1. Клеточная теория: история накопления данных о клеточном строении организмов; основные положения клеточной теории Т. Шлейдена и М. Шванна; развитие клеточной теории в трудах Р.Вирхова; современное состояние клеточной теории.

В 1665 г. Гук открыл клетку, изучая под микроскопом кусочек пробки. В 1676г. Левингук описал клетки животного организма. В 1830г. чешский ученый Пуркинье изучал содержимое животных клеток. Пуркинье описал ядро клетки, назвав его «зародышевым пузырьком». В 1831г. Р. Броун описал ядро в растительных клетках. В 1836 г. в ядре клетки было обнаружено ядрышко.

Этапы формирования знаний о клетках:

1. Предложена Гуком и Мальпиги. Соседние клетки имеют общую оболочку и являются ячейками с затвердевшей стенкой.

2. Линк и Рудольфи. Каждая клетка имеет собственную оболочку, вещество внутри клетки способно двигаться.

3. Шванн и Шлейден. Создание клеточной теории. Основными элементами клетки являются оболочка, протоплазма, ядро с ядрышком.

Дальнейшие исследования ученных дополняли клеточную теорию и модернизировали ее, но основные положения оставались такими же.

Основные положения клеточной теории Т. Шлейдена и М. Шванна (1839 г.) :

• Клетка есть биологическая элементарная единица строения организма и может быть рассмотрена как биологическая индивидуальность низшего порядка (отдельный организм, например, простейшие).

• Клеткообразование есть универсальный принцип размножения.

• Жизнь организма может и должна быть сведена к сумме жизней составляющих его клеток.

В 1855 г. Рудольф Вирхов применил клеточную теорию в медицине, дополнив её следующими важными положениями:

• Всякая клетка происходит из другой клетки.

• Всякое болезненное изменение связано с каким-то патологическим процессом в клетках, составляющих организм.

Современные положения клеточной теории:

1. Клетка – элементарная единица живого: вне клетки жизни нет.

2. Клетки разных организмов гомологичны по своему строению и свойствам.

3. Клетка – единая система, включающая множество закономерно связанных друг с другом элементов, представляя собой целостное образование, состоящее из сопряженных функциональных единиц.

4. Клетки увеличиваются в числе путем деления исходной клетки после удвоения генетического материала.

5. Многоклеточный организм представляет сложный ансамбль из множества клеток, объединенных в системы тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химического, гуморального, нервного факторов.

6. Клетки многоклеточного организма тотипотентны, т.е. обладают генетическим потенциалом всех клеток данного организма и равнозначны по генетической информации.

2. Современные представления об организации эукариотической клетки: строение и функции клеточной оболочки; характеристика цитоплазматического матрикса; строение и функции ЭПС; строение и функции комплекса Гольджи; строение и функции лизосом. Почему ЭПС, комплекс Гольджи и лизосомы объединяют в единую вакуолярную систему?

Строение и функции клеточной оболочки.

Поверхностный аппарат клетки состоит из цитоплазматической мембраны, надмембранного и субмембранного слоев.

Цитоплазматическая мембрана (плазмолемма, цитолемма) – это поверхность, на которой осуществляется взаимодействие между внутриклеточными механизмами и внеклеточной окружающей средой. Она состоит из двойного слоя липидов и белков.

Состав липидов мембран разнообразен. Главным компонентом чаще являются фосфолипиды, иногда гликолипиды. В животных клетках – холестерин. Участок молекулы несущий заряд называется гидрофильной головкой; участки, где располагаются остатки жирных кислот – гидрофобными хвостиками. Фосфолипиды расположены упорядочено, гидрофобные хвосты – внутри, гидрофильные головки снаружи. Липиды образуют двойной слой, который формирует барьер, непроницаемый для большинства молекул.

Также мембрана содержит различные молекулы белков (в среднем 60%). В зависимости от положения по отношению к билипидному слою подразделяются на:

- периферические (связаны с головками липидов, выполняют функцию переноса электронов);

- интегральные (погружены или пронизывают билипидный слой, делятся на две группы: трансмембранные (пересекающие билипидный слой), нетрансмембранные (непересекающие бислой). Интегральные белки могут перемещаться. Участвуют в организации трансмембранных процессов (процесс переноса молекул в клетку).

Также мембрана содержит углеводы (до 10%) – гликопротеиды и гликолипиды. Углеводы располагаются на наружной поверхности мембраны. В животных клетках гликопротеиды образуют надмембранный комплекс – гликокаликс. Углеводы выполняют роль рецепторов.

Субмембранный комплекс состоит из микротрубочек и микрофиламентов, образующих цитоскелет.

Функции мембраны: Связь с внешней средой; Рецепторная (обеспечивается гликокаликсом); Обеспечение клеточных контактов; Транспортная; Структурная; Защитная. Через мембрану возможен пассивный и активный транспорт.

Характеристика цитоплазматического матрикса.

Цитоплазматический матрикс (гиалоплазма, цитозоль) – основное вещество цитоплазмы, представляющее собой бесцветный коллоидный раствор с ферментативными системами, который может переходить из золя в гель. Матрик содержит 90% воды, различные белки, аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты, ионы неорганических соединений и т.д. В гиалоплазме протекают ферментативные реакции, метаболические процесс (гликолиз, синтез части АТФ), синтез аминокислот, жирных кислот, откладываются запасы гликогена, накаливается жир; транспорт веществ в клетке. Состав гиалоплазмы определяет буферные и осмотические свойства клетки.

Строение и функции ЭПС.

ЭПС или ретикулум – единая внутриклеточная система мембран, образующих трубочки, канальца, цистерны, пронизывающая цитоплазму и контактирующая с мембранами клетки. Функции: соединение всех клеточных мембранных структур в единую систему. Пространственное разделение клетки на отсеки (компартменты) с разными ферментативными системами, транспорт веществ, везикулярный транспорт. На гладкой ЭПС нет рибосом. И одна из ее основных функций – биосинтез липидов и углеводов.

Шероховатая ЭПС покрыта рибосомами. Шероховатый ретикулум образует поляризованные стопки уплощенных цистерн, каждая из которых имеет просвет. Свойственна клеткам, активно синтезирующим секреторные белки. Гранулярная ЭПС осуществляет синтез, транспорт и начальную сортировку белков. Формирование третичной структуры идет с участием группы белков, шапероны, которые предотвращают случайное свёртывание, агрегацию и обеспечивают оптимальные условия для процесса формирования белка. ЭПС — основное место биосинтеза и построения мембран цитоплазмы. Отчленяющиеся от нее пузырьки представляют исходный материал для других одномембранных органелл: аппарата Гольджи, лизосом, вакуолей.

Строение и функции комплекса Гольджи.

Комплекс Гольджи - это система уплощенных мембранных цистерн и пузырьков (диктиосомы), различающихся по набору ферментов. Цис-поверхность АГ обращена в сторону ядра, здесь происходит поглощение веществ. Транс-поверхность АГ обращена в сторону плазматической мембраны, здесь происходи секреция синтезированных веществ. В животной клетке располагается один комплекс цистерн аппарата Гольджи, в околоядерной зоне. Функции: накопление и транспорт продуктов секреции за пределы клетки. Синтез сложных комплексных соединений (белков, гликолипидов, гликопротеидов - муцина). Строительная (образование первичных лизосом, сборка плазматической мембраны, секретов, ферментов лизосом, укрупнение белковых молекул).

Строение и функции лизосом.

Лизосомы бывают первичные и вторичные (фагосомы, аутофагосомы, остаточные тельца (телолизосомы)). Лизосомы – мелкие мембранные пузырьки, содержащие комплекс гидролитических ферментов. Образуются в аппарате Гольджи от трансцистерн. Функции: внутриклеточное расщепление веществ, поступивших в клетку и веществ, находящихся в ней (первичные лизосомы). Эндогенное питание (фагосомы). Аутофагия, аутолиз (аутофагосомы). Удаление непереваренных остатков путем экзоцитоза (телолизосомы). В телолизосомах накапливается пигмент старения – липофусцин.

Ответ: ЭПС, комплекс Гольджи и лизосомы составляют единую систему, так как они вместе учувствуют в синтезе и транспорте белковых полимеров и генезисе транспортных мембран.

