МЕДИЦИНСКАЯ БИОЛОГИЯ И ГЕНЕТИКА
Клеточная теория М. Шлейдена (растения, 1838) и Т. Шванна (животные, 1839). Клеточное строение растительных и животных организмов. При всём многообразии клетки построены и функционируют одинаковым образом. Маттиас Якоб Шлейден (1804 — 1881) — немецкий биолог (ботаник) и общественный деятель.
Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерии имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства происхождения организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни. Современные положения КТ 1. Клетка — основная единица строения и развития всех живых организмов, является наименьшей структурной единицей живого. 2. Клетки всех организмов (как одно , так и многоклеточных) сходны по химическому составу, строению, основным проявлениям обмена веществ и жизнедеятельности. 3. Размножение клеток происходит путем их деления (каждая новая клетка образуется при делении материнской клетки); в сложных многоклеточных организмах клетки имеют различные формы и специализированы в соответствии с выполняемыми функциями. Сходные клетки образуют ткани; из тканей состоят органы, которые образуют системы органов, они тесно взаимо связаны и подчинены нервным и гуморальным механизмам регуля ции (у высших организмов).
Органоиды или органеллы — в цитологии постоянные специализированные структуры в клетках живых организмов. Каждый органоид осуществляет определённые функции, жизненно необходимые для клетки. Термин «Органоиды» объясняется сопоставлением этих компонентов клетки с органами многоклеточного организма. Органоиды противопоставляют временным включениям клетки, которые появляются и исчезают в процессе обмена веществ. Рецепторы и прочие мелкие, молекулярного уровня, структуры, органоидами не называют. Граница между молекулами и органоидами не очень четкая. Так, рибосомы, которые обычно однозначно относят к органоидам, можно считать и сложным молекулярным комплексом. В то же время сравнимые по размерам элементы цитоскелета (микротрубочки, толстые филаменты поперечнополосатых мышц и т. п. ) обычно к органоидам не относят. Степень постоянства клеточной структуры — тоже ненадёжный критерий её отнесения к органоидам. Так, веретено деления, которое хотя и не постоянно, но закономерно присутствует во всех эукариотических клетках, обычно к органоидам не относят, а везикулы, которые постоянно появляются и исчезают в процессе обмена веществ — относят. Во многом набор органоидов, перечисляемый в учебных руководствах, определяется традицией.
Клетки прокариот имеют сравнительно простое строение
Поверхностный комплекс животной клетки Состоит из гликокаликса, плазмалеммы и расположенного под ней кортикального слоя цитоплазмы. Гликокаликс представляет собой «заякоренные» в плазмалемме молекулы олигосахаридов, полисахаридов, гликопротеинов и гликолипидов. Гликокаликс выполняет рецепторную и маркерную функции. Плазматическая мембрана животных клеток в основном состоит из фосфолипидов и липопротеидов со вкрапленными в неё молекулами белков, в частности, поверхностных антигенов и рецепторов. В кортикальном (прилегающем к плазматической мембране) слое цитоплазмы находятся специфические элементы цитоскелета — упорядоченные определённым образом актиновые микрофиламенты. Основной и самой важной функцией кортикального слоя (кортекса) являются псевдоподиальные реакции: выбрасывание, прикрепление и сокращение псевдоподий. При этом микрофиламенты перестраиваются, удлиняются или укорачиваются. От структуры цитоскелета кортикального слоя зависит также форма клетки (например, наличие микроворсинок).
Структура цитоплазмы Жидкую составляющую цитоплазмы также называют цитозолем. Под световым микроскопом казалось, что клетка заполнена чем то вроде жидкой плазмы или золя, в котором «плавают» ядро и другие органоиды. На самом деле это не так. Внутреннее пространство эукариотической клетки строго упорядочено. Передвижение органоидов координируется при помощи специализированных транспортных систем, так называемых микротрубочек, служащих внутриклеточными «дорогами» , и специальных белков динеинов и кинезинов, играющих роль «двигателей» . Отдельные белковые молекулы также не диффундируют свободно по всему внутриклеточному пространству, а направляются в необходимые компартменты при помощи специальных сигналов на их поверхности, узнаваемых транспортными системами клетки.
