Митотический коэффициент и как он определяется

Митотический индекс

Содержание

Митотический индекс (Mitotic index,MI, %) — процент делящихся клеток от общего числа проанализированных клеток. Данный индекс можно вычислить используя световой микроскоп, просчитав в поле зрения клетки с видимыми хромосомами и разделив его на общее число клеток в поле зрения.

Если вы управляете колхицином или другим лекарством — производным колхицина (например, colcemid), вы можете остановить клеточный цикл в этот момент и оставить хромосом в их видимой формы. Колхицин нарушает образование микротрубочек, которое необходимы для шпинделя волокон отдельных хромосом в анафазе.
Рост клеточной культуры происходит когда клетки проходят через интерфазу и митоз для завершения клеточного цикла. Многие клетки теряют способность делиться когда стареют или делятся реже. Другие клетки способны к быстрому делению. Например, как корни растений, клетки вблизи от кончика корня, в апикальной меристемt, делятся быстро внедряя корень в почву. Корневой чехлик определяет направление гравитации и устремляет свою вершину с интенсивно делящимися клетками вниз.

Количественное мы можем сравнить группы клеток по их способности к делению. В экспериментальных условиях мы можем изменять условия среды и количественное определить это воздействие на пролиферативную способность клеток.
Для группы клеток, редко совершающих клеточный цикл мы прогнозируем что значительная часть будет находиться в стадии покоя клеточного цикла (G1). Однако в быстро делящейся клеточной культуре мы можем ожидать увидеть большую долю клеток в стадии митотического деления. Одним из верных способов количественного анализа интенсивности деления служит митотический индекс.

Значение

Показывает интенсивность деления по наличию клеток в фазе роста (делящихся клеток). Чем выше значение, тем интенсивнее происходит процесс деления клеток и наоборот. Индекс может говорить о нормальном протекании митоза, об угнетении процесса деления клеток или, напротив, усилении митотической активности тканей. На основании этого делается заключение о митотическом или митозстимулирующем действии изучаемого фактора. [1] [2]

Формула [1]

Вычисляется по формуле:

, где (P+M+A+T) — сумма клеток, находящихся на стадии профазы, метафазы, ана- и телофазы, а N — общее число проанализированных клеток.

Данный индекс применяется при цитогенетических исследованиях фазных индексов и в различных методиках, например в ана-телофазном анализе и в Allium test.

Источник

Воспроизведение на клеточном уровне

Цель. Знать жизненный цикл клеток, процессы, протекающие в митотическом цикле и при терминальной дифференцировке. Иметь представление о механизмах регуляции клеточного цикла. Уметь определять на микропрепаратах фазы митоза и вычислять митотический коэффициент. Знать сущность и биологическое значение мейоза.

Задание для студентов

Работа 1. Клеточный цикл

Соматические клетки организма образуются в результате митоза. В дальнейшем возможны три варианта жизненного пути (цикла) клеток:

1. Клетки готовятся к делению и заканчивают свою жизнь митозом (митотический цикл).

2. Клетки дифференцируются, функционируют и погибают.

3. Клетки переходят в период G0, в котором могут находиться от нескольких часов до многих лет. При определенных условиях они могут перейти из этого периода в митотический цикл или терминальную дифференцировку.

Изучите и зарисуйте схему жизненного цикла клеток, представленную на рис. 1.

Рис. 1. Жизненный цикл клеток:

G1 — пресинтетический период; S — синтетический период; G2 — постсинтетический период;

МЦ (митотический цикл) = G1 + S + G2 + митоз;

G0 — период клеточного цикла, который включает:

• клетки пролиферативного пула медленнообновляющихся тканей;

• клетки, вышедшие из МЦ для репарации ДНК;

• клетки, не способные пройти МЦ из-за дефицита питательных веществ или факторов роста;

• резервные и стволовые клетки; n — гаплоидный набор хромосом;

c — одинарный набор ДНК

Работа 2. Удвоение хромосом и репликация ДНК у эукариот

Удвоение ДНК и хромосом происходит в S-периоде митотического цикла.

Репликация ДНК начинается одновременно во многих местах — точках инициации (рис. 2а). Происходит прикрепление комплекса ферментов («репликативная машина»), ДНК освобождается от гистонов и расплетается, образуется репликационный глазок (рис. 2б). Разделение исходных матричных и синтез новых дочерних цепей ДНК в глазке происходят одновременно в обе стороны в репликационных вилках (рис. 2в). После удвоения ДНК с ними соединяются гистоны, и хромосома становится двойной, состоящей из двух хроматид, которые соединены в области центромеры (рис. 2г).

Рис. 2а. Начало репликации ДНК в хромосоме

Рис. 2б. Образование репликационных глазков и репликационных вилок

Рис. 2в. Синтез ДНК в репликационной вилке:

1 — матричные цепи ДНК; 2 — фермент геликаза, разделяющий цепи матричной ДНК; 3 — ДСБ-белки, препятствующие воссоединению цепей ДНК; 4 — праймаза; 5 — РНК-затравка (синтезируется РНК-полимеразой — праймазой); 6 — ДНКполимераза, синтезирующая дочерние цепи; 7 — лидирующая дочерняя цепь ДНК; 8 — лигаза, соединяющая фрагменты Оказаки отстающей цепи ДНК; 9 — фрагмент Оказаки (150-200 нуклеотидов); 10 — топоизомераза

Рис. 2г. Завершение удвоения ДНК и хромосомы

Изучите схему репликации ДНК и удвоения хромосом, представленную на рис. 2а-2г. Зарисуйте рис. 2в.

Работа 3. Митоз растительных клеток

Рассмотрите под большим увеличением микроскопа микропрепарат корешка лука. Найдите клетки, находящиеся в интерфазе и разных фазах митоза. Зарисуйте и обозначьте:

I — стадии митоза: 1 — профаза;

II — интерфаза (неделящаяся клетка).

Работа 4. Митоз клеток человека

Рассмотрите под малым увеличением цитогенетический препарат лимфоцитов крови человека. Найдите клетку в стадии митоза. Переведите на большое увеличение, поставив иммерсионный объектив (х90). Рассмотрите на препарате метафазную пластинку. Обратите внимание на строение хромосом человека, их размеры, расположение центромеры, количество хроматид в метафазной хромосоме. Определите набор хромосом, найдите гомологичные хромосомы. Зарисуйте метафазные хромосомы с различным расположением центромер.

Работа 5. Определение митотического коэффициента

На микропрепаратах корешка лука посчитайте число делящихся и неделящихся клеток в нескольких полях зрения (около 1000 клеток). Определите митотический коэффициент по формуле:

МК выражается в промилле (\%о).

Работа 6. Виды тканей в зависимости от уровня клеточной пролиферации

Стабильные — все клетки находятся в состоянии необратимой дифференцировки. Гибель части клеток в течение жизни организма ведет к убыванию общего количества клеток в ткани.

Растущие — количество клеток в ткани увеличивается, так как доля клеток, идущих в митотический цикл, превышает долю клеток, идущих в дифференцировку.

Обновляющиеся — происходит размножение клеток, однако общее количество клеток остается постоянным, так как половина клеток переходит в необратимую дифференцировку и погибает.

Изучите и перепишите таблицу.

Усредненные параметры пролиферации

Быстро обновляющиеся ткани:

красный костный мозг; эпителий ротовой полости, языка, пищевода, желудка и тонкой кишки; эпидермис кожи

Медленно обновляющиеся ткани:

паренхима печени, паренхима почки

Не определяется. Скорость обновления клеток — около 6 мес

эмаль зубов, кардиомиоциты, нервная ткань

Примечание: Pc — пролиферативный пул; Т — продолжительность митотического цикла; МК — митотический коэффициент. Пролиферативный пул — доля клеток, находящихся во всех фазах митотического цикла и в пуле G0, способных к размножению.

