Лекции по "Биологии"

 

 

 

 

 

1                          2                 3       4                5

 Формы хромосом на стадии  метафазы (схема):

1,5 - равноплечие; 2,3 - неравноплечие; 4 – головчатые

 Каждому из населяющих нашу  планету видов растений и животных  свойственно строгое число хромосом, обозначаемое 2n (диплоидный набор). В половых клетках число хромосом  в два раза меньше и равно  n (гаплоидный набор). В соматических  клетках организма каждая хромосома  имеет пара, идентичную как морфологически, так и генетически (гомологичные хромосомы). Исключение из этого правила составляют половые хромосомы у гетерогаметных особей. Специфический для определенного вида по числу и структуре набор хромосом получил название кариотипа.

 Графическое изображение кариотипа,  показывающие его структурные  особенности, называется идиограммой. В последние годы получил распространение метод дифференциального окрашивание хромосом. При этом на каждого из хромосом прокрашиваются специфические, характерные для нее полосы (бэнды), что значительно облегчает идентификацию отдельных хромосом кариотипа. Хромосомы, определяющие пол особи, называют половыми хромосомами, а все остальные - аутосомами. Внутренне строение хромосом чрезвычайно сложно. По химическому составу они на 40% состоят из ДНК и на 60% из белков, в среднем около 60% из которых приходится гистоны. Строение метафазной хромосомы при исследовании с помощью светового микроскопа представляет следующим образом. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, спирально закрученными и располагающихся параллельно оси хромосомы. Для прокрашивающихся в интерфазном яде участков хромосом используют термин "хромонема" - красящая нить. Утолщения на хромонемах получили название хромомер. Особенность вышеописанного строения хромосом зависит от уровня меняется при переходе от интерфазного состояния хромосом к метафазному

 Первый, получивший название  нуклеосомного, определяет скручивание ДНК по поверхности гистоновой сердцевины. Второй - объединение нескольких нуклеосом (до 10) в бусину - называется нуклеомерный. Третий уровень - объединение скрепками из негистоновых белков фибрилл дезоксирибонуклеопротеида в петлевой домен, называемый хромомером. Четвертый - образование хромонем. Далее, по-видимому, хромонема укладывается в виде спирали в хроматиде, хотя весьма вероятно, что это еще один уровень - "петлистых структур".

 

8Дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая кислота (ДНК и РНК).

 

По строению ДНК — представляет собой биологический полимер, сложенный  из двух цепочек мономеров. Мономерами – как уже указывалось  -  являются нуклеотиды. В одной молекуле ДНК человека – это три миллиона «строительных блоков», нуклеотидов. Молекула ДНК представляет собой  структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены  друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной  спиралью.

Особенностью  структуры ДНК является то, что  против азотистого основания А в  одной цепи лежит азотистое основание  Т в другой цепи, а против азотистого основания Г всегда расположено  азотистое основание Ц. А (аденин) — Т (тимин)     Т (тимин) — А (аденин) Г (гуанин) — Ц (цитозин)   Ц (цитозин) - Г (гуанин). Эти пары оснований называют комплиментарными основаниями (дополняющими друг друга). Нити ДНК, в которых основания расположены комплементарно друг другу - называют комплиментарными нитями.

 

Расположение четырех типов  нуклеотидов в цепях ДНК несет  важную информацию. Набор белков (ферментов, гормонов и др.) определяет свойства клетки и организма. Молекулы ДНК  хранят сведения об этих свойствах  и передают их в поколения потомков. Другими словами, ДНК является носителем  наследственной информации, обеспечивает хранение, передачу из поколения в  поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК  в клетках — долговременное хранение информации о структуре РНК и  белков.

 

У каждого вида живых существ: растений и животных ДНК имеет собственное  строение, хотя универсальной структурной  единицей являются одни и те же 4 вида нуклеотидов.

