Мутации и их классификация на различных уровнях организа-ции живой материи. Генные, хромосомные, геномные мутации. Спонтанный и индуцированный мутационный процесс. Закон Н. И. Вавилова.

Мутации - это наследуемые изменения генетического материала организма. Изменчивость, вызванная возникновением мутаций, называется мутационной. Классификация мутаций Му-тации на уровне Генные мутации - м., связанные с изменением структуры молекулы ДНК. Представляют выпадение или вставку одного или нескольких азотистых оснований, либо то и другое одновременно, а также замену азотистых оснований. Э.Фриз различал 2-а типа замен: - транзиции (пурин. и пиримид. основания заменяются соответственно другими пуриновыми и пиримидиновыми) - трансверзии (пуриновые основания заменяются пиримидиновыми) Все генные мутации приводят к изменению смысла кодона и нарушению считывания информации цепи ДНК. Различают 3-и типа таких изменений: - миссенс-мутации – в белковую молекулу в момент ее синтеза вставляется другая аминокислота. - нонсенс-мутации - образование бессмысленных кодонов, не кодирующих никакой аминокислоты. Они приводят к обрыву чтения генетического текста и прекращению синтеза молекулы белка. - мутации сдвига чтения наблюдаются при выпадении или вставке нуклеотидов в цепи ДНК и вызывают смещение чтения генетического кода. При этом рано или поздно образуются бессмысленные кодоны, на которых чтение прерывается. Хромосомные мутации (аберрации)- изменение в структуре хромосом. Разделяют на: внутри-хромосомные, меж-хромосомные. К внутри-хромосомным относятся: - потеря участка хромосомы (делеции) - двух- и многократные повторения фрагмента хромосомы (дупликации) - поворот участка хромосомы на 180; В результате чего гены в этом участке располагаются в обратной последовательности (инверсии) К меж-хромосомным относят обмен участками между 2-мя негомологичными хромосомами. Хромосомные мутации известны у многих организмов, включая человека. Наследственное заболевание- синдром «Кошачьего крика» обусловлен потерей концевого уч-ка короткого плеча 5-ой хромосомы. Этот синдром сопровождается нарушением роста и умственной отсталостью. Геномные мутации - это изменение числа хромосом в клетках организма. В основе их лежит не расхождение хромосом к полюсам клеток при мейозе или митозе в результате действия различных физ. и хим. факторов на нити веретена деления, приводящим к разрушению отдельных или всех нитей. Выделяют: -полиплоидия – это увеличение числа хромосом в клетках, кратное гаплоидному. Возникают триплоидные (3n), (4n),(6n),(8n) и т.д. клетки. По-липлоидия распространена у растений (пшеница, рожь, сахарная свекла, гречиха и др.) - ге-тероплоидия – это изменение числа хромосом, не кратное гаплоидному. Наблюдается, когда во время митоза или мейоза не расходятся или теряются отдельные гомологичные хромосо-мы. В результате могут возникать половые клетки с лишними хромосомами. При слиянии с нормальными гометами они образуют зиготу(2n+1). Люди, страдающие болезнью Дауна, яв-ляются трисомиками по 21-ой хромосоме. (2n-1) – моносомик (2n-2) – нулеосомик (2n+х) – полисомики В зависимости от того в каких клетка произошли мутации, их подразделяли на соматические(передаются по наследству при вегетативном размножении и не передаются при половом размножении), генеративные – в половых клетках(передаются при половом размножении). Спонтанный и индуцированный мутационный процесс. Спонтанные мутации возникают под влиянием природных факторов(мутагенные факторы).Чаще всего как результат ошибок при воспроизведении генетического материала(ДНК или РНК). Частота спонтанного мутирования у каждого вида генетически обусловлена и поддерживается на определенном уровне. Индуцированный мутагинез – это искусственное получение мутации с помощью физических и химических, биологических мутагенов. Т.о. мутационная изменчивость обусловлена не перекомбинацией генов, а нарушение наследственных структур. Закон Вавилова - закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Виды и роды, близкие генетически, связанные единством происхождения, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости, зная, какие формы изменчивости встречаются у одного вида, можно предвидеть нахождение аналогичных форм у других видов. Фактами, подтверждающими этот закон, являются случаи альбинизма у позвоночных, гемофилия у человека и др. млекопитающих, отсутствие остей в соцветиях, черная окраска и голозернистость злаковых культур и т.д. Появление сходных мутаций объясняется некоторой общностью генотипов. В процессе возникновения новых видов различия между ними устанавливаются только по части генов, обусловливающих успешное существование их в конкретных условиях. В то же время многие гены у видов данного рода или даже семейства остаются неизменными и при мутациях дают сходные признаки. Закон Н.И.Вавилова имеет большое практическое значение, поскольку прогнозирует поиск определенных форм изменчивости у растений и животных. Зная характер изменчивости одного или нескольких близких видов, можно целенаправленно искать формы, еще не известные у данного организма, но уже открытые у его таксономических родственников.

