1.5. Подведение итогов занятия преподавателем и проверка правильности выполнения работы каждым студентом.

1.6. Место и время занятия: учебная комната, 3 академических часа.

1.7. Оснащение занятия: микроскопы, микропрепараты, таблицы, схемы.

1.8. Литература: основная (1), дополнительная (II).

(I) 1. Учебник Биология в 2-х книгах /В.Н. Ярыгин, В.В. Глинкина,

И.Н. Волков, В.В.Синельщикова, Г.В. Черных. / М: ГЭОТАР-Медиа, 2013. - Т.1. - 736 с.: ил. - Т.2. - 560 с.: ил.

2. Учебник Биология / А.А. Слюсарев, Н.В. Жукова/ Киев: Вища школа, 1987,415 с.

(II) 3. Медицинская паразитология/ Под ред. Н. В. Чебышева/ М: ОАО-Издательство "Медицина", 2012. - 304 с.: ил.

4. Медицинская паразитология и паразитарные болезни/ Под ред. А.Б. Ходжаян, С.С. Козлова, М.В. Голубевой/ М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. - 448 с.: ил.

5. Биология с основами медицинской генетики/ Демиденко Л.А./ 3-е изд.- Симферополь, 2013. – 140 с.

6. Сборник тестов по медицинской биологии/ Авторский коллектив:

Кутя С.А. Демиденко Л.А. Ромашова М.Ф. Казакова В.В. Лященко О.И./

Симферополь, 2014. –– 96 с.

7. Методические разработки по цитологии к практическим занятиям по медицинской биологии/ С.А. Кутя, М.Ф. Ромашова / Симферополь, 2014, - 88 с.

8. Методические разработки по генетике к практическим занятиям по медицинской биологии/ С.А. Кутя., В.В. Казакова, М.Ф. Ромашова / Симферополь, 2014, - 88 с.

9. Методические разработки по паразитологии и эволюции к практическим занятиям по медицинской биологии/ С.А. Кутя, Л.А. Демиденко, М.Ф. Ромашова / Симферополь, 2014,- 212 с.

Занятие 3 Морфология хромосом. Кариотип человека. Жизненный цикл клетки. Деление клеток.

1.1. Значение темы: С помощью хромосом осуществляется передача наследственной информации дочерним клеткам и последующим поколениям организмов. Изменения в структуре хромосомного набора приводят к тяжелым заболеваниям. Врачу необходимо владеть методикой кариотипиро-вания, т. к. этот метод используется для диагностики хромосомных болезней.

Благодаря делению клеток идет poст и размножение организмов. Деление клеток обеспечивает непрерывность жизни организмов. Поэтому врачу любой специальности необходимо знание общих закономерностей и этапов клеточного цикла для понимания изменений, которые происходят в клетках при заболеваниях человека.

1.2. Цели занятия: Общая — знать принципы организации наследственного материала эукариот. Сформировать знания о клеточном цикле периодизации.

1.3. Конкретные цели. Уметь

1.3.1. Охарактеризовать морфологию метафазной хромосомы, ее микроскопическую и субмикроскопическую структуру.

1.3.2. Распознавать хромосомы разных групп в кариотипе человека.

1.3.3. Знать виды деления клеток.

1.3.4. Изучить митоз как необходимый этап жизни клетки.

1.3.5. Уметь находить на микропрепаратах митотические клетки и определять фазы митоза.

Основные теоретические сведения

Американский генетик Томас Морган в 1911 г. сформулировал хромосомную теорию наследственности, в которой впервые показал, что передача признаков по наследству связана с хромосомами.

Хромосомы — это самовоспроизводящиеся структурные элементы клеточного ядра, содержащие гены, предназначенные для хранения наследственной информации и правильного ее распределения в ходе митоза (рис. 10).

П о форме хромосомы бывают в виде палочек, нитей, петель. В зависимости от расположения первичной перетяжки — центромеры, различают три типа хромосом: метацентрические, субметацентрические и акроцентрические (рис. 11А).

1. В метацентрических — центромера расположена посередине.

2. Для субметацентрических — характерно наличие плечей разной длины. Рис.10 Метафазная хромосома

3. Акроцентрические — центромера находится на конце хромосомы.

Концевые участки хромосомы называют теломерами. Особенность их состоит в том, что они не способны к соединению с другими участками хромосом.

