, молекулярная биология, генетика, биофизика.
2. Клеточный уровень - это уровень клеток (клеток бактерий, цианобактерий, одноклеточных животных и водорослей, одноклеточных грибов, клеток многоклеточных организмов). Клетка - это структурная единица живого, функциональная единица, единица развития. Этот уровень изучают цитология, цитохимия, цитогенетика, микробиология.
3. Тканевый уровень организации - это уровень, на котором изучается строение и функционирование тканей. Исследуется этот уровень гистологией и гистохимией.
4. Органный уровень организации - это уровень органов многоклеточных организмов. Изучают этот уровень анатомия, физиология, эмбриология.
5. Организменный уровень организации - это уровень одноклеточных, колониальных и многоклеточных организмов. Специфика организменного уровня в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, формирование признаков, присущих особям данного вида. Этот уровень изучается морфологией (анатомией и эмбриологией), физиологией, генетикой, палеонтологией.
6. Популяционно-видовой уровень - это уровень совокупностей особей - популяций и видов.
Этот уровень изучается систематикой, таксономией, экологией, биогеографией, генетикой популяций. На этом уровне изучаются генетические и экологические особенности популяций, элементарные эволюционные факторы и их влияние на генофонд (микроэволюция), проблема сохранения видов.
7. Экосистемный уровень организации - это уровень микроэкосистем, мезоэкосистем, макроэкосистем. На этом уровне изучаются типы питания, типы взаимоотношений организмов и популяций в экосистеме, численность популяций, динамика численности популяций, плотность популяций, продуктивность экосистем, сукцессии. Этот уровень изучает экология.
8. биосферный уровень организации живой материи. Биосфера - это гигантская экосистема, занимающая часть географической оболочки Земли. Это мега-экосистема. В биосфере происходит круговорот веществ и химических элементов, а также превращение солнечной энергии.
2.Эукариоты. Определение клетки. Строение эукариотической клетки. Органоиды клетки и их функции.
Клетка — наименьшая структурно-функциональная единица живой материи, состоящая из ядра, цитоплазмы и раздражимой цитоплазматической мембраны, способная к обмену веществ, саморегуляции и самовоспроизведению.
Эукариотические клетки в среднем намного крупнее прокариотических, разница в объёме достигает тысяч раз. Клетки эукариот включают около десятка видов различных структур, известных как органоиды (или органеллы, что, правда, несколько искажает первоначальное значение этого термина), из которых многие отделены от цитоплазмы одной или несколькими мембранами (в прокариотических клетках внутренние органоиды, окруженные мембраной, встречаются редко). Ядро — это часть клетки, окружённая у эукариот двойной мембраной (двумя элементарными мембранами) и содержащая генетический материал: молекулы ДНК, «упакованные» в хромосомы. Ядро обычно одно, но бывают и многоядерные клетки.
Функции клеточной оболочки — определяет форму клетки, защищает от факторов внешней среды.
Плазматическая мембрана — тонкая пленка, состоит из взаимодействующих молекул липидов и белков, отграничивает внутреннее содержимое от внешней среды, обеспечивает транспорт в клетку воды, минеральных и органических веществ путем осмоса и активного переноса, а также удаляет продукты жизнедеятельности.
Цитоплазма — внутренняя полужидкая среда клетки, в которой расположено ядро и органоиды, обеспечивает связи между ними, участвует в основных процессах жизнедеятельности.
Эндоплазматическая сеть — сеть ветвящихся каналов в цитоплазме. Она участвует в синтезе белков, липидов и углеводов, в транспорте веществ. Рибосомы — тельца, расположенные на ЭПС или в цитоплазме, состоят из РНК и белка, участвуют в синтезе белка. ЭПС и рибосомы — единый аппарат синтеза и транспорта белков.
Митохондрии — органоиды, отграниченные от цитоплазмы двумя мембранами. В них окисляются органические вещества и синтезируются молекулы АТФ с участием ферментов. Увеличение поверхности внутренней мембраны, на которой расположены ферменты за счет крист. АТФ — богатое энергией органическое вещество.