 

45. Типы клеток живых организмов и сравнительный анализ их строения. Эукариотическая и прокариотическая, растительная и животная клетки. Биологические мембраны.. Клетка-элементарная единица живой системы. Среди живых организмов встречаются два типа организации клеток. К наиболее простому типу строения относятся клетки бактерий и синезеленых водорослей, к более высокоорганизованному — клетки всех остальных живых существ, начиная от низших растений и кончая человеком. Клетки бактерий и синезеленых водорослей называют прокариотическими. Клетки всех остальных представителей живого — эукариотическими, потому что у них обязательной структурой является клеточное ядро, отделенное от цитоплазмы ядерной оболочкой. Организмы бывают одноклеточными или многоклеточными. Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители, способна двигаться.

Строение клетки прокариот: сам клет органелл и ядра нет, Днк(кольцевое строение),локализация процессов дыхания(мезосомы), лок. проц-в ф-за (ламилярные впячивания), рибосомы(70S), жгутик(простое строение), клеточная оболочка (муреин), Способ деления (прямое бинарное).

Строение клетки эукариот: сам. клет. органеллы и ядро –есть, Днк (линейное строение), локализация процессов дыхания(митохондрии), лок. проц-в ф-за (хлоропласты), рибосомы (80S), жгутик(сложное строение), клеточная оболочка (раст-целюлоза, хитин), способ деления (амитоз, митоз, мейоз).

Строен. раст к-ки: клет оболочка. крупная вакуоль, пластиды,плазмодесмы-есть, запасное пит. в-во-крахмал,способ питания-автотроф.

Строен. жив. к-ки: центриоли-есть, зап. пит. в-во-гликоген, способ питания-гетеротроф.

Клеточные мембраны –это тонкие пласты липопротеидной природы, толщиной 5-7нм., не образующие свободных концов – замкнуты в пузырьки, мешочки, полости и т.д.

Хим. состав: белки (придают прочность, жесткость), липиды (придают легкость, упругость), небольшое кол-во углеводов.

В 1831г. была предложена 1-я модель строения мембраны – модель сендвича (белки – липиды - белки). Противоречия дан. модели: 1. невозможно объяснить транспорт в-в ч/з мембрану, 2. большинство белков в мембране имеют глобулярное строение, а не ламиллярное.

Возникает 2-я модель –м.липопротеинового коврика–мол. белков и липидов при образовании мембраны пересек-ся в виде нитей в ковре (60-е г.г.).

В 1871г. возникает 3-я, жидкостно–мозаичная модель(Робертсон и Сингер).Мембрана представляет собой сплошные бимолекулярные слои фосфолипидов (структурный липид), кот. вкраплены в белковые глобулы. выдел-ся 3 типа белков:интегральные(полностью пронизывают мембрану), полуинтегральные (погружены в мембрану) и поверхностные.

Плазмолемма(мембрана, кот. покрывает кл. с наружи).Особенности строения: 1.большая толщина– 10нм. 2.большое кол-во холестерола: 2части фосфолипида, 1 часть холестерола. 3.наличие гликокаликса (слой углеводной природы, располаг-ся на поверхности цитопл. мембраны и представл.соб. разветвленные цепочки олиго- и полисахаридов). 4.наличие пор. 5.наличие большого кол-ва встроенных в мембрану белков-переносчиков. 6. находящийся под мембраной кортикальный слой (микротрубочки).

 

46. Общий план строения эукариотической клетки. Основные клеточные органеллы, их структура и функции.

Клетка обладает всеми свойствами живой системы: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители и способна двигаться. Она является низшей ступенью организации, обладающей всеми этими свойствами. Клетка эукариот состоит из трех основных частей: ядра, цитоплазмы и клеточной стенки. К эукариотам относятся простейшие, беспозвоночные и позвоночные животные, высшие растения, грибы и водоросли (без сине-зеленых и прохлорофитовых).