 

В организме человека приблизительно 100 миллиардов клеток. Все клетки за редким исключением, имеют полный генетический хромосомный набор, находящийся  в ядре. Все клетки  несут в себе одинаковую генетическую информацию, но функционируют по разному, поскольку  одни гены в них активируются, а другие блокируются в зависимости от условий, в которых появилась конкретная клетка.

 

Каждый из генов – это участок  ДНК, ответственный за синтез одного белка. Длинная молекула ДНК, заключающая  в себе 25 000 генов, упакована в  одну  хромосому при помощи молекул  белка – гистона. Каждая клетка человеческого  организма содержит 23 пары хромосом (за исключением половых клеток).

 

РНК (рибонуклеиновая кислота) - также  полимер, мономерами которой являются нуклеотиды. Она построена таким  же образом, как и одна из цепей  ДНК. Молекула РНК в отличие от молекулы ДНК представлена одной  нитью; вместо дезоксирибозы — рибоза и вместо тимина — урацил. Для одноцепочечных РНК характерны разнообразные пространственные структуры, в которых часть нуклеотидов одной и той же цепи спарены между собой.

 

В отличие от ДНК, содержание которой  в клетках конкретных организмов относительно постоянно, содержание РНК  сильно в них колеблется. Оно заметно повышено в клетках, в которых происходит интенсивный синтез белка, так как основная функция РНК в клетке – реализация генетического материала считывание информации с ДНК, перенос ее в клеточные структуры – место синтеза белка, расшифровка кода генетической информации для синтеза белков клетки (ферментов, гормонов, структурных белков и т.д).

 

 

В зависимости от выполняемой функции  выделяют несколько видов РНК.

 

Наследственная информация, хранящаяся в молекулах ДНК, реализуется  через молекулы белков. Информация о строении белка считывается  с ДНК и передается особыми  молекулами РНК, которые называются информационными (и-РНК) или матричными РНК (мРНК).

 

И-РНК переносится в цитоплазму, где с помощью специальных  органоидов — рибосом — идет синтез белка. Именно и-РНК, которая  строится комплементарно одной из нитей  ДНК, определяет порядок расположения аминокислот в белковых молекулах.

 

В синтезе белка принимает участие  другой вид РНК — транспортная (т-РНК), которая подносит аминокислоты к рибосомам.

 

В состав рибосом входит третий вид  РНК, так называемая рибосомная РНК (р-РНК), которая определяет структуру рибосом.В некоторых клетках РНК отвечает и за хранения генетической информации: информосомы, некоторые РНК-вирусы.

 

Помимо того, что молекулы РНК  входят в состав некоторых ферментов (например, теломеразы) у отдельных РНК обнаружена собственная энзиматическая активность, способность вносить разрывы в другие молекулы РНК или, наоборот, «склеивать» два РНК- фрагмента. Такие РНК называются рибозимами

 

9Кариотип — диплоидный набор хромосом, свойственный соматическим клеткам организмов данного вида, являющийся видоспецифическим признаком и характеризующийся определенным числом, строением и генетическим составом хромосом Если число хромосом в гаплоидном наборе половых клеток обозначить п, то общая формула кариотипа будет выглядеть как 2п, где значение п различно у разных видов. Являясь видовой характеристикой организмов, кариотип может отличаться у отдельных особей некоторыми частными особенностями. Например, у представителей разного пола, имеются в основном одинаковые пары хромосом (аутосомы), но их кариотипы отличаются по одной паре хромосом (гетерохромосомы, или половые хромосомы). Иногда эти различия состоят в разном количестве гетерохромосом у самок и самцов (XX или ХО). Чаще различия касаются строения половых хромосом, обозначаемых разными буквами —X и Y (XX или XY).

 

Каждый вид хромосом в кариотипе, содержащий определенный комплекс генов, представлен двумя гомологами, унаследованными  от родителей с их половыми клетками. Двойной набор генов, заключенный  в кариотипе,— генотип — это  уникальное сочетание парных аллелей  генома. В генотипе содержится программа  развития конкретной особи.