3. Современные представления об организации эукариотической клетки: строение и функции ядерной оболочки; ядерный сок; ядрышко; структурная организация хромосом. Какой метод окрашивания хромосом является наиболее информативным? Почему?

Ядро имеет ядерную оболочку, отделяющую его от цитоплазмы, кариоплазму (ядерный сок), одно или несколько ядрышек, хроматин.

Строение и функции ядерной оболочки.

Ядерная оболочка (кариолемма) представлена двумя мембранами, между которыми имеется узкая щель (перинуклеарное пространство). Выросты наружной ядерной мембраны соединяются с каналами ЭПС, образуя единую систему сообщающихся каналов. На ней с внешней стороны находятся рибосомы, синтезирующие специфические белки. Внутреннняя мембрана структурно связана с волокнистым периферическим слоем ядерного белкового матрикса – ядерной ламиной, поддерживающей мембрану и контактирующей с хроматином и ядерными РНК.

Поровый комплекс. В ядерной оболочке имеются поры, в виде округлых сквозных отверстий. Поры окружены большими кольцевыми белковыми структурами, называемыми поровыми комплексами. Поры не являются постоянными образованиями, их число меняется в зависимости от функциональной активности ядра. Через поровый комплекс идет избирательный транспорт молекул из ядра в цитоплазму и обратно. Строение и функции ядерного сока.

Ядерный сок (кариоплазма) – внутренне содержимое ядра, коллоидный раствор, в котором располагается хроматин, ядрышки (1 и более), белки, свободные нуклеотиды, соли, ионы и т.д. Ядерный сок обеспечивает нормальное функционирование генетического материала. Здесь протекают процессы, связанные с ядерным метаболизмом и внутриядерным транспортом белков и РНК.

Строение и функции ядрышка.

Это непостоянные образования округлой форма (1-10), исчезающие в конце профазы и восстанавливающийся после окончания деления в телофазе. Ядрышки являются участками ядра, где происходит синтез рибосомных субъединиц. В составе ядрышка различают фибриллярный компонент (рРНК и рибонуклеопротеиды). Фибриллярный центр представлен хроматином, локализованным во вторичных перетяжках акроцентрических хромосом у человека. Эти участки называются ядрышковыми организаторами. Основным химическим компонентом ядрышка являются белки. В его состав входят белки рибосом (специфические ядрышковые белки, фибрилларин).

Структурная организация хромосом.

Хроматин – плотное вещество ядра, хорошо окрашиваемое основным красителями. В состав хроматина входят молекулы ДНК в комплексе с белками (гистонам и негистонами) и РНК. В интерфазных ядрах виден хроматин, а в клетках, делящихся митозом или мейозом, - хромосомы (спирализованный хроматин).

В зависимости от функционального состояния хроматина различают:

- Гетерохроматин – генетически неактивный участок хроматина (спирализованные участки хроматина, под световым микроскопом имеют вид глыбок, хорошо окрашиваются). Гетерохроматин бывает структурным (данные участки всегда неактивны, содержатся в околоцентромерных и теломерных участках хромосом и на протяжении некоторых внутренних фрагментов отдельных хромосом) и факультативным (тельце полового хроматина – тельце Барра).

- Эухроматин – генетически активные участки хроматина, представляют собой деспирализованные участки хроматина (под световым микроскопом не различимы, плохо окрашиваются).

Основу хромосомы составляет двухцепочечная молекула ДНК, которая подвергается укладке, приобретая определенную трехмерную структуру, или конформацию. Выделяют несколько уровней пространственной укладки – компактизации ДНК.

o Нуклеосомный уровень компактизации. Структура – «бусы на нитке». Данный сегмент ДНК состоит из 146 пар нуклеотидов, делающих виток вокруг гистонового кора. Диаметр 10 нм. Нуклеосома – белковый кор из 8 гистоновых белков, по две молекулы Н2А, Н2В, Н3, Н4. Свободная от гистонов ДНК называется линкером (50-70 п.н.). Степень компактизации 6-7 раз.

o Нуклеомерный уровень. Структура – хроматиновая фибрилла. Образуется путем объединения нуклеосом в линейном порядке с помощью гистона Н1. Диаметр=30 нм. Степень компактизации 40 раз.

o Хромомерный уровень. Структура – петли хроматиновой фибриллы. Образовавшиеся петли по размеру равны репликону. Интерфазный хроматин. Диаметр 300 нм. Степень компактизации 700 раз.

o Хромонемный уровень. Виден в световой микроскоп. Диаметр 700 нм. Степень компактизации 1500 раз.

o Хромосомный уровень компактизации. Достигается в метафазе митоза. Это метафазная хромосома. Диаметр 1400 нм. Степень компактизации 10 000 раз.

Метафазная хромосома состоит из двух хроматид. В каждой из хроматид для правильного расхождения имеется специфический участок ДНК – центромера или первичная перетяжка, в центральной части которой находятся специальные белковые структуры – кинетохоры. Кинетохоры связывают между собой сестринские хроматиды.

Морфологически хромосомы различаются между собой размерами и формой, которая определяется величиной их плеч относительно центромерного участка. В зависимости от положения центромеры выделяют 4 типа хромосом:

- метацентрические, равноплечие (центромера в середине);

- субметацентрические (неравноплечие, центромера сдвинута от центра);

- акроцентрические имеют очень короткое второе плечо (центромера расположена у края хромосомы);

- телоцентрические состоят только из одного плеча.

В области вторичной перетяжки локализована ДНК ответственная за синтез РНК. Это область хромосомы называется ядрышковым организатором. Плечи хромосом оканчиваются теломерами, неспособными соединятся с другими хромасомами.

Ответ: метод дифференциальной окраски, так как он позволяет окрасить хромосому в виде черно-белых полос, последовательность которых уникальна для каждой хромосомы. Это позволяет определить хромосомные мутации, а также дифференцировать каждую хромосому, а не их группу.

4. Современные представления об организации эукариотической клетки: строение и функции митохондрий; микротрубочки и их значение в жизнедеятельности клетки; строение и функции рибосом; включения и их роль в клетке. Почему митохондриальная ДНК передается в основном по материнской линии?

Строение и функции митохондрий.

Форма, размеры, количество и расположение в клетке разнообразны. За счет образования межмитохондриальных соединений (плотных контактов) множество митохондрий образуют единую энергетическую систему – хондриом.

Митохондрия ограничена двумя мембранами: наружная – гладкая; внутренняя – образует складки – кристы, на которых располагаются ферменты дыхательной цепи. Внутреннее пространство заполнено матриксом. В нем содержатся кольцевая ДНК, РНК, рибосомы (70S), ферменты цикла Кребса. Функции: кислородное расщепление органических веществ (клеточное дыхание). Синтез АТФ. Синтез белков митохондрий.

Микротрубочки и их значение в жизнедеятельности клетки.

Образованы белком тубулином. Участвуют в образовании центриоли клеточного центра, жгутиков, ресничек, нитей веретена деления. Формирование цитоскелета. Определяют направление перемещения внутриклеточных компонентов, расхождение хромосом к полюсам клетки при делении ядра.

Строение и функции рибосом.

Рибосомы очень малы и многочисленны, состоят из двух субъединиц: большой и малой. У эукариота в малую субъединицу входят молекулы белка и одна молекула рРНК, в большую – белки и три молекулы рРНК. Химический состав: рРНК, белки, ионы магния. Во время биосинтеза белка множество рибосом связываются друг с другом на одной молекуле иРНК, образуя комплексы – полисомы. Функции: синтез белка (трансляция). Белки, образовавшиеся на рибосомах, соединенных с мембраной ЭПС поступают в цистерны ЭПС. Белки, синтезируемые на свободных рибосомах, остаются в гиалоплазме. У эукариота 80S.

Включения и их роль в клетке.

Клеточные включения – непостоянные структурные компоненты цитоплазмы, различной химической природы. В зависимости от состава содержимого вещества и способа его использования клеткой выделяют трофические, секреторные и пигментные включения. Гликоген – клетки печени, жировые клетки – липидные гранулы; пигментные включения: эритроциты – гемоглобин, нервные и мышечные клетки – гранулы каротиноида липофусцина. К включениям также относят продукты метаболизма, удаляемые из клетки путем экзоцитоза (экскреторные гранулы).