Клетки животных и растений отличаются по следующим параметрам. В клетках высших растений отсутствуют центриоли, они имеют жесткую клеточную стенку, плазмодесмы, вакуоль с клеточным соком, пластиды. В клетках водорослей, относящихся к разным таксонам, могут присутствовать или отсутствовать центриоли, клеточная стенка, пластиды и вакуоль с клеточным соком. Клетки грибов объединяют в себе некоторые признаки животных и растительных клеток. Как и клетки растений, они имеют жесткую клеточную стенку, но в ее состав входит хитин, как в наружном скелете у членистоногих. В клетках грибов отсутствуют пластиды, в обмене веществ у них присутствует мочевина, и запасают они не крахмал, а, как в клетках печени животных, гликоген. Одной из основных особенностей всех эукариотических клеток является изобилие и сложность строения внутренних мембран. Мембраны отграничивают цитоплазму от окружающей среды, а также формируют оболочки ядер, митохондрий и пластид. Они образуют лабиринт эндр-плазматического ретикулума и уплощенных пузырьков в виде стопки, составляющих комплекс Гольджи. Мембраны образуют лизосомы, крупные и мелкие вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли простейших. Все эти структуры представляют собой компартменты (отсеки), предназначенные для тех или иных специализированных процессов и циклов. Следовательно, без мембран существование клетки невозможно. Органеллы, они же органоиды являются основой правильного развития клетки. Они пред-ставляют собой постоянные, то есть никуда не исчезающие структуры, которые имеют опре-деленное строение, от которого напрямую зависят выполняемые ими функции. Различают органоиды следующих типов: двумембранные и одномембранные. Строение и функции органоидов клетки заслуживают особого внимания для теоретического и по возможности практического изучения, так как эти структуры, несмотря на свои маленькие, не различимые без микроскопа размеры, обеспечивают поддержание жизнеспособности всех без исключения органов и организма в целом. Двумембранные органоиды — это пластиды, кле-точное ядро и митохондрии. Одномембранные — органеллы вакуолярной системы, а именно: эпс, лизосомы, комплекс (аппарат) Гольджи, различные вакуоли. Существуют также и немембранные органоиды – это клеточный центр и рибосомы. Общее свойство мембранных видов органелл — они образовались из биологических мембран.

Основные клеточные органеллы: 1. эндоплазматический ретикулум. Различают:- гладкий (ГЭР) – система тонких и ветвящихся трубочек и канальцев. Ф-ции: биосинтез липидов, некот. углеводов (гликогена), ресинтез липидов (сборка липидов из готовых компонентов), детоксикация ядов, токсинов, лек-х средств, накопление и проведение ионов Са²⁺.

- шероховатый (ШЭР) – система уплощенных структур (цистерн), связ-х др. с др. и образующих внутримембранное пространство. на поверхности цистерн нах-ся рибосомы. Ф-ции: биосинтез белков, начальная пространсляционная модификация белков, внутриклет-й транспорт в-в, синтез белковых компонентов и сборка клет-х мембран.

2. рибосомы – немембр. органеллы, состоят из РНК и структурных белков. Располаг-ся свободно в цитоплазме или на мембранах ШЭР. Состоят из 2-х субъединиц: большой и малой. различают 70S (прокариоты) и 80S (эукариоты). Ф-ции: обеспечение биосинтеза белка – машины для сборки белковых мол-л. Совокупонсть рибосом и и-РНК участвующих в биосинтезе 1-го и того же белка наз-ся полисомой. 3. аппарат Гольджи. Открыт уч. Гольджи при обработке кл. тяжелыми Ме (осмий, серебро). Различают 2 морфолог-х вида: 4. лизосомы. мелкие мембранные пузырьки. Содерж-ся гидролитические ферменты, способные переваривать все типы в-в. Более 60 разновидностей (80% в матриксе, 20% на внутр. пов-сти мемб.) 5. митохондрии. Располаг-ся в кл. там, где идут затраты большого кол-ва энергии (у основания жгутика, в обл. синоптических контактов). Ультрастр-ра: наруж. мемб., перимитохондриальное пространство, внутр.мемб., кристы, матрикс, кольцевые ДНК. Ф-ции: 1.окисление орг-ких в-в (в мит-ях протекают кислородные этапы энергетическтгт обмена), 2.биосинтез АТФ.

6. центриоли Располаг-ся вблизи кл. ядра и состоит из центриолы и центросферы. в кл. нах-ся в виде диплосомы (в составе различают материнские и дочерние центриолы. Сомиты только на матер-й ц.. Полые цилиндры, стенки кот. состоят из микротруб-к. Ультрастр-ра: 9 триплетов микротр-к, располагающихся под углом 40° по отношению к R-центриоли. Ф-ции: 1.явл-ся основными центрами орга. 2.обеспеч-т построение и функционир-е веретена деления.

