Вопрос №2. Исследования клетки

Вопрос №1. Клеточная теория

Клеточная теория — основополагающая для общей биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838). Рудольф Вирхов позднее (1858) дополнил её важнейшим положением (всякая клетка из клетки).

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 организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни.

Основные положения клеточной теории

Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

№ 1 Клетка — единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов, вне клетки жизни нет;

№ 2 Клетка — единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование;

№ 3 Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям;

№ 4 Новые клетки образуются только в результате деления исходных клеток;

№ 5 Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, ткани образуют органы. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток;

№ 6 Клетки многоклеточных организмов имеют полный набор генов, но отличаются друг от друга тем, что у них работают различные группы генов, следствием чего является морфологическое и функциональное разнообразие клеток — дифференцировка.

Вопрос №2. Исследования клетки

Для изучения клеток используют микроскопическую техникув виде световой, фазово-контрастной, ультрафиолетовой, люминесцентной иэлектронной микроскопии. Последняя используется в сочетании с техникойультратонких срезов. С целью получения трехмерных изображений клеток используютсканирующие электронные микроскопы. Для документации поведения живых клетокиспользуют замедленную киносъемку.

 

В цитологических исследованиях очень эффективныцитохи-мические методы, основанные на том, что определенные реактивы (краски) избирательно окрашивают химические вещества цитоплазмы, а такжеауторадиография, которая заключается во введении в клетки радиоактивныхизотопов фосфора (³²Р), углерода (¹⁴С) и водорода (³H) с последующим обнаружением ихклеточной локализации с помощью фотоэмульсий.

 

Для выделения клеточных компонентов используютдифференциальное центрифугирование, а для разделения биологических молекул — хроматографию и электрофорез. Рентгеноструктурный анализ позволяет определять пространственное расположениемолекул различных веществ, расстояние между отдельными молекулами, объем, формуи другие свойства молекул. Метод ядерного магнитного резонанса позволяетисследования химической природы вещества.

 

Для изучения клеток используют также биохимические, генетические и иммунологические методы в сочетании с культивированием клеток наискусственных питательных средах. В последние годы в исследованиях клетокшироко используют методы генетической инженерии.

Вопрос №7. Митоз

непрямое деление клетки, кариокинез,^{[~ 1]} наиболее распространенный способ репродукции эукариотических клеток.

1. Профаза
Ранняя профаза. В клетке (плазматическая мембрана на фотографии имеет красный цвет) исчезает ядерная оболочка, нити микротрубочек (зеленые) начинают формировать митотический аппарат (веретено деления), хроматин (комплекс ДНК и белков-гистонов, на фотографии - голубые пятна) начинает конденсироваться и, спирализуясь, превращаться в хромосомы.
Поздняя профаза. Продолжается формирование хромосом из хроматина, на полюсах бывшего ядра формируются центры митотического аппарата, между которыми протягиваются микротрубочки нитей веретена деления.

 

2. Метафаза
Хромосомы располагаются по экватору бывшего ядра, прикрепляясь своими центромерами (первичными перетяжками) к нитям митотического аппарата. Начинается формирование метафазной пластинки.
Заканчивается формирование метафазной пластинки. Именно на этой стадии клеточного деления, блокировав дальнейшее расхождение хромосом при помощи определенных алкалоидов (например, колхицина), изучают кариотип (набор хромосом, присущий данному организму или виду).

3. Анафаза
Хромосомы разрываются в месте соединения (по центромере) и хроматиды начинают движение к противоположным полюсам клетки: от каждой хромосомы одна хроматида движется к одному полюсу, другая - к другому. Хроматиды теперь можно назвать сестринскими хромосомами, т.к. они теперь действительно "обретают самостоятельность", становятся самостоятельными хромосомами, которые попадут в разные клетки. Заканчивается расхождение хроматид к полюсам клетки. Именно на этом этапе клеточного цикла происходит равномерное распределение наследственной информации материнской клетки между дочерними клетками.

4. Телофаза
Хромосомы концентрируются на противоположных полюсах клетки. начинается десприализация хромосом, постепенно начинает формироваться ядерная оболочка.

ЦитокинезПроисходит деление цитоплазмы клеток (цитокинез), завершающее процесс митотического деления клетки.

