|
Уровни компактизации ДНК
1. Нуклеосомный. Двойная цепочка ДНК наматывается на множество одинаковых белковых комплексов – кóров. Каждый кор состоит из 8 молекул белков-гистонов. Кор с намотанной на него (1,67 оборота) ДНК называется нуклеосома, участок свободной ДНК между нуклеосомами называется линкер.
2. Нуклеомерный. Это фибрилла, состоящая из нуклеомеров (сближенных нуклеосом) и одиночных нуклеосом.
3. Хромомерный. Нуклеомерная фибрилла формирует петли; каждая петля, возможно, содержит один ген. В таком виде наследственный материал находится в интерфазном ядре (состояние хроматина).
4. Хромонемный. Петли укладываются в стопки (хромонемы).
5. Хромосомный. Хромонемы сближаются, получаются плотные образования, хорошо видимые в световой микроскоп – хромосомы.
Хромосома – это наиболее компактная форма наследственного материала клетки (по сравнению с нитью ДНК укорочение составляет примерно 1600 раз). У большинства эукариот ДНК скручивается до такой степени только на время деления.
Хромосома может быть одинарной (из одной хроматиды) и двойной (из двух хроматид). Хроматида – это нуклеопротеидная нить, половинка двойной хромосомы.
Участки хромосомы
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.
Наборы хромосом
Одинарный (гаплоидный) набор хромосом характерен для половых клеток (гамет), двойной (диплоидный) – для соматических клеток.
Одинарный набор превращается в двойной в момент оплодотворения
Двойной набор превращается в одинарный в момент независимого расхождения двойных хромосом в анафазе I мейоза.
Хромосома может быть одинарной (из одной хроматиды) и двойной (из двух хроматид). Хроматида – это половинка двойной хромосомы.
Одинарная хромосома превращается в двойную в процессе репликации,
Двойная хромосома превращается в две одинарные в начале анафазымитоза и анафазы II мейоза.
При обозначении наборов хромосом
n означает число наборов (n – одинарный, 2n – двойной)
с означает количество хроматид по отношению к количеству наборов (n2c – одинарный набор двойных хромосом, 2n2c – двойной набор одинарных хромосом)
Наборы хромосом:
2n4c (двойной набор двойных хромосом) – перед любым делением
2n2c (двойной набор одинарных хромосом) – после митоза
n2c (одинарный набор двойных хромосом) – после первого деления мейоза
nc (одинарный набор одинарных хромосом) – после второго деления мейоза.
Митоз
Митоз – это деление соматических клеток (клеток тела). Биологическое значение митоза – получение клеток-копий. (Все соматические клетки организма получены из одной исходной клетки [зиготы] путем митоза.) Продолжительность митоза – 1-2 часа.
1) Профаза
хроматин спирализуется до состояния хромосом
ядрышки исчезают
центриоли расходятся к полюсам клетки, в цитоплазме начинается формирование веретена деления
2) Прометафаза (в ЕГЭ отсутствует)
ядерная оболочка распадается (в ЕГЭ относится к профазе)
продолжается формирование веретена деления: от каждой центриоли к каждой центромере протягивается микротрубочка, начинается движение хромосом (в ЕГЭ относится к метафазе)
3) Метафаза
заканчивается формирование веретена деления: хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуется метафазная пластинка
хроматиды отделяются друг от друга по всей длине, кроме центриолей
4) Анфаза
дочерние хромосомы отделяются друг от друга (хроматиды становятся хромосомами)
дочерние хромосомы расходятся к полюсам
5) Телофаза
Отличие митоза от мейоза
По итогам
После митоза получается 2 клетки, а после мейоза – 4.
После митоза получаются соматические клетки (клетки тела), а после мейоза – половые клетки (гаметы – сперматозоиды и яйцеклетки; у растений после мейоза получаются споры).
После митоза получаются одинаковые клетки (копии), а после мейоза – разные (происходит рекомбинация наследственной информации).
После митоза количество хромосом в дочерних клетках остается таким же, как было в материнской, а после мейоза уменьшается в 2 раза (происходит редукция числа хромосом; если бы её не было, то после каждого оплодотворения число хромосом возрастало бы в два раза; чередование редукции и оплодотворения обеспечивает постоянство числа хромосом)
По ходу
В митозе 1 деление, а в мейозе – 2 (из-за этого получается 4 клетки)
В профазе первого деления мейоза происходит конъюгация (тесное сближение гомологичных хромосом) и кроссинговер (обмен участками гомологичных хромосом), это приводит к рекомбинации
В анафазе первого деления мейоза происходит независимое расхождение гомологичных хромосом (приводит к рекомбинации и редукции)
Биологическое значение
митоза – копирование клеток,
мейоза – рекомбинация и редукция.