Работа 7. Стволовые клетки. Их биологическое и медицинское значение

Стволовые клетки — это клетки, сохраняющие способность к размножению в течение всей жизни организма. В эмбриональном периоде они нужны для развития органов и тканей, в постэмбриональном — для роста организма, обновления тканей, регенерации и вегетативного размножения.

Вид стволовых клеток Характеристика Значение

Способны давать начало любому виду клеток (бластомеры на ранних этапах дробления)

С эмбриональных тотипотентных клеток начинается развитие организма при половом размножении. Соматические дают начало новым организмам при вегетативном размножении

Способны давать разные виды клеток (клетки зародышевых листков; клетки красного костного мозга)

Формирование органов и тканей развивающегося организма. Необходимы для обновления или регенерации тканей, в которых нет собственных стволовых клеток — эритроцитов и лейкоцитов, нейронов, кардиомиоцитов

При размножении образуют клетки только одного вида (эпителий ротовой полости, слюнных желез)

Источник клеток для роста, обновления и регенерации органов

Выделенные эмбриональные стволовые клетки, в которых методами генной инженерии изменен состав генов

Использование в медицине позволяет выращивать органы и ткани с заданными свойствами. Их применение для репродуктивного клонирования является источником генномодифицированных организмов

Применение стволовых клеток в медицине и стоматологии

Совершенствование методов выделения стволовых клеток, изучение факторов, регулирующих их рост и дифференцировку, открывает широкие возможности для использования таких клеток в медицине. Стволовыми клетками, взятыми из пуповинной крови или из других тканей, можно заменять собственные поврежденные клетки в любых органах, не опасаясь их отторжения. Применение эмбриональных клеток, терапевтическое клонирование и использование методов генной инженерии позволят выращивать органы и ткани и получать доступный материал для трансплантации. В настоящее время у экспериментальных животных из стволовых клеток удается получить целые зубы или их отдельные ткани (эмаль, пульпу и другие). Так, зародыши зуба, выращенные у мышей из клеток зубного сосочка, после имплантации взрослым животным вместо удаленных резцов прижились и сформировали полноценные зубы. У человека из стволовых клеток пульпы или апикального бугорка удаленных зубов мудрости удалось вырастить корни и периодонтальные связки, на основе которых восстановили (пока — с помощью обычных методов протезирования) коронку зуба. Таким образом в дальнейшем планируется получение материала для аутотрансплантации. Использование мезенхимальных стволовых клеток и композитных материалов позволило разработать имплантаты для замещения костных дефектов в челюстно-лицевой хирургии. Необходимо отметить, что в настоящее время применение стволовых клеток находится на стадии экспериментальных исследований или клинических испытаний. Их широкое внедрение в практическую медицину — дело ближайшего будущего.

Работа 8. Различные направления дифференцировки клеток ротовой полости

Изучите и зарисуйте схему 1.

Схема 1. Направления дифференцировки клеток ротовой полости Работа 9. Регуляция размножения клеток

В обновляющихся тканях постоянное количество клеток поддерживается в результате саморегуляции, осуществляемой по принципу отрицательной обратной связи. При уменьшении количества клеток включаются механизмы, активирующие протоонкогены. Индукция этих генов ведет к синтезу факторов роста, оказывающих митогенную стимуляцию на клетки, находящиеся в Go-периоде, в том числе стволовые клетки. Происходит их усиленное размножение и увеличение количества. Избыток клеток ведет к репрессии протоонкогенов и активации генов-супрессоров, отвечающих за синтез ингибиторов клеточной пролиферации. Периодические колебания числа делящихся клеток, проявляющиеся в суточных ритмах пролиферации, позволяют достичь состояния динамического равновесия — количество клеток поддерживается на том уровне, который необходим для данной ткани.

Изучите схему 2. Приведите примеры факторов роста и ингибиторов клеточного деления.

Схема 2. Саморегуляция клеточной пролиферации

Работа 10. Сравнительная характеристика нормальных клеток и клеток злокачественных опухолей

Спонтанно или при действии канцерогенных факторов могут происходить мутации протоонкогенов или генов супрессоров, регулирующих размножение клеток. Протоонкогены превращаются в онкогены, которые не реагируют на регуляторные факторы и образуют большое количество факторов роста. Повреждение генов-супрессоров не позволяет сдерживать избыточное размножение клеток — возникает опухоль. Для клеток опухоли характерна генетическая нестабильность — в них возникают новые мутации, которые еще больше нарушают регуляцию клеточной пролиферации. Доброкачественная опухоль может трансформироваться в злокачественную.

Параметры Нормальные клетки Опухолевые клетки

Осуществляется генамиактиваторами (протоонкогенами) и генами супрессорами

Трансформация протоонкогенов в онкогены; подавление геновсупрессоров

Регуляция клеточного цикла

Сбалансированная работа генов-активаторов и супрессоров поддерживает оптимальный уровень пролиферации

Нарушается: происходит прогрессивное увеличение количества клеток

Источник

Билет 1

1 Биолог сис-ма совокупность структур, объединенных выполнением единой функции; несмотря на различное происхождение отдельных элементов и их индивид черты имеющие общие морфо-функциональные особенности. Главные черты биосистемы:

1) целостность – функция каждого элемента системы определяется в большей степени структурой самой системы, в меньшей – свойствами отдельного элемента, 2) взаимоприспособляемость, синхронность работы отдельных элементов, т.е. самоорганизация биосистемы, 3) самовоспроизведение отдельных элементов системы, 4) периодичность в развитии и функционировании – биоритмы, критические периоды. Пример в экологии – биогеоциноз, в медицине, физиологии – пищеварительная система, сердечно-сосудистая система, и др.

2. Хар-ка уровня клеточной пролиферации:

1) Стабильные – все клетки находятся в состоянии необратимой дифференцировки

2) Растущие – кол-во клеток в тканях увеличивается т.к. доля клеток, идущих в митотический цикл превышает долю клеток идущих на дифференцировку

3) Обновляющиеся – происходит размножение клеток, однако общее кол-во клеток остается постоянным т.к. половина уходит в дифференцировку

Индекс Хейлика или митотический коэффициент (ск. раз клетка может делиться)

Мейоз состоит из двух последовательных делений ядра и ко­роткой интерфазы между ними.

Первое деление состоит из:

профазы I, метафазы I, анафазы 1 и телофазы I

В профазе парные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, подходят друг к другу. Этот процесс называют конъюгацией гомологичных хромосом. Хромосомы перекрещива­ются — кроссинговер, образуя мостики — хиазмы, затем обмени­ваются участками. При кроссинговере осуществляется пере­комбинация генов.

В метафазе I объединенные пары гомологичных хромо­сом биваленты, располагаются по экватору клетки; к цент­ромерам каждой из хромосом прикрепляются нити верете­на деления.

В анафазе I к полюсам клетки расходятся двухроматидные хромосомы; при этом число хромосом у каждого полюса ста­новится вдвое меньше, чем в материнской клетке.

Затем происходит телофаза, в которой образуются две клетки с гаплоидным числом двухроматидные хромосом.

После телофазы I следует короткая интерфаза (в некоторых случаях телофаза I и интерфаза отсутствуют). В интерфазе меж­ду двумя делениями мейоза удвоения хромосом не происходит, так как каждая хромосома уже состоит из двух хроматид.

