Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Гены находятся в Х-хромосоме
|
|
Iа. Ген, сцепленный с Х-хромосомой - доминантный:
1. в одинаковой степени болеют мужчины и женщины М1: Ж1;
2. вероятность рождения больных детей, если носитель гетерозиготная женщина, 50%, причем среди больных потомков М50%: Ж50%
3. Если носитель патологического гена мужчина – больны 50% детей, но все они девочки(М0: Ж 100 %)
I б. Ген, сцепленный с Х-хромосомой, рецессивный:
а) болеют, как правило, мужчины, очень редко женщины (если гомозиготны по данному гену);
б) женщины являются гетерозиготными носительницами данного гена;
в) наследование происходит через поколения по типу " крест на крест", (" крис – крос") - от матери к сыну, от отца к дочери.
Так наследуется гемофилия, дальтонизм и др.
II) гены находятся в Y – хромосоме (ген ихтиоза, оволосенения мочки уха).
1. Не имеет значения какой ген – доминантный или рецессивный.
2. Передается от отца к сыну – " по вертикали по мужской линии".
3. Вероятность проявления у потомков 50%.
4. Все потомки, несущие гены, мужчины (М 100%: Ж 0)
2) Близнецовый метод.
Позволяет определить:
1. Степень влияния среды на развитие какого либо признака;
2. Установить является признак фенокопией или генокопией.
3. Исследовать особенность признака в онтогенезе;
4. Выявить особенности проявления признака в различных генотипах.
Это становится возможным при сравнении моно- и дизиготных близнецов.
Если изучаемый признак проявляется у обоих близнецов, их называют конкордантными (лат. сoncordare – быть сходным). Конкордантность – это процент сходства близнецов по изучаемому признаку. Отсутствие признака у одного из близнецов – дискордантность, а близнецы – дискордантные.
В исследованиях часто используют коэффициент конкордантности (Н) моно – и дизиготных близнецов, который рассчитывается по формуле:
H = % сходства монозиготных близнецов - % сходства дизиготных близнецов
100% - % сходства дизиготных близнецов.
Если коэффициент равен единице, признак полностью наследственный, при Н равном 0, определяющую роль играет внешняя среда. Коэффициент равный 0, 5 свидетельствует о примерно одинаковом влиянии среды и генотипа на формирование признака.
3. Популяционно – статистический метод позволяет исследовать генетическую структуру популяции людей, т.е. установить:
а) Частоты встречающихся генотипов;
б) Частоты встречающихся аллелей (доминантных и рецессивных);
в) Частоту носительства патологических генов в популяциях – генетический груз.
Этот метод использует математический анализ по закону Харди – Вайнберга.
4. Дерматоглифический метод (вспомогательный, не позволяет поставить диагноз). Метод изучения складок рельефа кожи людей на:
1. пальцах (дактилоскопия)
2. ладонях (пальмоскопия)
3. стопах (плантоскопия)
Изменения рисунка кожного рельефа выявляется при различных патологических состояниях и имеет свои особенности. (Например, " обязьянья" складка на ладони у людей с умственной отсталостью (синдром Дауна и др.)
В 1892 году Ф.Гальтон предложил классификацию узоров кожи ладоней по величине угла трирадиуса – Т.
480 – норма; 660 – синдром Шерешевского-Тернера; 810 – 900 – синдром Дауна; 1080 – синдром Патау; 420 – синдром Клайнфельтера.
5. Цитогенетический метод (слайд 1, 2, 3).
Суть метода состоит в микроскопическом исследовании кариотипа человека:
Определяется:
а) число хромосом
б) размеры хромосом
в) форма хромосом
г) их изменения.
Наиболее удобным объектом являются ядра лейкоцитов крови, культивированных на специальных средах; клетки костного мозга, ткани эмбриона.
Хромосомы окрашивают специальным красителем: ацеторсеином.
Среди разновидностей данного метода – определение полового хроматина в соматических клетках.
Половой хроматин – это небольшое дисковидное тельце, интенсивно окрашивающееся красителями. Оно располагается непосредственно под ядерной мембраной. Половой хроматин впервые обнаружили в 1949 году М.Барр и Ч. Бертрам в нейронах кошки. Позже в честь первооткрывателя эти глыбки полового хроматина назвали тельцами Бара. Они присутствуют в 60 % - 70 % ядер соматических клеток особей женского пола. У самцов их нет или встречаются редко (3 % – 5% клеток). Предполагают, что тельце Бара – это спирализированная Х – хромасома. Количество телец Бара у человека и других млекопитающих на единицу меньше, чем число Х-хромосом у данной особи (примеры).
Половой хроматин может быть определён в клетках любых тканей. Чаще всего исследуются эпителиальные клетки слизистой оболочки щеки (буккальный соскоб). Можно определять половой хроматин и мазках крови, в ядрах нейтрофилов эти тельца имеют вид барабанных палочек (рис.). В норме у женщин они обнаруживаются в 3 – 7 % нейтрофилов, а у мужчин отсутствуют. Количество барабанных палочек у человека также отражает количество неактивных хромосом. Этот метод более трудоёмкий и при массовых обследованиях не применяется.
Метод можно применить как постнатальный период, так и в пренатальный период развития – при исследовании клеток плода, извлеченных при амниоцензе (взятие амниотической жидкости и исследования в ней клеток эпителия плода) или кордоцентезе (взятие крови из пуповины и изучение её форменных элементов).
Выявление У – хроматина осуществляют с помощью люминисцентного микроскопа после предварительной обработки клеток специальным методом. У – хромосома выявляется в виде светящейся зелёной глыбки.
Определение полового хроматина используется в судебной медицине (для определения пола), в трансплантологии, в практике медико-генетических консультаций.
6. Метод генетики соматических клеток. Используют культуры клеток различных органов и тканей (система in vitro) для исследования:
1. механизмов действия отдельных генов и форм их взаимодействия;
2. мутагенного действия факторов среды;
3. для установления диагноза наследственного заболевания на цитогенетическом или биохимическом уровне, как в постнатальный период, так и в пренатальный период – при культивировании клеток плода, полученных при амниоцентезе.
7. Моделирование – теоретическая основа метода – закон гомологических рядов наследственной изменчивости Н. И. Вавилова (1920 г.). Его виды:
1. Математическое: построение математических моделей проявления и наследования признака.
2. Биологическое – моделирование проявления признака на различных видах животных близких человеку. Особенно важно генетическое моделирование наследственных или наследственно – предрасположенных заболеваниях (таких как: гемофилия, инфаркты, гипертоническая болезнь и др.)
8. Биохимические методы – используются при диагностике генных болезней (их около 500).
9. Методы молекулярной генетики и генной инженерии – метод молекулярной гибридизации; методы секвенирования (определение нуклеотидной последовательности ДНК), методы обратной транскипции ДНК, использование ДНК – зондов и др.
Необходимые пособия.
Слайды:
§ тельца Барра в соматических клетках
§ половые хромосомы
§ кариотип мужчины
§ специальные методы изучения наследственности и изменчивости у человека.
Наследственные признаки у человека
1. Ямочки на щеках – доминантный признак.
2. Приросшая мочка уха – рецессивный признак.
3. Рост волос по средней линии лба - доминантный признак.