Мейоз
Мейоз – это деление, при котором получаются половые клетки (у растений – споры). Биологическое значение митоза:
рекомбинация (перемешивание наследственной информации)
редукция (уменьшение количества хромосом в 2 раза).
В мейозе происходит два деления подряд.
В профазе первого деления мейоза (в профазе I), кроме обычных для профазы событий, происходит конъюгация (тесное сближение) гомологичных хромосом. Образуются биваленты; между их четырьмя хроматидами происходит обмен участками (кроссинговер), это приводит к рекомбинации.
В метафазе I на экваторе клетки выстраиваются биваленты.
В анафазе I происходит независимое расхождение гомологичных хромосом (к полюсам клетки расходятся двуххроматидные хромосомы). Независимость заключается в том, что каждая пара хромосом расходится независимо от других пар (на этом основан третий закон Менделя).
В телофазе I мейоза формируются гаплоидные ядра и происходит цитокенез.
В интерфазе между двумя делениями мейоза удвоения хромосом не происходит, поскольку они и так двойные.
Второе деление мейоза ничем не отличается от митоза. Как и в митозе, в анафазе II мейоза к полюсам клетки расходятся одинарные сестринские хромосомы (бывшие хроматиды).
Клеточный цикл
Это период жизни клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти.
Клеточный цикл состоит из двух периодов:
интерфаза (состояние, когда клетка НЕ делится);
деление (митоз или мейоз).
Интерфаза состоит из нескольких фаз:
пресинтетическоая (G1): клетка растет, в ней происходит активный синтез РНК и белков, увеличивается количество органоидов; кроме этого, происходит подготовка к удвоению ДНК (накопление нуклеотидов)
синтетическая (S): происходит удвоение ДНК (у животных – еще и удвоение центриолей)
постсинтетическая (G2): клетка готовится к делению, синтезирует необходимые для деления вещества, например белки веретена деления.
У дифференцировавшихся клеток, которые более не делятся, после деления не наступает фаза G1, такое состояние называют фазой покоя G0. Для того чтобы клетка вышла из фазы G0, ей необходимо воздействие фактора роста (например, соматотропина).
В клеточном цикле существует несколько точек контроля. Наиболее важные – G1/S (проверяется целостность ДНК) и G2/M (проверяется полнота репликации). Если клетка не проходит точку контроля, то ее клеточный цикл останавливается до устранения повреждений либо наступает апоптоз(запрограммированная клеточная смерть).
Не Различают две формы клеточной смерти – некроз и апоптоз. Отличия:
Апоптоз запускается физиологическими факторами, например, активацией белка р53, а некроз – нефизиологическими, например, механическим повреждением, атакой комплемента, длительным отсутствием кислорода.
Апоптоз – это генетически запрограммированный активный процесс, требующий затраты АТФ, а некроз – пассивный процесс, может происходить при +4°.
При апоптозе клетка сморщивается и распадается на фрагменты, окруженные плазматической мембраной («апоптозные тельца»), их поглощают соседние клетки или фагоциты. При некрозе клеточная мембрана разрушается, содержимое клетки выливается в межклеточную жидкость, это приводит к развитию воспаления (покраснение, опухоль, жар, боль), повреждаются соседние клетки.
Примеры апоптоза:
исчезновение хвоста у головастика;
исчезновение перепонок между пальцами у плода человека;
самоуничтожение Т-лимфоцитов, реагирующих на белки организма (во время созревания в тимусе)
самоуничтожение В-лимфоцитов, производящих некачественные антитела во время клональной селекции;
самоуничтожение клеток, содержащих мутации или чужеродный белок (например, вирусный).
Усиленный апоптоз может приводить к раннему старению и дегенерации (болезнь Альцгеймера). Проявлением недостаточности апоптоза служит неконтролируемое деление атипичных клеток (возникновение опухолей).
кроз и апоптоз
Опухоли
Опухоли и кисты (патологические полости) состоят из клеток, в которых из-за мутаций нарушена регуляция клеточного цикла (регуляция деления, роста и дифференцировки).
