Хромосомы (греч. – chromo – цвет, soma – тело) – это спирализованный хроматин. Их длина 0,2 – 5,0 мкм, диаметр 0,2 – 2 мкм.
Метафазная хромосома состоит из двух хроматид , которые соединяются центромерой (первичной перетяжкой ). Она делит хромосому на два плеча . Отдельные хромосомы имеют вторичные перетяжки . Участок, который они отделяют, называется спутником , а такие хромосомы – спутничными. Концевые участки хромосом называются теломеры . В каждую хроматиду входит одна непрерывная молекула ДНК в соединении с белками-гистонами. Интенсивно окрашивающиеся участки хромосом – это участки сильной спирализации (гетерохроматин ). Более светлые участки – участки слабой спирализации (эухроматин ).
Типы хромосом выделяют по расположению центромеры (рис.).
1. Метацентрические хромосомы – центромера расположена посередине, и плечи имеют одинаковую длину. Участок плеча около центромеры называется проксимальным, противоположный – дистальным.
2. Субметацентрические хромосомы – центромера смещена от центра и плечи имеют разную длину.
3. Акроцентрические хромосомы – центромера сильно смещена от центра и одно плечо очень короткое, второе плечо очень длинное.
В клетках слюнных желез насекомых (мух дрозофил) встречаются гигантские, политенные хромосомы (многонитчатые хромосомы).
Для хромосом всех организмов существует 4 правила:
1. Правило постоянства числа хромосом . В норме организмы определенных видов имеют постоянное, характерное для вида число хромосом. Например: у человека 46, у собаки 78, у мухи дрозофилы 8.
2. Парность хромосом . В диплоидном наборе в норме каждая хромосома имеет парную хромосому – одинаковую по форме и по величине.
3. Индивидуальность хромосом . Хромосомы разных пар отличаются по форме, строению и величине.
4. Непрерывность хромосом . При удвоении генетического материала хромосома образуется от хромосомы.
Набор хромосом соматической клетки, характерный для организма данного вида, называется кариотипом .
Классификацию хромосом проводят по разным признакам.
1. Хромосомы, одинаковые в клетках мужского и женского организмов,называются аутосомами . У человека в кариотипе 22 пары аутосом. Хромосомы, различные в клетках мужского и женского организмов, называются гетерохромосомами, или половыми хромосомами . У мужчины это Х и Y хромосомы, у женщины – Х и Х.
2. Расположение хромосом по убывающей величине называется идиограммой . Это систематизированный кариотип. Хромосомы располагаются парами (гомологичные хромосомы). Первая пара – самые большие, 22-я пара – маленькие и 23-я пара – половые хромосомы.
3. В 1960г. была предложена Денверская классификация хромосом. Она строится на основании их формы, размеров, положения центромеры, наличия вторичных перетяжек и спутников. Важным показателем в этой классификации является центромерный индекс (ЦИ). Это отношение длины короткого плеча хромосомы ко всей ее длине, выраженное в процентах. Все хромосомы разделены на 7 групп. Группы обозначаются латинскими буквами от А до G.
Группа А включает 1 – 3 пары хромосом. Это большие метацентрические и субметацентрические хромосомы. Их ЦИ 38-49%.
Группа В . 4-я и 5-я пары – большие метацентрические хромосомы. ЦИ 24-30%.
Группа С . Пары хромосом 6 – 12: средней величины, субметацентрические. ЦИ 27-35%. В эту группу входит и Х-хромосома.
Группа D . 13 – 15-я пары хромосом. Хромосомы акроцентрические. ЦИ около 15%.
Группа Е . Пары хромосом 16 – 18. Сравнительно короткие, метацентрические или субметацентрические. ЦИ 26-40%.
Группа F . 19 – 20-я пары. Короткие, субметацентрические хромосомы. ЦИ 36-46%.
Группа G . 21-22-я пары. Маленькие, акроцентрические хромосомы. ЦИ 13-33%. К этой группе относится и Y-хромосома.
4. Парижская классификация хромосом человека создана в 1971 году. С помощью этой классификации можно определять локализацию генов в определенной паре хромосом. Используя специальные методы окраски, в каждой хромосоме выявляют характерный порядок чередования темных и светлых полос (сегментов). Сегменты обозначают по названию методов, которые их выявляют: Q – сегменты – после окрашивания акрихин-ипритом; G – сегменты – окрашивание красителем Гимза; R – сегменты – окрашивание после тепловой денатурации и другие. Короткое плечо хромосомы обозначают буквой p, длинное – буквой q. Каждое плечо хромосомы делят на районы и обозначают цифрами от центромеры к теломеру. Полосы внутри районов нумеруют по порядку от центромеры. Например, расположение гена эстеразы D – 13p14 – четвертая полоса первого района короткого плеча 13-й хромосомы.
Функция хромосом: хранение, воспроизведение и передача генетической информации при размножении клеток и организмов.
Кариотип (от карио... и греч. tэpos - образец, форма, тип), хромосомный набор, совокупность признаков хромосом (их число, размеры, форма и детали микроскопического строения) в клетках тела организма того или иного вида. Понятие К. введено сов. генетиком Г. А. Левитским (1924). К. - одна из важнейших генетических характеристик вида, т.к. каждый вид имеет свой К., отличающийся от К. близких видов (на этом основана новая отрасль систематики - так называемая кариосистематика)
днк-двуцепочная правозакрученная спираль, состоит из нуклеотидов. Нуклеотиды в свою очередь состоят из азотистого основания - углевода-ост. фосфор. к-ты.
Азотистые основания:
1)Пуриновые
Аденин(А)
Гуанин(Г)
2)пиримидиновые
Цитозин(Ц)
Урацил(У)
Азотистое основания способны создавать пары по принципу комплементарности
Нуклеотиды объед-ся в цепь простыми ковалентными фосфорно диэфирными связами.