4. Способность загибать язык назад - доминантный признак.
5. Расплющенный большой палец руки - доминантный признак.
6. Способность свертывать язык трубкой - доминантный признак.
7. Монголоидный разрез глаз - доминантный признак.
8. Альбинизм – рецессивный.
9. Зрачок, заходящий за радужку – рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой.
10. Рыжий цвет волос – рецессивный к нерыжему.
11. Курносый нос рецессивный к орлиному (греческому).
12. Вьющиеся волосы – доминантный к невьющимся.
13. Сильная волосатость тела – доминантный над слабой.
14. Отсутствие эмали зубов – доминантный над нормой.
15. Близорукость, дальнозоркость - доминантный над нормой.
16. Длинные ресницы – доминантный.
17. Высокая, узкая переносица – доминантный над низкой, широкой.
18. Широкие ноздри – доминантный над узкими.
19. Большие глаза – доминантный над маленькими.
20. Толстые губы – доминантный над тонкими.
6. Тема: Биология как наука. Уровни и свойства живого. Клеточная теория.
Краткое изложение лекционного материала.
Термин «биология» был предложен в 1802 году Ж.Б.Ламарком. По другим источникам – Траверанусом.
Биология – совокупность наук о живой природе.
Предмет биологии – все проявления жизни: строение и функции живых существ и их природных сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и с неживой природой.
Методы биологии:
1. Наблюдение самые древние методы,
2. Описательный используются до сего времени
3. Сравнительный метод – позволяет путем сопоставления изучать сходство и различие организмов и их частей.
4. Исторический метод – выясняет закономерности появления и развития организмов, становление их структуры и функции в процессе эволюции. Разработан Ч.Дарвином (XIX век).
5. Экспериментальный метод исследования явлений природы, связан с активным воздействием на них путем постановки опытов в точно учитываемых условиях и путем изменения течения процессов в нужном исследователю направлении. Этот метод обеспечивает более глубокое проникновение в сущность явлений. Блестящий экспериментатор академик И.П.Павлов так отзывался об эксперименте: «Наблюдение собирает то, что предлагает природа, опыт же берёт у природы то, что хочет.» Широко стал использоваться экспериментальный метод в XX веке.
Задачи биологии:
1. Изучение биологических закономерностей.
2. Раскрытие сущности жизни.
3. Систематизация живых существ.
Особенности биологии на современном этапе развития естествознания:
1. Дифференцировка науки – появление новых дисциплин в связи с большим объёмом нового фактического материала (молекулярная биология, генная инженерия).
2. Интеграция отдельных дисциплин (бионика и др.).
Определение понятия жизни по Ф. Энгельсу (1898 год) " Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей средой. С прекращением обмена веществ, прекращается жизь".
Определение понятия жизнь по М.В. Волькенштейну (1965 год): " Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые саморегулирующие и самовоспроизводящие системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот".
Свойства живого:
1. Самообновление.
2. Самовоспроизведение.
3. Саморегуляция.
Атрибуты живого:
1. Дискретность и целостность.
2. Обмен веществ и энергии.
3. Раздражимость и движение.
4. Репродукция.
5. Наследственность и изменчивость
6. Рост и дифференцировка (индивидуальное развитие)
7. Историческое (филогенетическое) развитие
Уровни организации живого.
I. Микробиологическая система
подуровни: 1. Молекулярно-генетический
2. Субклеточный (органеллы)
3. Клеточный
II. Мезобиологическая система
подуровни: 1. Тканевой
2. Органный
3. Организменный
III. Макробиологическая система
подуровни: 1. Популяционно-видовой
2. Биогеоценотический
3. Биосферный
Термин клетка – «cellula» предложил в 1665 году Р.Гук, увидевший на срезе дерева пробки ячейки, как пчелиные соты.
Клетка – элементарная структурно-функциональная и генетическая единица всех живых организмов.
Первая клеточная теория была сформулирована немецким зоологом Т. Шванном (1839 год). Одновременно с ним работал немецкий ботаник М. Шлейден, пришедший к аналогичным выводам, поэтому некоторые цитологии первую клеточную теорию называют теорией Шванна – Шлейдена.
Основные положения первой клеточной теории:
1. Клетка является структурной единицей растений и животных.
2. Процесс образования клеток обуславливает их рост и развитие.
В 1858 году немецкий патологоанатом Р.Вирхов дополнил эту теорию выводом о том, что новые клетки образуются путем деления материнских клеток, патологические процессы в организме связаны с изменениями в клетках, вне клеток нет жизни. Его афоризм «клетка – от клетки».
Основные положения современной клеточной теории:
1. Клетка – основная структурно – функциональная единица всего живого.
2. Клетки одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по строению, химическому составу и важнейшим проявлениям жизнедеятельности.
3. Размножение клеток происходит путем деления исходной материнской клетки.
4. Клетки многоклеточных организмов специализированы по функциям и образуют ткани. Ткани формируют органы, органы образуют системы органов, которые в совокупности составляют организм.
Значение клеточной теории
1. Явилась крупнейшим обобщением естествознания 19 века.
2. Убедительно доказала, что развитие и рост всех высших организмов совершаются по одному общему закону.
3. Имела большое значение для развития эволюционного учения.
4. Утвердила материалистические представления во всех областях биологии и медицины.
Значение биологии для медицины:
Отечественный врач Давыдовский И.В. писал: «Медицина, взятая в плане теории – это прежде всего общая биология.»
Важнейшие биологические открытия совершают революцию в медицине. Например, исследования Л.Пастера (1862 г.), доказавшие невозможность самопроизвольного зарождения жизни в современных условиях; открытие микробного происхождения процесса гниения и брожения произвели переворот в медицине и обеспечили развитие хирургии. В практику хирургов вошли антисептика (предохранение химическими веществами ран от заражения), а затем асептика (стерилизация предметов, соприкасающихся с раной).
И.И.Мечников, изучая пищеварение у низших многоклеточных животных, открыл явление фагоцитоза, что затем способствовало объяснению явлений иммунитета. Исследования И.И.Мечникова межвидовой борьбы у микроорганизмов явились предпосылкой открытия антибиотиков, роль которых в медицине переоценить невозможно.
Советский исследователь Б.П.Токин открыл у растений летучие вещества – фитонциды, нашедшие широкое применение в медицине.
Открытия общей генетики способствуют дальнейшему развитию медицинской генетики; значение экологии паразитов вооружают врача в борьбе с инфекционными и инвазионными заболеваниями человека
6. Тема: Введение в медицинскую генетику.
7. Цель лекции: Дать понятие студентам о причинах и условиях возникновения наследственных заболеваний и предмете их изучающем. Рассмотреть классификацию наследственных болезней. Привести примеры из различных групп наследственных заболеваний. Дать понятие медико – генетического консультирование.
8. Характер предварительной подготовки студентов к активному участию в лекции: Прочитать в учебниках разделы: " Наследственные болезни человека. Пренатальная диагностика наследственных заболеваний. Медико – генетическое консультирование."
9. План лекции:
1. Введение в медицинскую генетику. Понятие о наследственных болезнях человека.
2. Хромосомные и генные болезни человека и их характеристика.
3. Диагностика наследственных заболеваний. Медико – генетическое консультирование. Профилактика и лечение наследственных болезней.