7. реснички и жгутики. Органеллы спец. Назначения Стр-ра: выросты цитоплазм-й мемб., внутри кот. располаг-ся определенным образом микротрубочки. Оксонема (осевая нить). –центральна мемб., оксонема- базальное тельце. Ф-ция двигательная (маятниковое движ-е – инфуз-я туфелька, крючкообразное – реснички мерцательного эпителия, бороздкообразные – для жгутиков, волнообразное).

8. Вакуоли — полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком, место накопления запасных питательных веществ, вредных веществ; они регулируют содержание воды в клетке.

9. Клеточные включения — скопления запас иных питательных веществ: белков, жиров и углеводов.

 

Опорно-двигательная система клетки и её роль в жизни клетки. Микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные фила-менты и структуры формируемые при их участии. Типы движений в животном царстве и их механизмы.

Клетки способны не только передвигаться с места на место, но и изменять свою форму и взаимоположение органелл. Этими свойствами клетки обязаны развитой сети белковых нитей - филаментов, образующих в их цитоплазме опорно-двигательную систему, называемую цитоскелетом. Нельзя представлять себе цитоплазму как бесформенную гелеобразную массу, в которой взвешены ядро и другие мембранные органеллы. Цитоскелет заполняет все пространство между ядерной оболочкой и плазмалеммой, он определяет форму клетки и участвует в тех ее функциях, которые связаны с движением, в делении и перемещении самой клетки, во внутриклеточном транспорте органелл и отдельных соединений. Цитоскелет включает в себя микрофиламенты, реснички и жгутики с базальными тельцами, клеточный центр, продуцирующий центриоли. микротрубочки представляют собой трубчатые образования, состоящие из белка турбулина. По ним как по рельсам движутся органеллы из одного участка клетки к другому (другие белки прикрепляют органеллы к наружной стороне трубы и обеспечивают движение). Во время митоза они обеспечивают расхождение хромосом к полюсам клетки. Микрофиламенты встречаются практически во всех типах клеток. Они располагаются в кортикальном слое цитоплазмы, непосредственно под плазмолеммой, пучками или слоями. Микрофиламенты часто образуют пучки, направляющиеся в клеточные отростки. в состав микрофиламентов кортикального слоя и пучков входят сократительные белки: главным образом актин, миозин, тропомиозин, а-актинин. внутриклеточный сократительный аппарат, обеспечивающий не только подвижность клеток но и большинство внутриклеточных движений, таких как токи цитоплазмы, движение вакуолей, митохондрий, деление клетки. Кроме того, актиновые микрофиламенты выполняют и каркасную роль. Промежуточные филаменты, или микрофибриллы, тоже белковые структуры. Это тонкие неветвящиеся, часто располагающиеся пучками нити. их белковый состав различен в разных тканях. В эпителии в состав промежуточных филаментов входит кератин. В состав промежуточных филаментов клеток мезенхимальных тканей (например, фибробластов) входит— виментин, в нервных клетках в состав их нейрофиламентов также входит особый белок. Роль промежуточных микрофиламентов, скорее всего, опорно-каркасная; эти фибриллярные структуры не так лабильны, как микротрубочки и микрофиламенты. Микротрубочки. В клетках микротрубочки принимают участие в создании ряда временных (цитоскелет интерфаных клеток, веретено деления) или постоянных (центриоли, реснички, жгутики) структур. Микротрубочки представляют собой прямые, неветвящиеся длинные полые цилиндры имеют сходный состав и содержат белки — тубулины. По цитоплазматическим интерфазным микротрубочкам, как по рельсам, могут передвигаться различные мелкие вакуоли, например синаптические пузырьки, содержащие нейромедиаторы, в аксоне нервной клетки или митохондрии. Эти перемещения основываются на связи микротрубочек со специальными белками — транслокаторами, которые в свою очередь связываются с транспортируемыми структурами. Микротрубочки являются составной частью клеточного центра, ресничек и жгутиков Система микротрубочек развивается в связи с центриолью, которая является местом, где происходят начальная полимеризация тубулинов и рост микротрубочек цитоскелета.

Движение — одно из проявлений жизнедеятельности, обеспечивающее организму возможность активного взаимодействия со средой, в частности, перемещение с места на место, захват пищи и т. п.

1.Амебоидное движение. Амебоидное движение присуще корненожкам и некоторым отдельным клеткам многоклеточных животных (например - лейкоцитам крови). У клетки образуются выросты цитоплазмы, число и величина которых постоянно меняются, как меняется и форма самой клетки