Строение ДНК.
Между нитями ДНК-водородные связи, кот.возникают между азотистыми основаниями по принципу комплементарности.
Роль в кл-ке ДНК.
1.хранит,передача наслед.информ.
Хромосомы.
Хим.состав и строение хромосом.
В основном состоят из ДНК и белков. Кот.образуют нуклеопротеиновый комплекс-хроматин, получивший савое название за способность окрашиваться осноными красителями.
Кол-во ДНК в ядрах клеток организма данного вида постояннаи прямопорцианальная их их плоидности. В диплоидных соматических организма ее в двое бльше, чем в гаметах.
Форам хромосом.
Различают неск. Форм хромосом: равноплечие(с центромерой по середине), не равноплечие(с центромерой сдвинутой к одному из концов), палочковидные(с центромерой практически расположенной на конце хромосомы) и точковые-очень небольшие, форму которых трудно определить.
Способы бесполого и полового размножения
Бесполое размножение – начало новому организму дает 1 родительская особь, потомки – точные генетические копии материн. организма (в основе деления клеток - митоз). Бесп.размн. способствует генетической стабильности вида.
Виды у многоклеточных:
Полиэмбриония – вид бесп.размнож. при котором зигота делится на несколько бластомеров, каждый из которых развивается в полноценный самостоятельный организм(Ex: однояйцовые близнецы).
Вегетативное размн - размножение частями тела.
а) у растений способы разнообразны – побегами, корнями, листьями и тд.
б) у животных
Фрагментация – распад тела на фрагменты, каждый из которых восстанавливает себя до полноценного организма (белый планарий)
Разделение на 2 части (дождевой червь)
Почкование (гидры)
Спорообразование (папоротники, хвощи, плауны, высшие споровые растения)
У одноклеточных:
Деление на 2 : поперек(митоз, инфузории), продольное(эвглена зеленая), без ориентации(амеба)
Шизогония – множественное деление ядра с последующей группировкой вокруг каждого ядра цитоплазмы и распадом клетки на множество мелких клеток(малярийный плазмодий)
Спорогония (малярийный плазмодий – многократ. деление клетки с последующим распадом на множество клеток, однако I деление - мейоз)
Спорообразование (хламидомонада)
Половое размножение – начало новому организму дают 2 родит. особи, потомки – генетически отличны от родителей за счет кроссинговера и независ. расхождения гомологичных хромосом, а так же явления случайного оплодотворения(в основе деления - мейоз). Увеличивается генетическое разнообразие потомства→выживаемость в изменяющихся условиях.
У одноклеточных:
Агаметогония (без образования гамет) Ex: конъюгация
Гаметогония (с образованием гамет):
а) изогамия (муж и жен гаметы подвижны, внешне не различимы)
б) гетерогамия (обе гаметы подвижны, но жен. значительно крупнее)
Оогамия (жен. крупная и неподвижная, муж. мелкая и подвижная) Ex: вольвокс
У многоклеточных:
С оплодотворением
Без оплодотворения (партеногенез)
Гиногенез (начало новому организму дает неоплодотворенная яйцеклетка). При развитии неопл. яйцекл. пчел развиваются трутни.
Андрогенез (ядро яйцекл-ки погибает, в нее проникает сперматозоид (1-гаплоид., 2-диплоид.) яйцекл. несет генетич. материал отца)
Различают облигатный (постоянный)и факультативный (временный) партеногенез.
Мейоз
Это непрямое деление клетки, при котором из материнской образуется 4 гаплоидные дочерние клетки, отличающиеся по генетич. материалу от метерин.
I деление – редукционное : вдвое уменьшается число хромосом 2n4c→1n2c. Вкл. 4 фазы:
Профаза I . Вкл. 5 стадий:
1) лептотена – ДНК спирализуется, стан-ся видны хромосомы в виде тонких нитей, ядер.оболочка распадается на фрагменты, ядрышко исчезает
2) зиготена – спирализация продолжается, хромосомы более видны, происх. конъюгация (процесс сближения гомологич. хр-м→образуются биваленты(тетрады))
3) пахитена – заканчивается образование бивалентов, происх. обмен гомологич. уч-ми хр-м – кроссинговер.
4) диплотена – хр-мы в бивалентах немного расходятся, оставаясь скрепленными в местах кроссинговера, становятся видны хиазмы
5) диакинез – хр-мы в бивалентах обособляются др. от др., центриоли расх-ся к разным полюсам, образуются нити веретена деления.
Метафаза I . Биваленты выстраиваются в обл. экватора, к центромерам прикрепляются нити веретена деления
Анафаза I . Разделение центромеры не происходит. К полюсам расх-ся целые гомологичные хр-мы, каждая из которых состоит из 2х хроматид (1 хр-ма идет к одному полюсу, др. – к другому) Существует закон независимого расхождения гомол. хр-м : в каждой паре хр-мы расходятся независимо др. от др.
Телофаза I . У полюсов ДНК в хромосомах деспирализуется, хромосомы не видны, вокруг них образуется ядерная оболочка, формируется ядрышко, затем происходит цитокинез – разделение цитоплазмы и образуются 2 клетки(но в кажд. клетке по 1n2c)
II деление – эквационное : кол-во хромосом = кол-ву ДНК 1n2c→1n1c
Профаза II, Метафаза II, Анафаза II, Телофаза II – как в митозе.
Значение мейоза:
1) лежит в основе полового размножения, обеспечивает гаплоидность гамет
2)способствует увеличения генетического разнообразия потомства→выживаемость в изменяющихся усл. среды.
Нуклеосомный (нуклеосомная нить): коры из 8 молекул (кроме Н1), ДНК наматывается на кору, между ними линкер. Меньше соли – меньше нуклеосомы. Плотность больше в 6-7 раз.