Краткое изложение лекционного материала.
Медицинская генетика – раздел антропогенетики, изучающий наследственные болезни человека.
Наследственные болезни – болезни, причиной которых являются нарушения генотипа.
Наследственные болезни необходимо отличать от:
1. Врожденных болезней - болезней проявляющихся с момента рождения человека – наследственный генез для них не является обязательными, могут развиться во время эмбриогенеза. Среди них часто встречаются фенокопии наследственных заболеваний.
2. Семейных болезней – заболеваний, которые проявляются в нескольких поколениях в одной семье, обусловлены одинаковыми условиями жизни (туберкулёз).
Наследственные болезни делятся на генные болезни и хромосомные.
Генные болезни - (молекулярные болезни, фенотипически - это болезни обмена веществ) – заболевания, причиной которых являются генные (" точковые") мутации. Эти болезни можно выявить и прогнозировать генеалогическим и биохимическим методами. Мутантные гены передаются из поколения в поколение, в соответствии с типом наследования. Известно более 2 тысяч генных болезней.
Хромосомные болезни – заболевания, причиной которых являются хромосомные или геномные мутации.
Генные (молекулярные) болезни встречаются чаще, чем хромосомные. У человека, по данным разных авторов, от 30 тыс. до 500 тыс. генов. Любая мутация гена – изменение структурного белка или белка – фермента приводит к нарушению обмена веществ и фенотипическому проявлению болезни. Частота возникновения мутаций у человека 10-4 -10 -6
Доминантные гены со 100% пенетрантностью выявляются в первом поколении. Рецессивные патологические гены, их большинство, проявляются только в гомозиготном состоянии и заболевание может возникать через несколько поколений. Для рецессивных генов возможно проявление в каждом поколении, если они находятся в Х- хромосоме у мужчины.
Классификация генных болезней.
I. По проявлению:
1. Морфологические (Браходактилия, полидактилия и.т.д.)
2. Биохимические (гемофилия, атеросклероз и т.д.)
3. Физиологические (наследственные формы гепертонической болезни, сахарного диабета; шизофрения.)
II. По действию на организм:
1. Полулетальные (проявляются в виде заболевания). Например,
серповидноклеточная анемия.
2. Летальные:
а) доминантные – вызывают гибель в эмбриогенезе.
б) рецессивные – в гомозиготном состоянии вызывают гибель организма в эмбриогенезе, в гетерозиготном проявляются как заболевание (талоссемия, сцепленный ихтиоз, болезнь Тея – Сакса).
III. По фенотипическим проявлениям (по типу нарушения обмена веществ).
(ферментопатин)
1. Нарушение в обмене аминокислот (фенилкетонурия, альбинизм, алкаптонурия).
2. Нарушение в обмене белков (гемоглобинопатия, талассемия, колагенозы, серповидно-клеточная анемия, тестикулярная феминизация, адреногенитальный синдром.)
3. Нарушения в обмене углеводов (сахарный диабет наследственные формы, галактоземия).
4. Нарушения в обмене липидов (гиперпродукция ЛПНП – липопротеидов низкой плотности, амовротическая идиотия - Болезнь Тея – Сакса.
5. Нарушение минерального обмена (подагра, болезнь Вильсона-Коновалова)
IV. По типу наследования:
1) Моногенные болезни: 1 ген – 1 фермент – 1 признак (фенилкетонурия и т. д.). Наследуется по законам Г.Менделя.
2) Полигенные болезни, определяемые несколькими аллелями, их называют мультифакторными, или болезнями с наследственно предрасположенностью (атеросклероз, шизофрения, гипертоническая болезнь, наследственные формы сахарного диабета). На их развитие значительно влияют факторы внешней среды.
Патология различных генов может приводить к однозначным фенотипическим проявлениям – такие заболевания являются генокопиями. В основе таких заболеваний лежат различные мутации, которые объясняют их неодинаковое течение.
Фенокопии – заболевания (или состояния) сходные с наследственной патологией, но ненаследственные по своей причине.
Хромосомные болезни:
Частота встречаемости 2-4% от всех наследственных заболеваний, у новорожденных – 1%, у выкидышей – 30 %, у эмбрионов – до 50 %. Большинство хромосомных болезней характеризуются множественными пороками и, следовательно, - несовместимы с жизнью – отмечаются серьезные нарушения морфологии, физиологии, биохимии, психики. Практически хромосомные болезни не наследуются, но 0, 5 – 0, 7% таких мутаций в половых клетках появляется вновь в каждом поколении.
Классифицируются хромосомные болезни по:
I. Типу клеток, в которых они возникли.
1. Мутации в половых (генеративных) клетках (полный мутант).
2. Мутации в некоторых бластомерах на стадии дробленияю. В результате возникает генетический мозаицизм. Клетки тканей, развивающихся из такого бластомера, имеют измененный генотип – несут мутантные гены.
II. По типу мутаций, являющихся причиной заболевания:
1. Хромосомные абберации (делеции, транслокации, дуплекации) – например, синдром кошачьего крика – делеция хромосомы 5 пары. (слайд 8), расщелина неба – 11q+, 14q+, делеция 21 пары – хронический миелолейкоз.
2. Аномалии числа хромосом:
а) аутосом:
§ моносомия – приводит к гибели организмов на ранних стадиях развития.
§ трисомия по 21 паре – синдром Дауна (слайд 7),
§ трисомия группы Д - синдром Патау (слайд 3)
§ трисомия группы Е – синдром Эдвардса (слайд 4)
б) половых хромосом:
§ моносомия по Х хромосоме синдром Шершевского – Тернера (слайд 6); моносомия по У-хромосоме – гибель зиготы.
§ трисомия по Х хромосоме – синдром трипло – Х;
§ полисомия по Х хромосоме: синдром Клайнфельтера (слайд 5) –несколько хромосом Х (2 и более) + Y хромосома:
§ полисомия по Y хромосоме: Х хромосома+Y (2 и более хромосом.)
Наследственные заболевания необходимо диагностировать в наиболее ранние сроки беременности, настойчивые показания к таким исследованиям в семьях с отягощенным анамнезом по наследственным заболеваниям и в случаях кровного родства супругов.
Выделяют пренатальную, неонатальную и постнатальную диагностику.
I. Пренатальную диагностику проводят при:
1 обнаружении структурных перестроек хромосом у одного из родителей,
2 при наличии у родителей доминантного наследственного заболевания,
3 при наличии в семье детей с рецессивным наследственным заболеванием, что свидетельствует о гетерозиготности родителей,
4 при возрасте матери старше 35 лет,
5 при привычных выкидышах, вызывающих подозрение на несовместимость матери и плода по эритроцитарным антигенам,
6 при наличии в семье детей с врожденными пороками развития.
Пренатальная диагностика должна проводится до 12-20 недель беременности, когда плод нежизнеспособен после ее прерывания.
Используют следующие методы пренатальной дигностики:
1. R – скопия, УЗИ (с 1957 года), фетоскопия - эндоскопическое обследование плода
2. амниоцентез для получения амниотической жидкости, содержащей продукты жизнедеятельности плода, клетки его кожи и слизистых – проводится до 15-16 недель беременности.
3. кордоцентез – забор крови из пуповидной вены под контролем УЗИ (с 80х годов ХХ в) до 12 недель беременности.