Вопрос №9. Мейоз.

Мейоз (от греч. meiosis — уменьшение) или редукционное деление клетки — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза)

Мейоз состоит из 2 последовательных делений с короткой интерфазой между ними.

· Профаза I — профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:

· Лептотена или лептонема — упаковка хромосом, конденсация ДНК с образованием хромосом в виде тонких нитей (хромосомы укорачиваются).

· Зиготена или зигонема — происходит конъюгация — соединение гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами и их дальнейшая компактизация.

· Пахитена или пахинема — (самая длительная стадия) кроссинговер (перекрест), обмен участками между гомологичными хромосомами; гомологичные хромосомы остаются соединенными между собой.

· Диплотена или диплонема — происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой. У некоторых животных в ооцитах хромосомы на этой стадии профазы мейоза приобретают характерную форму хромосом типа ламповых щёток.

· Диакинез — ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

К концу Профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления, разрушается ядерная мембрана и ядрышки

· Метафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.

· Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе.

· Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.

· Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления.

· Метафаза II — унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.

· Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.

· Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки. В тех случаях, когда мейоз сопряжён с гаметогенезом (например, у многоклеточных животных), при развитии яйцеклеток первое и второе деления мейоза резко неравномерны. В результате формируется одна гаплоидная яйцеклетка и два так называемых редукционных тельца (абортивные дериваты первого и второго делений).

Партеногенез и апомиксис

Партеногенез — это особый вид полового размножения, при котором новый организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки, таким образом обмена генетической информацией не происходит, как и при бесполом размножении. Аналогичный процесс у растений называется апомиксис.

Общая характеристика типа

К типу относится около 25 тыс. видов животных. Часть из них — свобод ножи вущие хищники, обитающие в морях и пресных водоемах, другие — паразиты позвоночных животных и человека, вызывающие различные заболевания. Размеры тела червей — от долей миллиметра до 10 м. Тип включает три класса: Ресничные, Сосальщики и Ленточные.

Характерные черты типа следующие:

1. Тело плоское, его форма листовидная (у ресничных и сосальщиков) или лентовидная (у ленточных червей).

2. Впервые в животном мире у представителей этого типа развилась двусторонняя (билатеральная) симметрия тела, т. е. через тело можно провести только одну продольную плоскость симметрии, делящую его на две зеркально подобные части.

3. Кроме эктодермы и энтодермы они имеют еще средний зародышевый листок — мезодерму. Поэтому их считают первыми трехслойными животными. Наличие трех зародышевых листков дает основу для развития различных систем органов.

4. Стенку тела образует колено-мускульный мешок —совокупность наружного однослойного эпителия и расположенных под ним нескольких слоев мышц — кольцевых, продольных, косых и спинно-брюшных. Поэтому тело плоских червей способно совершать сложные и разнообразные движения.

5. Полость тела отсутствует, так как пространство между стенкой тела и внутренними органами заполнено рыхлой массой клеток— паренхимой. Она выполняет опорную функцию и служит в качестве депо запасных питательных веществ.

6. Пищеварительная система состоит из двух отделов: эктодер-мальной передней кишки, представленной ртом и мускулистой глоткой, способной у хищных ресничных червей выворачиваться наружу, проникать внутрь жертвы и высасывать ее содержимое, и слепо замкнутой энтодермальной средней кишки. У многих видов от главных участков средней кишки отходит множество слепых ответвлений, проникающих во все части тела и доставляющих им растворенные питательные вещества. Непереваренные остатки нищи выбрасываются через рот.

7. Выделительная система протонефридиального типа. Через выделительные поры выводится избыток воды и конечные продукты метаболизма (преимущественно мочевина).

8. Нервная система более концентрирована и представлена парным головным ганглием и отходящими от него продольными нервными стволами, соединенными кольцевыми перемычками. Нервные стволы образованы расположенными по всей его длине телами нервных клеток и их отростками. Такой тип организации нервной системы называется стволовым. У всех плоских червей развиты органы осязания, химического чувства, равновесия, а у свободноживущих — и зрения.