Супернуклеосомный (хроматиновая фибрилла): Н1 сближает линкер и 2 коры. Плотнее в 40 раз. Инактивация генов.
Хроматидный (петлевой): нить спирализуется, образует петли и изгибы. Плотнее в 10-20 раз.
Метафазная хромосома: суперкомпактизация хроматина.
Хромонема – первый уровень компактизации, на котором виден хроматин.
Хромомера – участок хромонемы.
Морфофункциональная характеристика хромосом. Типы и правила хромосом
Первичная перетяжка – кинетохор, или центромера – область хромосомы без ДНК. Метацентрические – равноплечие, субметацентрические – неравноплечие, акроцентрические – резко неравноплечие, телоцетрические – без плеча. Длинное – q, короткое – p. Вторичная перетяжка отделяет от хромосомы сателлит и его нить.
Правила хромосом:
1) Постоянства числа
2) Парности
3) Индивидуальности (негомологичные не похожи)
Кариотип. Идиограмма. Классификация хромосом
Кариотип – диплоидный набор хромосом.
Идиограмма – ряд хромосом по убыванию размеров и смещению центромерного индекса.
Денверская классификация :
А – 1-3 пары, крупные суб/метацентрические.
В – 4-5 пары, крупные метацентрические.
С – 6-12 + Х, средние субметацентрические.
D – 13-15 пары, акроцентрические.
E –16-18 пары, относительно малые суб/метацентрические.
F –19-20 пары, малые субметацентрические.
G –21-22 + Y, наименьшие акроцентрические.
Политенные хромосомы: воспроизведение хромонем (тонких структур); выпадают все фазы митоза, кроме редукции хромонем; образуются тёмные поперечные полоски; встречается у двукрылых, инфузорий, растений; используют для построения хромосомных карт, обнаружения перестроек.
Клеточная теория
Пуркине – ядро в яйце, Броун – ядро в растительной клетке, Шлейден – вывод о роли ядра.
Шванновская теория:
1) Клетка – структура всех организмов.
2) Образование клеток обуславливает рост, развитие и дифференцировку тканей.
3) Клетка – индивидуум, организм – сумма.
4) Новые клетки возникают из цитобластемы.
Вирхов – клетка из клетки.
Современная теория:
1) Клетка – структурная единица живого.
2) Клетки одно- и многоклеточных сходны по строению и проявлениям жизнедеятельности
3) Размножение делением.
4) Клетки образуют ткани, а те – органы.
Доп.: клетки тотипотентны – могут дать начало любой клетке. Плюри – любой, кроме внезародышевых (плаценты, желточного мешка), уни – только одной.
Дыхание. Брожение
Дыхание:
Этапы:
1) Подготовительный: белки = аминокислоты, жир = глицерин и жирные к-ты, сахара = глюкоза. Энергии мало, она рассеивается и даже требует.
2) Неполное: бескислородное, гликолиз.
Глюкоза = пировиноградная к-та = 2 АТФ + 2 НАД*Н 2 или НАД*Н+Н +
10 каскадных реакций. Энергии выделяется на 2 АТФ и рассеивание.
3) Кислородный:
I. Окислительное декарбоксилирование:
ПВК разрушается = Н 2 (–СО 2), активизирует ферменты.
II. Цикл Кребса: НАД и ФАД
III. ЭТЦ, Н разрушается до e - и Н + , р накапливаются в межмембранном пространстве, образуют протонный резервуар, электроны накапливают энергию, пересекают мембрану 3 раза, попадают в матрикс, соединяются с кислородом, ионизируют его; растёт разница потенциалов, меняется структура АТФ-синтетазы, открывается канал, начинает работать протонная помпа, протоны перекачиваются в матрикс, соединяются с ионами кислорода образуется вода, энергия – 34 АТФ.
В ходе гликолиза каждая молекула глюкозы расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК). При этом высвобождается энергия, часть которой рассеивается в виде тепла, а оставшаяся используется для синтеза 2 молекул АТФ. Промежуточные продукты гликолиза подвергаются окислению: от них отщепляются атомы водорода, которые используются для восстановления НДД + .
НАД - никотинамидадениндинуклеотид - вещество, которое выполняет в клетке функцию переносчика атомов водорода. НАД, присоединивший два атома водорода, называется восстановленным (записывается как НАД"Н+Н +). Восстановленный НАД может отдавать атомы водорода другим веществам и переходить в окисленную форму (НАД +).
Таким образом, процесс гликолиза можно выразить следующим суммарным уравнением (для упрощения во всех уравнениях реакций энергетического обмена не указаны молекулы воды, образующиеся при синтезе АТФ):
С 6 Н 12 0 6 + 2НАД + + 2АДФ + 2Н 3 Р0 4 = 2С 3 Н 4 0 3 + 2НАДН+Н+ + 2АТФ
В результате гликолиза высвобождается лишь около 5 % энергии, заключенной в химических связях молекул глюкозы. Значительная часть энергии содержится в продукте гликолиза - ПВК. Поэтому при аэробном дыхании после гликолиза следует завершающий этап - кислородный, или аэробный.
Пировиноградная кислота, образовавшаяся в результате гликолиза, поступает в матрикс митохондрий, где полностью расщепляется и окисляется до конечных продуктов - СО 2 и Н 2 О. Восстановленный НАД, образовавшийся при гликолизе, также поступает в митохондрии, где подвергается окислению. В ходе аэробного этапа дыхания потребляется кислород и синтезируются 36 молекул АТФ (в расчете на 2 молекулы ПВК) СО 2 выделяется из митохондрий в гиалоплазму клетки, а затем в окружающую среду. Итак, суммарное уравнение кислородного этапа дыхания можно представить следующим образом:
2С 3 Н 4 0 3 + 60 2 + 2НАДН+Н+ + 36АДФ + 36Н 3 Р0 4 = 6С0 2 + 6Н 2 0 + + 2НАД+ + 36АТФ
В матриксе митохондрий ПВК подвергается сложному ферментативному расщеплению, продуктами которого являются углекислый газ и атомы водорода. Последние доставляются переносчиками НАД и ФАД (флавинадениндинуклеотид) на внутреннюю мембрану митохондрии.