Второе деление мейоза отличается от митоза только тем, что в нем участвуют клетки с гаплоидным набором хромосом; во втором делении иногда отсутствует профаза II

В метафазе II двухроматидные хромосомы располагаются по экватору (процесс идет одновременно в двух дочерних клетках).

В анафазе II к полюсам отходят уже однохроматидные хро­мосомы (сестринские хроматиды).

В телофазе II в четырех дочерних клетках формируются ядра и перегородки. В результате второго деления мейоза образуют­ся четыре клетки с гаплоидным набором хромосом (lnlc).

Биологическое значение мейоза состоит в том, что в обра­зующихся клетках создается гаплоидный набор хромосом и условия для наследственной изменчивости за счет кроссинговера и вероятности расхождения хромосом

Зачем нужен:Поддержка постоянного числа хромосом. Обеспечение механизмов изменчивости в результате кроссинговера и появления разнообразных комбинаций генов, возникающих при оплодотворении

1. Уровни организации жизни:

Молекулярный, Клеточный, Тканевой, Органный, Системный, Организменный, Биогеоценотический, Ноосфера

2. Ген – наследственный фактор. Функционально не делимая единица генетич. материала, участок молекулы ДНК, кодирующий первичную стр-ру полипептида молекулы Т-РКК (Р-РНК) или взаимодействующим с регуляторным белком. Совокупность генов – генотип.

Генетический код: Свойственная живым орг-ма единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых к-т в виде последовательности нуклеотидов. Определяет последовательность включения аминокислот в синтезирующуюся цепь в соответствии с последовательностью нуклеотидов ДНК гена.

3. ХРОМОСОМЫ (от хромо. и сома), ор­ганоиды клеточного ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследств, свойства клеток и организмов. Способны к самовоспроизведению, обладают структурной и функциональной индивидуальностью и сохраняют её в ря­ду поколений. Основу X. состав­ляет одна непрерывная двухцепочечная молекула ДНК (в X. ок. 99% ДНК клет­ки), связанная с белками (гистонами и др.) в нуклеопротеид. Строением моле­кулы ДНК, её генетич. кодом обеспечи­вается запись наследств, информации в X., белки (в X. высших растений и жи­вотных их содержится до 65% ) принима­ют участие в сложной упаковке ДНК в X. и регуляции её способности к синтезу РНК — транскрипции. В процес­се функционирования X. претерпевают структурно-морфологич. преобразования, в основе к-рых лежит процесс спира-лизации — деспирализации структурных субъединиц X.— хромонем. На стадии метафазы деления клеток спирализованные (плотноупакованные) X. хорошо различимы в световом микроскопе. Каж­дая X. состоит из двух продольных ко­пий — хроматид, образовавшихся в хо­де редупликации и скреплённых центро­мерой. В клетках тела двуполых живот­ных и растений каждая X. представлена двумя т. н. гомологичными X., происхо­дящими одна от материнского, а другая от отцовского организма. Половые клет­ки, образовавшиеся в результате мейоза, содержат только одну из двух гомологичных Х. Число X. сильно варьирует: от двух до нескольких сотен X. составляют хромосомные наборы (см. Kapuomun) раз- во,ных видов. Каждый вид организмов обладает характерным и постоянным набором хромосом в клетке, закреплённым в эволюции данного вида, а его изменения происходят только в результате мутаций. В кариотипе различают неполовые X., аутосомы, ядрышкообразующие X.; у нек-рых видов могут существовать добавочные X., число к-рых непостоянно и к-рые не содержат генов, свойственных данному виду. В процессе развития многоклеточных организмов X. (Могут приобретать своеобразную форму и в нек-рых случаях имеют спец. назв., напр., политенные X. типа ламповых Не
щёток и др. К генетич. аппарату бактерий и вирусов (они содержат обычно Х одну линейную или кольцевую X., к-рая не имеет надмолекулярной укладки и не отделена от цитоплазмы ядерной оболоккой) понятие X. примерно условно, т. к.
оно сформировалось при изучении X. эукариот и подразумевает наличие в X. не только комплекса биополимеров, но и X.
специфич. надмолекулярной структуры.

4. ТРАНСЛЯЦИЯ синтез полипептидных цепей белков по матрице информационной РНК согласно генетич. коду; второй этап реализации генетич. информации в жи­вее клетках. В процессе Т. информация о специфич. строении будущего белка, записанная в виде последовательности нуклеатидов в молекулах иРНК, переводится с нуклеотидного кода в определенную последовательность аминокислот в синтезируемых белках. Осуществляется сложным макромолекулярным комплексом, состоящим кроме иРНК из рибосом, транспортных РНК (тРНК), аминацитил-тРНК-синтеза, белков фактора инициации (начала), элонгации (удлинения, или наращивания, полипептида) термпнации (окончания) Т. и др. Аминокислоты доставляются в рибосомы тРНК. На этапе инициации Т. меньшая субъединица рибосомы, инициаторная (у бактерий формилметиониловая) тРНК и факторы инициации «узнают» кодон-инициатор у 5′-конца иРНК. После этого присоединяется большая субъединица рибосомы и в ней начинается синтез белка, к-рый происходит в 3 этапа: присоединение тРНК, образование пептидной связи и продвижение рибосомы на три нуклеотида — транслокация, после чего весь цикл повторяется. При узнавании кодонов терминаторов белковые факторы терминации катализируют освобождение полипептидной цепи от рибосомы. При синтезе белка иРНК входит в состав полирибосомы (на ней одновременно ведут синтез от неск. До 100 рибосом).

У прокариот полирибо­сомы образуются в ходе транскрипции, на иРНК, ещё связанной с ДНК.

У эукариот синтез белка ограничен цитоплазмой.

Клетка — элементарная живая система.

Существуют эволюционно неклеточные организмы (вирусы), но они (как паразиты) могут размножаться только в клетках. Различные клетки различаются и по строению, и по величине, и по функциям.

клетка — основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого;

клетки всех одноклеточных и многоклеточных организ­мов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям процессов жизнедеятельности и обмену веществ;

размножение клеток происходит путем их деления, и каж­дая новая клетка образуется в результате деления исходной (ма­теринской) клетки;

4) в сложных многоклеточных организмах клетки специа­лизированны по выполняемой ими функции и образуют тка­ни; из/тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

3. РЕПЛИКАЦИЯ редупликация, ауторепликация, процесс самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых к-т, обеспечивающий точное копи­рование генетич. информации и переда­чу её от поколения к поколению. В основе механизма Р. лежит ферментативный син­тез ДНК на матрице ДНК или РНК на матрице РНК. Важное место среди фер­ментов Р. занимает ДНК-зависимая ДНК-полимераза, ведущая синтез со скоростью около 1000 нуклеотидов в секун­ду (у бактерий). Р. ДНК полуконсерва­тивна,

т. е. при синтезе двух дочерних молекул ДНК каждая из них содержит одну «старую» и одну «новую» цепочку. Единица Р.— репликой. фрагменты, синтезируемые в ходе Р., на одной («от­стающей») цепи «сшиваются» ферментом ДНК-лигазой. При инициации каждого фрагмента синтезируется короткий учас­ток РНК, к-рый потом заменяется ДНК. Р. ДНК in vivo — очень точный процесс. Частота ошибок, приводящих к спонтан­ным точковым мутациям, не превышает 10

9 на нуклеотид на поколение. В Р. участвуют белки, расплетающие двойную спираль ДНК, стабилизирующие распле­тённые участки, предотвращающие запу­тывание молекул. Р. ДНК у эукариот происходит медленнее (ок. 100 нуклеоти­дов в секунду), но одновременно во мн. точках одной молекулы ДНК. Р. РНК ограничена узким кругом РНК, содержащих вирусов. Р. наз. также удвоение хро­мосом, в основе к-рого лежит Р. ДНК.