4. биопсия ворсин хориона – для забора материала для медико – генетического исследования.
Эти исследования трудоёмки, дорогостоящие, небезопасные.
В обработке полученного материала перспективными методами являются: использование ДНК - зондов, методов молекулярно – генетического анализа- ПЦР, ДНК гибридизации, обратная транскрипция ДНК с и-РНК и клонирование.
Неонатальная диагностика
Медико-генетическое консультирование – один из видов специализированное помощи населению, направленный в первую очередь на предупреждение появления в семье детей с наследственной патологией. Первая МГК была создана в 1932 г. г. Ленинграде – С.Н.Давиденковым.
Консультирование проводится в три этапа:
1. Уточнение диагноза(используются все вышеназванные методы).
2. Прогноз для потомства
а) проспективное консультирование – до наступления беременности или её ранние сроки (при отягощённых беременностях, при отягощённой наследственности, после воздействия мутагенов).
б) ретроспективное консультирование – после рождения ребёнка. Даётся прогноз относительно здоровья будущих детей.
3. Решение вопроса о деторождении.
6. Тема: Введение в общую генетику. Законы Г. Менделя.
Краткое изложение лекционного материала.
Генетика – наука о закономерностях наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. Термин " генетика" от греческого " genesis" - относящийся к происхождению – предложил в 1906 году У. Бэтсон. В основу генетики легли закономерности наследственности, установленные Г. Менделем в 1865 г. и мутационная теория Х. Де Фриза 1901-1903 гг.
Объектами генетики являются все живые организмы. В зависимости от объекта исследований выделяют:
генетику растений;
генетику животных;
генетику микроорганизмов;
генетику человеку и т.д.
Предмет генетики – два свойства живых организмов – наследственность и изменчивость.
Методы генетики:
Метод генетического анализа:
1. Гибридологический метод – предложен Г. Менделем; суть его в анализе и учете исследуемых признаков у гибридов и их потомства;
Особенности этого метода:
а) подбор родительских пар с альтернативными признаками
б) точный количественный учет потомков от каждой родительской пары по каждому признаку отдельно
в) анализ потомков каждого гибрида в ряду поколений.
2. Комбинационный метод – изучает результаты внутри – и межвидовой гибридизации, виды комбинативной изменчивости, ее значение для селекции и видообразования.
3. Мутационный метод (разновидность – метод индуцированного мутагенеза) – изучает роль внешней среды и ее различных факторов в наследственной изменчивости.
Вспомогательные методы:
1. Популяционно – статистический метод – позволяет изучать распространение отдельных генов, различных генотипов в популяциях;
2. Метод селективных сред – метод применяется в генетике микроорганизмов; позволяет изучать наличие и проявление (экспрессию) генов;
3. Цитологический метод – позволяет изучать строение хромосом и их роль во внутриклеточных процессах;
4. Цитогенетический метод – метод микроскопического исследования хромосом, значительно обогатил генетику с появление электронной микроскопии, которая позволила изучить ультраструктуру хромосом;
5. Метод молекулярного анализа (гибридизация, ДНК, полимерная цепная реакция) – позволяет изучить тонкую структуру генов, их виды расположение в хромосомах, механизмы их проявления;
6. Онтогенетический метод – изучает особенности реализации генов в различные периоды онтогенеза;
7. Биохимический метод – изучает проявление действия генов на уровне функционирования белков – ферментов и протекания процессов обмена веществ в клетках и тканях.
С помощью различных методов генетики изучают наследственность и изменчивость на разных уровнях организации наследственного материала: молекулярном, субклеточном, клеточном, организменном, популяционно – видовом.
Одновременно в генетике используются методы смежных биологических дисциплин. В зависимости от используемых методов различают:
- цитологическую генетику;
- биохимическую генетику;
- молекулярную генетику;
- экологическую генетику и т.д.
Задачами генетики на современном этапе являются:
1. Изучение молекулярных структур клетки, хранящих генетическую информацию и способы ее кодирования.
2. Изучение механизмов и закономерностей передачи генетической информации из поколения в поколение на субклеточном и молекулярном уровне.
3. Анализ способов и вариантов реализации генетической информации в признаки.
4. Изучение мутаций и механизмов их возникновения на субклеточном и молекулярном уровне.
5. Разработка путей и методов конструирования наследственных структур живых организмов.
6. Изучение возможностей создания модифицированных геномов методами молекулярной генетики, генной инженерии для нужд селекции сельскохозяйственных животных и растений, медицинской генетики и т.д.
7. Изучение действия на живые организмы и их наследственные структуры различных видов излучений. Значение этих воздействий в эволюционных процессы.
8. Изучение генофонда человеческой популяции и влияние различных факторов на генофонд. Разработка мер профилактики, направленных на сохранение генофонда современных и будущих поколений.
9. Разработки методов профилактики, предотвращения и, возможно, лечения наследственных заболеваний.
10. Продолжение исследования генома человека.
Основные понятия и термины генетики
Наследование – передача генетической информации от одного поколения другому.
Наследственность - свойство живых организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями и специфический характер индивидуального развития.
Изменчивость – свойство живых организмов изменять наследственные задатки, приобретать новые признаки в процессе развития организмов при взаимодействии с внешней средой.
Ген – (греч.: род, происхождение) – фрагмент молекулы ДНК (РНК – у некоторых вирусов), кодирующий первичную структуру полипептида.
Доминантный ген (аллель) – ген, проявление действия которого не зависит от наличия других генов данной серии в организме. Обозначается заглавными буквами латинского алфавита А, В, С).
Рецессивный ген (аллель) – ген, проявляющий действие в отсутствии доминантной аллели, обозначают а, в, с.
Гены(аллели) – активность которых одинакова при их совместном присутствии в генотипе, называют кодоминтатными.
Генотип – совокупность всех генов организма, которая реализуется в фенотипе в пределах нормы реакции в определенных условиях внешней среды.
Геном – совокупность генов гаплоидного набора хромосом данного вида организмов.
Генофонд - совокупность всех генов популяции или вида.
Фенотип – совокупность внешних и внутренних признаков и свойств организма, определяемых генотипом и реализующихся в пределах нормы реакции в определенных условиях внешней среды.
Норма реакции – пределы, в которых изменяются фенотипические признаки в зависимости от условий среды.
Альтернативными называют противоположные или взаимоисключающие проявления одного и того же признака.
Аллельные гены – гены, расположенные в одинаковых локусах гомологичных хромосом и отвечающих за развитие одного и того же проявления признака, или за развитие альтернативных проявлений признака.
Неаллельные гены – гены расположенные в разных локусах гомологичных хромосом или разных парах хромосом, отвечающие за развитие одного или разных признаков.
Гомозигота – организм, в одинаковых локусах гомологичных хромосом которого находятся одинаковые по проявляемости гены (АА, аа). При половом размножении образует один сорт гамет.
Гетерозигота – организм, в одинаковых локусах гомологичных хромосом которого находятся разные по проявляемости гены (Аа). При размножении образует два сорта гамет.