Во внутренней мембране митохондрий содержится фермент АТФ-синтетаза, а также белковые комплексы, образующие электрон-транспортную цепь (ЭТЦ). В результате функционирования компонентов ЭТЦ атомы водорода, полученные от НАД и ФАД, разделяются на протоны (Н +) и электроны. Протоны переносятся через внутреннюю мембрану митохондрий и накапливаются в межмембранном пространстве. Электроны с помощью ЭТЦ доставляются в матрикс на конечный акцептор - кислород (О 2). В результате образуются анионы О 2- .
Накопление протонов в межмембранном пространстве ведет к возникновению электрохимического потенциала на внутренней мембране митохондрий. Энергия, выделяющаяся при движении электронов по ЭТЦ, используется для транспорта протонов через внутреннюю митохондриальную мембрану в межмембранное пространство. Таким образом накапливается потенциальная энергия, слагающаяся из протонного градиента и электрического потенциала. Эта энергия высвобождается при возвращении протонов обратно в митохондриальный матрикс по их электрохимическому градиенту. Возвращение происходит через особый белковый комплекс - АТФ-синтазу; сам процесс перемещения протонов по их электрохимическому градиенту получил название хемиосмос. АТФ-синтаза использует выделяющуюся при хемиосмосе энергию для синтеза АТФ из АДФ в ходе реакции фосфорилирования. Эта реакция запускается потоком протонов, которые вызывают вращение части АТФ-синтазы; таким образом, АТФ-синтаза работает как вращающийся молекулярный мотор.
Электрохимическая энергия используется для синтеза большого количества молекул АТФ. В матриксе протоны соединяются с анионами кислорода и образуется вода.
Следовательно, при полном расщеплении одной молекулы глюкозы клетка может синтезировать 38 молекул АТФ (2 молекулы в процессе гликолиза и 36 молекул в ходе кислородного этапа). Общее уравнение аэробного дыхания можно записать следующим образом:
С 6 Н 12 0 6 + 60 2 + 38АДФ + 38Н 3 Р0 4 = 6С0 2 + 6Н 2 0 + 38АТФ
Основным источником энергии для клеток являются углеводы, но в процессах энергетического обмена также могут использоваться продукты расщепления жиров и белков.
Брожение:
Брожение - метаболический процесс, при котором регенерируется АТФ, а продукты расщепления органического субстрата могут служить одновременно и донорами, и акцепторами водорода. Брожение - это анаэробный (происходящий без участия кислорода) метаболический распад молекул питательных веществ, например глюкозы.
Хотя на последнем этапе брожения (превращения пирувата в конечные продукты брожения) не освобождается энергия, он крайне важен для анаэробной клетки, поскольку на этом этапе регенерируется никотинамидадениндинуклеотид (НАД +), который требуется для гликолиза. Это важно для нормальной жизнедеятельности клетки, поскольку гликолиз для многих организмов - единственный источник АТФ в анаэробных условиях.
В ходе брожения происходит частичное окисление субстратов, при котором водород переносится на НАД + . В ходе других этапов брожения его промежуточные продукты служат акцепторами водорода, входящего в состав НАД*Н; в ходе регенерации НАД + они восстанавливаются, а продукты восстановления выводятся из клетки.
Конечные продукты брожения содержат химическую энергию (они не полностью окислены), но считаются отходами, поскольку не могут быть подвергнуты дальнейшему метаболизму в отсутствие кислорода (или других высокоокисленных акцепторов электронов) и часто выводятся из клетки. Получение АТФ брожением менее эффективно, чем путём окислительного фосфорилирования, когда пируват полностью окисляется до диоксида углерода. В ходе разных типов брожения на одну молекулу глюкозы получается от двух до четырёх молекул АТФ.
· Спиртовое брожение (осуществляется дрожжами и некоторыми видами бактерий), в ходе него пируват расщепляется на этанол и диоксид углерода. Из одной молекулы глюкозы в результате получается две молекулы спирта (этанола) и две молекулы углекислого газа. Этот вид брожения очень важен в производстве хлеба, пивоварении, виноделии и винокурении. Если в закваске высока концентрация пектина, может также производиться небольшое количество метанола. Обычно используется только один из продуктов; в производстве хлеба алкоголь улетучивается при выпечке, а в производстве алкоголя диоксид углерода обычно уходит в атмосферу, хотя в последнее время его стараются утилизировать.
Спирт + 2НАД + + 2АДФ 2 к-ты = 2 мол. к-ты + 2НАД*Н+Н + + 2АТФ
ПВК = уксусный альдегид + СО 2
2 альдегида + 2НАД*Н+Н + = 2 спирта + 2НАД +
· Молочнокислое брожение, в ходе которого пируват восстанавливается до молочной кислоты, осуществляют молочнокислые бактерии и другие организмы. При сбраживании молока молочнокислые бактерии преобразуют лактозу в молочную кислоту, превращая молоко в кисломолочные продукты (йогурт, простокваша); молочная кислота придаёт этим продуктам кисловатый вкус.
Глюкоза + 2НАД + +2АДФ + 2 ПВК = 2 мол. к-ты + 2НАД*Н+Н + + 2АТФ
2 мол. к-ты + 2НАД*Н+Н + = 2 мол. к-ты + 2АТФ
Глюкоза + 2АДФ + 2 к-ты = 2 мол. к-ты + 2АТФ
Молочнокислое брожение может происходить также в мышцах животных, когда потребность в энергии выше, чем обеспечиваемая уже имеющимся АТФ и работой цикла Кребса. При достижении концентрации лактата больше 2 ммоль/л начинает работать интенсивнее цикл Кребса и возобновляет работу цикл Кори.