4. ИНДУКЦИЯ (от лат. inductio — побуж­дение, наведение) в физиологии, термин, используемый для обозначения возбуждающих и тормозящих взаимо­влияний нервных центров. Явление И. характерно для всех отделов нервной системы. В эмбриологии И.— взаимодейст­вие между частями развивающегося организма у ми беспозвоночных и всех хордовых, в процессе к-рого одна часть — индуктор, приходя в контакт с другой частью — реагирующей системой, опре­деляет направление развития последней.

Явление И. открыто в 1901 X. Шпеманом при изучении образования зачатка хрусталика глаза из эктодермального эпителия у зародышей земноводных. Поз­же он показал, что и для образования у этих животных нервной пластинки из эктодермы гаструлы необходим контакт эктодермы с хордомезодермой. Это взаимодействие наз. первичной эмбриональной И., а индуктор — материал спинной гу­бы бластопора — организатором. В эксперименте было показано, что реа­гирующая система, дифференцируясь под влиянием индуктора, часто сама стано­вится индуктором для возникающих поз­же зачатков органов и тканей и всё развитие зародыша представляет собой как бы цепь следующих друг за другом ин­дукционных взаимодействий. В ряде случаев установлено не только воздей­ствие индуктора на реагирующую систе­му, но и влияние последней на дальней­шую дифференцировку индуктора. Для осуществления И. необходимо, чтобы клетки, подвергающиеся действию индуктора, обладали соответствующей компетенцией. Действие индукторов, как правило, лишено видовой специфичности. Органоспецифич. действие собств. ин­дукторов может быть в эксперименте заменено действием ряда органов и тка­ней зародышей старшего возраста и взрос­лых животных (чужеродные, или гетеро­генные, индукторы) или выделенными из них химич. веществами — индуцирую­щими факторами (напр., из туловищных отделов 9—11-дневных куриных зароды­шей выделен т. н. вегетализующий фак­тор — белок с мол. м. ок. 30 000, вызы­вающий в компетентной эктодерме гаст­рулы земноводных образование энтодер­мы и вторично — хорды, мышц и др. про­изводных мезодермы). Действие индук­торов может быть имитировано обработ­кой клеток компетентной ткани более простыми химич. соединениями, (солями натрия и лития, сахарозой), а также нек-рыми повреждающими клет­ки воздействиями; по-видимому, при этом в клетках высвобождаются собств. индуцирующие факторы, находившиеся в них в связанном состоянии. Такую И. иногда наз. эвокацией, а индуцирующие стимулы — э в о к а т о р а м и. Часто термины «И.» и «индукторы» исполь­зуют для обозначения более широкого круга явлений и говорят об И. дифференцировки органов и тканей животных и растений гормонами, факторами внеш. среды (свет, темп-pa и др.), называя эти внутр. и внеш. факторы индукторами.

2. Жизненный цикл клеток – период существования от образования клетки до ее собственного деления или гибели:фаза деления, фаза роста, фаза покоя, фаза специализации или дифференциации, фаза зрелости, фаза старения, деление или гибель.

Интерфаза состоит из трех периодов.

пресинтетический период (G1), который начинается сра­зу же за завершением предыдущего митоза. В этот период в
клетке синтезируются РНК и белки, образуется достаточноечисло органоидов, клетка растет. Количество генетического ма­териала в клетке не меняется. Число хромосом в клетке равно двойному, гаплоидному (2п), но каждая хромосома все еще
состоит из одной хроматиды, то есть из одной молекулы ДНК.Таким образом, формула клетки в этот период — 2п2с;

синтетический период (S) характеризуется тем, что про­исходит удвоение молекул ДНК, и к концу этого периода каж­дая хромосома состоит из двух одинаковых хроматид, а значит, из двух абсолютно одинаковых молекул ДНК. Таким образом,
формула клетки становится: 2п4с;в течение постсинтетического периода (G2) происходит подготовка клетки к делению: синтезируются белки, необхо­ ёдимые для образования веретена деления и для формирования хромосом; запасается АТФ. Формула клетки не меняется, оста­ ваясь 2п4с.

Непосредственно процесс деления клетки подразделяют на четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу В профазе происходит спирализация хромосом. Оболочка ядра разрушается. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется веретено деления — 2п4с.

В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом — 2п4с.

В анафазе центромеры делятся, и хроматиды хромосом рас­ходятся к полюсам клетки за счет укорочения нитей веретена деления. Формула клетки становится 4п4с.

Биологическое значение митоза в том, что в итоге его об­разуются две клетки с совершенно одинаковой наследственной информацией. Митоз позволяет увеличивать число клеток в организме, обеспечивая рост, вегетативное размножение, ре­генерацию и заживление повреждений тела.

Дифференцировка – возникновение различий между однородными клетками и тканями в ходе развития особи, приводящие к формированию специализированных клеток, органов и тканей, т.е. приобретаются хим., морфологические и функцион. Особенности. Например мезодерма – нефротом – эпителий почек и семявыносящих путей. Гл факторы – различия цитоплазмы ранних эмбриональных клеток и специфические влияния соседних клеток – индукция. Молек-ген основа диф-ки – активность специф. для каждого вида ткани генов. Экспрессия гена в признак – сложный этапный процесс. Виды – обратимая и необратимая.

Регуляция пролиферации и дифференцировки клеток: геномная, внутриклеточные и тканевые регуляторы (фактор роста нервов, др), индукция клеточная и частей органов, целых органови частей системы друг на друга, гормоны. Мутации как сбой регуляции.

1.Биол мембрана. – важная роль в компартментации. Функции: барьерная, регуляция и избирательная проницаемость веществ, раздел гидрофильной и гидрофобной поверхности с размещением на границе ферментных комплексов, рецепторная роль включений в мембрану, структурная. Функциональная специализация мембран клетки из-за отличия молекулярного состава. Молекулярная организация – бимолекулярный слой липидов, гидрофобные участки обращены друг к другу, гидрофильные – на поверхности слоя. Белковые молекулы встроены в слой или размещены на его поверхностях. Сложные структуры – гликопротеиды. Металлопротеиды. Глико-липиды как компоненты мембран, обеспечивающие специализацию.

4. Жизненный цикл клеток – период существования от образования клетки до ее собственного деления или гибели:фаза деления, фаза роста, фаза покоя, фаза специализации или дифференциации, фаза зрелости, фаза старения, деление или гибель.

Функция хромосом заключается в контроле над всеми про­цессами жизнедеятельности клетки. Хромосомы служат носи­телями генов, то есть носителями генетической информации.

Цитоплазма — живое содержимое клетки, состоит из мембран и органоидов (ЭПС, рибосом, митохондрий, пластид, аппарата Гольджи, лизосом, центриолей и др.). Пространство между ними заполнено коллоидным раствором — гиалоплазмой. Снаружи цитоплазма ограничена клеточной мембраной (плазмалеммой), внутри — мембраной ядерной оболочки. У растительных клеток имеется еще и внутренняя пограничная мембрана, отделяющая клеточный сок и образующая вакуоль.

Цитоплазма содержит большое количество воды с растворен­ными в ней солями и органические вещества. Цитоплазма — это среда для внутриклеточных физиологических и биохимических процессов. Она способна к движению: круговому, струйчатому, ресничному.

