Митоз - деление ядра, следующее за
репликацией хромосом, в результате чего
дочерние ядра содержат то же число хромосом,
что и родительские. Митоз имеет сложный
механизм, включающий несколько фаз. Процесс митоза составляют:
профаза, прометафаза, метафаза, анафаза
и телофаза.
Профаза. В начале профазы многочисленные
цитоплазматические микротрубочки, входящие
в состав цитоскелета, распадаются. Эти
молекулы вновь используются для построения
главного компонента митотического аппарата
- митотического веретена. Каждая пара
центриолей становится частью митотического
центра, от которого лучами расходятся
микротрубочки (фигура "звезда").
Вначале обе звезды лежат рядом около
ядерной мембраны. В поздней профазе пучки
полюсных микротрубочек, взаимодействующие
друг с другом, удлиняются и как будто
расталкивают два митотических центра
друг от друга вдоль наружной поверхности
ядра. Таким способом образуется биполярное
митотическое веретено.
Вторая стадия митоза
- прометафаза начинается с быстрого распада
ядерной оболочки на мелкие фрагменты.
В клетках млекопитающих прометафаза
занимает 10-20 минут. В хромосомах с каждой
стороны центромеры образуются особые
структуры - кинетохоры. Обычно у каждой
хромосомы оказывается по одной кинетохорной
нити, связанной с каждым из полюсов. В
результате этого возникают две противоположно
направленные силы, которые и приводят
хромосому в экваториальную плоскость.
Таким образом, беспорядочные прометафазные
движения хромосом и их случайная окончательная
ориентация обеспечивает случайное разделение
хроматид между дочерними клетками.
Третья стадия митоза
- метафаза часто продолжается длительное
время. Все хромосомы располагаются таким
образом, что их центромеры лежат в одной
плоскости (метафазная пластинка). Каждая
хромосома удерживается в метафазной
пластинке парой кинетохоров и двумя пучками
связанных с ними нитей, идущих к противоположным
полюсам веретена. Метафаза резко оканчивается
разделением двух кинетохоров каждой
хромосомы.
Четвертая стадия
митоза - анафаза продолжается обычно всего
несколько минут. Анафаза начинается внезапным
расщеплением каждой хромосомы, которое
обусловлено разделением сестринских
хроматид в точке их соединения в центромере.
Это расщепление, разделяющее кинетохоры,
не зависит от других событий митоза и
происходит даже в хромосомах, не прикрепленных
к митотическому веретену; оно позволяет
полярным силам веретена, действующим
на метафазную пластинку, начать перемещение
каждой хроматиды к соответствующим полюсам.
Во время этого анафазного движения кинетохорные
нити укорачиваются по мере того, как хромосомы
приближаются к полюсам. Примерно в это
же время удлиняются нити митотического
веретена и два полюса веретена расходятся
еще дальше.
В пятой заключительной
стадии митоза телофазе разделенные дочерние хроматиды
подходят к полюсам, кинетохорные нити
исчезают. После удлинения полюсных нитей
вокруг каждой группы дочерних хроматид
образуется новая ядерная оболочка. Конденсированный
хроматин начинает разрыхляться, появляются
ядрышки, и митоз заканчивается.
Пролиферация - разрастание ткани организма путём размножения
клеток. Основной способ деления тканевых
клеток — это митоз. Механизм пролиферации отличается
от других механизмов изменения объёма клетки (клеток), например, отёка или апоптоза.
11. Особенности морфологического
и функционального строения хромосомы.
Эу– и гетерохроматин.
Хромосома - постоянный компонент ядра,
отличающийся особой структурой, индивидуальностью,
функцией и способностью к самовоспроизведению,
что обеспечивает их преемственность,
а тем самым и передачу наследственной
информации от одного поколения растительных
и животных организмов к другому.
Размеры хромосом у разных организмов
варьируют в широких пределах. Длина хромосом
может колебаться от 0,2 до 50 мкм. Число
хромосом у различных объектов также значительно
колеблется, но характерно для каждого
вида животных или растений. Совокупность
числа, величины и морфологии хромосом
называется кариотипом данного вида.
Хромосомы животных и растений
представляют собой палочковидные структуры
разной длины с довольно постоянной толщиной,
у большей части хромосом удается легко
найти зону первичной перетяжки, которая
делит хромосому на два плеча. В области
первичной перетяжки находится центромера, где расположен кинетохор. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку.
В конце интерфазы каждая хромосома
состоит из двух сестринских хроматид.
Каждая из них, в свою очередь, состоит
из двух половинок – полухроматид или
хромонем. Хромонемы содержат уплотненные
участки – хромомеры, которые в световом
микроскопе имеют вид темноокрашенных
гранул. Их число, положение и величина
в обеих хроматидах одинаковы и для каждой
хромосомы относиельно постоянны. Расстояния
между хромомерами называются межхромомерными
участками.
Когда говорят о морфологии
хромосом, то принимают во внимание следующие
признаки: длину плеч, положение центромеры,
наличие вторичной перетяжки или спутника.