Обжигающие ощущения в мышцах во время тяжёлых физических упражнений соотносятся с недостаточной работой цикла Кори и повышением концентрации молочной кислоты выше 4ммоль/л, поскольку кислород преобразуется в диоксид углерода аэробным гликолизом быстрее, чем организм восполняет запас кислорода; в то же время нужно помнить, что болезненность в мышцах после физических упражнений может быть вызвана не только высоким уровнем молочной кислоты, но и микротравмами мышечных волокон. Организм переходит к этому менее эффективному, но более скоростному методу производства АТФ в условиях повышенных нагрузок, когда цикл Кребса не успевает обеспечивать мышцы АТФ. Затем печень избавляется от излишнего лактата, преобразуя его по циклу Кори в глюкозу для возврата мышцам для повторного использования или преобразования в гликоген печени и наращивания собственных энергетических запасов.
· Уксуснокислое брожение осуществляют многие бактерии. Уксус (уксусная кислота) - прямой результат бактериальной ферментации. При мариновании продуктов уксусная кислота предохраняет пищу от болезнетворных и вызывающих гниение бактерий.
Глюкоза + 2НАД + + 2АДФ + 2 к-ты = 2 ПВК + 2НАД*Н+Н + + 2АТФ
2 ПВК = 2 альдегида + 2CО 2
2 альдегида + О 2 = 2 уксусной к-ты
· Маслянокислое брожение приводит к образованию масляной кислоты; его возбудителями являются некоторые анаэробные бактерии.
· Щелочное (метановое) брожение - способ анаэробного дыхания определённых групп бактерий - используют для очистки сточных вод пищевой и целлюлозно-бумажной промышленности.
16) Кодирование генетической информации в клетке. Свойства генетического кода:
1) Триплетность. Триплет и-РНК – кодон.
2) Вырожденность
3) Непрерывность
4) АУГ – стартовый
5) Универсальность
6) УАГ – амбер, УАА – охра, УГА – опал. Терминаторы.
Синтез белка
Ассимиляция = анаболизм = пластический обмен. Диссимиляция = катаболизм = энергетический обмен.
Компоненты: ДНК, рестриктаза, полимераза, нуклеотиды РНК, т-РНК, р-РНК, рибосомы, аминокислоты, ферментативный комплекс, ГТФ, активированная аминокислота.
Активирование:
1) фермент аминоацил-т-РНК-синтетаза присоединяет аминокислоту и АТФ – активация – присоединение т-РНК – образуется связь т-РНК с а.к-той, высвобождение АМФ – комплекс в ФЦР – связывание аминоацил-т-РНК с рибосомами, включение аминокислоты в белок с высвобождением т-РНК.
У прокариот м-РНК может считываться рибосомами в аминокислотную последовательность белков сразу после транскрипции, а у эукариот она транспортируется из ядра в цитоплазму, где находятся рибосомы. Процесс синтеза белка на основе молекулы м-РНК называется трансляцией. Рибосома содержит 2 функциональных участка для взаимодействия с т-РНК: аминоацильный (акцепторный) и пептидильный (донорный). Аминоацил-т-РНК попадает в акцепторный участок рибосомы и взаимодействует с образованием водородных связей между триплетами кодона и антикодона. После образования водородных связей система продвигается на 1 кодон и оказывается в донорном участке. Одновременно в освободившемся акцепторном участке оказывается новый кодон, и к нему присоединяется соответствующий аминоацил-т-РНК. Во время начальной стадии биосинтеза белков, инициации, обычно метиониновый кодон узнаётся малой субъединицей рибосомы, к которой при помощи белковых присоединена метиониновая т-РНК. После узнавания стартового кодона к малой субъединице присоединяется большая субъединица и начинается вторая стадия трансляции - элонгация. При каждом движении рибосомы от 5" к 3" концу м-РНК считывается один кодон путём образования водородных связей между тремя нуклеотидами м-РНК и комплементарным ему антикодоном т-РНК, к которой присоединена соответствующая аминокислота. Синтез пептидной связи катализируется р-РНК, образующей пептидилтрансферазный центр рибосомы. Р-РНК катализирует образование пептидной связи между последней аминокислотой растущего пептида и аминокислотой, присоединённой к т-РНК, позиционируя атомы азота и углерода в положении, благоприятном для прохождения реакции. Третья и последняя стадия трансляции, терминация, происходит при достижении рибосомой стоп-кодона, после чего белковые факторы терминациигидролизуют последнюю т-РНК от белка, прекращая его синтез. Таким образом, в рибосомах белки всегда синтезируются от N- к C-концу.
Транспорт
Диффузия: через липидный слой – вода, кислород, углекислый газ, мочевина, этанол (гидрофобные быстрее гидрофильных); через белковые поры – ионы, вода (трансмембранные – интегральные – белки образуют поры); облегчённая – глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды, глицерин (через белки-переносчики);
Активный транспорт: ионы, аминокислоты в кишечнике, кальций – в мышцах, глюкоза – в почках. Белок-переносчик активируется фосфатной группой, отщепившейся от АТФ при гидролизе, образуется связь с переносимым веществом (временная).
Фагоцитоз: клетки капилляров костного мозга, селезёнки, печени, надпочечников, лейкоциты.
Пиноцитоз: лейкоциты, клетки печени, почек, амёбы.
Клеточный цикл
Интерфаза – 2n2C; период покоя – нейроны, клетки хрусталика; печени и лейкоциты – факультативно.