Пластиды (хлоропласты, лейкопласты, хромопласты), их содержание в клетке — главная особенность растительного организма. Хлоропласты — пластиды, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, который поглощает энергию света и использует ее на синтез органических веществ из углекислого газа и воды. Отграничение хлоропластов от цитоплазмы двумя мембранами, многочисленные выросты — граны на внутренней мембране, в которых расположены молекулы хлорофилла и ферменты .
Комплекс Гольджи — система полостей, отграниченных от цитоплазмы мембраной. Накапливание в них белков, жиров и углеводов. Осуществление на мембранах синтеза жиров и углеводов.
Лизосомы — тельца, отграниченные от цитоплазмы одной мембраной. Содержащиеся в них ферменты ускоряют реакцию расщепления сложных молекул до простых: белков до аминокислот, сложных углеводов до простых, липидов до глицерина и жирных кислот, а также разрушают отмершие части клетки, целые клетки.
Вакуоли — полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком, место накопления запасных питательных веществ, вредных веществ; они регулируют содержание воды в клетке.
Ядро — главная часть клетки, покрытая снаружи двух мембранной, пронизанной порами ядерной оболочкой. Вещества поступают в ядро и удаляются из него через поры. Хромосомы — носители наследственной информации о признаках организма, основные структуры ядра, каждая из которых состоит из одной молекулы ДНК в соединении с белками. Ядро — место синтеза ДНК, и-РНК, р-РНК.
Рибосомы — тельца, содержащие рРНК, расположены на ЭПС и в цитоплазме, участвуют в синтезе белка. ЭПС и рибосомы — единый аппарат синтеза и транспорта белка.
3. Клеточный цикл. Фазы клеточного цикла.
| Фаза | События, происходящие в клетке |
| G1 | Интенсивные процессы биосинтеза. Образование митохондрий, хлоропластов (у растений), эндоплазматического ретикулума, лизосом, аппарата Гольджи, вакуолей и пузырьков. Ядрышко продуцирует р-, м- и т-РНК; образуются рибосомы: клетка синтезирует структурные и функциональные белки. Интенсивный клеточный метаболизм, контролируемый ферментами. Рост клетки. Образование веществ, подавляющих или стимулирующих начало следующей фазы. |
| S | Репликация ДНК. Синтез белковых молекул, называемых гистонами, с которыми связывается кажждая нить ДНК. Каждая хромосома превращается в две хроматиды. |
| G2 | Интенсивные процессы биосинтеза. Деление митохондрий и хлоропластов. Увеличение энергетических запасов. Репликация центриолей (в тех клетках, где они имеются) и начало образования веретена деления. |
| М | Деление ядра, состоящее из четырех стадий. |
| С | Равномерное распределение органелл и цитоплазмы между дочерними клетками. |
ИНТЕРФАЗА — период жизни клетки между двумя митозами. Она в десятки раз продолжительнее митоза. В ней совершается ряд очень важных процессов, предшествующих делению клетки: синтезируются молекулы АТФ и белков, удваивается каждая хромосома, образуя две сестринские хроматиды, скрепленные общей центромерой, увеличивая число основных органоидов цитоплазмы. Интерфаза включает следующие этапы.
Пресинтетический период (G1) – период подготовки клетки к синтезу ДНК после завершения митоза. Происходит образование РНК, белков, ферментов синтеза ДНК, увеличивается количество органоидов. Содержание хромосом (n) и ДНК равно 2n2c.
Синтетический период (S-фаза). Происходит реликация (удвоение, синтез) ДНК. В результате работы ДНК-полимераз для каждой из хромосом хромосомные набор становится 2n4c. Так образуются двухроматидные хромосомы.
Постсинтетический период (G2) — время от окончания синтеза ДНК до начала митоза. Завершается подготовка клетки к митозу, удваиваются центриоли, синтезируются белки, завершается рост клетки.
МИТОЗ (М) состоит из 4-х последовательных фаз:
В профазе ядро увеличивается в объеме, в нем спирализуются и вследствие этого утолщаются хромосомы, состоящие из двух сестринских хроматид, удерживаемых вместе центромерой. К концу профазы ядерная мембрана и ядрышки исчезают и хромосомы рассредоточиваются по всех клетке. В цитоплазме к концу профазы центриоли отходят к полюсам и вместе со специфическими белками образуют веретено деления.