Ответ: при формировании гамет и образовании зиготы, основная часть цитоплазмы, вместе с органоидами (в том числе и митохондриями), поступает именно из яйцеклетки (то есть материнской гаметы), поэтому потомком наследуется материнская митохондрия с ДНК.

5. Организация генетического материала в клетке: химический состав ДНК; ее структурная организация; принципы репликации ДНК; особенности репликации у прокариот и эукариот. Назовите последовательности генов в ДНК.

Химический состав ДНК:

ДНК состоит из нуклеотидов, в состав которых входят сахар – дезоксирибоза, фосфат, одно из азотистых оснований – пурин (аденин или гуанин) либо пиримидин (тимин или цитозин).

Структура организации ДНК.

1. Первичная структура ДНК: 1 полинуклеотидная цепь, где нуклеотиды связаны фосфодиэфирными связями. ОН группа 1 нуклеотида + фосфо-группа 2 нуклеотида.

2. Вторичная структура ДНК: антипараллельные цепи, которые связаны водородными связями. Они образуются между азотистыми основаниями (А и Т, Г и Ц). 5-конец соединен с 3-концом другой цепи.

3. Третичная структура ДНК: право или лево-закрученная спираль. 10 пар нуклеотидов = 360 градусов. Основания находятся на расстоянии 0,34 нм друг от друга внутри спирали, а фосфатные группы снаружи. Длина шага – 3,4 нм; диаметр 2нм.

Принципы репликации ДНК.

Репликация – самоудвоение ДНК. Значение: обеспечение потомства полной генетической информацией, в основе лежит матричный механизм.

1. Матричный – последовательность синтезируемой цепи ДНК однозначно определяется последовательностью материнской цепи в соответствии с принципом комплементарности.

2. Принцип комплементарности – азотистые основания должны своей пространственной структурой дополнять друг друга.

3. Полуконсервативность – одна цепь молекулы ДНК, образовавшейся в результате репликации, является вновь синтезированной, а вторая – материнской.

4. Антипараллельность – идет в направлении от 5`-конца новой молекулы к 3`-концу.

5. Полунепрерывность – одна из цепей ДНК синтезируется непрерывно (лидирующая), а вторая (отстающая) – в виде набора отдельных коротких фрагментов (фрагментов Оказаки). При этом синтез фрагментов начинается на РНК, который впоследствии удаляется – это РНК-затравка или праймер.

6. Униполярность – ферменты синтезирующие новые нити ДНК, называемые ДНК-полимеразами, могут передвигаться вдоль матричной цепи лишь в одном направлении – от их 3`-концов к 5`-концам. При этом синтез комплементарных нитей всегда идет в 5`-˃ 3` направлении, т.е. униполярно.

Участок начала расхождения цепей – репликативная вилка. Единица репликации – репликон – фрагмент от точки начала репликации до ее окончания.

Высокая точность репликации обеспечивается специальными механизмами, которые устраняют ошибки. Суть механизма коррекции в том, что ДНК-полимеразы дважды проверяют соотвествие каждого нуклеотида матрице. Если произошла ошибка включаются ферменты репарации. Репарация - восстановление моллекулярной структуры поврежденной ДНК. Она осуществляется ферментным комплексом эндонуклеаз.

Ферментный комплекс, осуществляющий репликацию:

1. ДНК- геликаза – разрывает водородные связи и раскрывает вторую спираль.

2. Белки-дестабилизаторы – распрямляют участки цепи ДНК, не давая им сомкнуться и делая ее основания доступными для основного фермента репликации.

3. ДНК-топоизомераза – разрывает фосфодиэфирные связи.

4. РНК – праймаза – синтезирует РНК-затравку, делая доступным 3-конец ДНК для основного фермента.

5. ДНК-полимераза – осуществляет непрерывный синтез лидирующей уепи и фрагментов Оказаки.

6. ДНК – лигаза сшивает фрагменты Оказаки в 1 цепь.

Особенности репликации у эукариот и прокариот.

У эукариотов имеются последовательности нуклеотидов в геноме: часто повторяющие (сателитные) не учувствуют в синтезе РНК; умеренно повторяющиеся кодируют белки-гистоны, р-РНК и т-РНК; уникальные последовательности кодируют все белки.

ДНК прокариот – монорепликонная. ДНК эукариот – полирепликонная.

Длина фрагмента Оказаки: у прокариот – 1000-2000 нуклеотидов; у эукариот – 100-200 нуклеотидов.

Скорость синтеза: у прокариот – 500-1000 нукл/сек; у эукариот – 50-1000нукл/сек.

6. Существование клеток во времени: понятие о жизненном цикле клетки; митотический цикл и его биологическое значение; пресинтетический период, синтетический период, постсинтетический период. Период выполнения специфических функций. Какой период, кроме указанных, еще выделяют в интерфазе, какова судьба клетки после его прохождения?

Понятие о жизненном цикле клетки.

Клеточный цикл – это период жизнедеятельности клетки от момента ее появления до последующего деления или смерти. Данный цикл имеет разную продолжительность в зависимости от тканевой принадлежности, внешних факторов. Компонентами клеточного цикла является митотический цикл, который включает период подготовки клетки к делению - интерфазу (средняя продолжительность 16-24 ч.) и собственно деление – митоз (ср. продолжительность 1-2 ч.). Кроме этого, в понятие жизненного цикла входят периоды выполнения клеткой своих специфических функций и периоды репродуктивного покоя.

Митотический цикл и его биологическое значение.

Митотический цикл – это цепь многочисленных процессов, которые последовательно сменяют друг друга и приводят клетку к митозу (интерфаза), в результате которого из одной материнской клетки получаются две дочерние, содержащие идентичный генетический материал. Он обеспечивает преемственность хромосом в ряду клеточных поколений, образование клеток, равноценных по объёму и содержанию наследственной информации. Главные события митотического цикла заключаются в равномерном распределении наследственного материала между дочерними клетками.

Пресинтетический, синтетический, постсинтетический периоды.

Пресинтетический период ил период роста (постмитотический) или G1-период. Происходит рост клетки и синтез белков, ферментов, жиров, углеводов и нуклеотидов, необходимых для синтеза РНК и ДНК; образование большого количества рибосом, образование органелл (митохондрий, лизосом, аппарата Гольджи, вакуолей, везикулярных пузырьков); образование веществ, подавляющих или стимулирующих начало следующей фазы. Хромосомы – однохроматидные, с генетическим набором 2n2c.

Синтетический период или период S. Происходит репликация ДНК полуконсервативным способом: в начале периода хромосомы – однохроматидные. После репликации ДНК – двухроматидные (состоят из двух одинаковых хроматид 2n4c); синтез белков (гистонов), участвующих в формировании структуры хромосом.

Постсинтетический (предмитотический), или G2-период. Происходит подготовка клетки к делению: синтез белков тубулинов, синтез АТФ, синтез РНК, завершается увеличение массы цитоплазмы, резко возрастает объём ядра, удвоение центриолей. Хромосомы – двухроматидные, с генетическим набором 2n4c.

Период выполнения специфических функций.

В конце фазы G1 существует точка рестрикции – безопасная точка клеточного цикла, в которой клетка может остановиться и выйти из цикла в фазу G0. В этой фазе – терминальная дифференцировка или переход в состояние покоя. Стимул для прохождения через т.р. или возвращения клетки из фазы G0 в клеточный цикл является действие митогенов (например, факторов роста).

G0-фаза рассматривается или как растянутая G1-фаза, когда клетка ни делится, ни готовится к делению, или как отдельная стадия покоя вне клеточного цикла. В этой стадии клетки выполняют свои специфические функции. Некоторые типы клеток, как, например, нервные клетки или клетки сердечной мышцы, вступают в состояние покоя при достижении зрелости (то есть когда закончена их дифференцировка), но выполняют свои главные функции на протяжении всей жизни организма. Клетки некоторых типов в зрелом организме, как, например, паренхимные клетки печени и почек, вступают в G0-фазу почти навсегда, и побудить их вновь начать делиться могут лишь особые обстоятельства. Другие типы клеток, как, например, эпителиальные клетки, продолжают делиться в течение всей жизни организма и редко входят в G0-фазу.

7. Механизмы клеточной пролиферации: митоз и его биологическая роль; профаза и метафаза, анафаза и телофаза; амитоз и его биологическое значение. Апоптоз и некроз. К каким последствиям может привести нарушение процесса митоза во время дробления зиготы?