1. ) Клеточная мембрана (плазмалемма) Основные свойства мембраны - полупроницаемость, текучесть, гибкость, способность к самозамыканию и неспособность сильно растягиваться. Функции мембраны: 1. Отграничение от внешней среды. Мембрана не позволяет клетке «растекаться» , а её жидкому внутреннему содержимому смешиваться с окружающей водной средой. 2. Транспортная функция. Вещества могут проходить через мембрану двумя способами активным и пассивным. В случае пассивного транспорта вещества проходят мембрану с помощью диффузии. При активном транспорте затрачивается энергия, и обеспечивают его специальные белки насосы. 3. Восприятие сигналов из внешней среды. На поверхности мембраны находятся белки рецепторы, принимающие сигналы из внешней среды. 4. Образование межклеточных контактов.
Согласно жидкостно мозаичной модели, предложенной Nicholson Singer, плазматическая мембрана — жидкая динамическая система с мозаичным расположением белков и липидов. Липиды составляют до 45% массы мембран. Мембраны состоят из липидов трёх классов: фосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Фосфолипиды и гликолипиды (липиды с присоединёнными к ним углеводами) состоят из двух длинных гидрофобных углеводородных «хвостов» , которые связаны с заряженной гидрофильной «головой» . Холестерол придаёт мембране жёсткость, занимая свободное пространство между гидрофобными хвостами липидов и не позволяя им изгибаться. Также холестерол служит «стопором» , препятствующим перемещению полярных молекул из клетки и в клетку. Важную часть мембраны составляют белки, пронизывающие её и отвечающие за разнообразные свойства мембран. Их состав и ориентация в разных мембранах различаются.
Избирательная проницаемость Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны в известной мере активно регулируют этот процесс — одни вещества пропускают, а другие нет. Существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или вывода их из клетки наружу: диффузия, осмос, активный транспорт и экзо- или эндоцитоз. Два первых процесса носят пассивный характер, то есть не требуют затрат энергии; два последних — активные процессы, связанные с потреблением энергии. Избирательная проницаемость мембраны при пассивном транспорте обусловлена специальными каналами — интегральными белками. Они пронизывают мембрану насквозь, образовывая своего рода проход. Для элементов K, Na и Cl есть свои каналы. Относительно градиента концентрации молекулы этих элементов движутся в клетку и из неё. При раздражении каналы натриевых ионов раскрываются, и происходит резкое поступление в клетку ионов натрия. При этом происходит дисбаланс мембранного потенциала. После чего мембранный потенциал восстанавливается. Каналы калия всегда открыты, через них в клетку медленно попадают ионы калия.
Пассивный транспорт характеризуется низкой специфичностью. Молекулы в обоих направлениях перемещаются по градиенту концентрации без затрат энергии. Так, при дыхании диффузия газов происходит по градиенту их концентрации, а определяющим диффузию фактором является парциальное давление газов (например, p. O 2 и p. CO 2).
Облегчённая диффузия Транспорт веществ осуществляется с участием компонентов мембраны (каналы и/или белки переносчики) по градиенту концентрации и без непосредственных затрат энергии; проявляет специфичность по отношению к транспортируемым молекулам. В ряде случаев одновременно осуществляется сочетанный или обменный транспорт ионов, чаще Na+. Для реализации трансмембранного переноса существуют многочисленные ионные каналы. Cl- HCO-3 Na+ HCO-3 Cl-
Транспорт воды и поддержание клеточного объёма Поток воды через биологические мембраны (осмос) определяет разность осмотического и гидростатического давлений по обе стороны мембраны. Осмос — поток воды через полупроницаемую мембрану из компартмента с меньшей концентрацией растворённых в воде веществ в компартмент с большей их концентрацией.