Виды скрещивания:
моногибридное – родители отличаются по одной паре альтернативных признаков;
дигибридное – родители отличаются по двум парам альтернативных признаков;
полигибридное - родители отличаются по трём и более парам альтернативных признаков;
анализирующее – скрещивание, при котором один родитель с неизвестным генотипом, а второй гомозиготный по рецессивному гену;
возвратное – частный случай анализирующего скрещивания
Предпосылки появления генетики:
1. селекционная работа (Европа XIX век)
2. развитие экспериментальных областей биологии:
а) сравнительная эмбриология и анатомия;
б) цитология;
в) физиология;
г) развитие эволюционного учения.
Этапы развития генетики
Генетика – наука относительно молодая, но история ее имеет три основных этапа:
1865-1900 год - I этап
1900-1953 год – II этап
1953- по настоящее время
I этап. 1865-1900 год. Изучение генетических закономерностей на организменном уровне.
1. 1865 г открытие законов наследствнности Г. Менделя.
2. 1900 Второе рождение генетики:
К. Корренс (Германия)
Де Фриз (Голландия)
Э. Чермак (Австрия) – вторично открыли законы Менделя.
II этап. Изучение генетических явлений на клеточном и субклеточном уровнях
3. 1901 – 1903 г. Де Фриз создал мутационную теорию.
4. В 1902 г. Т. Бовери создал ядерную теорию наследственности.
5. 1902 г. Э. Вильсон и Д. Сеттон развили это положение и предположили параллелизм между хромосомами и передачей наследственных признаков.
6. 1906 г. У. Бэтсон предложил термин " генетика"
7. 1909 г. В. Иогансен предложил термин " ген"
Начиная с 1903 г. по 1908 г. Т. Морган (1866-1945 с коллегами публикует ряд работ посвященных роли хромосом в процессах наследственности, а в период 1908-1918 г. формулирует хромосомную теорию наследственности.
1919 год – Ю.А. Филипченко создал первую в нашей стране кафедру генетики при Петроградском университете и написал первый отечественный учебник генетики.
1920 год – Н.И. Вавилов формулирует закон гомологических рядов в наследственной изменчивости.
1925 г. – Г. Надсон, Г. Филлипов – получили индуцированные мутации на грибах.
1927 г. - Г. Меллер получил индуцированные мутации на дрозофиле.
1928 г. – Н.К. Кольцов высказал мысль о связи единиц наследственности генов с определенным химическим веществом, считая хромосомы белковыми молекулами, способными к самовоспроизведению
В 30-е годы А.Н. Белозерский доказал, что ДНК это обязательный компонент хромосом.
40-е годы Г. Бидл, Е. Татум установили, что гены определяют образование ферментов по принципу: 1 ген – 1 фермент.
А.С. Серебровский – формулирует теорию делимости гена, разрабатывает математические методы для решения генетических проблем.
1944 г. О. Эвери, К Мак-Леод, М. Мак-Карти на микроорганизмах установили, что передача наследственной информации связана с ДНК.
В начале 50-х гг. Р. Уилкинсон с помощью R-лучей и математических расчетов получил
R-грамму ДНК.
o Э. Чаргафф – открыл правило комплементарности пуриновых и пиримидиновых оснований.
IIIэтап – изучение генетических явлений на молекулярном уровне: Начался: с 1953 г., когда Д. Уотсон и Ф.Крик расшифровали структуру ДНК.
В 1961 г. они же расшифровали свойства генетического кода (Нобелевская премия). В конце 60-х годов складывается новое направление в генетике на основе молекулярно – генетических исследований. Появилась возможность получения гибридных и модифицированных геномов, находящих в настоящие время все более широкое применение в микробиологической и фармацевтической промышленности.
Законы Г. Менделя (слайды 1-3)
а) 1-ый закон Г. Менделя: (закон единообразия гибридов первого поколения, правило доминирования) (слайд 1).
o при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все потомство в первом поколении единообразно как по фенотипу, так и по генотипу.
б) 2-ой закон Г. Менделя (закон расщепления гибридов второго поколения) (слайд 2).
o при скрещивании 2-х гетерозиготных особей, т.е. гибридов, анализируемых по одной паре альтернативных признаков, в потомстве наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 3: 1 и по генотипу 1: 2: 1.
в) хронологически следующей предложенной закономерностью была гипотеза «чистоты гамет», ставшая в последствии IV законом Менделя. Мендель высказал положение, что в половых клетках (гаметах) находятся обособленные (дискретные) частицы, определяющие развитие того или иного признака. Это положение У. Бэтсон в 1902 г. сформулировал так: Гены в гаметах у гибридных особей находятся в единственном числе они «чисты», т.е. аллельные гены находятся в половых клетках в гаплоидном (одинарном) наборе.
г)3-ий Закон независимого комбинирования признаков (слайд 2)
o при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся двумя (или более) парами альтернативных признаков, во втором поколении (F2) наблюдается независимое наследование и комбинирование признаков, если гены, определяющие их, расположены в различных гомологичных хромосомах.
Расщепление по фенотипу по каждому признаку 3: 1, независимо от числа признаков. Суммарная формула: (3+1)n, где n – число пар признаков, принятых во внимание при скрещивании. При анализе 2-х пар признаков, расщепление по фенотипу 9: 3: 3: 1.
д) Статистический характер менделевских закономерностей:
Законы Г.Менделя выполняются при определенных условиях:
1. Бесконечно большое число исследуемых особей.
2. Приблизительное значение расщеплений.
3. Вероятный характер событий (достоверность 95 %) Таким образом, обнаруживаемые закономерности являются результатом воздействия многих факторов и не являются абсолютными законами природы, а носят характер статистических закономерностей.
4. Равновероятное образование в процессе мейоза обоих типов гамет (как с геном А, так и с геном а).
5. Равновероятная встреча и сочетание этих гамет при оплодотворении.
6. Равная выживаемость всех типов зигот и развивающаяся из них особей.
н) Менделирующие признаки – наследственные признаки, которые определяются аллельными генами и в потомстве расщепляются в соответствии с законами Менделя по моногенному типу. Такие признаки являются дискретными.
ж) Цитологические основы законов Г.Менделя: объяснения законов Г. Менделя были найдены при изучении процессов мейоза и гаметогенеза и сути перестроек с гомологичными хромосомами. Слайд 3.
6. Тема: Клетка.
Краткое изложение лекционного материала.
Формы жизни на Земле:
1. Доклеточные (вирусы).
2. Клеточные (бактерии, грибы, растения, животные).
Классификация клеточных форм.
I. Прокариоты (Procariota) - доядерные
II. Эукариоты (Eucariota) - ядерные
Прокариоты – это бактерии. Возникли на Земле 3 – 3, 5 млрд лет назад.
1. Не имеют типичного ядра, заключенного в ядерную мембрану. Генетический материал представлен единственной нитью ДНК, образующей кольцо.
2. Деление клетки амитотическое.
3. Отсутствуют митохондрии, пластиды, центриоли, развитая система мембран.
4. Имеют фотосинтетические мембраны, мезосомы, рибосомы. У некоторых видов имеются жгутики, капсула.
Эукариоты возникли 1 млрд лет назад.
1. Имеют оформленное ядро.
2. Деление клетки митотическое.
3. Обладают мембранными органеллами (иногда с собственной ДНК– хлоропласты, митохондрии и др.).
Гипотезы происхождения эукариотических клеток.