Митоз – непрямое деление клетки, при котором происходит равномерное распределение наследственного материала между дочерними клетками. Из одной диплоидной материнской клетки образуются две дочерние диплоидные клетки, идентичные материнской.

Особенности: основной способ деления эукариотической клетки; хромосомы выявляются; веретено деления образуется; удвоение и равномерное распределение генетического материала; равномерное деление цитоплазмы.

Значение митоза: постоянство хромосомного набора в ряду поколений клеток; точная передача наследственной информации; увеличение числа клеток; способ регенерации клеток; является основой бесполого размножения.

Фазы деления клетки при митозе:

1. Профаза (2n4c). Самая продолжительная фаза митоза. Происходит конденсация хромосом и формирование митотического аппарата: спирализация хромосом, фрагментация ядерной оболочки и ядрышек, формирование митотического аппарата: центриоли расходятся к противоположным сторонам (полюсам клетки), между которыми образуется веретено деления, состоящее из микротрубочек

2. Метафаза (2n4c) Выстраивание двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости (метафазная пластинка): движение хромосом к веретену завершается прикреплением их кинетохоров (центромер) к нитям митотического аппарата, хромосомы выстраиваются по экватору, центромеры располагаются строго в экваториальной плоскости.

3. Анафаза (4n4c) Стадия расхождения хроматид к полюсам клетки: деление центромер, движение хроматид к противоположным полюсам митотического аппарата (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами), в клетке находятся два диплоидных набора.

4. Телофаза (4n4c – 2n2c в каждой клетке). Разрушение митотического аппарата, разделение клетки (цитокинез), дочерние хромосомы деспирализуются, образование ядерных мембран, восстановление ядрышек

В результате образуются две дочерние клетки с набором 2n2c.

Амитоз и его биологическое значение.

Амитоз – прямое деление интерфазного ядра путем перетяжки.

Особенности: ядро находится в интерфазном состоянии, хромосомы не выявляются, веретено деления не образуется, равномерного распределения генетического материала не происходит, возникают дву- и многоядерные клетки, образовавшиеся клетки делится митотически не могут.

Биологическое значение – характерен для одноклеточных организмов, для высокоспециализированных тканей (при патологиях). Это самый экономичный способ деления, т.к. затраты при этом весьма незначительны.

Апоптоз и некроз.

Различают два вида клеточной гибели: насильственная смерть от повреждения – некроз и запрограммированная клеточная смерть – апоптоз.

Некроз – это посмертные изменения клетки необратимого характера, заключающиеся в постепенном ферментативном разрушении и денатурации ее белков. Он развивается при чрезмерной альтерации клетки, не требует затрат энергии и не зависит от управляющих сигналов местного и центрального происхождения («анархических путь гибели»). Различают две основные разновидности некроза:

• коагуляционный (сухой) некроз. Данный некроз преимущественно развивается в тканях богатых белком и кальцием и характеризуется ранними и глубокими поражениями митохондрий;

• колликвационный некроз. Очаг некроза размягчен, наблюдается накопление активных гидроксильных радикалов и эндогенное омыление клеток, что приводит к разрушению ее структур, например различных мембран.

Апоптоз – это программированная клеточная смерть (инициирующаяся под действием вне- или внутриклеточных факторов) в развитии которой активную роль принимают специальные и генетически запрограммированные внутриклеточные механизмы. Он, в отличие от некроза, активный процесс, требующий определенных энергозатрат. С апоптозом связаны: поддержание нормальных процессов морфогенеза – запрограммированная смерть клеток в процессе эмбриогенеза (имплантации, органогенеза) и метаморфоза; поддержание клеточного гомеостаза (в том числе ликвидация клеток с генетическими нарушениями и инфицированных вирусами).

8. Хромосомный уровень организации наследственного материала: химический состав и структурная организация хромосом; морфология метафазных хромосом; понятие о кариотипе; принципы классификации хромосом человека; основные правила хромосом.

Химический состав:

Хромосомы состоят из ДНК и белков, образуя нуклеопротеидный комплекс. На долю белков в среднем приходится около 60%, на ДНК – 40% от общей массы их структур. Белки, входящие в состав хромосом, подразделяются на две группы: гистоновые и негистоновые. Гистоновые белки представлены 5 основными фракциями: Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4. Белки-гистоны составляют 60-80% всех белков хромосомы. В гистоновых белках преобладают основные аминокислоты аргинин (Н3, Н4) и лизин (Н1, Н2А, Н2В). У человека все гистоны содержатся в равных количествах, кроме Н1 (в два раза меньше).

Структурная организация хромосом и морфология метафазных хромосом описаны в номере 3.

Совокупность числа, морфологии, размеров и иных признаков, по которым можно определить данный хромосомный набор называется кариотипом.

Принцип классификации хромосом человека (по Денверу).

1 группа А – 1, 2, 3 – пары; 1 и 3 – большие метацентрические; 2 – большие субметацентрические.

2 группа В – 4-5 пары – большие субметацентрические.

3 группа С – 6-12 – средние субметацентрические. При простой окраске Х-хромосома неотличима от хромосом группы С.

4 группа D – 13-15 – средние акроцентрические со спутниками.

5 группа Е – 16-18 – малые субметацентрические.

6 группа F – 19-20 – малые метацентрические.

7 группа G – 21-22 малые акроцентрические со спутниками.

8 группа – ХУ/ХХ – половые хромосомы.

У – малая акроцентрическая.

Жен. – 10 акроцентрических, а муж. – 11.

В основе Парижской классификации хромосом человека (1971 г.) лежат методы специального дифференциального их окрашивания, при которых в каждой хромосоме выявляется характерный только для нее порядок чередования поперечных светлых и темных сегментов. Различные типы сегментов обозначают по методам, с помощью которых они выявляются наиболее четко. Данные методы позволяют четко дифференцировать хромосомы человека внутри групп.

Правила хромосом

1. Правило постоянства числа хромосом. Соматические клетки организма каждого вида в норме имеют строго определенное число хромосом (например, у человека – 46, у дрозофилы – 8).

2. Правило парности хромосом. Каждая хромосома в диплоидном наборе имеет гомологичную - сходную по размерам, расположению центромеры и содержанию генов.

3. Правило индивидуальности хромосом. Каждая пара хромосом отличается от другой пары размерами, расположением центромеры и содержанием генов.

4. Правило непрерывности хромосом. В процессе удвоения генетического материала новая молекула ДНК синтезируется на основе информации старой молекулы ДНК (реакция матричного синтеза – каждая хромосома происходит от хромосомы).

9. Гаметогенез: общая характеристика процесса и его биологическое значение; стадии сперматогенеза; особенности у человека; морфофункциональная организация сперматозоидов.

Общая характеристика процесса и его биологическое значение см. номер 10.

Стадии сперматогенеза.

Сперматогенез – процесс формирования сперматозоидов. Данный процесс подразделяется на 4 фазы – размножения, роста, созревания и формирования.

1. Фаза размножения: В-сперматогонии (2н2с) делятся митозом. Начинается в период полового созревания.

2. Фаза роста: соответствует интерфазе I мейоза (подготовка клеток к делению), в которой происходит репликация ДНК. Сперматогонии увеличиваются в размерах, и из каждой клетки развивается сперматоцит I порядка (2n4c).

3. Фаза созревания: клетки делятся мейозом. В результате I деления мейоза образуются две клетки сперматоциты II порядка с гаплоидным набором хромосом (1n2c), а после второго деления развиваются четыре одинаковые по величине клетки – сперматиды с гаплоидным набором хромосом (nc). Сперматиды соединены между собой межклеточными мостиками.

4. Фаза формирования: происходит клеточная дифференцировка, и образуются сперматозоиды с гаплоидным набором хромосом (nc). У них образуется акросома, уменьшается количество цитоплазмы, большая ее часть поглощается клетками Сертоли.

После этого сперматозоиды попадают в просвет канальца. Движение обуславливает хемотаксис. Способны сохранять жизнедеятельность в течение 1-2 суток.

Строение сперматозоида.