Спутники разных хромосом отличаются
по форме, величине и длине нити, соединятющей
их с основным телом.
Спутник – это хромосомный сегмент,
чаще всего гетерохроматический, расположенный
дистально от вторичной перетяжки. По
классическим определениям спутник –
сферическое тельце с диаметром, равным
диаметру хромосомы или меньше его, которое
связано с хромосомой тонкой нитью.
Вторичная перетяжка, соединяющая
спутник с телом хромосомы, способна к
участию в процессе формирования и сборки
ядрышек. Такая вторичная перетяжка поэтому
называется еще ядрышковым организатором.
Вторичные перетяжки могут
быть у одних хромосом на длинном плече,
у других - на коротком. Концевые участки
хромосомы называют теломерами. Особенность их состоит в том,
что они не способны к соединению с другими
участками хромосом.
Нормальная длина каждой хромосомы
и суммарная длина всех хромосом кариотипа
постоянна. Морфология хромосомы определяется
в первую очередь положением центромеры.
В соответствии с местом расположения
центромеры выделяют основные формы хромосом:
метацентрические, субметацентрические,
акроцентрические и изохромосомы.
Метацентрические хромосомы отличаются тем что
плечи у них одинаковой или почти одинаковой
длины. Субметацентрические хромосомы имеют плечи разной
длины. У акроцентрических хромосом центромера расположена
к близко к одной из теломер.
Хроматин - основной компонент клеточного
ядра. В среднем в хроматине 40% приходится
на ДНК и около 60% на белки. В структурном
отношении хроматин представляет собой
нитчатые комплексные молекулы дезоксирибонуклеопротеида,
которые состоят из ДНК, ассоциированной
с гистонами и иногда еще с негистоновыми
белками. Способность к дифференциальному
окрашиванию легла в основу выявления
двух фракций хроматина – гетеро – и эухроматина.
Определенные участки хромосом остаются
в конденсированном состоянии в течении
всего клеточного цикла и называются гетерохроматин,
а участки, деконденсирующиеся в конце
митоза и слабо окрашенные – эухроматин.
Гетерохроматиновые участки функционально
менее активны, чем эухроматиновые, в которых
и локализована большая часть известных
генов. Однако, гетерохроматин имеет определенное
генетическое влияние; к примеру, определяющие
пол хромосомы не могут рассматриваться
как генетически неактивные, хотя они
часто полностью состоят из гетерохроматина.
12. Кодирование
и реализация биологической информации
в клетке. Кодовая система ДНК
и белка.
Первично все многообразие
жизни обусловливается разнообразием
белковых молекул, выполняющих в клетках
различные биологические функции. Структура
белков определяется набором и порядком
расположения аминокислот в их пептидных
цепях. Именно эта последовательность
аминокислот в пептидных цепях зашифрована
в молекулах ДНК с помощью генетического
кода. Для шифровки 20 различных аминокислот
достаточное количество сочетаний нуклеотидов
может обеспечить лишь триплетный код,
в котором каждая аминокислота шифруется
тремя стоящими рядом нуклеотидами.
Генетический
код — это система записи информации
о последовательности расположения аминокислот
в белках с помощью последовательного
расположения нуклеотидов в и-РНК.
Св-ва ген. кода:
1) Код триплетен. Это означает,
что каждая из 20 аминокислот зашифрована
последовательностью 3 нуклеотидов, называется
триплетом или кодоном.
2) Код вырожден. Это означает,
что каждая аминокислота шифруется
более чем одним кодоном (исключение
метиотин и триптофан)
3) Код однозначен —
каждый кодон шифрует только 1
аминоксилоту
4) Между генами имеются
«знаки препинания» (УАА,УАГ,УГА) каждый
из которых означает прекращение синтеза
и стоит в конце каждого гена.
5) Внутри гена нет знаков
препинания.
6) Код универсален. Генетический
код един для всех живых
на земле существ.
Транскрипция — это процесс
считывания информации РНК, осуществляемой
и-РНК полимеразой. ДНК — носитель всей
генетической информации в клетке, непосредственного
участия в синтезе белков не принимает.
К рибосомам — местам сборки белков —
высылается из ядра несущий информационный
посредник, способный пройти поры ядерной
мембраны. Им является и-РНК. По принципу
комплементарности она считывает с ДНК
при участии фермента называемого РНК
— полимеразой. В процессе транскрипции
можно выделить 4 стадии:
1) Связывание РНК-полимеразы
с промотором;
2) Инициация — начало синтеза;
3) элонгация — рост
цепи РНК, т.е. последовательное присоединение
нуклеотидов друг к другу в
том порядке, в котором стоят
комплементарные нуклеотиды в
ните ДНК;
4) Терминация — завершения
синтеза и-РНК.
Промотр — площадка для РНК-полимеразы.
Оперон — часть одного гена ДНК.