 

10Партеногенез ( гр. parthenos – девственница , genos – рождение ) – развитие организма из неоплодотворённого яйца ( без слияния её со сперматозоидом )

В настоящее  время различают естественный и  искусственный партеногенез

Естественный  партеногенез

Факультативный  партеногенез – любое яйцо способно развиваться как без оплодотворения , так и после него ( встречается у пчёл , муравьёв , коловраток , у которых из оплодотворённых яиц развиваются самки , а из неоплодотворённых – самцы ) ; является приспособлением к регуляции численного соотношения полов в популяции

    Облигатный , т. е. обязательный партеногенез – все яйцеклетки развиваются только без оплодотворения ( наблюдается для кавказской ящерицы , у которой известны только самки )

 

^ Диплоидный партеногенез –  в ядрах соматических клеток  особей , развившихся из неоплодотворённых яиц имеется диплоидный набор хромосом ( дафнии , тли , кавказские скальные ящерицы ) ; при этом яйцеклетка , как и соматические клетки диплоидна , что обеспечивается слиянием её с полярным тельцем

 

^ Гаплоидный партеногенез –  в ядрах соматических клеток  гаплоидный набор хромосом , т. к. они развиваются из гаплоидной яйцеклетки ( у медоносной пчелы и некоторых ос и коловраток из оплодотворённых яиц развиваются самки - матки , рабочие пчёлы , неоплодотворённые дают самцов - трутней , которые гаплоидны , как и образующиеся сперматозоиды )

 

^ Циклический партеногенез - у многих  видов партеногенез носит циклический  характер ( дафнии , коловратки тли ) – в летнее время существуют лишь самки , размножающиеся партеногенетически а осенью партеногенез сменяется размножением с оплодотворением ( зигогенез ) с помощью появляющихся самцов ( это явление получило название гетерогении – чередование партеногенеза с зигогенезом )

 

Установлено существование партеногенеза  у птиц ( у одной из пород индеек многие яйца развиваются партеногенетически ; из них появляются только самцы )

 

Биологический смысл партеногенеза

 

Приспособление к размножению  у видов организмов , которые погибали в большом количестве ( дафнии, тли ) или у которых была затруднена встреча особей различного пола

 

Широко распространён партеногенез у у личиночных стадий сосальщиков и других паразитов , что обеспечивает им интенсивное размножение и выживание несмотря на массовую гибель на различных этапах жизненного цикла

    Андрогенез ( греч. аndros – мужчина , genesis – зарождение )

 

Является одной из форм партеногенеза  – если в яйцеклетку с инактивированным или редуцированным ядром проникают  несколько сперматозоидов, то из такой  яйцеклетки в результате слияния  мужских (сперматозоидных) ядер разовьётся мужской организм без участия  материнского набора хромосом ( например , у тутового шелкопряда )

 

Гиногенез ( псевдогамия )

 

Сперматозоид проникает в яйцеклетку и активирует её ( стимулиреют начало дробления ) , но не оплодотворяет её , а погибает ( не происходит кариогамии ) ; развитие яйцеклетки происходит без участия ядра сперматозоида , а появляющееся потомство состоит только из женских особей ( свойственен для некоторых рыб , круглых червей – нематод )

 

Так , например , у серебристого карася самцы отсутствуют , а самки мечут икру в тех же местах , где и другие карповые рыбы ; сперматозоиды других видов рыб активируют яйцеклетки карася

 

Гиногенез можно вызвать искусственно у тутового шелкопряда , рыб и амфибий

 

Апомиксис

 

Является нерегулярным типом полового размножения у растений

 

Под апомиксисом понимают либо развитие из неоплодотворённой яйцеклетки , либо возникновение зародыша вообще не из гамет( например , у цветковых , из различных клеток зародышевого мешка )

 

11

Оплодотворение

        сингамия, у растений, животных и человека — слияние мужской и женской половых клеток — гамет (См. Гаметы), в результате чего образуется Зигота, способная развиваться в новый организм. О. лежит в основе полового размножения и обеспечивает передачу наследственных признаков от родителей потомкам.