Плазмалемма — это биологическая клеточная мембрана, ок­ружающая цитоплазму (рис. 4. 15). В основе ее строения лежит двойной слой липидов — водонерастворимых молекул, имеющих полярные «головки» и длинные неполярные «хвосты», представленные цепями жирных кислот; больше всего в мембранах представлены фосфолипиды, в головках которых содержатся остатки фосфорной кислоты. Хвосты липидных молекул обра­щены друг к другу, полярные головки смотрят наружу, образуя гидрофильную поверхность. С заряженными головками соеди­няются белки (их называют «периферические мембранные бел­ки»). Другие белковые молекулы могут быть погружены в слой липидов за счет взаимодействия с их неполярными хвостами. Часть белков пронизывает мембрану насквозь, образуя каналы или поры. У некоторых клеток мембрана является единствен­ной структурой, служащей оболочкой, у других клеток поверх мембраны имеется дополнительная клеточная стенка (напри­мер, целлюлозная оболочка у растительных клеток). Животные клетки снаружи от мембраны бывают покрыты тонким слоем, состоящим из белков и полисахаридов — гликокаликсом.

Клеточная мембрана выполняет множество важных функ­ций, от которых зависит жизнедеятельность клеток:

образует барьер между внутренним содержимым клетки и внешней средой;

обеспечивает обмен веществ между цитоплазмой и внешней
средой, из которой в клетку через мембрану поступают вода,
ионы, неорганические и органические молекулы, а во внеш­
нюю среду через мембрану выводятся продукты обмена и
вещества, синтезированные в клетке; транспорт веществ че­
рез мембрану осуществляется разными способами: крупные
молекулы биополимеров поступают через мембрану благо­
даря фагоцитозу, явлению, впервые описанному И. И. Меч­
никовым, а процесс захвата и поглощения капелек жидко­
сти происходит путем пиноцитоза;

• несет большое число рецепторов — специальных белков,
роль которых заключается в передаче сигналов внутрь клетки.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС), или эндоплазматический

ретикулум (ЭПР), — это сеть каналов, пронизывающая всю цитоплазму. Стенки этих каналов представляют собой мембра­ны, контактирующие со всеми органоидами клетки. ЭПС и орга­ноиды вместе составляют единую внутриклеточную систему, которая осуществляет обмен веществ и энергии в клетке и обеспечивает внутриклеточный транспорт веществ.

Различают гладкую и гранулярную ЭПС. Гранулярная (ше­роховатая) ЭПС состоит из мембранных мешочков (цистерн), покрытых рибосомами, благодаря чему она кажется шерохова­той. Гладкая ЭПС лишена рибосом, ее строение ближе к труб­чатому типу. На рибосомах гранулярной сети синтезируются белки, которые затем поступают внутрь каналов ЭПС, где и

приобретают третичную структуру. На мембранах гладкой ЭПС синтезируются липиды и углеводы, которые также поступают внутрь каналов ЭПС.

ЭПС выполняет функции:

•участвует в синтезе органических веществ;
•транспортирует синтезированные вещества в комплекс

•разделяет клетку на отсеки.

ЭПС имеется во всех клетках, исключая бактериальные и эритроциты. Она составляет от 30 до 50% объема клетки.

Комплекс Гольджи — это сложная сеть полостей, трубочек и пузырьков вокруг ядра. Состоит из трех основных компонен­тов: группы мембранных полостей, системы трубочек, отходя­щих от полостей и пузырьков на концах трубочек. Функции комплекса Гольджи:

в его полостях накапливаются вещества, которые синтези­
руются и транспортируются по ЭПС;

здесь вещества подвергаются химическим изменениям;

модифицированные вещества упаковываются в мембран­
ные пузырьки, которые выбрасываются клеткой в виде сек­
ретов:

пузырьки используются клеткой в качестве лизосом.
Лизосомы — это небольшие пузырьки диаметром примерно

1 мкм, ограниченные мембраной и содержащие комплекс фер­ментов, который обеспечивает расщепление жиров, углеводов и белков. Они участвуют в переваривании частиц, попавших в клетку в результате эндоцитоза, и в удалении отмирающих ор­ганов (например, хвоста у головастиков), клеток и органоидов. При голодании лизосомы растворяют некоторые органоиды, не убивая при этом клетку. Образование лизосом идет в комплексе Гольджи.

Митохондрии — внутриклеточные органоиды, оболочка ко­торых состоит из двух мембран (рис. 4. 16).

Наружная мембрана гладкая, внутренняя образует выросты, называемые кристами. Внутри митохондрии находится полу­жидкий матрикс, который содержит РНК, ДНК, белки, липи­ды, углеводы, ферменты, АТФ и другие вещества. В матриксе тоже есть рибосомы. Число митохондрий зависит от вида клет­ки. Митохондрии могут быть спиральными, округлыми, вытя­нутыми, чашевидными, а также могут менять форму.

Функции митохондрий связаны с тем, что на внутренней мембране находятся ферменты дыхательные и синтеза АТФ. Благодаря этому митохондрии обеспечивают и клеточное ды­хание, и синтез АТФ.

Митохондрии могут сами синтезировать белки, так как в них есть собственные ДНК, РНК и рибосомы. Размножают­ся митохондрии делением надвое.

Хлоропласты относят к пластидам, то есть органоидам, при­сущим только растительным клеткам. Это зеленые пластинки, диаметром 3—4 мкм, имеющие овальную форму. Хлоропласты, как и митохондрии, имеют наружную и внутреннюю мембра­ны (рис. 4. 17).

Внутренняя мембрана образует выросты — тилакоиды, ти-лакоиды образуют стопки — граны, которые объединяются друг с другом внутренней мембраной. В одном хлоропласте может быть несколько десятков гран. В мембранах тилакоидов нахо­дится хлорофилл, а в промежутках между гранами в матриксе (строме) хлоропласта находятся рибосомы, РНК и ДНК. На ри­босомах хлоропластов, как и на рибосомах митохондрий, идет синтез белков.

Хлоропласты, как и митохондрии, размножаются делением. Таким образом, в морфологической и функциональной орга­низации митохондрий и хлоропластов есть общие черты. Основ­ная характеристика, объединяющая эти органоиды, состоит в том, что они имеют собственную генетическую информацию и синтезируют собственные белки.

Перед делением центриоли расходятся к противоположным полюсам клетки, и возле каждой из них возникает дочерняя центриоль. От центриолей протягиваются микротрубочки, ко­торые образуют митотическое веретено деления. Часть нитей веретена прикрепляется к хромосомам. Формирование нитей веретена происходит в профазе.

Рибосомы — это субмикроскопические органоиды диаметром 15—35 нм, которые были открыты во всех клетках с помощью электронного микроскопа. В каждой клетке может быть не­сколько тысяч рибосом. Большая их часть образуется в ядрыш­ке ядра в виде субъединиц (большой и малой) и затем перехо­дит в цитоплазму. Мембран не имеют. В состав рибосом входят р-РНК и белки.

На рибосомах идет синтез белков. Большая часть белков синтезируется на шероховатой ЭПС; частично синтез белков идет на рибосомах, находящихся в цитоплазме в свободном состоянии. Группы из нескольких десятков рибосом образуют полисомы.ров, а также кристаллические включения (органические крис­таллы, которые могут образовывать в клетках белки, вирусы, соли щавелевой кислоты и т. д. и неорганические кристаллы, образованные солями кальция). В отличие от органоидов, эти включения не имеют мембран или элементов цитоскелета и пе­риодически синтезируются и расходуются.К клеточным органоидам движения относят реснички и жгутики — это выросты мемб­раны диаметром около 0,25 мкм, содержащие в середине микротрубочки. Такие органо­иды имеются у многих клеток: у простейших, у одноклеточных водорослей, у зооспор, у спер­матозоидов, в клетках тканей многоклеточных животных, на­пример в дыхательном эпите­лии для продвижения слизи.