Пресинтетический
период: клетка растет, выполняет свои функции. Хроматиды деспирализованы. Синтезируется РНК, белки, нуклеотиды ДНК, увеличивается число рибосом, накапливается АТФ. Период продолжается около 12 часов, но может занимать несколько месяцев. Содержание генетического материала - 2n1chr2c.
Синтетический:
происходит репликация молекул ДНК - каждая хроматида достраивает себе подобную. Содержание генетического материала становится 2n2сhr4c. Удваиваются центриоли. Синтезируются
РНК, АТФ и белки-гистоны. Клетка продолжает выполнять свои функции. Продолжительность периода - до 8 часов.
Постсинтетический:
накапливается энергия АТФ, активно синтезируются РНК, ядерные белки и белки-тубулины, необходимые для построения ахроматинового веретена деления. Содержание генетического
материала не изменяется: 2n2chr4с. К концу периода все синтетические процессы замедляются, меняется вязкость цитоплазмы.
Деление. Амитоз
Деление:
Бинарное, митоз, амитоз, мейоз.
Амитоз:
Равномерный, неравномерный, множественный, без цитотомии.
Генеративный – при делении высокоспециализированных клеток (печени, эпидермиса) и макронуклеуса инфузорий.
Дегенеративный – фрагментация и почкование ядер.
Реактивный – при повреждающих воздействиях, без цитотомии, многоядерность.
Перешнуровка ядрышка, ядра и цитоплазмы. Ядро делится более чем на 2 части – фрагментация, шизогония. Разрушения кариолеммы и ядрышка не происходит. Клетка не теряет функциональную активность.
Митоз
Причины:
ü изменение ядерно-цитоплазматического отношения;
ü появление «митогенетических лучей» - делящиеся клетки «заставляют» расположенные рядом клетки вступать в митоз;
ü наличие «раневых гормонов» - поврежденные клетки выделяют особые вещества, вызывающие митоз неповрежденных клеток.
ü стимулируют митоз некоторые специфические митогены(эритропоэтин, факторы роста фибробластов, эстрогены).
ü количество субстрата для роста.
ü наличие свободного пространства для распространения.
ü секреция окружающими клетками веществ, влияющих на рост и деление.
ü позиционная информация.
ü межклеточные контакты.
В профазе: двухроматидные хромосомы в гиалоплазме имеют вид клубка, центроль делится, формируется лучистая фигура, веретено состоит из трубочек: полюсных (сплошных) и хромосомных.
В прометафазе: протоплазма с незначительной вязкостью в центре клетки, хромосомы направляются к экватору клетки, кариолемма растворена.
В метафазе: завершается формирование веретена деления, максимальная спирализация, хромосомы продольно расщепляются на хроматиды.
В анафазе: расхождение, цитоплазма имеет вид кипящей жидкости.
В телофазе: клеточный центр деактивизируется, кольцевая перетяжка или срединная пластинка.
Значение:
– поддержание постоянства числа хромосом, обеспечение генетической преемственности в клеточных популяциях;
-равномерное распределение хромосом и генетической информации между дочерними клетками;
Эндомитоз: после репликации не происходит деления. Встречается в активно функционирующих клетках у нематод, ракообразных, в корешках.
Интерфазная хромосома - это раскрученная двойная нить ДНК, в таком состоянии с нее считывается информация, необходимая для жизнедеятельности клетки. То есть функция интерфазной ХР - передача информации с генома, последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК, для синтеза необходимых белков, ферментов и т. д.
Когда приходит время деления клетки необходимо сохранить всю имеющуюся информацию и передать ее в дочерние клетки. В состоянии "раздрая" ХР этого сделать не может. Поэтому хромосоме приходится структурироваться - скручивать нить своей ДНК в компактную структуру. ДНК к этому времени уже удвоена и каждая нить скручивается в свою хроматиду. 2 хроматиды образуют хромосому. В профазе под микроскопом в ядре клетки становятся заметны маленькие рыхлые комочки - это будущие ХР. Они постепенно укрупняются и формируют видимые хромосомы, которые к середине метафазы выстраиваются по экватору клетки. В норме в телофазе равное количество хромосом начинает двигаться к полюсам клетки. (я не повторяю 1-го ответа, там все правильно. Суммируйте информацию) .
Однако случается иногда, что хроматиды цепляются друг за друга, переплетаются, кусочки отрываются - а результате две дочерние клетки получают немного неравную информацию. Такая штука называется патологический митоз. После него дочерние клетки будуи работать неправильно. При сильном повреждении хромосом клетка погибнет, при более слабом не сможет разделиться еще раз или даст череду неправильных делений. Такие вещи приводят к возникновению заболеваний, от нарушений биохимической реакции в отдельной клетке, до заболевания раком какого-то органа. Клетки делятся во всех органах, но с разной интенсивностью, поэтому у разных органов - разная вероятность заболеть раком. К счастью такие патологические митозы бывают не слишком часто и природа придумала механизмы избавления от получившихся неправильных клеток. Только когда среда обитания организма очень плохая (повышен радиоактивный фон, сильные загрязнения воды, воздуха вредными хим. веществами, бесконтрольное применение лекарственных препаратов и т. п.) -природный защитный механизм не справляется. В таком случае вероятность появления заболеваний увеличивается. Нужно стараться свести вредные факторы воздействия на организм к минимуму и принимать биопротекторы в виде живой пищи, свежего воздуха, витаминов и веществ необходимых в данной местности, это может быть иод, селен, магний или что-то еще. Не игнорируйте заботу о своем здоровье.
Хроматин (греч. χρώματα - цвета, краски) - это вещество хромосом - комплекс ДНК, РНК и белков. Хроматин находится внутри ядра клеток эукариот и входит в состав нуклеоида у прокариот. Именно в составе хроматина происходит реализация генетической информации, а также репликация и репарация ДНК
Различают два вида хроматина:
1) эухроматин, локализующийся ближе к центру ядра, более светлый, более деспирилизованный, менее компакт-ный, более активен в функциональном отношении. Предполагается, что в нем сосредоточена та ДНК, которая в интерфазе генетически активна. Эухроматин соответствует сегментам хромосом, которые деспирализованы и от-крыты для транскрипции. Эти сегменты не окрашиваются и не видны в световой микроскоп.
