Лекции по "Биологии"

Умеренно повторяющиеся  последовательности могут перемещаться по геному и переходить из одного участка  ДНК в другой – мобильные (прыгающие) гены. Перемещаясь из одного участка  ДНК в другой? могут захватывать чужие участки генов, переносить их в другое место и вызывать мутации. Любая клетка содержит латентный онкоген. Мобильные гены могут запустить латентный ген рака.

Уникальные последовательности ДНК не имеют копий в геноме и транскрибируются.

По способности к окрашиванию  выделяют: 

    -эухроматин

   -гетерохроматин (ярко окрашенный)

        а)  факультативный

        б)  структурный

Факультативный гетерохроматин постоянно конденсирован. Присутствует только в одной из гомологичных хромосом. Участки структурных генов подавлены, не функционируют – половой хроматин. Широко используется в экспресс * диагностике.

Структурный гетерохроматин постоянно конденсирован. Присутствует в соответствующих участках гомологичных хромосом (в 2х), репрессирован, часто  приурочен к центромере.

Эухроматин деконденсированные. Раскрученные участки хроматина. С них начинается считывание наследственной информации.

 

Состав хроматина:

-ДНК                                                                        15%

-РНК                                                                         10%

-гистоновые белки (основные)                               65%

-негистоновые белки (кислые)                                5%

-фосфолипиды                                                          5%

Участки с гистоновыми  белками – не транскрибируются, они заблокированы. У молодой клетки, только появившейся после деления, все части удваиваются.

Клеточный цикл клетки –  период ее существования от появления  до собственного деления или гибели. Митотический и жизненный цикл совпадают  в часто делящихся клетках.

Жизненный цикл клетки

- интерфаза

- собственный цикл деления

Растущая неделящаяся  клетка отличается от делящихся клеток. Интерфаза длиннее клеточного деления. Типичный жизненный цикл клетки составляет 20 часов, период деления – 1 час. При  оптимальных условиях для однотипных клеток продолжительность клеточного цикла (время, необходимое для выполнения точной программы, заложенной в клетке) одинаково. При описании жизненного цикла выделяют несколько фаз. Впервые они были установлены в 1953 году А.Хоуардом и С.Пемгом.

S - фаза синтеза ДНК

G1 – постмитотическая (пресинтетическая) фаза

G2 - постсинтетическая (премитотическая) фаза

М – митоз

 

После формирования клетки в G1 происходит увеличение объема ядра и цитоплазмы. Синтез белков, синтез РНК, синтез АТФ(30-40% клеточного цикла) усиливается. После G1 фазы начинается  S фаза. Происходит точная репликация ДНК и редупликация хромосом. Синтез ДНК происходит по полуконсервативному механизму: каждая цепь ДНК копируется. Синтез происходит по участкам. Существует система, устраняющая ошибки при редупликации ДНК (фоторепарация, дорепродуктивная и пострепродуктивная репарации). Процесс репарации очень долог: до 20 часов, и сложен. Ферменты – рестриктазы вырезают неподходящий участок ДНК и достраивают его заново. Репарации никогда не протекают со 100% эффективностью, если бы это было, Не существовала бы эволюционная изменчивость. Пострепродуктивная репарация происходит в G2 фазе. В G2 фазе(10-20%) происходит синтез белка. Метаболический смысл не ясен. Некоторые клетки в течение длительного времени не выполняют своих функций, в них не протекают метаболические процессы (клетка заклинена в G1или G2 – это G0 фаза – фаза относительного покоя). Для каждой фазы есть свое время. S, G2 не зависят от изменения внешней среды, время постоянно. У человека S фаза – 6-10 часов, G2 фаза – 2-5 часов, G1 фаза по продолжительности варьируется. Если долгая – клетка покоящаяся. Многие клетки (особенно дифференцированные) не способны к делению. Это позволяет им выполнять свои функции в максимальном количестве с максимальной интенсивностью. Особые регуляторные механизмы удерживают клетки в состоянии покоя. Они выполняют все функции, синтезируют белок. Однако многие дифференцированные клетки способны к делению, митоз делится на 2 фазы: собственно митоз и цитокинез. Биологическая роль митоза: точное, идентичное распределение дочерних хромосом с содержащимся в них наследственным материалом в ядрах.