Клеточные включения — это непостоянные структуры клет­ки. К ним относятся капли и зерна белков, углеводов, жиров

2. процессинг –совокупность реакций, ведущих к превращению продуктов транскрипции и трансляции в функционирующие молекулыю Ему подвергаются предшественники тРНК, р РНК, м РНК и мню белков. Сущность процессинга у эукариот в изменении первичного транскрипта, удалении из него некодирующих концевых интронных участков с последующим соединением (сплайсингом) кодирующих последовательностей (экзонов). Процессинг происходит в ядре. В отличие от эукариот прокариотические гены целиком состоят из нукоеотидных последовательностей, участвующих в кодировании информации, в связи ч с чем, сразу после транскрипции РНК могут выполнять роль матриц для трансляции. Процессинг у прокариот требуется очень редко.

Интерфаза состоит из трех периодов.

пресинтетический период (G1), который начинается сра­зу же за завершением предыдущего митоза. В этот период в
клетке синтезируются РНК и белки, образуется достаточноечисло органоидов, клетка растет. Количество генетического ма­териала в клетке не меняется. Число хромосом в клетке равно двойному, гаплоидному (2п), но каждая хромосома все еще
состоит из одной хроматиды, то есть из одной молекулы ДНК.Таким образом, формула клетки в этот период — 2п2с;

синтетический период (S) характеризуется тем, что про­исходит удвоение молекул ДНК, и к концу этого периода каж­дая хромосома состоит из двух одинаковых хроматид, а значит, из двух абсолютно одинаковых молекул ДНК. Таким образом,
формула клетки становится: 2п4с;в течение постсинтетического периода (G2) происходит подготовка клетки к делению: синтезируются белки, необхо­ ёдимые для образования веретена деления и для формирования хромосом; запасается АТФ. Формула клетки не меняется, оста­ ваясь 2п4с.

Непосредственно процесс деления клетки подразделяют на четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу В профазе происходит спирализация хромосом. Оболочка ядра разрушается. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется веретено деления — 2п4с.

В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом — 2п4с.

В анафазе центромеры делятся, и хроматиды хромосом рас­ходятся к полюсам клетки за счет укорочения нитей веретена деления. Формула клетки становится 4п4с.

Биологическое значение митоза в том, что в итоге его об­разуются две клетки с совершенно одинаковой наследственной информацией. Митоз позволяет увеличивать число клеток в организме, обеспечивая рост, вегетативное размножение, ре­генерацию и заживление повреждений тела.

4. митоз у разл. Видов организмов.В основе самовоспроизведения организмов, размножающихся бесполым путем лежит митоз, обеспечивающий сохранение постоянства структуры наследственного материала. Митоз – способ получения клеточных линий млекопитающих.

Содержание воды выше в клетках с интенсивным обменом веществ. В клетках эмбрионов млекопитающих до 85% воды, а в клетках старческого организма — 65%. Различается содер­жание воды и в клетках различных тканей, например в клет­ках мозга воды не менее 80%, а в клетках костной ткани — не более 20%. Вода выполняет в клетке целый ряд функций: растворяет вещества, что дает возможность протекания хи­мических реакций; все реакции в клетке происходят в ра­створах;

•является участником многих химических реакций, происхо­дящих в клетках (например, фотосинтеза);

придает клеткам упругость; обеспечивает процесс теплового равновесия клетки и целого организма;

•обеспечивает транспорт веществ от клетки к клетке.
Минеральные соли, и отдельные химические элементы уча­ствуют во всех реакциях, происходящих в живых клетках. Чаще всего они входят в состав небелковой части молекул ферментов под названием коферментов.

Белки — это гетерополимеры, состоящие из 20 различных мономеров — природных альфа-аминокислот, то есть нерегу­лярные полимеры.

Общее строение аминокислоты может быть представлено следующим образом:

Аминокислоты в белке связаны пептидной связью:

Аминокислоты разделяют на заменимые, которые синтези­руются в самом организме, и незаменимые, которые животный организм получает с пищей.

Среди белков различают протеины, которые состоят только из аминокислот, и протеиды, содержащие небелковую часть (например, гемоглобин состоит из белка — глобина и порфи-рина — гема).

В строении молекулы белка различают первичную структу­ру — последовательность аминокислотных остатков; вторичную — как правило, это спиральная структура (альфа-спираль), кото­рая удерживается множеством водородных связей, возникающих между находящимся близко друг от друга С=О и NH-группами. Другой тип вторичной структуры — бета-слой, или складчатый слой — это две параллельные полипептидные цепи, связанные водородными связями, перпендикулярными цепям.

Третичная структура белковой молекулы — это простран­ственная конфигурация, напоминающая компактную глобулу. Она поддерживается ионными, водородными и дисульфидны-ми (S-S) связями, а также гидрофобным взаимодействием. Четвертичная структура образуется при взаимодействии не­скольких глобул, например, молекула гемоглобина состоит из четырех таких субъединиц.

Утрату белковой молекулой своей структуры называют дена­турацией. Она может быть вызвана температурой, обезвожива­нием, облучением и другими факторами. Если при денатурации первичная структура не нарушается, то при восстановлении нормальных условий полностью воссоздается пространствен­ная структура белка.

Функции белка в клетке и целом организме:

структурно-строительная — входят в состав мембран и орга­ноидов клетки;

ферментативная — биологические катализаторы (ферменты) в подавляющем большинстве белки, способные ускорять скорость течения реакций в клетке в 10″ раз;

•двигательная — движение внутри клетки обеспечивается белками цитоскелета, а движение большинства организмов происходит благодаря белкам актина и миозина;

•транспортная — многие вещества транспортируются при уча­стии белков-носителей: гемоглобин переносит кислород, инсулин участвует в транспорте глюкозы из крови в клетки;

защитная — антитела являются белками; белки участвуют в реакции свертывания крови;

регуляторная — многие гормоны и медиаторы имеют белко­вую природу;

энергетическая — в крайних случаях белки могут служить источником энергии: распад 1 г белков приводит к выделе­нию 17,6 кДж энергии.

Углеводы — органические соединения, в состав которых вхо­дят водород, углерод и кислород. Образуются из воды и угле­кислого газа в процессе фотосинтеза в хлоропластах зеленых растений (у бактерий в процессе бактериального фотосинтеза или хемосинтеза).

Различают моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза, ри-боза, дезоксирибоза и др.), дисахариды (сахароза, мальтоза и др.) и полисахариды (крахмал, клетчатка, гликоген, хитин и др.).

Функции углеводов: энергетическая — углеводы являются основным источником энергии для большинства клеток: при распаде 1 г глюкозы выделяется 17,6 кДж энергии; структурно-строительная — углеводы входят в состав клеточ­ной стенки растений (целлюлоза), образуют внешний ске­лет насекомых (хитин), входят в состав АТФ, ДНК, РНК;

•запасающая — запасными питательными веществами служат у растений крахмал, а у животных и грибов — гликоген.
Жиры и липоиды относятся к группе неполярных органиче­ских соединений, то есть являются гидрофобными веществами. Жиры — это триглицериды высших жирных кислот, липоиды — большой класс органических веществ с гидрофобными свойства­ ми (например, холестерин). К липидам относят фосфолипиды (в их молекуле один или два остатка жирных кислот замеще­ны группами, содержащими фосфор, а иногда также азот) и
стероиды (в основе их структуры лежат 4 углеродных кольца).