Ископаемые останки эукариотических клеток обнаружены в ископаемых породах, возраст которых 1 – 1, 4 млрд. лет. В настоящее время существует 3 гипотезы их происхождения.
1. Симбиотическая (Т. Маргулис)
2. Инвагинационная (Uzzell, 1974)
3. Гипотеза клонирования.(Bogorad, 1975)
I. Симбиотическая гипотеза – наиболее распространённая. Её суть: родоначальником был анаэробный прокариот (бактерия), способный лишь к амебоидному движению. В него проникли аэробные бактерии, имеющие митохондрии. Такой симбиоз (сожительство) привел к изменению прокариот. У них появилось аэробное дыхание, жгутики (способствовали активному движению); из базальных телец жгутиков появились центриоли; проникновение в клетку – хозяина цианобактерий привело к появлению хлоропластов и способности к фотосинтезу. Серьёзным доказательством правильности этой гипотезы служит то, что митохондрии, центриоли и хлоропласты имеют собственную ДНК.
ЭПС, аппарат Гольджи, вакуоли стали производными наружной ядерной оболочки. Спорным остаётся вопрос о происхождении ядра. Предполагают, что оно образовалось путём слияния геномов симбионтов, т.е. ДНК клетки-хозяина и ДНК аэробного прокариота, проникшего в неё.Но есть и другое мнение – ядро возникло путём увеличения генома клетки хозяина.
II. Инвагинационная гипотеза.
Предком эукариотической клетки был аэробный прокариот. В нем внутри находилось несколько геномов, прикреплённых к клеточной оболочке. Эти геномы впячивались вместе с оболочкой, отшнуровывались и в дальнейшем специализировались в ядро, митохондрии, хлоропласты. Позже появились цитоплазмотические мембраны.\
III. Гипотеза клонирования – менее приемлема, менее вероятна. Предшественник эукариотической клетки аэробный прокариот. В нем ядро и органеллы появляются в результате клонирования отдельных геномов клеток – хозяев.
Общий план строения эукариотической клетки:
1. Плазмолемма – клеточная мембрана
2. Цитоплазма
3. Ядро.
Плазмолемма – элементарная биологическая мембрана. Существуют три модели её строения.
1. Бутербродная
2. Плетёного коврика
3. Жидкостно-мозаичная (1972 г, Николсон, Сингер).
Наибльшей популярностью в настоящее время пользуется третья модель, согласно которой плазмолемма (как и другие клеточные мембраны) состоит из бимолекулярного слоя липидов, в который включены молекулы белков. Молекулы липидов имеют два полюса. Один обладает гидрофильными свойствами, его называют полярным, другой – гидрофобный (неполярный). В клеточных мембранах молекулы липидов обращены друг к другу неполярными полюсами. Белки мембран делят на 3 группы: периферические, интегральные и трансмембранные.
1. Периферические белки располагаются на наружной поверхности билипидного слоя, выполняют роль мембранных рецепторов.
2. Интегральные белки (погруженные) – частично погружены в липидный слой, образуя на мембране биохимический «конвейер», на котором протекают реакции превращения веществ.
3. Трансмембранные белки (пронизывающие) – пронизывают всю толщу мембраны и обеспечивают передачу информации в двух направлениях: через мембрану в сторону цитоплазмы и обратно. На наружной поверхности плазмолеммы располагаются углеводы в виде гликолипидов и гликопротеидов, образуя особый слой – гликокаликс. В клетках растений плазмолемма снаружи покрыта клеточной оболочкой.
Функции плазмолеммы:
1. Разграничительная.
2. Рецепторная.
3. Транспортная (участие в обмене веществ).
4. Защитная.
Цитоплазма – обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром, высокоупорядоченная каллоидная система. В ней различают гиалоплазму, органеллы и включения.
Гиалоплазма – это водный гетерогенный коллоидный раствор белков, глюкозы, электролитов, фосфолипидов, холестерина. Она может находиться в двух состояниях: разжиженном (золь) и плотном (гель). Эти состояния могут переходить друг в друга при меняющихся условиях среды.
Функции гиалоплазмы:
1. транспортная
2. гомеостатическая
3. участие в обмене веществ
4. обеспечение оптимальных условий для функционирования органелл.
Органеллы – постоянные специализированные компоненты клетки, имеющие определенное строение и выполняющие определенные функции.
Классификация органелл по строению (мембранные, немембранные), по локализации (ядерные и цитоплазматические), по назначению (общего и специального назначения), по величине (видимые и невидимые в световой микроскоп).\
Мембранные органеллы: ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы, сферосомы, митохондрии, пластиды, вакуоли.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – система мелких вакуолей и канальцев, соединенных друг с другом и ограниченных одинарной мембраной.
Различают:
1. Гладкую (агранулярную) ЭПС.
2. Шероховатую (гранулярную) ЭПС.
1. Гладкая ЭПС – лишена рибосом. Состоит из сильно ветвящихся канальцев.
Функции гладкой ЭПС:
а) синтез углеводов и липидов;
б) накопление капелек липидов;
в) обмен гликогена;
г)накопление и выведение из клетки ядовитых веществ;
д) синтез стероидных гормонов.
2. Гранулярная ЭПС – имеет рибосомы на мембранах. Состоит из канальцев и уплощенных цистерн.
Функции гранулярной ЭПС: участие в синтезе белков.
Комплекс Гольджи (аппарат Гольджи, пластинчатый комплекс) открыт К. Гольджи (1898 г.) Структурная функциональная единица его – диктиосома. Диктиосома - стопка из 3-12 уплощенных дискообразных цистерн. В клетке содержится до 20 диктиосом.
Функции комплекса Гольджи:
а) концентрация, обезвоживание и уплотнение внутриклеточного секрета;
б) синтез глико – и липопротеидов;
в) накопление и выведение веществ;
г) образование борозды деления при митозе;
д) образование первичных лизосом.
Лизосома – пузырек, окруженный одинарной мембраной, содержащий как в матриксе, так и в мембране набор гидролитрических ферментов – всего более 20. Выделяют первичные лизосомы – неактивные, которые превращаются во вторичные лизосомы. Последние делят на фаголизосомы – лизируют под действием ферментов вещества, поступившие извне, и аутолизосомы – разрушают собственные структуры клетки, отслужившие свой срок. Вторичные лизосомы, в которых процесс переваривания завершен, называют телолизосомами (остаточными тельцами).
Функции лизосом:
а) переваривание поглощенного материала
б)автолиз – переваривание частей самой клетки
в)удаление целых клеток и межклеточного вещества
г)разрушение бактерий и вирусов.
Пероксисома – пузырек, окруженный одинарной мембраной, содержащий пероксидазу.
Функции пероксиомы.: окисление различных органических веществ с помощью перекиси водорода.
Сферосома – овальная органелла, окруженная одинарной мембраной.
Функции сферосомы: - накопление и синтез жира.
Митохондрия – органелла, состоящая из матрикса, окруженного внутренней мембраной межмембранного пространства и наружной мембраны. В матриксе содержится кольцевая ДНК, рибосомы. Наружная мембрана гладкая, а внутренняя образует выпячивание (гребни).
Функции митохондрий – образование энергии (АТФ).