Активный ионный транспорт подразумевает происходящий при участии АТФаз энергозависимый трансмембранный перенос ионов против электрохимического градиента. Наиболее известны следующие насосы: натрий, калиевый (Na+, K+ АТФаза), протонный (H+, K+ АТФаза) и кальциевый (Ca 2+ АТФаза). ++++ Потенциал покоя Натрий, калиевая АТФаза участвует в создании мембранного потенциала покоя и генерации потенциала действия в мембране нервных и мышечных клетках. При гидролизе одной молекулы АТФ три иона натрия выкачивается из клетки и два иона калия закачивается в неё. Калиевый канал. Поддержание мембранного потенциала, модуляция электрической возбудимости нервных и мышечных клеток.
Эндоцитоз — процесс захвата (интернализации) внешнего материала клеткой, осуществляемый путём образования мембранных везикул. В результате эндоцитоза клетка получает для своей жизнедеятельности гидрофильный материал, который иначе не проникает через липидный бислой клеточной мембраны. Различают фагоцитоз, пиноцитоз и рецепторопосредованный эндоцитоз.
2. ) Цитоскелет находится в цитоплазме клетки. Он состоит из актиновых микрофиламентов, промежуточных филаментов и микротрубочек. Функции: 1. Поддержание и изменение формы клетки; цитокинез 2. Образование веретена деления, "растаскивание" хромосом при делении 3. Ресничное движение создается в результате работы ресничек. Реснички состоят из микротрубочек, которые соединены с центриолями. 4. Амебоидное движение 5. Мышечное сокращение 6. Внутриклеточный транспорт везикул и макромолекул Микротрубочки принимают участие в транспорте органелл, входят в состав жгутиков, из микротрубочек строится митотическое веретено деления. Актиновые филаменты необходимы для поддержания формы клетки, псевдоподиальных реакций. Роль промежуточных филаментов, по видимому, также заключается в поддержании структуры клетки.
3. ) Реснички и жгутики Реснички у человека находятся, например, на клетках слизистой оболочки дыхательных путей, одна из их функций защита дыхательных путей от чужеродных частиц. Служат для движения в жидкой среде или по поверхности твёрдых сред. Жгутики прокариот и эукариот принципиально различаются: бактериальный жгутик имеет толщину 10— 20 нм и длину 3— 15 мкм, он пассивно вращается расположенным в мембране мотором; жгутики же эукариот толщиной до 200 нм и длиной до 200 мкм, они могут самостоятельно изгибаться по всей длине. У эукариот часто также присутствуют реснички, идентичные по своему строению жгутику, но более короткие
4. ) Актиновые филаменты. Диаметр актиновых филаментов 6 8 нм. ити, состоящие из молекул глобулярного белка актина и присутствующие в цитоплазме всех эукариотических клеток. В мышечных клетках их также называют «тонкие филаменты» (толстые филаменты мышечных клеток состоят из белка миозина). Под плазматической мембраной микрофиламенты образуют трёхмерную сеть, в цитоплазме клетки формируют пучки из параллельно ориентированных нитей или трехмерную сеть. Функции Сократимые элементы цитоскелета — непосредственно участвуют в: изменении формы клетки при распластывании, прикреплении к субстрату, амебоидном движении, эндомитозе (удвоение числа хромосом) циклозе в растительных клетках (движение цитоплазмы в клетках. Он обеспечивает получение питательных элементов, продуктов обмена веществ (метаболитов), и генетической информации всеми частями больших растительных клеток. ) • Места опосредованного прикрепления некоторых мембранных белков рецепторов. • Формирование сократительного кольца при цитотомии в животных клетках. • В клетках кишечника позвоночных — поддержание микроворсинок. • a) b) c) d) e)
5. ) Микротрубочки Диаметр микротрубочек 23 25 нм. Микротрубочки состоят из белка тубулина. Они могут собираться и разбираться. Наряду с другими органеллами входят в состав цитоскелета. Создают веретено деления при митозе и мейозе. Микротрубочки в клетке используются в качестве «рельсов» для транспортировки частиц. По их поверхности могут перемещаться мембранные пузырьки и митохондрии. Транспортировку по микротрубочкам осуществляют белки, называемые моторными
6. ) Центриоли Чаще всего пара центриолей лежит вблизи ядра. Каждая центриоль построена из цилиндрических элементов (микротрубочек), образованных в результате полимеризации белка тубулина. Девять триплетов микротрубочек расположены по окружности. Центриоли принимают участие в формировании цитоплазматических микротрубочек во время деления клетки и в регуляции образования митотического веретена. В клетках высших растений и большинства грибов центриолей нет, и митотическое веретено образуется там иным способом. Кроме того, ученые полагают, что ферменты клеточного центра принимают участие в процессе перемещения дочерних хромосом к разным полюсам в анафазе митоза.