Химический состав хромосом: В состав хромосом входят ДНК, и-РНК, основные белки гистоны, негистоновые белки. Гистоны - это структурные белки относительно небольшого диаметра, несущие положительно заряженные аминокислоты. Положительный заряд способствует тесной связи гистонов с ДНК. Известно 5 типов гистонов, которые подразделяются на 2 группы: нуклеосомные гистоны Н₂, Н₃, Н₄ и гистоны Н₁.

Хромосомы способны менять свою структуру и длину на протяжении клеточного цикла. Так, в период интерфазы они находятся в деконденсированном состоянии и выполняют функции репликации и транскрипции. Максимальная конденсация хромосом характерна для делящейся клетки, особенно в метафазе. В период деления клетки хромосомы выполняют функцию перемещения и распределения наследственной информации.

Ультрамикроскопическая организация хромосом: общим принципом организации хромосом является образование доминов (петель ДНК, связанных с белками). Они отходят под тем или иным углом от основной оси хромосомы. Типичная петля содержит от 20 000 до 100 000 пар нуклеотидов молекулы ДНК. Гигантская молекула ДНК, образующая совместно с белками хромосому, претерпевает сложную пространственную перестройку – «упаковывается». В ее структурной организации выделяют несколько уровней. первичный уровень – нуклеосомный. Нуклеосома представляет отрезок молекулы ДНК, включающий примерно 140 пар нуклеотидов, уложенных двумя витками вокруг гистонового октомера – комплекса из 8 нуклеосомных гитонов Н₂, Н₃, Н_{4. Следующий уровень супернуклеосомный связан с включениями в структуру гистонов} Н_{1. Они заполняют промежутки между нуклеосомами, в результате чего возникает подобие соленоида. Дальнейшее усложнение связано с белками негистонового типа, в результате чего образуются крупные петли вокруг протеинового состава хромосом.} Свой окончательный вид хромосома приобретает в результате сверхспирализации. В итоге общая длина ее уменьшается примерно в 10 000 раз. Таким образом, с помощью белков каждая гигантская молекула ДНК компактно упаковывается и приобретает вид палочковидной структуры.

Каждая хромосома дифференцирована по длине и в ней выделяют 2 типа районов: эухроматиновые и гетерохроматиновые. Эухроматин – это активные участки хромосом, содержащие основной комплекс генов. ДНК здесь пребывает в деспирализированном состоянии. Гетерохроматин представляет неактивные в генетическом отношении фрагменты хромосом в резко конденсированной форме. Концевые теломеры всегда состоят из гетерохроматина.

Рис.11А Рис. 11Б

Каждому виду характерен свой кариотип, т.е. определенное постоянное число, форма и размеры хромосом. В диплоидном наборе хромосом соматической клетки (его условно обозначают 2n) следует различать гомологичные хромосомы, которые имеют одинаковую морфологию, но происходят из разных геномов: одна от материнской гаметы, другая — от отцовской. Если пары гомологичных хромосом расположить в порядке убывания их размеров, то получится так называемая идиограмма (рис. 11 Б). Идиограмма позволяет представить кариотип человека в виде схемы, которая включает 7 групп, с буквенными обозначениями от А до G. Чикагская конференция генетиков положила в основу классификации величину и расположение центромеры, а также длину плеч хромосом.

Группа А – крупные метацентрические (1,2 и 3 пары), группа В – крупные субметацентрические (4 и 5 пары), группа С – средние субметацентрические (6-Х-12 пары), группа D – крупные акроцентрические (13,14 и 15 пары), группа F – маленькие метацентрические (19 и 20 пары), группа G – маленькие акроцентрические (21, 22 пары).

У человека кариотип состоит из 46 хромосом. Причем различают 44 аутосомы и 2 половые хромосомы, которые отличаются у мужчин (ХУ) и у женщин (XX). Следовательно, кариотип мужского организма — 46, ХУ, женского — 46, XX.

В генетике человека широко используют цитогенетический метод, с помощью которого изучают строение отдельных хромосом, а также особенности набора хромосом клеток человека в норме и патологии. По половому хроматину интерфазных ядер можно судить о состоянии половых хромосом, что позволяет провести экспресс-диагностику некоторых наследственных болезней.

Жизненный цикл клетки:

Клеточный цикл охватывает промежуток времени от одного деления клеток до другого деления с образованием двух новых клеток. В митотическом цикле выделяют две главные стадии: интерфазу и митоз (рис. 12).

М итоз — способ клеточного деления. Он обеспечивает точную передачу генетической информации от материн­ской клетки к дочерним. Сначала происходит закономерное удвоение числа хромосом в исходной клетке. Затем хромосомы равномерно распределяются в клет­ках-потомках.