Зрелый сперматозоид имеет головку, шейку и хвост. В головке находятся ядро (с гаплоидным набором хромосом) и акросома (видоизмененный комплекс Гольджи, содержащий ферменты проникновения в оболочку яйцеклетки). В шейке содержатся центриоли (соединяющие осевую часть с ядром головки), в средней части — митохондрии (синтезирующие АТФ). Хвостовая часть представлена связывающей, промежуточной, главной и концевой нитями. Для движения жгутиков используется энергия макроэргических связей АТФ. Цитоплазма сперматозоида представлена тонкой оболочкой. Ширина головки 1,5-2 мкм, длина жгутика 60 мкм.

Наиболее важные ферменты: гиалуронидаза (расплавляет оболочку лучистого венца); акрозин (растворяет блестящую оболочку яйцеклетки).

10. Гаметогенез: общая характеристика процесса и его биологическое значение; стадии овогенеза; особенности у человека; морфофункциональная организация яйцеклеток. Объясните, почему в овогенезе отсутствует стадия формирования?

Гаметогенез - процесс образования гамет или половых клеток: яйцеклеток (овогенез или оогенез) и сперматозоидов (сперматогенез), сопровождаемый митотическим и мейотическим делением ядра. Гаметы – высоко дифференцированные клетки, имеющие гаплоидный набор хромосом.

Биологическое значение: в течение гаметогенеза образуются клетки с гаплоидным набором хромосом, которые при оплодотворении позволяют восстановить количество хромосом, характерное для вида.

Стадии овогенеза и его особенности у человека:

1. Стадия размножения овогоний (2н2с). Происходит многократный митоз. Протекает во внутреутробном периоде (с 3 по 7 месяц), в результате образуются премодиальные фолликулы, каждый из которых содержит овогонию, покрытую слоем фолликулярного эпителия.

2. Стадия роста. Овогоний прекращает размножение, в нем происходит интерфаза и он становится овоцитом 1 (2н4с). Этот период связан с поступлением в клетку питательных веществ (в овогонии откладывается желток). У женщин он может длиться несколько лет. После рождения большинство овоцитов 1 порядка дегенерирует, остальные продолжают свое развитие.

3. Стадия созревания. Овоцит 1 порядка вступает в профазу мейоза 1, и клетка переходит в особую стадию мейоза – диктиотену. Хромосомы принимают вид «ламповых щеток». Оставшиеся стадии продолжаются после наступления полового созревания девочки.

Во время месячного цикла овоцит 1 продолжает первое деление мейоза и образуется овоцит 2 (н2с) с бОльшим количеством питательных веществ и органел, а также первое редукционное тельце. Зрелый фолликул при этом разрывается, и яйцеклетка выходит в брюшную полость, откуда попадает в маточную трубу. Этот процесс называется овуляция. В просвете маточной трубы проходит стадии мейоза 2, которые заканчиваются на метафазе. Если произошло оплодотворение, мейоз 2 продолжается и образуется крупная яйцеклетка (нс) и 3 редукционных тельца.

Морфология яйцеклетки:

Форма округлая, размеры от нескольких микрометров до нескольких сантиметров. Состоит из ядра, цитоплазмы с большим количеством желточных гранул – запаса веществ, несколько оболочек; значительно крупнее соматической клетки. Открыта К.Бером в 1827 году. Имеет 3 оболочки:

1. Первичная (желточная) оболочка — образуется из поверхностного слоя овоцита, пронизана микроворсинками и отростками фолликулярных клеток, по которым поступают питательные вещества. Входит в состав плотной оболочки, образуя ее внутреннюю часть.

2. Вторичная оболочка продуцируется фолликулярными клетками и образует внешнюю часть плотной оболочки. Плотная оболочка за свои оптические свойства у млекопитающих получила название блестящей оболочки. Сверху нее находится лучистый венец, образованный фолликулярными клетками, которые прилипают к яйцеклетке, пока она находится в фолликуле яичника. Блестящая оболочка обеспечивает видовую специфичность проникновения сперматозоида. Блестящая оболочка отделяется от мембраны околожелточным пространством. При проникновении первого сперматозоида в яйцеклетку в это пространство попадает овопероксидаза, что приводит к затвердеванию блестящей оболочки. Она сохраняется вокруг зародыша на протяжении всего доимплантационного периода, препятствуя слипанию соседних зародышей и прилипанию зародышей к стенкам яйцевода и матки.

3. Третичные оболочки формируются во время прохождения яйцеклетки по яйцеводам из веществ, секретируемых железами стенок яйцеводов, и не имеют клеточного строения. У человека плохо развита.

В овогенезе отсутствует стадия формирования, так как сперматозоиду она нужна для создания специфической формы и формирования двигательного аппарата, в то время как особенности яйцеклетки (например, большое количество питательных веществ или наличие направительных телец) уже сформировались в процессе трех предыдущих стадий и не требует дополнительной дифференцировки.

11. Мейоз: общая характеристика и его роль в гаметогенезе; фазы и цитогенетические особенности мейоза I; фазы и цитогенетические особенности мейоза II; биологическое значение мейоза. Чем отличается мейотическое деление в овогенезе?

Мейоз — это редукционное деление клетки, в результате которого происходит редукция числа хромосом с диплоидного (2н) до гаплоидного (н). У млекопитающих при помощи мейоза происходит образование гамет.

Первая фаза мейоза – редукционная, вторая фаза – эквационная. Фазы мейоза:

1. Интерфаза (2н4с). Происходит репликация ДНК, увеличение количества органелл и питательных веществ.

2. Профаза мейоза 1 (2н4с):

– Лептотена: спирализация хромосом.

- Зиготена: происходит конъюгация хромосом и образуются биваленты.

- Пахитена: кроссинговер гомологичных хромосом.

- Диплотена: начинается отталкивание хромосом друг от друга, видны хиазмы – явления перекреста и сцепления (места кроссинговера)

- Диакинез: биваленты соединены только в своих концевых отделах, происходит разрушение ядрышка и ядерной оболочки, центриоли отходят к полюсам.

3. Метафаза мейоза 1 (2н4с): биваленты располагаются по экватору клетки.

4. Анафаза мейоза 1 (2н4с): к полюсам клетки отходят двухроматидные хромосомы.

5. Телофаза мейоза 1 (н2с): у полюсов собираются двухроматидные хромосомы.

6. Интеркинез (н2с) – не происходит репликации ДНК.

7. Профаза мейоза 2 (н2с): спирализация хромосом, разрушение ядрышка и ядерной оболочки, образование веретена деления.

8. Метафаза мейоза 2 (н2с): двухроматидные хромосомы выстраиваются в экваторе клетки.

9. Анафаза мейоза 2 (2н2с): к полюсам клетки отходят однохроматидные хромосомы.

10. Телофаза мейоза 2 (нс): хромосомы деспирализуются, происходит образование ядерной оболочки и ядрышка, цитокенез.

Биологическое значение мейоза:

— предотвращает удвоение числа хромосом в каждом новом поколении;

— обеспечивает генетическое разнообразие гамет (после конъюгации, а затем кроссинговера);

— является основой комбинативной изменчивости.

12. Наследственность и изменчивость: основные понятия генетики (наследственность, изменчивость, генотип, фенотип, гомозиготность, гетерозиготность, гемизиготность); типы наследования признаков; моногибридное скрещивание; закон единообразия гибридов первого поколения (пример). Сколько аллелей одного гена может присутствовать в одном генотипе? Ответ поясните.

Генетика – наука об основных закономерностях наследственности и изменчивости.

Предмет генетики – изучение материальных основ наследственности генов на молекулярно-генетическом, субклеточном, клеточном и популяционно-видовом уровнях организации живого.

Наследственность – это свойство живых организмов сохранять генетическую информацию и признаки предков и передавать их в ряду поколений. Изменчивость — свойство организмов приобретать новые по сравнению с родителями признаки. Генотип – совокупность генов данного организма. Фенотип – совокупность признаков данного организма (внешних и внутренних); развивается в результате взаимодействия генотипа с внешней средой. Гомозигота – организм, в котором данная пара аллельных генов одинакова: АА или аа. Гетерозигота - организм, в котором данная пара аллелей неодинакова: Аа. Гемизигота – когда в диплоидном организме присутствует один ген из пары аллелей и он всегда проявляется. Например в Х-хромосоме у мужчин в локусе, которого нет в Y-хромосоме, находится один ген гемофилии, а в Y-хромосоме такой ген отсутствует.