9. Плоские черви — гермафродиты (за редким исключением). Оплодотворение внутреннее, перекрестное. Кроме половых желез (яичников и семенников), развита сложная система половых протоков, дополнительных желез, обеспечивающих зиготу питательными веществами и материалом для формирования защитных яйцевых оболочек. У пресноводных ресничных червей развитие прямое, у морских — с планктонной личиночной стадией. У паразитических червей (сосальщиков и ленточных червей) циклы развития сложные с наличием одной или нескольких личиночных стадий и сменой нескольких хозяев.

Особенности

Взрослая особь бычьего цепня состоит из более чем 1000 члеников и достигает 4-10 метров в длину. Закладка полового аппарата начинается примерно с 200-го членика. Длина зрелых проглоттид 16-30 мм, ширина — 5-7 мм. Сколекс снабжён 4 присосками без крючьев (поэтому и невооружённый).^[1] Срок жизни бычьего цепня в кишечнике человека, если не предпринимать никаких мер по дегельминтизации, составляет 18-20 лет. За год цепень продуцирует ~ 600 миллионов яиц, за всю жизнь ~ 11 миллиардов.^[2]

Жизненный цикл

Из организма человека выходят зрелые проглоттиды, отрывающиеся от тела червя — стробилы. Попав вместе с калом во внешнюю среду, проглоттиды некоторое время ползают по почве, рассеивая яйца, в которых уже имеются инвазионные личинки. Яйца могут быть случайно проглочены крупным рогатым скотом. В кишечнике коров из яиц выходят шестикрючные личинки- онкосферы, которые пробуравливают стенку кишки и с током крови и лимфы разносятся по всему организму, в том числе в мышцы, где превращаются в финны типа цистицерков. Для продолжения жизненного цикла, необходимо, чтобы заражённое мясо съел человек. В кишечнике человека финны высвобождаются из мяса, их головки выворачиваются. Оставшийся на конце тела пузырь финны через некоторое время отваливается. Головка с шейкой начинают усиленно расти, продуцируя всё новые и новые проглоттиды, червь увеличивается в размерах, зрелые проглоттиды, набитые яйцами, постепенно отрываются и выводятся вместе с каловыми массами во внешнюю среду.

Финна (финка) – финна (нем. Finne), одна из личиночных стадий ленточных червей, паразитирующая в промежуточном хозяине (различные беспозвоночные и позвоночные). Финна имеет вид пузыря, в полость которого ввёрнута одна или несколько сформированных головок червей, из которых в организме окончательного хозяина (позвоночного животного или человека) развиваются взрослые формы. Различают четыре типа финн: цистицеркоид - с одной головкой и хвостовым придатком (церкомером), снабженным 6 крючками; цистицерк - с одной головкой, но без придатка; ценур - со многими головками; эхинококк, содержащий дочерние пузыри с головками.

Тип Круглые черви

Общая характеристика типа. Тип включает более 15 тыс. видов круглых червей. Свободноживущие представители обитают на дне водоемов и в почве. Многие виды являются паразитами животных, человека и растений. Размеры тела большинства видов свободноживущих червей небольшие, даже микроскопические, а среди паразитов есть гиганты, достигающие в длину 8 м (паразит китов).

Характерные черты организации типа следующие:

1. Тело тонкое, цилиндрическое, вытянутое в длину и заостренное на концах. На поперечном срезе оно круглое (что дало название типу).

2. Кожно-мускульный мешок состоит из наружной многослойной не имеющей клеточного строения кутикулы, расположенного под ней однослойного эпителия и слоя продольных мышечных волокон, благодаря сокращениям которых тело может змеевидно изгибаться.

3. Полость тела —первичная, заполненная жидкостью, находящейся под большим, чем атмосферное, давлением. Полостная жидкость придает телу упругость и благодаря этому выполняет роль гидроскелета. Она также обеспечивает транспорт питательных веществ и продуктов жизнедеятельности.

4. Впервые в животном мире пищеварительная система представлена сквозном пищеварительной трубкой, подразделенной на три отдела — переднюю, среднюю и заднюю кишки. Передний отдел начинается ротовым отверстием, ведущим в ротовую полость и глотку, способную работать как насос. Глотка отделена от средней кишки клапаном. В средней кишке пища переваривается и всасывается. За средней кишкой следует эк-тодермальная задняя кишка, открывающаяся на брюшной стороне тела, анальным отверстием.