2) гетерохроматин - плотно спирализованная часть хроматина. Гетерохроматин соответствует конденсированным, плотно скрученным сегментам хромосом (что делает их недоступными для транскрипции) . Он интенсивно окра-шивается основными красителями, и в световом микроскопе имеет вид тёмных пятен, гранул. Гетерохроматин располагается ближе к оболочке ядра, более компактен, чем эухроматин и содержит “молчащие” гены, т. е. гены, которые в настоящий момент неактивны. Различают конститутивный и факультативный гетерохроматин. Консти-тутивный гетерохроматин никогда не переходит в эухроматин и является гетерохроматином во всех типах клеток. Факультативный гетерохроматин может превращаться в эухоматин в некоторых клетках или на разных стадиях онтогенеза организма. Примером скопления факультативного гетерохроматина является тельце Барра – инактиви-рованная Х-хромосома у самок млекопитающих, которая в интерфазе плотно скручена и неактивна. В большинст-ве клеток оно лежит у кариолеммы.
Половой хроматин - особые хроматиновые тельца клеточных ядер особей женского пола у человека и других млекопитающих. Располагаются у ядерной оболочки, на препаратах имеют обычно треугольную или овальную форму; размер 0,7-1,2 мк (рис. 1). Половой хроматин образован одной из Х-хромосом женского кариотипа и может быть выявлен в любой ткани человека (в клетках слизистых оболочек, кожи, крови, биопсированной ткани), Наиболее простым исследованием полового хроматина является исследование его в клетках эпителия слизистой оболочки полости рта. Взятый шпателем соскоб со слизистой оболочки щеки помещают на предметное стекло, окрашивают ацетоорсеином и анализируют под микроскопом 100 светлоокрашенных клеточных ядер, подсчитывая, сколько из них содержат половой хроматин. В норме он встречается в среднем в 30-40% ядер у женщин и не обнаруживается у мужчин
15.Особенности строения метафазных хромосом. Типы хромосом. Хромосомный набор. Правила хромосом.
Метафазная хромосома состоит из двух соединенных центромерой сестринских хроматид, каждая из которых содержит одну молекулу ДНП, уложенную в виде суперспирали. При спирализа-ции участки эу- и гетерохроматина укладываются закономерным образом, так что на протяжении хроматид образуются чередующиеся поперечные полосы. Их выявляют при помощи специальных окрасок. Поверхность хромосом покрыта различными молекулами, главным образом, рибонуклеопротеинами (РНП). В соматических клетках имеются по две копии каждой хромосомы, их называют гомологичными. Они одинаковы по длине, форме, строению, расположению полос, несут одни и те же гены, которые локализованы одинаково. Гомологичные хромосомы могут различаться аллелями генов, содержащихся в них. Ген - это участок молекулы ДНК, на котором синтезируется активная молекула РНК. Гены, входящие в состав хромосом человека, могут содержать до двух млн пар нуклеотидов.
Деспирализованные активные участки хромосом не видны под микроскопом. Лишь слабая гомогенная базофилия нуклеоплазмы указывает на присутствие ДНК; их можно выявить также гистохимическими методами. Такие участки относят к эухроматину. Неактивные сильно спирализованные комплексы ДНК и высокомолекулярных белков выделяются при окрасках в виде глыбок гетерохроматина. Хромосомы фиксированы на внутренней поверхности кариотеки к ядерной ламине.
Хромосомы в функционирующей клетке обеспечивают синтез РНК, необходимых для последующего синтеза белков. При этом осуществляется считывание генетической информации - ее транскрипция. Не вся хромосома принимает в ней непосредственное участие.
Разные участки хромосом обеспечивают синтез различных РНК. Особенно выделяются участки, синтезирующие рибосомные РНК (рРНК); ими обладают не все хромосомы. Эти участки называют ядрышковыми организаторами. Ядрышковые организаторы образуют петли. Верхушки петель разных хромосом тяготеют друг к другу и встречаются вместе. Таким образом формируется структура ядра, именуемая ядрышком (рис. 20). В нем различают три компонента: слабоокрашенный компонент соответствует петлям хромосом, фибриллярный - транскрибированной рРНК и глобулярный - предшественникам рибосом.
Хромосомы являются ведущими компонентами клетки, регулирующими все обменные процессы: любые метаболические реакции возможны только с участием ферментов, ферменты же всегда белки, белки синтезируются только с участием РНК.
Вместе с тем хромосомы являются и хранителями наследственных свойств организма. Именно последовательность нуклеоти-дов в цепях ДНК определяет генетический код.
Расположение центромеры определяет три основных типа хромосом:
1) равноплечие – с плечами равной или почти равной длины;
2) неравноплечие, имеющие плечи неравной длины;
3) палочковидные – с одним длинным и вторым очень коротким, иногда с трудом обнаруживаемым плечом. хромосомный набор-Кариоти́п - совокупность признаков полного набора хромосом, присущая клеткам данного биологического вида, данного организма или линии клеток. Кариотипом иногда также называют и визуальное представление полного хромосомного набора. Термин «кариотип» был введён в 1924 году советским цитологом
Правила хромосом
1. Постоянство числа хромосом.
Соматические клетки организма каждого вида имеют строго определенное число хромосом (у человека -46, у кошки- 38, У мушки дрозофилы - 8, у собаки -78. у курицы -78).
2. Парность хромосом.
Каждая. хромосома в соматических клетках с диплоидным набором имеет такую же гомологичную (одинаковую) хромосому, идентичную по размерам, форме, но неодинаковую по происхождению: одну - от отца, другую - от матери.