Опухоли сдавливают окружающие ткани, что приводит к нарушению функции органа. Кроме того, злокачественная опухоль (в отличие от доброкачественной):
проникает в окружающие ткани (инвазия);
метастазирует (клетки плохо скреплены между собой, легко отделяются, переносятся в другое место и там дают метастазы – дочерние опухоли);
выделяет токсины, подавляющих противоопухолевый и общий иммунитет, способствующих развитию у больных общего отравления («интоксикации») и физического истощения («астении»).
Причины возникновения злокачественных опухолей (причины возникновения мутаций):
Курение – главный изменяемый фактор. (В отличие от рака простаты и прямой кишки, рак легких неизлечим.)
Другие факторы образа жизни: алкогольные напитки (рак ротовой полости и пищевода), гиподинамия и избыточный вес (рак толстой кишки и молочной железы), избыточное потребление мяса (рак кишечника).
Онкогенные вирусы. (Вызывают мутации, приводящие к канцерогенезу – мутации онкогенов, например гена р53.)
Наследственная предрасположенность, например, наследственные нарушения репарации или апоптоза.
Повышенный радиационный фон и химическое загрязнение среды.
Мутации накапливаются с возрастом, поэтому рак обычно характерен для пожилых людей.
Чтобы клетка смогла неконтролируемо и неограниченно делиться, она должна преодолеть множество систем защиты (в опухолях человека находят в среднем около 10 мутаций).
Например, в злокачественных клетках:
1. Нарушена работа точек контроля клеточного цикла (проверка целостности ДНК), это позволяет клетке с мутациями размножаться.
2. Нарушен механизм апоптоза
Например, белок р53 экспрессируется во всех клетках организма. При отсутствии повреждений генетического аппарата р53 неактивен. При появлении повреждений ДНК (двуцепочечных разрывов) р53 активируется и запускает транскрипцию белков апоптоза. Папилломавирус человека имеет белок, разрушающий белок p53. В результате ПВЧ приводит к развитию рака шейки матки (т.е. является онковирусом).
3. Активирован ген теломеразы, так что снимается ограничение числа клеточных делений (лимит Хейфлика), связанное с сокращением размера теломеров из-за концевой недорепликации.
4. Часто наблюдается избыточная экспрессия факторов роста и их рецепторов.
5. Наблюдаются изменения в цитоскелете и потеря чувствительности к контактному торможению. (Нормальные клетки млекопитающих, растущие в культуре, перестают делиться, когда им не хватает свободного места).
Отличие полового и бесполого размножения
1) В бесполом размножении участвует один организм, а в половом – два.
2) В бесполом размножении участвуют соматические клетки, размножающиеся митозом, а в половом – половые клетки (гаметы), полученные путем мейоза. Следовательно, при бесполом размножении дети получаются одинаковые, а при половом – разные.
3) При половом размножении происходят большие затраты энергии (на поиск полового партнера и т.п.). При бесполом размножении затраты энергии меньше. Сдедовательно, при одинаковых затратах бесполым путем можно получить больше потомства и в более короткие сроки.
Главным отличием полового размножения от бесполого является рекомбинация (разные дети; за счет этого создается материал для естественного отбора).
Многие организмы могут размножаться как половым, так и бесполым путем (например, кишечнополостные).
В хороших условиях организму выгодно делать детей таких же, как он, хорошо приспособленных, т.е. размножаться бесполым путем.
В плохих условиях организму нет смысла делать детей таких же, как он, плохо приспособленных, поэтому он размножается половым путем, делает разных детей, в надежде, что кто-то из них случайно окажется более приспособленным, чем родитель.
Способы бесполого размножения
1) Деление одноклеточных (амеба).
2) Спорообразование
споры бактерий не служат для размножения, т.к. из одной бактерии образуется одна спора. Они служат для переживания неблагоприятных условий и расселения (ветром).
споры грибов и растений служат для размножения.
митоспоры образуются путем митоза у некоторых водорослей и грибов
мейоспоры образуются путем мейоза у высших растений и грибов
3) Почкование: дочерние особи формируются из выростов тела материнского организма (почек) – у кишечнополостных, дрожжей. (Если молодые особи не отделяются от материнского организма, то получается колония.)
4) Фрагментация: материнский организм делится на части, каждая часть превращается в дочерний организм. (Спирогира, кишечнополостные, морские звезды.)