энергетическая — при распаде 1 г жира выделяется 38,9 кДж
энергии;

структурно-строительная — липиды являются основой стро­
ения всех биологических мембран;

источник эндогенной воды — при окислении 1 г жиров выг
деляется 1,1 г воды;

регуляторная — являются источником для синтеза некото­
рых гормонов;

запасающая — откладываются в клетках и тканях как потен­
циальный источник энергии;

•защитная — играют термо- и гидрозащитную роль в организ­мах ряда животных.

1+2ДНК(дезоксирибонуклеиновая кислота) — это молекула, со­стоящая из двух спирально закрученных полинуклеотидных цепей. ДНК образует правую спираль, шириной примерно 20 ангстрем, длиной несколько сотен микрон и молекуляр­ной массой 107 дальтон. Структура ДНК была расшифрована Д. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 г. Мономером ДНК является нуклеотид, состоящий из азотистого основания (аденина (А), цитозина (Ц), тимина (Т) или гуанина (Г)), пентозы (дезокси-рибозы) и фосфата (рис. 4. 20).

Нуклеотиды соединяются в цепь за счет остатков фосфор­ной кислоты, расположенных между пентозами; в полинуклеотиде может быть до 30 000 нуклеотидов. Последовательность нуклеотидов одной цепи комплементарна, то есть соответству­ет последовательности в другой цепи. Между комплементарны­ми азотистыми основаниями образуются водородные связи: по две между А и Т и по три между Г и Ц.

ДНК содержится в основном в ядре; к внеядерным формам ДНК относятся митохондриальная и пластидная. Функции ДНК — носительство наследственной информации.

Перед делением клетки происходит удвоение ДНК для того, чтобы обеспечить нормальный набор генов в обеих образую­щихся клетках.

Удвоение ДНК получило название редупликации. При редуп­ликации водородные связи между комплементарными азоти­стыми основаниями аденином — тимином и гуанином — цитозином разрываются специальным ферментом. Нити, составляющие двойную спираль ДНК, расходятся, и к каждому нуклеотиду обе­их нитей последовательно подстраиваются комплементарные нуклеотиды. Подстраивающиеся нуклеотиды соединяются в две нити ДНК, каждая из которых представляет копию разошед­шихся нитей ДНК. Таким образом, в результате редупликации вера. Аминокислота прикрепляется к акцепторному участку т-РНК, который находится на «черешке листа». Противо­положный конец т-РНК (на «верхушке листа») называется антикодон. Этот триплет различается у различных т-РНК и определяет аминокислоту, которую переносит данная т-РНК. Существует более 20 видов т-РНК;

•рРНК — рибосомалъная, входящая в состав рибосом;
•митохондриальная РНК и др.

АТФ — это аденозинтрифосфорная кислота, нуклеотид, от­носящийся к группе нуклеиновых кислот. Концентрация АТФ в клетке мала (0,04%; в скелетных мышцах 0,5%). Молекула АТФ состоит из аденина, рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. При гидролизе остатка фосфорной кислоты выделя­ется энергия: АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + 40 кДж/моль.

Связь между остатками фосфорной кислоты макроэргическая: при ее расщеплении выделяется примерно в 4 раза больше энер­гии, чем при расщеплении других связей. Энергию АТФ клетка использует в процессах биосинтеза, при движении, при произ­водстве тепла, при проведении нервных импульсов, в процессе фотосинтеза и др. АТФ служит универсальным аккумулятором энергии в живых организмах.

3. Особенности регуляции генов у эукариот: 1)нет оперонной организации генов.2) Гены, определяющие синтез ферментов рассеяны в геноме. 3)Регуляция транскрипции является комбинационной, т.е. активность каждого гена регулируется большим числом генов-регуляторов. (промотор и энхансер) 4)белки-регуляторы контролируют транскрипцию генов, кодирующих другие белки-регуляторы 5)гормоны – индукторы транскрипции 6) процесс компактизации и декомпактизации хроматина 7) обратная связь между процессингом, сплайсингом и экзон-интронной организацией генов – например изменение схемы сплайсинга при синтезе антител

Клетка — элементарная живая система.

Существуют эволюционно неклеточные организмы (вирусы), но они (как паразиты) могут размножаться только в клетках. Различные клетки различаются и по строению, и по величине, и по функциям.

клетка — основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого;

клетки всех одноклеточных и многоклеточных организ­мов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям процессов жизнедеятельности и обмену веществ;

размножение клеток происходит путем их деления, и каж­дая новая клетка образуется в результате деления исходной (ма­теринской) клетки;

4) в сложных многоклеточных организмах клетки специа­лизированны по выполняемой ими функции и образуют тка­ни; из/тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

4. регуляция синтеза белка путем индукции начало синтеза или фаза инициации катализируется ферментами, факторами инициации. После окончания образования комплекса рибосома мРНК, они отделяются от рибосомы.

Завершение синтеза связано с узнаванием специфическим рибосомным белком одного из терминирующих кодонов (УАА, УАГ, УГА) При этом к последней аминокислоте в цепи присоединяется вода и завершенная пептидная цепь теряет связь с рибосомой.

1. Гипотезы происхождения эукариотов : этап эволюции1.5 млрд лет назад, первоначально – одноклеточные, потом – многоклеточные, органеллы, напр митохондрии – от внутриклеточных аэробных симбионтов.

2. процессинг –совокупность реакций, ведущих к превращению продуктов транскрипции и трансляции в функционирующие молекулыю Ему подвергаются предшественники тРНК, р РНК, м РНК и мню белков. Сущность процессинга у эукариот в изменении первичного транскрипта, удалении из него некодирующих концевых интронных участков с последующим соединением (сплайсингом) кодирующих последовательностей (экзонов). Процессинг происходит в ядре. В отличие от эукариот прокариотические гены целиком состоят из нукоеотидных последовательностей, участвующих в кодировании информации, в связи ч с чем, сразу после транскрипции РНК могут выполнять роль матриц для трансляции. Процессинг у прокариот требуется очень редко.

3. Ген – наследственный фактор. Функционально не делимая единица генетич. материала, участок молекулы ДНК, кодирующий первичную стр-ру полипептида молекулы Т-РКК (Р-РНК) или взаимодействующим с регуляторным белком. Совокупность генов – генотип.

Генетический код: Свойственная живым орг-ма единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых к-т в виде последовательности нуклеотидов. Определяет последовательность включения аминокислот в синтезирующуюся цепь в соответствии с последовательностью нуклеотидов ДНК гена.

1. Биолог сис-ма совокупность структур, объединенных выполнением единой функции; несмотря на различное происхождение отдельных элементов и их индивид черты имеющие общие морфо-функциональные особенности. Главные черты биосистемы:

1) целостность – функция каждого элемента системы определяется в большей степени структурой самой системы, в меньшей – свойствами отдельного элемента, 2) взаимоприспособляемость, синхронность работы отдельных элементов, т.е. самоорганизация биосистемы, 3) самовоспроизведение отдельных элементов системы, 4) периодичность в развитии и функционировании – биоритмы, критические периоды. Пример в экологии – биогеоциноз, в медицине, физиологии – пищеварительная система, сердечно-сосудистая система, и др.