3. Правило индивидуальности хромосом.
Каждая пара хромосом отличается от другой пары размерами, формой, чередованием светлых и темных полос.
4. Правило непрерывности.
Перед делением клетки ДНК удваивается и в результате получается 2 сестринские хроматиды. После деления в дочерние клетки попадает по одной хроматиде, таким о6разом, хромосомы непепрывны: от хромосомы образуется хромосома.
16.Кариотип человека. Его определение. Кариограмма, принцип составления. Идиограмма, ее содержание.
Кариотип .(от карио... и греч. typos - отпечаток, форма),ттипичная для вида совокупность морфологических признаков хромосом (размер, форма, детали строения, число и т. д.). Важная генетическая характеристика вида, лежащая в основе кариосистематики. Для определения кариотипа используют микрофотографию или зарисовку хромосом при микроскопии делящихся клеток.У каждого человека 46 хромосом, две из которых половые. У женщины это две X хромосомы (кариотип: 46, ХХ), а у мужчин одна Х хромосома, а другая – Y (кариотип: 46, ХY). Исследование кариотипа проводится с помощью метода, называемого цитогенетика.
Идиограмма (от греч. idios - свой, своеобразный и...грамма), схематическое изображение гаплоидного набора хромосом организма, которые располагают в ряд в соответствии с их размерами.
Кариограмма (от карио... и... грамма),графическое изображение кариотипа для количественной характеристики каждой хромосомы. Один из типов К. - идиограмма -схематическая зарисовка хромосом, расположенных в ряд по их длине (рис.). Др. тип К. - график, на котором координатами служат какие-либо значения длины хромосомы или её части и всего кариотипа (например, относительная длина хромосом) и так называемый центромерный индекс, т. е. отношение длины короткого плеча к длине всей хромосомы. Расположение каждой точки на К. отражает распределение хромосом в кариотипе. Основная задача кариограммного анализа -выявление гетерогенности (различий) внешне сходных хромосом в той или иной их группе.
Термин «хромосома» был предложен в 1888 году немецким морфологом Вальдейром. В 1909 г – Морган, Бриджес и Стертевант доказали связь наследственного материала с хромосомами. Хромосомам принадлежит главенствующая роль в передаче наследственной информации от клетки к клетке, т.к. они удовлетворяют всем требованиям:
1) Способность к удвоению;
2) Постоянство присутствия в клетке;
3) Равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками.
Генетическая активность хромосом зависит от степени компактизации и изменяется в течение митотического цикла клетки.
Деспирализованная форма существования хромосомы в неделящемся ядре называется хроматином, его основу составляют белок и ДНК, которые образуют ДНП (дезоксирибонуклеиновый комплекс).
Химический состав хромосом.
Гистоновые белки Н 1 , Н 2а, Н 2в, Н 3 , Н 4 – 50% - основные свойства;
Негистоновые белки – кислотные свойства
РНК, ДНК, липиды (40%)
Полисахариды
Ионы металлов
При вступлении клетки в митотический цикл изменяется структурная организация и функциональная активность хроматина.
Строение метафазной хромосомы (митотической)
Состоит из двух хроматид, соединенных между собой центральной перетяжкой, которая делит хромосому на 2 плеча – р и q (короткое и длинное).
Положение центромеры по длине хромосомы определяет ее форму:
Метацентрическая (p=q)
Субметацентрическая (p>q)
Акрометацентрическая (p Есть спутники, которые соединяются вторичной перетяжкой с основной хромосомой, в ее области расположены гены, отвечающие за синтез рибосом (вторичная перетяжка – ядрышковый организатор). На концах хромосом имеются теломеры, которые препятствуют слипанию хромосом между собой, а также способствуют прикрепление хромосом к оболочке ядра. Для точной идентификации хромосом используют центромерный индекс – отношение длины короткого плеча к длине всей хромосомы (и умножить на 100%). Интерфазная форма хромосомы соответствует хроматину ядер интерфазных клеток, который виден под микроскопу как совокупность более или менее рыхло расположенных нитчатых образований и глыбок. Для интерфазных хромосом свойственно деспирализованное состояние, т.е.теряют компактную форму, разрыхляются, деконденсируются. Уровни компактизации ДНП Степень компактизации хроматина влияет на его генетическую активность. Чем меньше еровень компактизации, тем больше генетическая активность и наоборот. На нуклеосомном и нуклеомерном уровнях хроматин активен, а в метафазе неактивен и хромосома выполняет функцию хранения и распределения генетической информации. Уровень компактизации
Коэффициент компактизации
Диаметр фибриллы
Нуклеосомный
. G 1 , S. Хроматиновая фибрилла, «ниточка бус». Образована: гистоновые белки четырех классов - Н 2а, Н 2в, Н 3 , Н 4 – которые образуют гистоновый октанет (по две молекулы из каждого класса). На гистоновые октамеры накручивается молекула ДНК (75 оборотов); свободный линкерный (связующий) участок. Характерен для синтетического периода интерфазы.
7 раз
10 нм
Нуклеомерный
. G 2. Хроматиновая фибрилла – структура соленоида: за счет соединения соседних нуклеосом, за счет встраивания белков в линкерную область.
40 раз
30 нм
Хромомерный
. При участии негистоновых белков с образованием петель (при компактизации). Характерен для начала профазы митоза. Одна хромосома – 1000 петель. Одна петля – 20000-80000 нуклеотидных пар.
200-400 раз
300 нм
Хромонемный
. Участвуют кислые белки. Характерен для конца профазы.
1000 раз
700 нм
Хромосомный.
Характерен для метафазы митоза. Участие гистонового белка Н 1 . Максимальная степень спирализации.
10 4 -10 5 раз
1400 нм