7. ) Микроворсинки Вырост эукариотической (обычно животной) клетки, имеющий пальцевидную форму и содержащий внутри цитоскелет из актиновых микрофиламентов. Из микроворсинок состоит воротничок у клеток хоанофлагеллят и у воротничково жгутиковых клеток губок и других многоклеточных животных. В организме человека микроворсинки имеют клетки эпителия тонкого кишечника, на которых микроворсинки формируют щеточную кайму, а также механорецепторы внутреннего уха — волосковые клетки. Микроворсинки нередко путают с ресничками, однако они резко отличаются по строению и функциям. Реснички имеют базальное тело и цитоскелет из микротрубочек, способны к быстрым движениям (кроме видоизмененных неподвижных ресничек) и служат у крупных многоклеточных обычно для создания токов жидкости или восприятия раздражителей, а у одноклеточных и мелких многоклеточных животных также для передвижения. Микроворсинки не содержат микротрубочек и способны лишь к медленным изгибаниям (в кишечнике) либо неподвижны.
8. ) Ядро Окружено двумя мембранами со множеством ядерных пор. Ядерные поры обеспечивают транспорт веществ. Самая крупная из органелл клетки. . Функции: 1. Хранение генетической информации. 2. Управление делением. 3. Синтез ДНК и РНК
9. )Ядрышко это особая область ядра, содержит участки хромосом (ядрышковый организатор). Ядрышко состоит из белка и рибосомальной РНК и не окружено мембраной. В ядрышке самая высокая концентрация белка во всей клетке. Функция: 1. Основной функцией ядрышка является синтез рибосомных РНК и рибосом, на которых в цитоплазме осуществляется синтез полипептидных цепей. В геноме клетки имеются специальные участки, так называемые ядрышковые организаторы, содержащие гены рибосомной РНК (р. РНК), вокруг которых и формируются ядрышки. В ядрышке происходит синтез р. РНК полимеразой I, её созревание, сборка рибосомных субъединиц. В ядрышке локализуются белки , принимающие участие в этих процессах.
10. )Рибосомы Мелкие немембранные клеточные органеллы. Клетка содержит около десятка тысяч рибосом. Они состоят из белков и рибонуклеиновых кислот. Важнейший немембранный органоид живой клетки. Состоят из большой и малой субъединиц. Функция: Служат для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК, или м. РНК. Этот процесс называется трансляцией. В эукариотических клетках рибосомы располагаются на мембранах эндоплазматической сети, хотя могут быть локализованы и в неприкрепленной форме в цитоплазме.