 

 

 

 

Продолжительность митоза (клетки крови мышей)

43-90 минут

25-30                 6-15                 8-14                 9-26

профаза         метафаза       анафаза         телофаза

Метафазные хромосомы укомплектованы (как у бактериофага). Они изучаются  при медицинском анализе для  определения кариотипа. В результате деления возникают 2 клетки с одинаковым набором наследственной информации(2п2с). Продолжительность жизни клетки зависит от гормонального баланса, возраста, условий среды, размера, плоидности, количества ядер, степени дифференциации (чем больше дифференцирована клетка, тем меньше она делится митозом), мало зависит от пола. Митотическая активность в разных клетках приходится на разное время (часто на утренние часы), поэтому плановые хирургические операции проводят утром. Другие способы деления: амитоз, эндомитоз (хромосомы удваиваются, клетки не удваиваются).

Организм животных растет до определенного  размера (в пределах нормы реакции). Это связано с тем, что рост происходит за счет увеличения размера  клеток. А также их числа. Рост клеток замедляется, и рост организма прекращается. В организме есть центры активной гибели и  активного клеточного замещения.

 

Центры активной гибели и активного замещения клеток.

-покровные клетки (ткани)

-кровеносная система

-репродуктивная система

-пищеварительная система.

 

Ежегодно человек теряет 1-2% клеток из-за их гибели. Каждые 7 лет происходит замена всех клеток. Ежедневно несколько миллиардов клеток образуются в организме человека. Эпителий тонкого кишечника человека обновляется через 7-8 дней. Организм человека  в целом состоит из 60 биллионов клеток.2 млрд. эритроцитов ежедневно замещаются.

При метаморфозе у некоторых  организмов происходит удаление одного фенотипа и замена его другим фенотипом. Это определенная программа приобретения и утраты клеток. Она дифференцирована во времени. Размеры у амфибий  не меняются, но у головастика растут конечности, исчезает хвост, ткани дыхательной, выделительной, пищеварительной систем замещаются. Затрагиваются все структуры, заменяются новыми. Жабернодышащий, с хвостом, выделяющий аммиак, травоядный головастик  становится лягушкой с воздуходышащей системой, без хвоста и с 4мя  конечностями, выделяет мочевину и питается насекомыми. Процесс управляется тироксином. В процессе эмбриогенеза многие органы образуются путем впячивания, развитие и смерть клеток имеют место в едином процессе (образование глаз, пальцевых лучей, отделение губ от десен). Такое развитие нормально, гибель клеток также нормальна. В случае нарушения процесса деления клеток и их гибели, один из процессов начинает преобладать. В каждой клетке есть кейлоны и антикейлоны (гликопротеины, гормоны данного вида). Они могут определять положение клетки в G0  (антикейлон стимулирует деление). У взрослого организма кейлоны и антикейлоны в одинаковом количестве.

 

ЛЕКЦИЯ №5

Размножение организмов.

 

1. Формы размножения и их биологическое значение.

2. Строение половых клеток.

3. Гаметогенез. Закономерности  ово - и сперматогенеза.

4. Оплодотворение. Фазы  и биологическая сущность.

 

Размножение – приспособление организмов к продолжению жизни. Размножение связано на молекулярном уровне с репликацией ДНК. Существуют половое и бесполое размножение. При бесполом размножении новый организм возникает из соматических клеток. При половом – из специальных половых клеток. Бесполое - вегетативное чаще встречается у низкоорганизованных организмов. Новые особи в точности повторяют родительскую особь (генетическое копирование родительской особи). Генетически идентичные особи у животных и человека – явление достаточно редкое. В основе полового размножения лежит механизм, направленный на предупреждение копирования генетической информации. Более эволюционно молодые организмы размножаются половым путем.

Преимущества полового размножения

1. Способность популяции к более быстрому изменению.
2. Облегчение видообразования.
3. Большое генетическое разнообразие в потомстве облегчает адаптацию к непредсказуемым условиям среды.

Зрелые половые клетки содержат гаплоидный набор хромосом. Созревающие -диплоидный. Имеют ядро, цитоплазму, клеточные органеллы. Несмотря на это, строение мужских и женских половых  клеток неодинаково. Это объясняется различными функциями. Функции сперматозоида – оплодотворение (стимуляция дальнейшего развития яйцеклетки), обеспечение генетической информацией мужского организма. Все сперматозоиды имеют жгутики, подвижны, небольшого размера (50-90мкм у человека). Состоят из головки, шейки, средней части и хвостика. Головка -5мкм, шейка – 5. головка сперматозоида почти полностью занята ядром, цитоплазмы мало, она в жидкокристаллическом состоянии (защита от вредных явлений – ионизирующего излучения). Находится по периферии ядра. На конце головки – акросома с видоизмененным комплексом Гольджи. Ферменты: гиалуронидаза, муциназа. В плазматической мембране – проакрозин, который превращается в акрозин, проходя по половым путям самки (происходит отщепление ингибитора). Функция акрозина – отщепление фолликулярных клеток, отщепление блестящей оболочки.