5) Вегетативное размножение растений: размножение с помощью вегетативных органов.
корнями – малина
листьями – фиалка
специализированными видоизмененными побегами:
луковицами (лук)
корневищем (пырей)
клубнем (картофель)
усами (земляника)
Вегетативное размножение используется в сельском хозяйстве для точного воспроизведения всех признаков материнского организма.
3-5 способы основаны на регенерации – способности живых организмов восстанавливать повреждённые ткани и органы. Происходит за счет наличия в организме стволовых клеток, способных превращаться в любые другие клетки. У человека, например, постоянно обновляется кожа. У более простых организмов возможно восстановление целых органов.
Способы полового размножения
1) Гаметогамия: с помощью гамет
изогамия – гаметы одинаковые (хламидомонада)
анизогамия – гаметы разные (бурые водоросли)
оогамия – яйцеклетка крупная неподвижная (человек)
Гермафродит – это организм, который образует и женские, и мужские гаметы (большинство высших растений [однодомные], кишечнополостные, плоские и некоторые кольчатые черви, моллюски). Большинство гермафродитов оплодотворяется перекрестно; самооплодотворяется, например, бычий цепень.
2) Гаметангиогамия – слияние половых органов – гаметангиев (аскомицеты [сморчки]).
3) Слияние двух соматических клеток
у базидиомицетов (подберезовики) называется «соматогамия»
у зеленой водоросли спирогиры называется «конъюгация»: две нити спирогиры сближаются, образуются копуляционные мостики, содержимое одной нити перетекает в другую, получается одна нить из зигот, вторая – из пустых оболочек.
4) Конъюгация у инфузорий: две инфузории сближаются, макронуклеус разрушается, микронуклеус делится мейозом, из 4 ядер 3 разрушаются, одно делится митозом, затем инфузории обмениваются ядрами, в каждой инфузории свое ядро сливается с чужим, получается диплоидное ядро, оно делится, образуется микронуклеус и будущий макронуклеус.
5) «Девственное размножение»
партеногенез: ребенок развивается из неоплодотворенной яйцеклетки (тли, дафнии, трутни у пчел)
андрогенез: ребенок развивается из оплодотворенной яйцеклетки, имеющей только ядро сперматозоида (ядро яйцеклетки разрушается) – шелкопряд, табак, кукуруза
Половые клетки
Женские гаметы – яйцеклетки, образуются в яичниках. Отличия яйцеклеток от нормальных клеток:
одинарный набор хромосом;
запас питательных веществ для развития зародыша
очень большой размер, чтобы эмбриональное развитие происходило быстрее (во время дробления клетки только делятся, не тратят время на рост)
Мужские гаметы – сперматозоиды, образуются в семенниках (яичках). Человеческий сперматозоид состоит из головки, шейки и хвостика.
В передней части головки находится акросома (лизосома, ферменты которой переваривают оболочку яйцеклетки),
в головке находится ядро;
в шейке находится крупная спиральная митохондрия, которая обеспечивает сперматозоид энергией;
хвостик – это жгутик.
Стадии гаметогенеза (образования половых клеток):
размножение (диплоидные предшественники половых клеток делятся митозом)
рост
созревание (происходит мейоз).
При овогенезе их четырех клеток, образующихся после мейоза, только одна становится яйцеклеткой, а остальные три (редукционные, полярные, направительные тельца) получаются очень маленькие и быстро погибают. Это нужно для того, чтобы собрать всю цитоплазму и все запасные вещества в одной клетке.
При сперматогенезе после стадии созревания происходит четвертая стадия – формирование, когда клетки нормального строения превращаются в сперматозоиды.
Определение пола
Хромосомное
1) Пол зависит от наличия или отсутствия одной хромосомы.
У человека ХY – мужчина, ХХ – женщина.
У птиц гетерохромосомным полом являются самки.
2) Пол зависит от общего количества половых хромосом .
У некоторых бабочек при одной половой хромосоме получается самка, а при двух – самец.
У некоторых клопов – наоборот, одна хромосома у самцов, две у самок.
У дрозофилы имеется Y, но пол зависит от количества хромосом Х. Разница с человеком обнаруживается по мутантам ХХY и Х0.
3) У пчел и муравьев самцы образуются из неоплодотворенной яйцеклетки (партеногенез) и имеют одинарный набор хромосом, а самки имеют двойной.
|
|
|
Скачать 1.13 Mb.