11. ) Лизосомы окружены одной мембраной. Они содержат до 40 различных ферментов, которые могут переваривать разные вещества, поступающие в клетку путем эндоцитоза. Производятся в аппарате Гольджи. Функции: 1. переваривание захваченных клеткой при эндоцитозе веществ или частиц (бактерий, других клеток) 2. аутофагия — уничтожение ненужных клетке структур, например, во время замены старых органоидов новыми, или переваривание белков и других веществ, произведенных внутри самой клетки 3. автолиз — самопереваривание клетки, приводящее к ее гибели (иногда этот процесс не является патологическим, а сопровождает развитие организма или дифференцировку некоторых специализированных клеток). Пример: При превращении головастика в лягушку, лизосомы, находящиеся в клетках хвоста, переваривают его: хвост исчезает, а образовавшиеся во время этого процесса вещества всасываются и используются другими клетками тела. 4. растворение внешних структур
12. ) Митохондрии Окружены двумя мембранами. Их количество в некоторых клетках может достигать нескольких сотен. В соответствии с теорией симбиогенеза митохондрии (и хлоропласты) – бывшие бактерии, вступившие в симбиоз с клеткой. Функция: 1. Синтез АТФ (универсальной формы химической энергии) 2. Гликолиз (Клеточное дыхание— совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды)
13. ) Аппарат Гольджи Одномембранный органиод. Комплекс Гольджи представляет собой стопку дискообразных мембранных мешочков (цистерн), несколько расширенных ближе к краям, и связанную с ними систему пузырьков Гольджи. В растительных клетках обнаруживается ряд отдельных стопок (диктиосомы), в животных клетках часто содержится одна большая или несколько соединённых трубками стопок. Функции: 1. В цистернах происходит созревание белков для секреции трансмембранные белки ЭПР белки лизосом и др. Перемещаются в органеллы где происходит их модификация 2. Транспорт белков на наружную мембрану 3. Секреция веществ (упаковываются в секреторные пузырьки)
14. ) Эндоплазматическая сеть (ЭПС) Одномембранный органоид, представляющий собой разветвлённую систему из окружённых мембраной уплощённых полостей, пузырьков и канальцев. Схематическое представление клеточного ядра, эндоплазматического ретикулума и комплекса Гольджи. (1) Ядро клетки. (2) Поры ядерной мембраны. (3) Шероховатый эндоплазматический ретикулум. (4) Гладкий эндоплазматический ретикулум. (5) Рибосомы на поверхности гранулярного эндоплазматического ретикулума. (6) Макромолекулы (7) Транспортные везикулы. (8) Комплекс Гольджи. (9) Цис Гольджи (10) Транс Гольджи (11) Цистерны Гольджи
Мембрана ЭПР морфологически идентична оболочке клеточного ядра и составляет с ней одно целое. Таким образом, полости эндоплазматического ретикулума открываются в межмембранную полость ядерной оболочки. Мембраны ЭПС обеспечивают активный транспорт ряда элементов против градиента концентрации. Выделяют два вида ЭПР: • шероховатый эндоплазматический ретикулум; Синтез белков. Белки, производимые клеткой, синтезируются на поверхности рибосом, которые могут быть присоединены к поверхности ЭПС. Полученные полипептидные цепочки помещаются в полости где впоследствии правильным образом обрезаются и сворачиваются. Таким образом, линейные последовательности аминокислот получают после транслокации в эндоплазматический ретикулум необходимую трёхмерную структуру • гладкий эндоплазматический ретикулум. Участвует во многих процессах метаболизма. Также играет важную роль в углеводном обмене, нейтрализации ядов и запасании кальция. Ферменты участвуют в синтезе различных липидов и фосфолипидов, жирных кислот и стероидов.
Для клеток эукариот характерна компартментализация Чтобы химические реакции шли быстрее, нужно увеличить концентрацию реагирующих веществ. Это можно сделать, если сконцентрировать определенные вещества — ферменты и их субстраты — внутри замкнутого пространства. В разных таких «отсеках» можно создать условия (например, р. Н), оптимальные для протекания конкретных реакций. Видимо, в связи с этим в клетках эукариот и возникли компартменты , отделенные мембранами от цитоплазмы и друг от друга. Клетки животных, высших растений (а тем более водорослей) и грибов достаточно разнообразны. • Растительные и грибные клетки обладают плотной клеточной стенкой (целлюлозной и хитиновой соответственно) — животные клетки не имеют плотной клеточной стенки. • В качестве энергетического резерва животные и грибы используют гликоген, растения — крахмал. • Клетки растений содержат органеллы пластиды, которых нет у животных и грибов.