В метафазе происходит дальнейшая спирализация хромосом. В эту фазу они наиболее хорошо видны. Хромосомы выстраиваются по экватору клетки, хроматиды соединены только в области центромеры. К ним прикрепляются нити веретена деления. Содержание хромосом и ДНК равно 2n4c.
В анафазе центромеры делятся, сестринские хроматиды отделяются друг от друга и за счет сокращения нитей веретена деления отходят к противоположным полюсам клетки. Содержание хромосом и ДНК в клетке становится равным 4n4c (по 2n2c – у каждого полюса).
В телофазе хромосомы у полюсов деспирализуются (раскручиваются), становятся едва заметными, вновь образуются ядрышки и ядерные мембраны, растворяются нити веретена деления, цитоплазма делится, образуются две новые клетки, в каждой из которых содержание хромосом и Днк 2n2c.
ЦИТОКИНЕЗ (С). В животных клетках цитоплазма перешнуровывается, т. е. Делится поперечной перетяжкой на две клетки. В растительных клетках в центре материнской клетки образуется перегородка - цитоплазматическая мембрана, состоящая их пектиновых веществ. Распространяясь к переферии, она разделяет клетку пополам. Вокруг цитоплазматической мембраны каждой новой растительной клетки формируется целлюлозная клеточная оболочка.
4. Сходства и различия растительной и животной клеток.
Общие признаки:
Единство структурных систем — цитоплазмы и ядра.
Сходства процессов обмена веществ и энергии.
Единство принципа наследственного кода.
Универсальное мембранное строение.
Единство химического состава.
| Признаки | Растительная клетка | Животная клетка |
| Пластиды | Хлоропласты Хромопласты | ___________________ |
| Способ питания | Автотрофный а) Фотосинтезирующий б) Хемосинтезирующий | Гетеротрофный а) Сапротрофный б) Паразитический |
| Синтез АТФ (в митохондриях) | Хлоропласты Митохондрии | Митохондрии |
| Расщепление АТФ | В хлоропластах и во всех частях клетки, где нужны затраты энергии. | Во всех частях клетки, где нужны затраты энергии. |
| Клеточный центр | Только у низших растений. | Во всех клетках |
| Целлюлозная клеточная стенка | Расположена снаружи клеточной мембраны | ____________________ |
| Включения | Запасные пит. Вещества в виде зерен белка, крахмала, капель масла. Вакуоли с клеточным соком, кристаллы солей. | Запасные пит. Вещества в виде зерен и капель: белки, жиры, углеводы, гликоген; конечные продукты обмена, кристаллы солей. |
| Вакуоли | Крупные полости заполенные клеточным соком — водным раствором различных веществ. | Пищеварительные, сократительные, выделительные. Обычно мелкие. |
5. Деление клеток: митоз и мейоз. Их сходство и различие.
Митоз — простое деление обычных соматических клеток, перед которым количество хромосом в клетках удваивается путем самовоспроизведения с последующим равномерным распределением генетической информации родительской клетки между двумя дочерними клетками.
Мейоз — особое деление в зоне созревания половых клеток, сопровождающееся уменьшением числа хромосом вдвое (редуцированное деление). Этот процесс приводит к образованию гаплоидного набра хромосом в половых клетках, тогда как все остальные соматические клетки организма животного (в том числе и предшественники половых клеток) имеют диплоидный набор хромосом.
Сравнительная хар-ка митоза и мейоза.