Интерфаза — промежуток между двумя митозами. Она объединяет три периода: пресинтетический G₁, синтетиче­ский S и постсинтетический G₂.

Пресинтетический период состоит из процессов, которые подготавливают синтез ДНК. Это увеличение содержания РНК и белка. Период продолжается от нескольких часов до нескольких суток.

Рис. 12. Схема клеточного цикла

1 - интерфаза, 2 - 3 - профаза, 4 - метафаза, 5 - анафаза, 6 - телофаза. А - центромера, Б - ядрышко, В - центриоль, Г - хромосома, Д - ядерная оболочка, Е - ахроматиновое веретено деления

Синтетический период включает ряд процессов, в которых происходит синтез ДНК и редупликация хромосом. в результате содержание ДНК в ядре удваивается. Оно становится равным 4 с.

Постсинтетический период — это стадия непосредственной подготовки к митозу. в клетке накапливается энер­гия (АТФ). Она необходима для кинетики внутриклеточных процессов. Эти процессы приводят к равномерному распределению наследственного материала в клетках-потомках. Длится 3-4 часа.

Митотический аппарат клетки - это совокупность внутриклеточных структур, которые с началом митоза образуются из центросомы.

Митоз - короткий период клеточного цикла. Сущность его заключается в конденсации содержимого ядра и выявлении в нем хромосом, состоящих из двух хроматид. Хроматиды равномерно распределяются между двумя дочерними клетками.

в митозе выделяют четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Профаза. Сначала центросома раздваивается на две центриоли. Они расходятся в противоположные стороны и фор­мируют два полюса клетки. Между ними образуется ахроматиновое веретено. Оно состоит из тонких белковых нитей. формируется митотический аппарат клетки. Он состоит из микротрубочек и связанных с ними белков. Ядро клетки несколько увеличивается в размерах. В нем выявляются хромосомы в виде тонких нитевидных структур. Вся группа хромосом выглядит в виде клубка. Ядрышки уменьшаются в размерах и исчезают. В конце профазы ядерная оболочка растворяется, а хромосомы максимально укора­чиваются и отделяются друг от друга.

Метафаэа. Хромосомы расположены по экватору клетки. Каждая хромосома состоит из двух тесно связанных хроматид. Такие двойные хромосомы прикрепляются к веретену деления с помощью кинетохор. их свободные концы обращены к периферии. Образуется фигура, которая называется «материнской звездой» или метафазной пластинкой.

Анафаза. Все хромосомы синхронно разделяются на сестринские хроматиды. Они начинают движе­ние к противоположным полюсам. Основное правило анафазы: хро­матиды от одной хромосомы расходятся в разные стороны. Движение связано с укорочением микротрубочек кинетохора. В анафазе хрома­тиды называют дочерними хромосомами. В конце анафазы дочерние хромосомы сближаются у противоположных полюсов. Здесь они образуют две «дочерние звезды».

Телофаза – заключительная стадия митоза. В эту фазу ядро восстанавливается. Хромосомы деспирализуются. Они не различаются как отдельные морфологические структуры. Ахроматиновое веретено растворяется. формируются ядерные мембраны.

Затем начинается цитокинез. Это деление цитоплазмы. В животных клетках оно происходит путем образования перетяжки между ядрами.

В растительных клетках, имеющих относительно твердую оболочку, такой механизм деления цитоплазмы невозможен. Здесь строится новая клеточная стенка. Она имеет вид пластинки из плотных гранул и волоконец, расположенной строго по экватору. В результате клетка делится на две симметричные половинки.

Биологическое значение митоза. Митоз обеспечивает одинаковое разделение хромосом между дочерними клетками и определяет рост организма.

Амитоз — пря­мое деление ядра клетки. При амитозе сохраняется интерфазное состояние ядра. хорошо видны ядрышко и ядерная мембрана. хромосомы не выявляются. Хромосомы распределяются неравномерно в дочерних клетках. Иногда образуется двуядерная клетка. амитоз происходит, например, в скелетной мускулатуре, клетках кож­ного эпителия, соединительной ткани и некоторых других. также он происходит в патоло­гических клетках.

Эндомитоз (гр. endon — внут­ри). При эндомитозе после репродук­ции хромосом деления клетки не про­исходит. Это приводит к увеличению числа хромосом иногда в десятки раз по сравнению с диплоидным набором. Образуются полиплоидные клетки. Эндомитоз встре­чается, на­пример, в клетках печени.