ДНК — биологический полимер, состоящий
из двух полинуклеотидных цепей, соединенных
друг с другом. Мономеры, составляющие
каждую из цепей ДНК, представляют собой
сложные органические соединения, включающие
одно из четырех азотистых оснований:
аденин (А) или тимин (Т), цитозин (Ц) или
гуанин (Г), пятиатомный сахар пентозу
— дезоксирибозу, а также остаток фосфорной
кислоты. Эти соединения носят название
нуклеотидов.
13.Размножение - универсальное
свойство живого, обеспечивающее
материальную непрерывность в
ряду поколений. Эволюция размножения,
формы размножения.
Размножение – способность организмов
производить себе подобных особей того
же вида.
Бесполое размножение.
Бесполое размножение происходит
без образования специальных клеток, в
нём участвует один организм, при этом
размножении образуются идентичные потомки.
Единственным источником генетической
изменчивости являются случайные мутации.
Цитологической основой бесполого размножения
является митоз. Молекулярной основой
бесполого размножения является репликация
ДНК. Бесполое размножение у различных
живых организмов может происходить по-разному.
Формы бесполого размножения:
1. Почкование – новая особь образуется
в виде выростов (почки) на теле родительской
особи, а затем отделяется от неё и превращается
в самостоятельную особь (гидра, дрожжи).
2. Фрагментация – это разделение особи
на две или более частей(высшие растения,
губка, дождевой червь).
3. Образование спор. Спора – это одноклеточная
репродуктивная единица, состоящая из
ядра и небольшого количества цитоплазмы
под плотной оболочкой. Из споры образуется
новая особь (низшие растения).
4. Деление. Бинарное деление клетки на
две части. Ядро родительской особи один
или несколько раз делится митозом, при
этом образуется два или несколько дочерних
ядер. Каждое из них окружается цитоплазмой
и развивается в самостоятельный организм.
5. Шизогония – это множественное деление
клетки. Сначала в клетке многократно
делится ядро, затем вокруг каждого ядра
обособляется участок цитоплазмы и плазматическая
мембрана (малярийный плазмодий).
6. Вегетативное размножение. Осуществляется
формирование дочернего организма из
группы клеток материнского организма.
У растений это размножение происходит
за счёт вегетативных органов: корневищ,
луковиц, клубней, усов.
В результате бесполого размножения образуются
генетически идентичные особи. Скорость
размножения очень высокая и в постоянных
условиях организма быстро захватывают
экологическую нишу.
Половое размножение.
Половое размножение - смена поколений и развитие организмов
на основе слияния специализированных
– половых клеток (гамет) и образования
зиготы. При оплодотворении (слияния
сперматозоида с яйцеклеткой с последующим
слиянием их ядер) образуется зигота. Из
которой развивается новый организм.
Одной из модификаций полового размножения
является партеногенез - процесс, при котором
женская гамета развивается в новую особь
без оплодотворения (встречается у животных
(пчёлы) и растений).
Эволюция размножения стала важной
движущей силой общей эволюции царства
растений и привела к возникновению новых
специализированных органов. Бесполое
размножение — наиболее древний и, несомненно,
изначальный способ размножения.
Наиболее примитивный способ бесполого
размножения — вегетативное. Его наблюдают
на самых ранних этапах развития жизни
— у доклеточных. У многих предъядерных
(например, у бактерий) это и сейчас единственный
способ размножения.
Наиболее разнообразны формы вегетативного
размножения у высших растений, особенно
у покрытосеменных. Велико разнообразие
спор собственно бесполого размножения.
В процессе эволюции они утратили способность
воспроизводить новую особь, сходную с
материнской (спорофит), а дают начало
половому поколению (гаметофиту). Половое
размножение возникло на очень ранних
этапах эволюции, но время его появления
точно не установлено.
У некоторых современных примитивных
групп растений половой процесс неизвестен.
Не вызывает сомнений, что такие природные
группы, как сине-зеленые водоросли и большинство
бактерий, никогда не имели полового размножения.
Другие, например некоторые грибы, возможно,
утратили его. Половой процесс утрачен
и у некоторых высокоорганизованных растений,
например у покрытосеменных (партеногенез).
Наиболее специализированным
половым процессом считают оогамию. Мужская
гамета теряет подвижность, приспособившись
к наземным условиям жизни, и доставляется
к яйцеклетке пыльцевой трубкой. Таким
образом, у семенных растений половой
процесс не связан с наличием водной среды,
это — приспособление к сухопутному образу
жизни. Половое размножение развивалось
не изолированно от бесполого, а во взаимной
связи с ним. Каждая природная группа растений
в жизненном цикле имеет свою закономерность
смены бесполого и полового размножения.
В процессе эволюции спорофит приобретает
всё большее развитие и самостоятельность;
гаметофит, напротив, все более редуцируется,
полностью теряет свою самостоятельность
и всецело зависит от спорофита, что и
наблюдают у наиболее высокоорганизованных
семенных растений — голосеменных и покрытосеменных.