Пластиды— органоиды эукариотических растений и некоторых фотосинтезирующих простейших (например, эвглены зеленой). Покрыты двойной мембраной и имеют в своём составе множество копий кольцевой ДНК. По окраске и выполняемой функции выделяют три основных типа пластид: Лейкопласты — неокрашенные пластиды, как правило выполняют запасающую функцию. В лейкопластах клубней картофеля накапливается крахмал. Лейкопласты высших растений могут превращаться в хлоропласты или хромопласты. Хромопласты — пластиды, окрашенные в жёлтый, красный или оранжевый цвет. Окраска хромопластов связана с накоплением в них каротиноидов. Хромопласты определяют окраску осенних листьев, лепестков цветов, корнеплодов, созревших плодов. Хлоропласты — пластиды, несущие фотосинтезирующие пигменты — хлорофиллы. Имеют зелёную окраску у высших растений, харовых и зелёных водорослей. Набор пигментов, участвующих в фотосинтезе (и, соответственно, определяющих окраску хлоропласта) различен у представителей разных таксономических отделов. Хлоропласты имеют сложную внутреннюю структуру.
Вирусы — неклеточные формы жизни Вирус (от лат. virus — яд) — микроскопическая частица, состоящая из белков и нуклеиновых кислот и способная инфицировать клетки живых организмов. Вирусы являются облигатными паразитами — они не способны размножаться вне клетки. В настоящее время известны вирусы, размножающиеся в клетках растений, животных, грибов и бактерий (последних обычно называют бактериофагами). Обнаружен также вирус, поражающий другие вирусы (Вирусы тоже болеют вирусными заболеваниями). Вирусы представляют собой молекулы нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключённые в защитную белковую оболочку (капсид). Наличие капсида отличает вирусы от других инфекционных агентов, вироидов. Вирусы содержат только один тип нуклеиновой кислоты: либо ДНК, либо РНК. Некоторые вирусы имеют также внешнюю липидную оболочку. Структура бактериофага T 2.
Фазы вирусной инфекции Условно процесс вирусного инфицирования в масштабах одной клетки можно разбить на несколько взаимоперекрывающихся этапов: • • Присоединение к клеточной мембране — так называемая адсорбция. Обычно для того, чтобы вирион адсорбировался на поверхности клетки, она должна иметь в составе своей плазматической мембраны белок (часто гликопротеин) — рецептор, специфичный для данного вируса. Наличие рецептора нередко определяет круг хозяев данного вируса, а также его тканеспецифичность. Проникновение в клетку. На следующем этапе вирусу необходимо доставить внутрь клетки свою генетическую информацию. Некоторые вирусы привносят также собственные белки, необходимые для её реализации. Различные вирусы для проникновения в клетку используют разные стратегии: например, впрыскивают свою РНК через плазматическую мембрану, другие захватываются клеткой в ходе эндоцитоза, попадают в кислую среду лизосом, где происходит их окончательное созревание после чего РНК в комплексе с вирусными белками преодолевает лизосомальную мембрану и попадает в цитоплазму. Вирусы также различаются по локализации их репликации, часть вирусов размножается в цитоплазме клетки, а часть в её ядре.