5. Выделительная система представлена парой боковых продольных каналов, сливающихся под глоткой в один проток и открывающийся на брюшной стороне тела выделительным отверстием. Конечные продукты жизнедеятельности накапливаются в полостной жидкости, а из нее поступают в выделительные каналы.

6. Нервная система представлена кольцевым окологлоточным ганглием и отходящими от него несколькими продольными нервными стволами, соединенными между собой полукольцевыми нервными перемычками. Имеются органы вкуса, осязания, а у свободноживущих круглых червей есть светочувствительные глазки.

7. Круглые черви — раздельнополые животные, размножающиеся только половым способом. У аскариды самцы и самки внешне различимы (половой диморфизм). Половая система имеет трубчатое строение: у самки — парные яичники, яйцеводы, матки и непарное влагалище, у самца — непарный семенник, семяпровод, семяизвергательный канал, совокупительный аппарат. Оплодотворение внутреннее, развитие обычно проходит с неполным превращением (со стадией личинки).

Общая характеристика типа

К типу относится около 25 тыс. видов животных. Часть из них — свобод ножи вущие хищники, обитающие в морях и пресных водоемах, другие — паразиты позвоночных животных и человека, вызывающие различные заболевания. Размеры тела червей — от долей миллиметра до 10 м. Тип включает три класса: Ресничные, Сосальщики и Ленточные.

Характерные черты типа следующие:

1. Тело плоское, его форма листовидная (у ресничных и сосальщиков) или лентовидная (у ленточных червей).

2. Впервые в животном мире у представителей этого типа развилась двусторонняя (билатеральная) симметрия тела, т. е. через тело можно провести только одну продольную плоскость симметрии, делящую его на две зеркально подобные части.

3. Кроме эктодермы и энтодермы они имеют еще средний зародышевый листок — мезодерму. Поэтому их считают первыми трехслойными животными. Наличие трех зародышевых листков дает основу для развития различных систем органов.

4. Стенку тела образует колено-мускульный мешок —совокупность наружного однослойного эпителия и расположенных под ним нескольких слоев мышц — кольцевых, продольных, косых и спинно-брюшных. Поэтому тело плоских червей способно совершать сложные и разнообразные движения.

5. Полость тела отсутствует, так как пространство между стенкой тела и внутренними органами заполнено рыхлой массой клеток— паренхимой. Она выполняет опорную функцию и служит в качестве депо запасных питательных веществ.

6. Пищеварительная система состоит из двух отделов: эктодер-мальной передней кишки, представленной ртом и мускулистой глоткой, способной у хищных ресничных червей выворачиваться наружу, проникать внутрь жертвы и высасывать ее содержимое, и слепо замкнутой энтодермальной средней кишки. У многих видов от главных участков средней кишки отходит множество слепых ответвлений, проникающих во все части тела и доставляющих им растворенные питательные вещества. Непереваренные остатки нищи выбрасываются через рот.

7. Выделительная система протонефридиального типа. Через выделительные поры выводится избыток воды и конечные продукты метаболизма (преимущественно мочевина).

8. Нервная система более концентрирована и представлена парным головным ганглием и отходящими от него продольными нервными стволами, соединенными кольцевыми перемычками. Нервные стволы образованы расположенными по всей его длине телами нервных клеток и их отростками. Такой тип организации нервной системы называется стволовым. У всех плоских червей развиты органы осязания, химического чувства, равновесия, а у свободноживущих — и зрения.

9. Плоские черви — гермафродиты (за редким исключением). Оплодотворение внутреннее, перекрестное. Кроме половых желез (яичников и семенников), развита сложная система половых протоков, дополнительных желез, обеспечивающих зиготу питательными веществами и материалом для формирования защитных яйцевых оболочек. У пресноводных ресничных червей развитие прямое, у морских — с планктонной личиночной стадией. У паразитических червей (сосальщиков и ленточных червей) циклы развития сложные с наличием одной или нескольких личиночных стадий и сменой нескольких хозяев.