Шейка содержит пару центриолей. Микротрубочки  одной из них удлиняются, образуется основная нить хвостика. В шейке  много митохондрий, расположенных  по спирали.

Органеллы движения – жгутики, способны к биению только при смешивании с  секретом. Предстательной железы при  семяизвержении. При нарушении функций  предстательной железы – мужская  стерильность.

Яйцеклетка.

Функции: передает зародышу половину его будущего хромосомного набора; во время оплодотворения яйцеклетка приносит гораздо больше цитоплазмы; яйцеклетка снабжает зародыш пищевыми запасами до начала его собственного питания.

 Размеры яйцеклеток  много больше размеров сперматозоидов(130-150 мкм у человека). В зрелой яйцеклетке запасаются все материалы, которые обеспечивают начальные стадии развития зародыша. Если сперматозоид, созревая, старается избавиться от цитоплазмы, яйцеклетка, наоборот, стремится увеличить ее количество. Есть рибосомы, р-РНК, т-РНК, морфогенетические факторы. Многие белки синтезируются в печени, жировом теле, а затем транспортируются в яйцеклетку. Яйцеклетка имеет плазматическую мембрану. Во время оплодотворения плазматическая мембрана контролирует поступление многих ионов (например, натрия). К ней прилегает желточная оболочка (гликопротеины – специфическое прикрепление сперматозоида своего вида к соответствующей яйцеклетке), часто прозрачна,  яйцеклетка окружена слоем клеток лучистого яйца – фолликулярными питающими клетками. Для оплодотворения сперматозоид должен пройти сквозь все оболочки.

 Наследственный материал, приносимый яйцеклеткой и сперматозоидом  по размеру одинаков.

 Процесс образования  яйцеклеток в яичниках  овогенез, оогенез. Сперматозоиды образуются  в семенниках, процесс носит название сперматогенеза. Те и другие клетки образуются по-разному, но есть некоторые общие черты.

Сперматогенез. Морфологически семенник состоит из множества семенных канальцев. Дольчатое строение. Между семенными канальцами – клетки Лейдинга (начинают работу в 12-14 лет) синтезируют тестостерон – развитие вторичных половых признаков. Семенник очень рано становится эндокринным органом, под влиянием андрогенов происходит формирование мужских половых органов. Семенной каналец имеет зоны:

-размножения,

-роста,

-созревания и формирования.

Существуют одноименные периоды  роста. Зона размножения в наружной части семенника. Клетки округлые, цитоплазмы много, ядро большое – сперматогонии. Они размножатся митозом, и семенник увеличивается в размерах до полового созревания, после – делятся только стволовые клетки. Запас клеток не уменьшается и семенник тоже не уменьшается. В зоне размножения 2n2c.следующая фаза – роста. Увеличивается размер ядра, цитоплазмы, идет репликация ДНК (интерфаза 1), клетки – сперматоциты первого порядка 2n4c. Эти клетки вступают в зону формирования и созревания у семенных канальцев. Мейоз состоит из 2 митотических делений, после первого деления n2c, после второго – nc.

Овогенез (яичники). Половые железы закладываются на 2м месяце эмбрионального развития. У человека очень рано закладывается желточный мешок (функция формирования первичных половых клеток, обеспечение питательными веществами). Половые клетки (первичные) мигрируют в развивающуюся половую железу, а желточный мешок дегенерирует. В эмбриогенезе яичники не активны. Формирование женских половых клеток пассивное. Первичные половые клетки – овогонии, они делятся. Формируются овоциты первого порядка. Период деления оканчивается к 7му месяцу эмбриогенеза – 7000000 первичных клеток. 400-500 созревают в течение жизни, остальные невостребованы. Развитие яйцеклеток у человека блокируется в профазе первого мейотического деления (на стадии диплотены). С наступлением половой зрелости овоцит увеличивается в размере, растет и размер желтка. Накапливаются пигменты, происходят биохимические и морфологические изменения. Каждый овоцит окружается мелкими фолликулярными клетками, созревающими в фолликуле. Яйцеклетка, созревая, приближается к периферии. Фолликулярная жидкость окружает её на всех этапах. Фолликул разрывается. Яйцеклетка попадает в брюшную полость. Затем в воронку яйцевода. Продолжение мейоза в 2/3 яйцевода в результате контакта яйцеклетки со сперматозоидом.