• Перепрограммирование клетки. При заражении вирусом в клетке активируются специальные механизмы противовирусной защиты. Заражённые клетки начинают синтезировать сигнальные молекулы — интерфероны, переводящие окружающие здоровые клетки в противовирусное состояние и активирующие системы иммунитета. Повреждения, вызываемые размножением вируса в клетке, могут быть обнаружены системами внутреннего клеточного контроля, и такая клетка должна будет «покончить жизнь самоубийством» в ходе процесса, называемого апоптозом или программируемой клеточной смерти. От способности вируса преодолевать системы противовирусной защиты напрямую зависит его выживание. Многие вирусы в ходе эволюции приобрели способность подавлять синтез интерферонов, апоптозную программу и так далее. Кроме подавления противовирусной защиты, вирусы стремятся создать в клетке максимально благоприятные условия для развития своего потомства. • Персистенция. Некоторые вирусы могут переходить в латентное состояние, слабо вмешиваясь в процессы, происходящие в клетке, и активироваться лишь при определённых условиях.
• Создание новых вирусных компонентов. Размножение вирусов в самом общем случае предусматривает три процесса — 1) транскрипция вирусного генома — то есть синтез вирусной м. РНК, 2) её трансляция, то есть синтез вирусных белков и 3) репликация вирусного генома (в некоторых случаях, когда генетическая информация вируса закодирована в виде РНК, геномная РНК одновременно играет роль м. РНК, и, следовательно, процесс транскрипции в зараженной клетке не происходит за ненадобностью). • Созревание вирионов и выход из клетки. В конце концов, новосинтезированные геномные РНК или ДНК одеваются соответсвующими белками и выходят из клетки. Следует сказать, что активно размножающийся вирус не всегда убивает клетку хозяина. В некоторых случаях дочерние вирусы отпочковываются от плазматической мембраны, не вызывая её разрыва. Таким образом, клетка может продолжать жить и продуцировать вирус.
Разнообразие клеток многоклеточного организма Многоклеточный организм отличаются от одноклеточных и колониальных четко выраженной дифференциацией функций отдельных групп клеток. Специализация клеток повышает их эффективность в выполнении определённых функций, а их упорядоченность и согласованность действий позволяют целому многоклеточному организму приобретать свойства, недоступные одноклеточным и колониальным организмам. Клетка в многоклеточном организме во многом действует так же, как и в одноклеточном организме при взаимодействии с внешней средой и клетками окружения. Однако усиление специализации клеток увеличивает и их взаимозависимость от клеток другой специализации.
В большинстве клеток имеется одно ядро одноядерные. Существуют также клетки с двумя, тремя, несколькими десятками и даже сотнями ядер— многоядерные клетки. Клетки мышц, например, являются многоядерными клетками (синцитиями), появившимися из одноядерных в процессе эмбриогенеза. А эритроциты в зрелом состоянии не имеют ядра вовсе (это безъядерные клетки). Органоиды различных клеток многоклеточного организма различаются по степени развитости. Например, в клетках кишечного эпителия лизосомы и аппарат Гольджи развиты лучше, чем в нейронах. А в клетках надпочечника цитоскелет развит слабее, чем в клетках мышечной ткани. Зато клетки надпочечника обладают сильно развитой эндоплазматической сетью; это связано с их секреторной активностью. Сходные клетки многоклеточного организма специализировались на выполнении определенных функций, что привело к формированию тканей. Разные ткани объединились в органы, а органы — в системы органов. Функции клеток различных тканей и органов, выполняющих специализированные функции, также существенно различаются. Так, эритроциты выполняют функцию переноса кислорода и углекислого газа, клетки различных эпителиев — защитную, выделительную, всасывающую и разграничительную функции, а нейроны, клетки нервной ткани — функцию восприятия раздражителей, генерации и передачи нервных импульсов. Специализация клеток происходит вследствие дифференцированной работы генома.