Вакуоли – полости в цитоплазме клеток, ограниченные мембраной и заполненные жидкостью. Имеются в норме в клетках растений и у одноклеточных животных. Обнаруживаются в стареющих или патологически изменённых клетках многоклеточных животных и человека. Образуются вакуоли из пузырьков аппарата Гольджи, расширений ЭПС, плазмолеммы. В клетках растений вакуоли наполнены клеточным соком, содержащим до 90% воды, в которой растворены простые белки, моно- и дисахариды, витамины, пигменты, органические кислоты, дубильные вещества.
У одноклеточных животных имеются пищеварительные и выделительные вакуоли. Пищеварительные вакуоли содержат воду, ферменты, минеральные соли. Их функция – расщепление сложных органических соединений до простых веществ.
Выделительные (сократительные) вакуоли выводят жидкие продукты обмена из клетки, поддерживают осмотическое давление, т.е. участвуют в осморегуляции.
Пластиды – органеллы специального назначения. Встречаются только в клетках растений. Их размножение (воспроизводство) происходит под контролем собственной ДНК.
Различают три вида пластид в зависимости от их окраски: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.
Хлоропласты – их зелёный цвет обусловлен пигментом хлорофиллом, который улавливает солнечную энергию, переводя её в энергию химических связей. Тело пластид состоит из гран-тилакоидов, разделённых мембранами. Тело окружено двухслойной оболочкой. На мембранах гран протекает световая фаза фотосинтеза, а на мембране тела –темновая. В состав хлоропластов входят белки, жиры, ДНК и РНК.
Хромопласты – окрашены в оранжево-красный цвет, обусловленный пигментом каротином, желтый – пигментом ксантофиллом, красный – ликопином. Форма хромопластов разнообразная-палочковидная, округлая, серповидная. Они участвуют в фотосинтезе и окрашивают плоды, ягоды, корнеплоды, листья.
Лейкопласты – бесцветные пластиды. По форме сходны с хромопластами. Содержатся в мякоти плодов, корнеплодов. Они накапливают или синтезируют крахмал, жиры, белки.
Немембранные органеллы – рибосомы, центросома, микротрубочки, микрофиламенты.
Рибосомы – небольшие сферические тельца, расположенные в гиалоплазме или на канальцах ЭПС. Количество их в клетках различно. Особо богаты рибосомами клетки, секретирующие белок. В состав рибосом входят специальные белки, магний, р-РНК. Каждая рибосома состоит из двух субъединиц (большой и малой), в каждой из них содержится по одной молекуле р-РНК в виде свёрнутого тяжа, а между ними – белок.
Функция рибосом – синтез белков. Обычно рибосомы объеденены в группы по 5 – 70 штук – полисомы (полирибосомы). Образуются рибосомы в ядрышках.
Центросома (клеточный центр) хорошо видна под световым микроскопом. Состоит из двух центриолей и лучистой сферы. Каждая центриоль представляет из себя цилиндр, стенки которого образованы 9 триплетами параллельно рпасположенных микротрубочек. В клетках высших растений центриоли отсутствуют.
Функции центриоли - определяют полюса дочерних клеток при делении; лучистая сфера формирует короткие и длинные нити ахроматинового веретена.
Микротрубочки – тончайшие трубочки разной длины. Их стенка состоит из белка тубулина. Располагаются свободно в цитоплазме клетки или являются структурными элементами жгутиков, ресничек, митотического веретена, центриолей. В свободном состоянии микротрубочки выполняют опорную функцию, определяя форму клеток.(являясь «цитоскелетом»). Кроме того, они определяют направление перемещения внутриклеточных структур (например, расхождение хромосом при делении ядра) – сократительная функция.
Микрофиламенты – тонкие нити, состоящие из белка актина и миозина. Располагаются под плазмолеммой многих эукариот клеток. Например, в эритроцитах сеть микрофиламентов прикрепляется к белкам мембраны и определяет не только форму, но и гибкость эритроцитов, позволяя проходить им по самым узким капиллярам. Другой пример. Клетки кишечного эпителия имеют около1000 микроворсинок, увеличивающих площадь всасывания. В каждой микроворсинке содержится транспортная система, состоящая из пучка микрофиламентов, связанных с белками плазмолеммы и с горизонтальной сетью микрофиламентов. Т.е. пучок микрофиламентов выполняет роль арматурного стержня, придающего ворсинке устойчивость.
Включения – непостоянные компоненты клеток, имеющие определённое строение и выполняющие определённые функции.
Группы включений:
1. Трофические
2. Минеральные
3. Пигментные
4. Витаминные
5. Секреторные
6. Экскреторные
Ядро – nucleus (лат.), carion (греч.)
Открыто ядро в клетке в 1833 году английским цитологом Р. Броуном. В клетке может быть одно или несколько ядер. Оно располагается в центре клетки или на периферии. Форма ядра может быть овальной, круглой, сегментированной (в лейкоцитах крови). Ядро присутствует во всех эукариотических клетках (за исключением эритроцитов и тромбоцитов крови человека; они утратили его в процессе гемопоэза).
Ядро имеет ядерную оболочку (кариолемму), ядерный сок (кариоплазму), ядрышко, хроматин, ядерный белковый остов (матрикс).
Ядерная оболочка состоит из двух мембран – внешней и внутренней, между которыми находится перинуклеарное пространство.
Внешняя и внутренняя мембраны ядерной оболочки имеют все характерные признаки клеточных мембран: билипидный слой, широкий спектр встроенных белков и др.
Внешняя мембрана ядерной оболочки имеет ряд особенностей, указывающих на её структурное и функциональное единство с мембранами шероховатой ЭПС
· части внешней мембраны ядерной оболочки могут переходить в мембраны систем каналов ЭПС;
· на определённой части внешней мембране ядерной оболочки всегда имеются прикреплённые полные рибосомы;
· от этих участков внешней мембраны ядрной оболочки периодически отпочковываются вакуоли (везикулы), транспортирующие вновь образованные белки непосредственно в цис – часть аппарата Гольджи, минуя шероховатую ЭПС.
Внутренняя мембрана ядерной оболочки связана с ядерной ламиной (фиброзный элемент цитоскелета), которая, «заякоривая» хроматин, обеспечивает его связь с внутренней мембраной ядерной оболочки.
Ядерные ламины образуют фибриллы диаметром 10 нм, которые под внутренней мембраной ядерной оболочки со стороны кариоплазмы формируют ортогональные структуры и рыхло расположенную фибриллярную сеть.
Эти структуры обеспечивают связь внутренней мембраны ядерной оболочки с хроматином, а так же выполняют поддерживающую функцию, как элементы цитоскелета, связаны с ядерной порой.
Двухмембранная ядерная оболочка имеет ядерные поры. Эти тоннельные образования диаметром около 100 нм и высотой примерно 75 нм пронизывают ядерную оболочку насквозь.
Ядерные поры – сложные образования, состоящие из нескольких компонентов белковой природы. Совокупность структур, образующих ядерные поры, обозначают как ядерный поровый комплекс (ЯПК).
Функции плазмолеммы – 1) защитная, 2) транспортная
Ядерный сок – по физическому состоянию аналогичен гиалоплазме, несколько более вязкий раствор белков, ионов, нуклеотидов, а по химическому – отличается содержанием белков, нуклеиновых кислот и ферментов.