Типы наследования признаков:

1. Моногенное независимое аутосомное – наследование признаков по законам Менделя. Бывает доминантным (наследование доминантного гена), рецессивным.

2. Моногенное сцепленное с полом. Бывает доминантным и рецессивным, сцепленным с Х-хромосомой, Y-сцепленным (голландрическим).

3. Моногенное сцепленное. Бывает полностью или частично (кроссинговер) сцепленным.

4. Полигенное: полимерное, комплементарное, эпистаз рецессивный и доминантный. Подробнее в вопросе 15.

Моногибридное скрещивание – скрещивание особей, отличающихся друг от друга лишь одним признаком. В результате такого скрещивания Мендель вывел свои первый и второй законы.

Первый закон Менделя или закон единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании двух гомозиготных организмов, отличающихся друг от друга только по одному признаку, все гибриды первого поколения будут иметь признак одного из родителей, и поколение по этому признаку будет единообразно.

У диплоидного организма в генотипе может присутствовать только 2 аллеля одного гена, так как каждый аллель имеет свое определенное место – локус – находящийся только в 1 хромосоме. Так как у диплоидного организма хромосомы парные, то возможно существование только 2 локусов и следовательно 2 аллелей.

13. Закономерности наследования признаков: анализирующее скрещивание; 2-й закон Менделя и условия его выполнения; закон «чистоты гамет»; дигибридное и полигибридное скрещивание, 3-й закон Менделя. Как определить количество типов гамет, которое образует генотип при независимом наследовании? Приведите примеры.

Анализирующее скрещивание используется для выяснения неизвестного генотипа одного из родителей. В качестве второго родителя при анализирующем скрещивании выступает так называемый анализатор – особь с исключительно рецессивными аллелями по исследуемым генам. Кроме этого, можно судить о группах сцепления генов.

Второй закон Менделя или закон расщепления признаков — при моногибридном скрещивании гетерозиготных особей у гибридов имеет место расщепление по фенотипу в отношении 3:1, по генотипу 1:2:1. Условия выполнения второго закона Менделя:

- Изучение большого числа потомков или скрещиваний.

- Отсутствие избирательности при оплодотворении — гаметы с разными аллелями сливаются с одинаковой вероятностью.

- Родители должны изначально относиться к чистым линиям, то есть гомозиготны по выбранному гену (AA и aa).

- У разных генотипов должна быть одинаковая выживаемость.

Расщепление признаков в потомстве при скрещивании гетерозиготных особей Мендель объяснил тем, что гаметы генетически чисты, т. е. несут только один ген из аллельной пары. Закон «чистоты гамет»: при образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один ген из аллельной пары.

Дигибридное скрещивание – это скрещивание родительских особей, различающихся по двум парам альтернативных признаков и, соответственно, по двум парам аллельных генов.

Полигибридное скрещивание – это скрещивание особей, различающихся по нескольким парам альтернативных признаков и, соответственно, по нескольким парам аллельных генов. Общая формула определения фенотипических классов при полигибридном скрещивании имеет вид (3:1)^n, где n равно числу пар признаков, по которым идет расщепление. Расщепление по генотипу имеет вид (1:2;1)^n, где n – число расщепляющихся пар аллелей.

Третий закон Менделя - закон независимого наследования признаков. При скрещивании особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях. Этот закон справедлив только в том случае, если гены, отвечающие за данные признаки, находятся в негомологичных хромосомах или достаточно далеко друг от друга в одной и той же хромосоме.

Количество типов гамет можно определить по формуле 2н, где н – число генов, по которым данный организм гетерозиготен. Например, гетотип ААВвСсдд. 4 пары генов, но только 2 из них в гетерозиготном состоянии, следовательно 4 типа гамет.

14. Взаимодействие генов в генотипе: понятие об аллельных генах; полное доминирование и неполное доминирование (примеры); кодоминирование (примеры); межаллельная комплементация и аллельное исключение; теория множественных аллелей; характер взаимодействия аллелей в детерминации групп крови системы АВО у человека. Назовите другие известные формы взаимодействия аллельных генов, приведите примеры

Аллельные гены – гены, находящиеся в одинаковых участках гомологичных хромосом и отвечают за разновидность одного признака.

При полном доминировании доминантный ген подавляет действие рецессивного гена полностью. Пример: наследование карего цвета глаз или кучерявых волос. Фенотипическое расщепление – 3:1.

При неполном доминировании у гетерозиготы проявляется особый фенотип, являющийся промежуточным между рецессивной и доминантной гомозиготой. Пример: наследование промежуточной формы заболевания серповиднойклеточной анемии, цитонурии. Фенотипическое расщепление – 1:2:1.

Кодоминирование характеризуется проявлением каждого из аллелей в генотипе, в результате возникает новое выражение признака. Пример: формирование 4 группы крови. При взаимодействии генов А и В проявляется новое выражение признака — 4 группа крови с генотипом АВ. Такие гетерозиготы несут оба антигена А и В, при этом доминируют оба аллеля.

Межаллельная комплементация. Два мутантных аллеля совместно могут обеспечить нормальный фенотип. Такое взаимодействие проявляется чаще всего на уровне объединения белковых молекул, образующих единый фермент.

Аллельное исключение. В различных клетках организма наблюдается активность одного аллеля, а второй аллель «выключен». Такое взаимодействие хорошо видно на работе генов Х-хромосомы у женщин. Например, при наличии доминантного гена, отвечающего за формирование потовых желез, рецессивный ген, при котором потовых желез не будет, выключен. Может формироваться мозаичность организма.

Теория множественных аллелей: Многие гены у разных организмов существуют более чем в двух аллельных состояниях. Множественный аллелизм возникает вследствие мутаций. В генотипе любого диплоидного организма может находится только два аллеля одного гена.

Примером множественного аллелизма у человека наличие трех аллелей гена, определяющего наследование групп крови системы АВ0. Четыре группы крови человека определяются антигенами А и В. Если ни одного из них нет, то у человека первая (нулевая) группа крови. Присутствие антигена А дает вторую группу, антигена В - тре-тью, совместное их присутствие обусловливает развитие четвертой группы. Сделано предположение, что нулевая группа зависит от рецессивного гена, обозначаемого через i, над ним доминирует как ген IA, дающий вторую группу, так и ген Iв, дающий третью группу. Гены IA и IB вместе дают четвертую группу крови. Первая группа крови бывает лишь при генотипе ii, вторая - при генотипах IАIА и IAi, третья - при генотипах IВIB и IBi, четвертая - при генотипе IА.

Ответ: Сверхдоминирование – признак более интенсивно проявляется у гетерозигот, чем у гомозигот (при серповидно-клеточной анемии у гетерозигот наблюдается невосприимчивость к малярии).

15. Взаимодействие неаллельных генов в генотипе: понятие о неаллельных генах; комплементарность (примеры); эпистаз (примеры) полимерия и ее роль в детерминации количественных признаков. Напишите возможные варианты расщепления признаков во втором поколении потомков для каждого типа взаимодействия. От чего они зависят?

Неаллельные гены — это гены, расположенные в различных участках хромосом и кодирующие неодинаковые белки. Неаллельные гены также могут взаимодействовать между собой. При этом взаимодействуют не сколько сами гены, сколько продукты их контроля.

Комплементарность. Комплементарное, или дополняющее, действие генов проявляется при одновременном присутствии в генотипе двух доминантных неаллельных генов, определяющих развитие признака. Каждый из доминантных генов может проявлять свое действие самостоятельно, если другой неаллельный ген находится в рецессивном состоянии. Оба доминантных гена попадают в генотип, дополняя друг друга, формируют новое проявление признака. Пример: доминантный ген влияет на развитие улитки и слухового нерва, рецессивная гомозигота по любому признаку будет глухой. При скрещивании дигетерозигот расщепление гибридов в F2 может быть:

- 9:7 (2 неаллель не влияют самтостоятельно + новый признак при совместном)

- 9:3:4 (1 не влияет, 2 влияет + новый признак).

- 9:6:1 (2 неаллельных влияют самостоятельно одинаково + новый признак).

- 9:3:3:1 (2 неаллельных гена влияют самостоятельно по разному + новый признак при совмест).