| Фаза | Митоз | Мейоз | |
| 1-е деление | 2-е деление | ||
| Интерфаза | Набор хромосом 2n, идет синтез белков, АТФ и др. органических веществ. Удваиваются хромосомы, каждая состоит из двух сестринских хроматид, соединенных общей центромерой. | Набор хромосом 2n, те же процессы, но более продолжительные. | Набор хромосом 1n — гаплоидный. Синтез органических веществ — отсутствует. |
| Профаза | Спирализация хромосом, исчезновение ядерной оболочки, ядрышка, образование веретена деления, хромомеры не видны, гомологичные хромосомы обособлены, хиазм нет, кроссинговера нет. | Более длительна, вначале те же процессы, затем хромомеры видны конъюгация гомологичных хромосом, образование хиазм, возможен кроссинговер | Короткая стадия, те же процессы, что в митозе, но при наборе хромосом 1n. |
| Метафаза | Дальнейшая спирализация хромосом, расположение центромер по экватору | Аналогично митозу | Аналогично митозу, но при наборе хромосом 1n. |
| Анафаза | Деление центромер, расхождение к полюсам идентичных сестринских хроматид, каждая из которых становится новой хромосомой | Центромеры не делятся, к полюсам отходит одна из гомологичных хромосом, состоящая из двух хроматид, соединенных общей центромерой. | Аналогично митозу, но при наборе хромосом 1n. |
| Телофаза | Деление цитоплазмы, образование двух дочерних клеток, каждая с диплоидным набором хромосом. Исчезновение веретена деления, фор-е ядрышек. | Недлительна. Гомологичные хромосомы попадают в разные клетки с гаплоидным набором хромосом, цитоплазма делится не всегда. | Деление цитоплазмы, образование 4-х клток с гаплоидным набором хромосом. |
Различия между стадиями митоза и мейоза.
| Стадия | Митоз | Мейоз |
| Профаза | Хромомеры не видны | Хромомеры видны |
| Гомологичные хромосомы обособлены | Гомологичные хромосомы конъюгируют | |
| Хиазмы не образуются | Хиазмы образуются | |
| Кроссинговера не происходит | Кроссинговер может иметь место | |
| Метафаза | Пара хроматид располагаются на экваторе веретена | Пары хроматид располагаются на экваторе веретена только во 2-м делении |
| Центромеры выстраиваются в одной плоскости на экваторе веретена | Центромеры в 1 делении мейоза располагаются над и под экватором на одинаковом расстоянии от него | |
| Анафаза | Центромеры делятся | Центромеры делятся только по 2-м делении мейоза |
| Хроматиды расходятся | Хроматиды расходятся во 2-м делении мейоза, в 1-м делении расходятся целые хромосомы | |
| Расходящиеся хроматиды идентичны | Расходящиеся хромосомы могут оказаться неидентичными в результате кроссинговера | |
| Телофаза | Число хромосом в дочерних клетках то же, что и в родительских | Число хромосом в дочерних клетках вдвое меньше, чем в родительских |
| Дочерние клетки содержат обе гомологичные хромосомы (у диплоидов) | Дочерние клетки содержат только по одной из каждой пары гомологичных хромосом | |
| Тип делящихся клеток | В гаплоидных, диплоидных и полиплоидных клетках | Только в диплоидных клетках |
| При образовании соматических клеток и некоторых спор, гамет у растений с чередованием поколений | При гамето - или спорогенезе |
6.Митоз. Фазы митоза. Биологическое значение митоза.
СМ вопрос 3.
Биологическое значение митоза:
Генетическая стабильность — точное распределение генетического материала между дочерними клетками. В результате митоза получаются два ядра, содержащие столько же хромосом, сколько их было в родительском ядре. Эти хромосомы происходят от родительских хромосом путем точной репликации ДНК, поэтому их гены содержат совершенно одинаковую наследственную информацию.
Митоз обеспечивает постоянство строения и правильность функционирования органов и тканей многоклеточного организма.
Рост. В результате митозов число клеток в организме увеличивается (процесс гиперплазии), что представляет собой один из главных механизмов роста.
Митоз является основой эмбрионального развития.
Митоз обеспечивает регенерацию утраченных частей (например, ног у ракообразных), восстановлению органов и тканей после повреждения и замещение клеток, происходящее у всех многоклеточных организмов.
Митоз лежит в основе бесполого размножения. Многие виды животных и растений размножаются бесполым путем при помощи одного лишь митотического деления клеток (вегетативное размножение).
Хромосома. Строение хромосом. Функции хромосом.