4. ТРАНСЛЯЦИЯ синтез полипептидных цепей белков по матрице информационной РНК согласно генетич. коду; второй этап реализации генетич. информации в жи­вее клетках. В процессе Т. информация о специфич. строении будущего белка, записанная в виде последовательности нуклеатидов в молекулах иРНК, переводится с нуклеотидного кода в определенную последовательность аминокислот в синтезируемых белках. Осуществляется сложным макромолекулярным комплексом, состоящим кроме иРНК из рибосом, транспортных РНК (тРНК), аминацитил-тРНК-синтеза, белков фактора инициации (начала), элонгации (удлинения, или наращивания, полипептида) термпнации (окончания) Т. и др. Аминокислоты доставляются в рибосомы тРНК. На этапе инициации Т. меньшая субъединица рибосомы, инициаторная (у бактерий формилметиониловая) тРНК и факторы инициации «узнают» кодон-инициатор у 5′-конца иРНК. После этого присоединяется большая субъединица рибосомы и в ней начинается синтез белка, к-рый происходит в 3 этапа: присоединение тРНК, образование пептидной связи и продвижение рибосомы на три нуклеотида — транслокация, после чего весь цикл повторяется. При узнавании кодонов терминаторов белковые факторы терминации катализируют освобождение полипептидной цепи от рибосомы. При синтезе белка иРНК входит в состав полирибосомы (на ней одновременно ведут синтез от неск. До 100 рибосом).

4. В каждый момент рибосома экранирует сегмент мРНК протя­женностью около 30 нуклеотидов. При этом обеспечивается взаи­модействие только двух тРНК с двумя расположенными рядом кодонами мРНК (рис. 3.31).

Трансляция информации на «язык» аминокислот выражается в постепенном наращивании пептидной цепи в соответствии с инс­трукцией, заключенной в мРНК. Этот процесс протекает на рибо­сомах, которые обеспечивают последовательность расшифровки информации с помощью тРНК. В ходе трансляции можно выделить три фазы: инициацию, элонгацию и терминацию синтеза пептидной цепи.

Фаза инициации, или начало синтеза пептида, заключается в объединении двух находящихся до этого порознь в цитоплазме субчастиц рибосомы на определенном участке мРНК и присоеди­нении к ней первой аминоацил-тРНК. Этим задается также рамка считывания информации, заключенной в мРНК. В молекуле любой мРНК вблизи ее 5′-конца имеется участок, комплементарный рРНК малой субчастицы рибосомы и специфи­чески узнаваемый ею. Рядом с ним располагается инициирующий^ стартовый кодон АУГ, шифрующий аминокислоту метионин. Малая субчастица рибосомы соединяется с мРНК таким образом, что стартовый кодон АУГ располагается в области, соответствующей П-участку. При этом только инициирующая тРНК, несущая мети­онин, способна занять место в недостроенном П-участке малой субчастицы и комплементарно соединиться со стартовым кодоном. После описанного события происходит объединение большой и малой субчастиц рибосомы с образованием ее пептидильного и аминоацильного участков (рис. 3.32). К концу фазы инициации П-участок занят аминоацил-тРНК, связанной с метионином, тогда как в А-участке рибосомы располагается следующий за стартовым кодон.

Описанные процессы инициации трансляции катализируются особыми белками — факторами инициации, которые подвижно свя­заны с малой субчастицей рибосомы. По завершении фазы иници­ации и образования комплекса рибосома — мРНК —инициирую­щая аминоацил-тРНК эти факторы отделяются от рибосомы.

Фаза элонгации, или удлинения пептида, включает в себя все реакции от момента образования первой пептидной связи до при­соединения последней аминокислоты. Она представляет собой цик­лически повторяющиеся события, при которых происходит специ­фическое узнавание аминоацил-тРНК очередного кодона, находя­щегося в А-участке, комплементарное взаимодействие между антикодоном и кодоном.

Благодаря особенностям трехмерной организации тРНК (см. разд. 3.4.3.1) при соединении ее антикодона с кодоном мРНК транспортируемая ею аминокислота располагается в А-участке, поблизости от ранее включенной аминокислоты, находящейся в П-участке. Между двумя аминокислотами образуется пептидная связь, катализуемая особыми белками, входящими в состав рибо­сомы. В результате предыдущая аминокислота теряет связь со своей тРНК и присоединяется к аминоацил-тРНК, расположенной в ‘ А-участке. Находящаяся в этот момент в П-участке тРНК высво­бождается и уходит в цитоплазму (рис. 3.33).

Перемещение тРНК, нагруженной пептидной цепочкой, из А-участка в П-участок сопровождается продвижением рибосомы по мРНК на шаг, соответствующий одному кодону. Теперь следующий кодон приходит в контакт с А-участком, где он будет специфически «опознан» соответствующей аминоацил-тРНК, которая разместит здесь свою аминокислоту. Такая последовательность событий по­вторяется до тех пор, пока в А-участок рибосомы не поступит кодон-терминатор, для которого не существует соответствующей тРНК.

Сборка пептидной цепи осуществляется с достаточно большой скоростью, зависящей от температуры. У бактерий при 37°С она выражается в добавлении к полипептиду от 12 до 17 аминокислот в 1 с. В эукариотических клетках эта скорость ниже и выражается в добавлении двух аминокислот в 1 с.

Фаза терминации, или завершения синтеза полипептида, связана-с узнаванием специфическим рибосомным белком одного из тер­минирующих кодонов (УАА, УАГ или УГА), когда тот входит в зону А-участка рибосомы. При этом к последней аминокислоте в пеп­тидной цепи присоединяется вода и ее карбоксильный конец отделяется от тРНК. В результате завершенная пептидная цепь теряет связь с рибосомой, которая распадается на две субчастицы.

Мейоз состоит из двух последовательных делений ядра и ко­роткой интерфазы между ними.

Первое деление состоит из:

профазы I, метафазы I, анафазы 1 и телофазы I

В профазе парные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, подходят друг к другу. Этот процесс называют конъюгацией гомологичных хромосом. Хромосомы перекрещива­ются — кроссинговер, образуя мостики — хиазмы, затем обмени­ваются участками. При кроссинговере осуществляется пере­комбинация генов.

В метафазе I объединенные пары гомологичных хромо­сом биваленты, располагаются по экватору клетки; к цент­ромерам каждой из хромосом прикрепляются нити верете­на деления.

В анафазе I к полюсам клетки расходятся двухроматидные хромосомы; при этом число хромосом у каждого полюса ста­новится вдвое меньше, чем в материнской клетке.

Затем происходит телофаза, в которой образуются две клетки с гаплоидным числом двухроматидные хромосом.

После телофазы I следует короткая интерфаза (в некоторых случаях телофаза I и интерфаза отсутствуют). В интерфазе меж­ду двумя делениями мейоза удвоения хромосом не происходит, так как каждая хромосома уже состоит из двух хроматид.

Второе деление мейоза отличается от митоза только тем, что в нем участвуют клетки с гаплоидным набором хромосом; во втором делении иногда отсутствует профаза II

В метафазе II двухроматидные хромосомы располагаются по экватору (процесс идет одновременно в двух дочерних клетках).

В анафазе II к полюсам отходят уже однохроматидные хро­мосомы (сестринские хроматиды).

В телофазе II в четырех дочерних клетках формируются ядра и перегородки. В результате второго деления мейоза образуют­ся четыре клетки с гаплоидным набором хромосом (lnlc).

Биологическое значение мейоза состоит в том, что в обра­зующихся клетках создается гаплоидный набор хромосом и условия для наследственной изменчивости за счет кроссинговера и вероятности расхождения хромосом

Зачем нужен:Поддержка постоянного числа хромосом. Обеспечение механизмов изменчивости в результате кроссинговера и появления разнообразных комбинаций генов, возникающих при оплодотворении

Источник