Эпистаз. Эпистаз — взаимодействие, при котором один из доминантных или рецессивных неаллельных генов подавляет действие другого неаллельного гена. Каждый из них, находясь в доминантном состоянии, при условии, если другой ген находится в рецессивном, может иметь свое фенотипическое проявление. Если оба гена попадают в генотип в доминантном состоянии, то один доминантный ген подавляет действие другого доминантного гена. Ген, подавляющий действие другого, проявляет энпистатическое действие. Подавленный тен называют гипостатическим. Эпистаз бывает доминантным и рецессивным. Пример: бомбейский синдром у человека (рецессивный эпистаз). Если у человека имеются рецессивные белки-предшественники, они подавляют синтез доминантных А и В аллелей и у человека кажется первая группа с генотипом и0. Расщепление по рецессивному эпистазу: 9:3:4. Примером доминантного эпистаза у человека является передача близорукости. У людей имеется несколько форм наследственной близорукости. Умеренная форма (от — 2,0 до -4,0) и высокая (выше -5,0) передаются как аутосомно-доминантные несцепленные между собой признаки. Расщепление доминантного эпистаза – 13:3 (супрессор не влияет), 12:3:1(супрессор влияет).

Полимерия. Полимерное действие генов связано с тем, что несколько неаллельных генов могут отвечать за один и тот же признак, усиливая или понижая его проявление. Признаки, зависящие от многих полимерных генов, относят, как правило, к количественным — вес, рост, умственные способности, цвет кожи. При неадаптивной важно наличие хотя бы одного аллеля, при куммулятивной проявление признака определяется числом аллелей. Расщепление при полимерии – 15:1 (неадаптивная), 1:4:6:4 (куммулятивная).

16. Генетика человека: особенности проведения генетического анализа у человека; генеалогический метод, основные типы наследования признаков; близнецовый метод, цитологический метод; биохимический и иммунологический методы. Каким методом можно определить зиготность близнецов? В чем особенности этого метода? Что еще можно определить с его помощью.

Особенности проведения генетического анализа у человека.

1. малое число потомков;

2. позднее половое созревание

3. 2) редкая смена поколений;

4. 3) большая продолжительность жизни;

5. 4) сложный кариотип;

6. 5) невозможность создания одинаковых условий для исследуемых;

7. 6) невозможность проведения экспериментов.

Клинико-генеалогический метод.

В основе этого метода лежит составление и анализ родословных. Он позволяет установить является ли признак наследственным, тип и характер наследования, определение зиготности членов родословной, установление пенетрантности гена, определение вероятности проявления признака в ряду поколений. При анализе родословных по нескольким признакам может быть выявлен сцепленный характер их наследования, что используют при составлении хромосомных карт.

Основные типы наследования признаков.

1. Аутосомно-доминантный: в каждом поколении, у больных родителей больной ребенок, болеют в равной степени мужчина и женщина, вероятность наследования 50-100%.

2. Аутосомно-рецессивный: не в каждом поколении, больные дети у здоровых родителей, у мужчин и женщин, вероятность наследования 25,50,100%.

3. Х-сцепленный доминантный: мужчина передает признак только дочери, у женщин намного чаще мужчин, в гемизиготном состоянии патологии более выражены чем в гетерозиготном, вероятность наследования 50-100%.

4. Х-сцепленный рецессивный: не в каждом поколении, чаще болеют мужчины, у здоровых родителей с вероятностью 25% могут быть больные сыны, женщины рождаются с патологией если отец болен и мать носительница.

5. У-сцепленный (голландрический): в каждом поколении, только мужчины, у больного отца все сыновья больные, вероятность наследования у мальчика 100%.

Близнецовый метод – сравнение дизиготных и монозиготных близнецов, можно определить влияет на фенотип генотип или окружающая среда.

Цитогенетический метод – изучение кариотипа под микроскопом. Применяют для: изучения кариотипа человека, диагностики хронических заболеваний, изучения мутагенного действия различных веществ при геномных и хромосомных мутациях, составления генетических карт. Частым методом является метод определения полового хроматина. Для определения количества хромосом проводят кариотипирование. Для него необходимо составить идиограмму – систематизированный кариотип.

Биохимический метод основан на изучении обмена веществ и содержания различных веществ в крови. Он позволяет определить некоторые болезни уже в первые недели жизни.

Иммунологический метод – исследование сыворотки крови на выявления специфических антител и антигенов. Позволяет обнаружить наследственные иммунодефицитные состояния, а также определить зиготность близнецов.

Методы определения зиготности близнецов:

1. Полисимптомный – по фенотипу, субъективный.

2. Иммунологический.

3. Трансплантация участков кожи, у дизиготных близнецов он не приживется.

4. Дерматоглифика – заключается в сравнении узоров на ладони и подушечках пальцев; у каждого человека они уникальны, однако у монозиготных близнецов они одинаковые. Кроме этого, с помощью дерматоглифики можно определить некоторые хромосомные болезни (например синдром Дауна – наличие обезьяньей складки на ладони)

17. Основы медицинской генетики: предмет и задачи медицинской генетики; классификация наследственных болезней; моногенные, хромосомные и мультифакториальные болезни человека; механизмы их возникновения. Какие из этих болезней имеют наиболее высокую частоту в популяции? Почему? Какие нарушения являются наиболее частой причиной внутриутробной гибели плода?

Медицинская генетика – раздел современной генетики человека. Основной вопрос изучения – наследственная патология. Целью является разработка методов диагностики, лечения и профилактики наследственных болезней человека.

Предметом генетики человека служит изучение явлений наследственности и изменчивости у человека на всех уровнях его организации и существования: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном.

Задачи:

Основной задачей является диагностика наследственных патологий на ранних стадиях развития путем усовершенствования методов пренатальной диагностики и экспресс-диагностики, внедрения медицинско-генетической консультации.

o определение последовательности нуклеотидов в геноме человека, точной локализации генов и создание банка генов

o изучение наследственной предрасположенности и резистентности к наследственным болезням

o применение методов генной инженерии в разработке методов генной терапии наследственных болезней

o выявление новых групп тератогенных факторов и разработка методов их нейтрализации

Классификация наследственных болезней.

1. Моногенные болезни.

2. Хромосомные болезни.

3. Болезни с наследственной предрасположенностью (мультифакториальные).

Моногенные – подчиняются законам Менделя, обусловлены единичными генными мутациями, приводящими к изменению состава нуклеотидов в ДНК и нарушению структуры белка. Фенотипически проявляются у человека как наследственные болезни обмена веществ (ферментопатии). Встречаемость до 4% от общей патологии. Устанавливается биохимическим методом. Классификация: по типу наследования; по органному и системному типу; по нарушению вида обмена веществ (углеводов, белков, жиров, пуринов и тд).

Мультифакториальные – определяются как генетическими факторами, так и факторами внешней среды. Составляют 90% от общей патологии. К ним относятся все болезни, кроме моногенных, хромосомных, острых инфекционных и травм.

Общие черты:

• Высокая частота в популяции.

• Широкий диапазон клинических проявлений.

• Усиление клинических проявлений в следующих поколениях.

• Не подчиняются законам Менделя.

Этиология и патогенез данных болезней сложны, многоступенчаты и во многом еще неясны и, естественно, разные для каждой болезни. Болезни с наследственной предрасположенностью возникают у лиц с соответствующим генотипом (сочетание «предрасполагающих» аллелей) при провоцирующем действии факторов среды. Их широкое распространение связано с тем, что на их образование влияет не единичный ген, а наследование предрасположенности, выраженное множеством генов с суммарным эффектом проявления.

Хромосомные – обусловлены нарушением числа или структуры хромосом в соматических или половых клетках. Диагноз устанавливается цитогенетическим методом. Причиной хромосомных болезней являются хромосомныве и геномные мутации. Чаще всего встречаются трисомии – 1 лишняя хромосома в паре, если она затрагивает неполовые хромосомы, синдромы называются аутосомными; если половые – гоносомные.

18. Оплодотворение: оплодотворение и его биологическое значение; виды оплодотворения; этапы оплодотворения; партеногенез, его разновидности и значение. Назовите типы полового процесса. В чем заключается смысл кортикальной реакции?

Оплодотворение – процесс слияния мужских и женских половых клеток, в результате которого образуется оплодотворенное яйцо, или зигота, дающая начало новому организму.