Хромосомы — органоиды клеточного ядра, являющиеся носителями генов, определяющих наследственные свойства клеток и обеспечивающих морфофункциональную организацию целостного организма. Хромосомы представляют собой гигантские полимерные молекулы, состоящие из ДНК, РНК и белка, локализованные в ядре клетки. Каждая хромосома имеет определенный набор генов, контролирующих развитие определенного признака.
Строение:
Центромера (первичная перетяжка)
это место соединения двух хроматид;
к центромере присоединяются нити веретена деления
По сторонам от центромеры лежат плечи хромосомы. В зависимости от места расположения центромеры хромосомы делят на
равноплечие (метацентрические)
неравноплечие (субметацентрические)
палочковидные (акроцентрические) – имеется только одно плечо.
Вторичная перетяжка – ядрышковый организатор, содержит гены рРНК, имеется у одной – двух хромосом в геноме.
Теломеры – концевые участки хромосом, содержащие до 10 тысяч пар нуклеотидов с повторяющейся последовательностью ТТАГГГ. Теломеры не содержат генов, они
защищают концы хромосом он действия нуклеаз – ферментов, разрушающих ДНК
обеспечивают прикрепление концов хромосом изнутри к ядерной оболочке
защищают гены от концевой недорепликации.
Билет 7
1.Теории происхождения многоклеточных организмов Э. Геккеля и И.И.
Мечникова.
Геккель - теория гастреи
Опираясь на результаты эмбриологических исследований А. О. Ковалевского, Э. Геккель (1834-1919) выдвинул теорию гастреи (1874 г.) . Он утверждал, что общий предок всех многоклеточных животных походил на однослойный зародыш — бластулу. В ходе дальнейшей эволюции передняя стенка этого однослойного образования впячивалась внутрь, и таким образом возник аналог двухслойного зародыша (гаструлы) — гастрея. Основываясь на колониях простейших (Volvox), Геккель (1874) построил гастрейную теорию происхождения Metazoa, которая принимается многими зоологами. Геккель утверждал, что отдаленным предком многоклеточных была шаровидная колония простейших. Он опирался на данные эмбриологии, говорящие о том, что в онтогенезе внутренний зародышевый пласт (энтодерма) часто образуется путем впячивания (инвагинации) стенки однослойного зародыша ( бластулы ), в результате чего получается двухслойная стадия ( гаструла ). Геккель полагал, что и в процессе эволюции (филогенеза) одна половина шаровидного бластулообразного организма впятилась в другую, и таким образом возникла первичная кишечная полость, открывающаяся наружу ротовым отверстием. Такой гипотетический двухслойный организм плавал с помощью жгутиков, размножался половым путем и стал предком всех многоклеточных животных. Геккель назвал его " гастреей ". Принятие гастрейной теории подводит нас непосредственно к низшим двухслойным Metazoa ( гидра ).
Мечников - теория фагоцителлы
И. И. Мечников, проанализировав процесс образования гаструлы у низших многоклеточных, пришел к выводу, что гаструляция путем впячивания —позднее эволюционное образование; он разработал теорию фагоцителлы. Согласно И. И. Мечникову, первичный колониальный организм состоял из одинаковых клеток, образующих шаровидное скопление — аналог бластулы. Переход к двухслойному состоянию был связан с тем, что клетки, захватившие пищу, теряли жгутик и перемещались вглубь колонии. Постепенно разделение на внешний — движущий и внутренний — питающий слои закрепилось и стало постоянным. От фагоцителлы произошли губки и бескишечные турбелярии. Гипотеза происхождения многоклеточных животных, предложенная И. И. Мечниковым в 1879–86. Согласно теория фагоцителлы, исходной формой многоклеточных является гипотетическое животное – фагоцителла (др. название – паренхимелла) . Фагоцителла состоит (подобно личинке современных низших многоклеточных – паренхимуле из слоя поверхностных клеток – эктодермы, или кинобласта, и внутренней клеточной массы –паренхимы, или фагоцитобласта. Кинобласт выполняет функции отграничения, внешнего обмена и движения; фагоцитобласт – внутреннего обмена, внутриклеточного пищеварения (см. Фагоцитоз) . Из кинобласта и фагоцитобласта в ходе эволюции возникло всё многообразие форм тканей многоклеточных животных организмов.