Ядрышко – плотное тельце внутри ядра большинства клеток эукариот. В ядре может быть одно или несколько ядрышек. Ядрышко формируется на определенных локусах хромосом (ядрышковых организаторах), где находятся серии генов, кодирующих р – РНК и т – РНК. Ядрышко образуется на внехромосомных копиях ядрышкового организатора.
Функции ядрышка – синтез р – РНК, т – РНК и рибосом.
Хроматин (греч. сhroma – цвет, краска) – нуклеопротеидные нити (деспирализованные молекулы ДНК), из которых состоят хромосомы клеток эукариот. Хроматин – дисперсное состояние хромосом в интерфазе клеточного цикла. Основные структурные компоненты хроматина – ДНК(30-45%), гистоны и негистоновые белки. (4-33%), остатки м-РНК, ферменты, липиды, полисахариды, ионы металлов.
Различают две формы хроматина:
Эухроматин (диффузный) – генетически активный и гетерохроматин (конденсированный) – генетически неактивный (например одна х-хромосома у женщин, дающая тельце Барра). Наиболее конденсированные участки эухроматина называют хромомерами.
Во время деления клетки хроматин окрашивается интенсивнее, происходит его конденсация – образование более спирализованных нитей, называемых хромосомами (окрашенные тела).
Хромосомы – органеллы ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследственные свойства клеток и организмов.
Основу хромосомы составляет одна непрерывная двухцепочная молекула ДНК (99%), связанная с белками (гистонами и др.) в нуклеопротеид. Каждая хромосома состоит из двух продольных субъединиц – хроматид; каждая хроматида состоит из двух полухроматид, каждая полухроматида состоит из хромонем, которые представляют из себя полинуклеотидные нити ДНК. Хроматиды соединяются между собой в области первичной перетяжки – центромеры. Это наименее спирализованный, практически неокрашиваемы участок хромосомы, к которому прикрепляются нити веретена деления. Центромера делит хромосому на два плеча. Концы плеч хромосом называют теломерами, которые препятствуют соединению хромосом друг с другом. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, которая отделяет часть хромосомы, названную спутником.
В зависимости от расположения центромеры в хромосоме различают хромосомы:
1. Метацентрические – (равноплечие) центромера расположена посередине, плечи равны;
2. Субметацентрические – (неравноплечие) – центромера незначительно смещена от центра хромосомы - плечи неравной величены;
3. Акроцентрические (палочковидные) – центромера находится у края.
4. Телоцентрические – одно плечо отрывается, остаётся одно плечо и центромера располагается на конце.
Хромосомы, одинаковые по форме, размерам, строению у особей женского и мужского пола, назвали аутосомами, а одну пару хромосом, отличающуюся у особей разного пола – половыми хромосомами (гетерохромосомами).
Хромосомы обладают рядом свойств:
1. Постоянство числа – у организмов одного вида число хромосом в норме постоянно.
(у человека – 46, аскариды – 2, дрозофилы – 8, речного рака – 16, голубя – 80, кролика – 44, шимпанзе – 48)
2. Парность – в соматических клетках имеются две одинаковые хромосомы – гомологичные.
3. Индивидуальность – каждая пара хромосом имеет свои особенности: размер, форму, место расположения центромеры, набор генов и т.д.
4. Непрерывность – " каждая хромосома от хромосомы".
Функции хромосом:
1. Передача наследственной информации.
2. Хранение наследственной информации.
3. Реализация наследственной информации в ходе биосинтеза белка.
В 1924 году отечественный цитолог Г.А. Левитский ввел в науку термин кариотип – это диплоидный набор хромосом, характеризующийся их числом, величиной и формой. Для изучения кариотипа человека обычно используют клетки костного мозга, культуры фибробластов или лейкоцитов крови (их легче получить).
Методика не очень сложная. К культуре клеток добавляют химическое вещество колхицин (он останавливает деление клеток на стадии метафазы). Затем клетки обрабатывают гипотоническим раствором (отделяют хромосомы друг от друга), фиксируют и окрашивают. Благодаря такой обработке каждая хромосома чётко видна в световом микроскопе.
Чтобы легче было разобраться в сложном комплексе хромосом, составляющих кариотип, их располагают в виде идиограммы (греч. idios – своеобразный, gramme – запись). Термин и метод был предложен нашим соотечественником – цитологом С.Г. Навашином.
В идиограмме по денверской классификации 1960 года хромосомы располагаются попарно в порядке убывающей величины. Исключение делают для половых хромосом, которые выделяются особо. Самой крупной паре присвоен номер 1, а самой маленькой – 22. Так как не всегда точно можно определить нарушение какой хромосомы произошло, то их объединяют в группы А, В, С и т.д.(на практическом занятии будем составлять идиограммы разных кариотипов).
6. Тема: Введение в медицинскую протистологию.
Общая характеристика типа Простейшие
Систематическое положение типа и деление на классы (слайд).
В типе насчитывается около 40 тысяч видов, которые заняли практически все среды обитания – воду пресную и солёную, почву, организмы других живых существ. По образу жизни выделяют свободноживущие виды и паразитические.
Тело простейших представлено одной клеткой, выполняющей все функции живого организма. Есть колониальные формы (вольвокс). Размеры тела микроскопически малы, от 2-х до 150 мкм. Форма тела постоянная, грушевидная, овальная (за исключением саркодовых, у которых форма тела непостоянная).
Основным компонентом тела является цитоплазма, окруженная мембраной, и ядро (одно или несколько). В цитоплазме можно различить два слоя. Наружный-эктоплазма, более плотный и однородный и внутренний – эндоплазма. Поверхность эктоплазмы наиболее уплотнена, из неё образуется эластичная плёнка пелликула, которая состоит из белков и липидов и выполняет опорную и защитную функции. У некоторых видов на поверхности пелликулы образуется кутикула (не обладает свойствами живой цитоплазмы). Некоторые свободноживущие простейшие имеют наружный скелет в виде раковины, у жгутиковых имеется внутренний скелет – аксостиль. Оболочка простейших обладает свойством полупроницаемости и регулирует поступление в цитоплазму веществ из внешней среды (воды, минеральных солей и т.д.). В цитоплазме простейших находятся органеллы общего назначения (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, митохондрии, рибосомы, центросома и др.) и органеллы специального назначения (пищеварительные и сократительные вакуоли, светочувствительные глазки). Имеются выросты цитоплазмы, выполняющие функцию органелл движения (реснички, жгутики, ложноножки) или функцию защиты и нападения (трихоцисты инфузорий).
В зависимости от типа ассимиляции и способа питания простейшие делятся на две группы: 1) гетеротрофные, 2) миксотрофные.
Гетеротрофные простейшие используют в пищу готовые органические соединения. Большинство их питается бактериями, водорослями, простейшими. Такой способ питания называется голозойным. При этом пищевые комочки захватываются клеткой и перевариваются в специальных органеллах – пищеварительных вакуолях (фагоцитоз). Есть простейшие с осмотическим питанием, когда растворенные питательные вещества поступают в цитоплазму через оболочку. Захват клеткой пузырьков воды называется пиноцитозом.
Миксотрофные организмы на свету обладают фотосинтезом (голофитный способ питания),