Круг хозяев

В природе в роли хозяев трихинелл обычно оказываются плотоядные млекопитающие, хотя в экспериментальных условиях удавалось заразить и травоядных. Домашние животные могут заражаться от диких, поедая их. Например, известно, что жизненный цикл некоторых видов способен осуществляться в свиньях и крысах. При очень интенсивных инвазиях хозяин может погибнуть.

ГЕЛЬМИНТЫ, паразитические черви, возбудители болезней (гельминтозов) человека, животных и растений. У человека и животных паразитируют многие плоские и круглые (первичнополостные) черви: аскариды, цепни, нематоды и др. Они локализуются в пищеварительном тракте, печени, почках, лёгких, мышцах, крови и др. Гельминтов человека и животных называют глистами. На растениях паразитируют только нематоды, поражая корни, клубни, стебли и листья. Заражение животных происходит в основном при заглатывании яиц гельминтов с кормом и водой; растений – в результате активного проникновения личинок нематод в ткани корневой или стеблевой системы. Человек заражается гельминтами при попадании их яиц в ротовую полость с грязных рук, овощей, фруктов (аскариды, власоглавы); при употреблении в пищу недостаточно проваренного или прожаренного мяса (свиной и бычий цепни), слабосолёной или копчёной рыбы (печёночная двуустка, широкий лентец), от собак (эхинококк). Заражение некоторыми видами гельминтов происходит также через насекомых (комары) и ракообразных (крабы, раки), на которых паразитируют личинки червей. Заболевший гельминтозом теряет массу тела, у него нарушается пищеварение, развиваются анемия, аллергия. В зависимости от вида гельминтов поражаются печень (эхинококк, печёночная двуустка), лёгкие (эхинококк), мышцы (трихинеллы) и др. Лечение (дегельминтизация) проводится антигельминтными средствами, которые назначает врач. Профилактика заключается в соблюдении личной гигиены, тщательной кулинарной обработке пищи, дегельминтизации домашних собак. Наука, изучающая гельминтов и вызываемые ими заболевания, – гельминтология (раздел паразитологии). Её основатель – К. И. Скрябин, описавший св. 200 неизвестных ранее видов гельминтов и разработавший способы профилактики и лечения гельминтозов.

 

Вопрос №1. Клеточная теория

Клеточная теория — основополагающая для общей биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838). Рудольф Вирхов позднее (1858) дополнил её важнейшим положением (всякая клетка из клетки).

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 организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни.

Основные положения клеточной теории

Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

№ 1 Клетка — единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов, вне клетки жизни нет;

№ 2 Клетка — единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование;

№ 3 Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям;

№ 4 Новые клетки образуются только в результате деления исходных клеток;

№ 5 Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, ткани образуют органы. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток;

№ 6 Клетки многоклеточных организмов имеют полный набор генов, но отличаются друг от друга тем, что у них работают различные группы генов, следствием чего является морфологическое и функциональное разнообразие клеток — дифференцировка.

Вопрос №2. Исследования клетки

Для изучения клеток используют микроскопическую техникув виде световой, фазово-контрастной, ультрафиолетовой, люминесцентной иэлектронной микроскопии. Последняя используется в сочетании с техникойультратонких срезов. С целью получения трехмерных изображений клеток используютсканирующие электронные микроскопы. Для документации поведения живых клетокиспользуют замедленную киносъемку.

 

В цитологических исследованиях очень эффективныцитохи-мические методы, основанные на том, что определенные реактивы (краски) избирательно окрашивают химические вещества цитоплазмы, а такжеауторадиография, которая заключается во введении в клетки радиоактивныхизотопов фосфора (³²Р), углерода (¹⁴С) и водорода (³H) с последующим обнаружением ихклеточной локализации с помощью фотоэмульсий.

 

Для выделения клеточных компонентов используютдифференциальное центрифугирование, а для разделения биологических молекул — хроматографию и электрофорез. Рентгеноструктурный анализ позволяет определять пространственное расположениемолекул различных веществ, расстояние между отдельными молекулами, объем, формуи другие свойства молекул. Метод ядерного магнитного резонанса позволяетисследования химической природы вещества.

 

Для изучения клеток используют также биохимические, генетические и иммунологические методы в сочетании с культивированием клеток наискусственных питательных средах. В последние годы в исследованиях клетокшироко используют методы генетической инженерии.