         Оплодотворение  у растений. О. свойственно большинству  растений; ему обычно предшествует  образование гаметангиев — половых  органов, в которых развиваются  гаметы. Часто эти процессы объединяют  под общим названием половой  процесс. Растения, имеющие половой  процесс, имеют в цикле развития  и Мейоз, т. е. обнаруживают  смену ядерных фаз (см. Чередование  поколений). Типичного полового процесса  нет у бактерий и синезелёных водорослей; неизвестен он и у некоторых грибов. Типы полового процесса у низших растений разнообразны. У ряда зелёных водорослей он может осуществляться без образования гамет, в результате слияния двух одноклеточных организмов (т. н. Гологамия). Слияние имеющих жгутики гамет, форма и размеры которых одинаковы, называется изогамией (См. Изогамия) (см. рис. 1, 1). Этот тип полового процесса присущ многим водорослям. Одноклеточные водоросли (например, некоторые хламидомонады) как бы сами превращаются в гаметангии, образуя гаметы; у многоклеточных гаметангиями становятся некоторые клетки, не отличающиеся от других (например, у улотрикса, ульвы), или возникают морфологически отличные гаметангии (например, у эктокарпуса). Многие изогамные водоросли гетероталличны: сливаются лишь физиологически различные (+ и –) гаметы (см. Гетероталлизм). Для водорослей конъюгат (например, спирогиры) характерна Конъюгация: протопласт одной клетки перетекает в другую (принадлежащую той же или др. особи), сливаясь с её протопластом (рис. 1, 2). Слияние имеющих жгутики гамет различной величины (большая — женская, меньшая — мужская; например, у некоторых хламидомонад) называется гетерогамией (См. Гетерогамия) (рис. 1, 3). Слияние крупной безжгутиковой женские гаметы (яйцеклетка) и мелкой мужской, чаще имеющей жгутики (сперматозоид), реже — безжгутиковой (спермаций), называется оогамией (См. Оогамия). Женские гаметангии большинства оогамных низших растений называются оогониями, мужские — антеридиями. Оогамия характерна для многих зелёных, диатомовых, бурых (рис. 1, 4) и всех красных водорослей, некоторых низших грибов. У гологамных, изо-, гетеро- и многих оогамных растений О. происходит в воде, у некоторых оогамных (вольвокса, вошерии) — в женских гаметангиях — оогониях, к которым вышедшие в воду сперматозоиды активно перемещаются (что, видимо, обусловлено Хемотаксисом), а спермации красных водорослей — пассивно, током воды. У растений с гаметангиогамией гаметы не дифференцируются. Так, у мукоровых грибов сливаются многоядерные гаметангии, возникающие на концах выростов мицелиев (разных при гетероталлизме) (рис. 1, 5); при этом попарно сливаются и ядра. Этот тип гаметангиогамии называется зигогамией (См. Зигогамия). У большинства сумчатых грибов многоядерный протопласт антеридия переливается в базальную клетку женского гаметангия (аскогон), содержащую протопласт со множеством ядер; ядра лишь попарно сближаются, образуя т. н. дикарионы (первый этап полового процесса — плазмогамия). Из аскогона вырастают гифы, в них ядра дикарионов синхронно делятся; на концах гиф возникают сумки — клетки, содержащие по дикариону. В сумках (асках) происходит второй этап полового процесса — Кариогамия, т. е. слияние ядер (рис. 1, 6). Для базидиальных грибов характерна соматогамия: они не образуют ни гамет, ни гаметангиев; плазмогамия происходит у них при слиянии двух одноядерных клеток, т. н. первичных (+ и –) мицелиев; возникающая при этом двуядерная клетка даёт начало вторичному мицелию, состоящему из клеток, содержащих дикарионы; на этом мицелии образуются базидии, в них и происходит кариогамия (рис. 1, 7). Гаметангио- и соматогамия — выработанное грибами в процессе эволюции приспособление к существованию вне водной среды.