Ткань — система клеток и межклеточного вещества, объединённых общим происхождением, строением и выполняемыми функциями. Строение тканей живых организмов изучает наука гистология. Совокупность различных и взаимодействующих тканей образуют органы. В организмах животных выделяют следующие виды тканей: • эпителиальная покрывает организм снаружи, выстилает поверхность внутренних органов и полости, входит в состав желез внутренней и внешней секреции. • соединительная. • нервная. • мышечная. В организмах растений выделяют следующие виды тканей: • • образовательная (меристема). покровная. механическая. адсорбционная. ассимиляционная. проводящая. секреторная. аэренхима
Прорыв в молекулярной и популяционной Грегор Мендель открыл закономерности биологии наследования моногенных признаков, что стало первым шагом на пути к современной генетике. В 1865 г. Мендель изложил результаты своих опытов по скрещиванию гороха в книге «Опыты над растительными гибридами» . Стал считать количественное проявление признака!!! Грегор Иоганн Мендель (1822 — 1884) — австрийский биолог и ботаник. Церковная должность настоятель — Августинского монастыря.
Закон единообразия гибридов первого поколения (первый закон Менделя). При скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных проявлений признака, всё первое поколение гибридов (F 1) окажется единообразным и будет нести проявление признака одного из родителей Закон расщепления (второй закон Менделя) При скрещивании двух гетерозиготных потомков первого поколения (F 1) между собой во втором поколении (F 2) наблюдается расщепление в определенном числовом отношении: по фенотипу 3: 1, по генотипу 1: 2: 1. Закон независимого наследования (третий закон Менделя). При скрещивании двух гомозиготных 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
Хромосомная теория наследственности Томас Морган обосновал хромосомную теорию наследственности (1911— 1926), согласно которой хромосомы, заключённые в ядре клетки, являются носителями генов и представляют собой материальную основу наследственности. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1933 года «За открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности» . Томас Хант Морган (1866 — 1945) — американский биолог, один из основоположников генетики.
Основные положения хромосомной теории наследственности ØГены локализованы в хромосомах. Различные хромосомы содержат разное количество уникальных генов. ØАллельные гены занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах. ØГены расположены в хромосоме в линейной последовательности. ØГены одной хромосомы образуют группу сцепления, то есть наследуются преимущественно сцепленно (совместно), благодаря чему происходит сцепленное наследование некоторых признаков. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом данного вида (у гомогаметного пола) или больше на 1 (у гетерогаметного пола). ØСцепление нарушается в результате кроссинговера, частота которого прямо пропорциональна расстоянию между генами в хромосоме (поэтому сила сцепления находится в обратной зависимости от расстояния между генами). ØКаждый биологический вид характеризуется определенным набором хромосом — кариотипом.
Молекула ДНК 5 1 Структура двойной спирали ДНК была предложена Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953 году на основании рентгеноструктурных данных, полученных Морисом Уилкинсом и Розалинд Франклин. По правилу Уотсона-Крика (комплементарного спаривания нуклеотидов) две антипараллельные цепи полинуклеотидов соединены водородными связями в парах A–T и G–C.
Джеймс Дью и Уо тсон (1928) — американский биолог. «Люди разных рас имеют разные интеллектуальные способности, что обусловлено генетически» Фрэнсис Крик (1916 — 2004) — британский молекулярный биолог, врач и нейробиолог. Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине 1962 года — совместно с Морисом Уилкинсом с формулировкой «за открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живых системах» . Результаты работы впервые были опубликованы 30 мая 1953 года в журнале Nature.
Природа генетического кода В статье, опубликованной в журнале Nature в 1961 году, Френсис Крик с соавторами предположили четыре свойства генетического кода: Ø три азотистых основания (триплет) кодируют одну аминокислоту Ø триплеты генетического кода не перекрываются Ø последовательности триплетов считываются с определенной начальной точки, знаки препинания внутри кодирующей последовательности отсутствуют Ø одна аминокислота может быть закодирована разными триплетами — вырожденность (избыточность) генетического кода. 61 кодон кодирует 20 аминокислот. УАА, УАГ и УГА нонсенс-кодоны (стоп-кодоны).
Скачать презентацию МЕДИЦИНСКАЯ БИОЛОГИЯ И ГЕНЕТИКА Клеточная теория М
Презентация1.ppt