Биологическое значение оплодотворения: восстановление диплоидного набора хромосом, характерного для вида, объединение наследственной информации двух родителей и повышение разнообразия признаков организма, повышение его адаптационных свойств.

Виды оплодотворения.

Наружное оплодотворение осуществляется в окружающей среде, обычно в водных условиях, куда попадают мужские и женские половые клетки. Примером может служить оплодотворение у большинства животных, обитающих или размножающихся в воде.

Внутреннее оплодотворение — встреча и слияние гамет — происходит в половых путях самки. В этом случае вероятность оплодотворения и выживания зиготы намного выше, поэтому половых клеток (особенно яйцеклеток) образуется гораздо меньше. Внутреннее оплодотворение присуще многим водным организмам, а на суше оно становится единственным надежным способом обеспечить слияние гамет. При внутреннем оплодотворении зигота получает возможность развиваться, оставаясь в теле матери.

Этапы оплодотворения.

1. Фаза сближения. Встрече гамет способствуют гамоны — химические вещества, выделяющиеся половыми клетками. Сперматозоиды выделяют андрогамоны, а яйцеклетки — гиногамоны. Эти вещества активизируют движение и регулируют проникновение сперматозоидов в яйцеклетку.

2. Фаза активации. Происходит контакт сперматозоида и яйцеклетки. Проникновение сперматозоида у человека осуществляется за счет акросомной реакции. Акросомная нить проникает через растворенную зону яйцевых оболочек и сливается с мембраной яйцеклетки. В этом месте из цитоплазмы яйцеклетки образуется воспринимающий бугорок. Активация яйцеклетки завершается началом синтеза белка на трансляционном уровне, поскольку мРНК, тРНК, рибосомы и энергия были запасены еще в овогенезе.

3. Фаза проникновения. Происходит проникновение головки и клеточного центра в яйцеклетку. У человека – моноспермия.

Фаза проникновения состоит из двух стадий:

1) стадия двух пронуклеусов. Повышается проницаемость клеточной мембраны яйцеклетки, меняются коллоидные свойства протоплазмы, ядро превращается в женский пронуклеус. Ядро сперматозоида набухает, хроматин разрыхляется, ядерная оболочка растворяется, и таким образом ядро сперматозоида превращается в мужской пронуклеус;

2) стадия синкариона. Происходит перемещение пронуклеусов к центру яйцеклетки, их слияние и образование диплоидной зиготы, в результате чего восстанавливается диплоидный набор хромосом.

Партеногенез, его разновидности и значение.

Партеногенез - одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются без оплодотворения.

• Факультативный: большую часть времени обоеполые особи размножаются «обычным» путем, но при создании определенных условий могут переходить и на партеногенез.

• Постоянный: наблюдается все время, наряду с половой формой размножения.

• Циклический: происходит правильное чередование половых и бесполых поколений, как, например, у подотряда Тлей.

• Педогенез: разновидность партеногенеза, при которой девственное размножение происходит среди личинок, как, например, у неполовозрелых особей комарика.

Значение партеногенеза: Увеличение темпа роста популяции. Регуляция соотношения особей мужского и женского пола. Преодоление географических преград.

Типы полового процесса:

1. Изогамия – обе гаметы маленькие и подвижные.

2. Гетерогамия – женская гамета менее подвижная и больше.

3. Овогамия – женская гамета большая и неподвижная.

Кортикальная реакция является защитой от полиспермии при том, что для организма характерна моноспермия. На фазе активации содержимое кортикальных гранул овоцита выбрасывается в околожелточное пространство, при этом блестящая оболочка затвердевает и образуется мембрана оплодотворения, которая не дает другим сперматозоидам попадать в клетку.

19. Взаимоотношения организмов в природе: формы биотических связей в природе; особенности паразитизма как формы межвидовых отношений; классификация паразитизма; классификация паразитов; происхождение паразитизма.

Формы биотических связей:

1. Симбиоз — обоюдополезное сожительство, при котором оба партнера приносят пользу друг другу.

2. Квартирантство — пространственная форма связи, поскольку оба партнера в этом случае могут быть индифферентны друг к дpyгy или извлекает пользу только один партнер, который использует организм или убежище другого в качестве места обитания.

3. Комменсализм — выражается не только в пространственных, но и в пищевых связях. Один из партнеров использует для питания или излишки, или отходы пищи другого, не причиняя ему вреда. Синойтия – совместный дом (рак отшельник – нереида). Эпойтия – временное прикрепление одного организма к другому (прилипала – акула). Паройтия – параллельной существование двух видов, слабого около сильного (мальки рыб – медузы). Энтойтия – временное проживание организма одного вида в другом без причинения вреда.

4. Хищничество — однократное использование добычи хищником, так как используемый организм погибает.

5. Конкуренция – форма взаимоотношения организмов или разных видов, которая складывается в результате борьбы за одинаковые или сходные условия существования.

6. Антибиоз – взаимоотношения между организмами разных видов, когда особи одного вида выделяют вещества, угнетающие жизнедеятельность особей других видов.

7. Паразитизм – форма связи, при которой организм-потребитель использует организм живого хозяина не только как источник питания, но и место обитания, принося ему вред.

Паразиты – организмы, использующие живые организмы другого вида в качестве временной или постоянной среды обитания, источника питания, возлагающие на них частично или полностью задачу регуляции своих взаимоотношений с внешней средой.

Основные критерии паразитизма:

1. Пространственные отношения с хозяином – контакт паразита и хозяина.

2. Питание за счет хозяина.

3. Патогенное воздействие на хозяина.

Классификация паразитизма:

Обязательность паразитического образа жизни для данного вида:

• Истинные паразитизм - взаимоотношения между паразитом и хозяином являются закономерными и имеют эволюционную основу.

• Ложный паразитизм — явление для данного вида случайное. В нормальных условиях данный вид ведет свободный образ жизни. При попадании в организм хозяина ложный паразит может некоторое время сохранять жизнеспособность и нарушать жизнедеятельность хозяина. Примерами ложного паразитизма являются случаи обнаружения пиявок в носовой полости и носоглотке человека.

Степень значимости хозяина для паразита:

• Облигатный паразитизм — паразитизм, являющийся обязательным для данного вида организмов. Абсолютное большинство видов паразитов относятся к этой группе.

• Факультативный паразитизм способны вести свободный образ жизни, но, попадая в организм хозяина, проходят в нем часть цикла своего развития и нарушают его жизнедеятельность.

По времени контакта хозяина и паразита паразитизм бывает:

• Безусловно постоянным – все стадии цикла проходят в организме хозяина.

• Периодически постоянный – паразиты часть своего жизненного цикла проводят в паразитическом состоянии, остальное время обитают свободно.

• Временный – паразиты обычно посещают хозяина только для питания.

Нередко паразитический образ жизни ведут только личинки, в то время как половозрелые формы являются свободноживущими. Паразитизм такого рода называют ларвальным (личиночным). Противоположное явление, когда паразитом является половозрелая форма, а личинка обитает в открытой природе, называют имагинальным паразитизмом.

Классификация паразитов по их локализации в организме хозяина.

• Эктопаразиты находятся на покровах хозяина. К ним относят кровососущих насекомых и клещей.

• Эндопаразиты обитают внутри хозяина. Их подразделяют на внутриполостных, обитающих в полостях органов, связанных с внешней средой (пищеварительная, дыхательная и мочеполовая системы), тканевых (опорно-двигательный аппарат, система крови, соединительная ткань) и внутриклеточных.

Своеобразной экологической группой паразитов являются сверхпаразиты. В качестве среды обитания и источника питания они используют другие паразитические организмы.

Происхождение паразитизма:

Эктопаразитизм: Большая часть паразитов, развивающихся на теле хозяина, произошли от хищников. Переход к эктопаразитизму мог идти через приспособление животных к сидячему образу жизни. В развитии эктопаразитизма немаловажную роль сыграл переход мелких хищников от полифагии к монофагии.

Эндопаразитизм: Эндопаразитизм можно во многих случаях связать с предшествующим ему эктопаразитизмом. В некоторых случаях переход к эндопаразитизму обусловлен способом откладки яиц. В большинстве случаев эндопаразитизм и, прежде всего, кишечный паразитизм, связан с заносом в пищеварительную систему яиц или покоящихся стадий развития различных свободноживущих организмов. Первоначально занос мог быть случайным.