Время существования клетки от деления до деления или от деления до смерти называют жизненным циклом клетки.
Весь клеточный цикл состоит из 4 отрезков времени: М-митоз, G1-пресентетический период, S- синтетический и G2 – постсентетический период интерфазы.
В G1, наступающем сразу же после деления, клетки имеют диплоидное содержание ДНК на одно ядро (2с). После деления в период G1 в дочерних клетках общее содержание белков и РНК вдвое меньше, чем в исходной родительской клетке. В период G начинается рост клеток главным образом за счет накопления клеточных белков, что обусловлено увеличением количества РНК на клетку. В этот период начинается подготовка клетки к синтезу РНК (S-период).
В S - периоде происходит удвоение количества ДНК и удваивается число хромосом. Без прохождения синтеза ДНК неизвестно ни одного случая вступления клеток к митотическому делению. Исключение составляет второе деление созревания половых клеток при мейозе, когда между двумя делениями нет удвоения ДНК. Уровень синтеза РНК возрастает соответственно увеличению количества ДНК, достигая своего максимума в G2.
Постсинтетическая фаза (премитотическая). Здесь происходит синтез иРНК, необходимый для прохождения митоза. Несколько ранее синтезируется рРНК. Синтезируются белки тубулины – белки митотического веретена. В конце фазы или при митозе по мере конденсации митотических хромосом синтез РНК резко падает и полностью прекращается во время митоза. Синтез белка во время митоза понижается на 25% от исходного уровня и затем в последующих периодах достигает своего максимума в G2, в общем повторяя характер синтеза РНК.
Во всех тканях есть клетки, которые находятся вне цикла. Эту фазу принято называть G0. Это клектки, которые не вступают в G1 после митоза. Именно они являются покоящимися клетками или перестающими размножаться окончательно. Те клетки, которые покоятся называются камбиальными( примером мб стволовые клетки, клетки печени).Они сохраняют способность к делению. Во время «спокойствия» чаще всего они подвергаются дифференцировке. В эпидермисе кожи, после выхода из цикла размножения и дифференцировки клетки некоторое время функционируют, а затем погибают (ороговевшие клетки).
Митоз( кариокинез, непрямое деление)-универсальный способ деления всех эукариотических клеток. Процесс принято делить на фазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.
Профаза: после окончания S – периода ДНК в ядре равно 4с., т.к. профазе каждая из хромосом двойная, что является результатом редупликации в интерфазе (сестринские хромосомы тесно соприкасаются, взаимно спирализуются).Хромосома состоит из 2х хроматид. Число их 4n. Позднее хромосомы в каждой такой паре начинают обособляться и раскручиваться.
Параллельно конденсации хромосом в профазе происходит растворение ядрышка в результате неактивности рибосомных генов в зоне ядрышковых организаторов. Одновременно, в середине профазы, начинается разрушение ядерной оболочки: исчезают яд. поры, оболочка распадается на фрагменты, а затем на мембранные пузырьки. В это время происходит уменьшение количество гран. Эндопл. Рет.(он распадается на цисцерны и вакуоли, количество рибосом резко падает).До 25% редуцируются лизосомы (признак падения синтеза белка).
Образуется веретено деления. Центриоли начинают расходиться к противоположным сторонам. Там будет формироваться полюса веретена. К каждому полюсу отходит по двойной центриоли. По мере их расхождения начинают формироваться микротрубочки, отходящие от их периферических участков. Сформированный аппарат похож на веретено и состоит из 2 зон: центросфер с центриолями внутри них и промежуточной- волокна между ними. Микротрубочки возникают при полимеризации тубулина около центриолей. Эти микротрубочки достигают кинетохоров, расположенных в области центромерных перетяжек хромосом, и связываются с ними. В веретене различают 2 вида микротрубочек: идущих от полюса центру и соединяющие хромосомы с одним из полюсов.
Метафаза: занимает около трети всего времени митоза. Здесь заканчивается образование веретена деления, хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости веретена, образуя метафазную пластинку (материнскую звезду). К концу метафазы завершается процесс отделения друг от друга сестринских хроматид. Их плечи лежать параллельно друг другу, между ними видна щель. Последним местом контакта друг с другом является центромера.
Анафаза: Самая короткая стадия митоза. Хромосомы одновременно теряют связь друг с другом в области центромер. Синхронно удаляются друг от друга по направлению к противоположным полюсам. Хромосомы обособляются и отходят к разным полюсам клетки. Их расхождение связано с укорачиванием, полимеризацией микротрубочек.
Телофаза: начинается с остановки разошедшихся диплоидных (2n) хромосом. (ранняя телофаза) и кончается началом реконструкции нового интерфазного ядра (поздняя телофаза, раняя G1) и разделение исходной клетки на две дочерние.
В ранней телофазе хромосомы не меня своей ориентации начинают деконденсироваться и увеличиваться в объеме. В местах их контактов с мембранными пузырьками цитоплазмы начинает образовываться новая ядерная оболочка. Затем начинают формироваться ядрышки. Тело клетки разделяется (цитотомия или цитокинез) , который у животных происходит путем образования перетяжки в результате выпячивания плазматической мембраны внутрь клетки. Это завершается разделением перетяжкой клетки надвое. Клетка переходит в G1.
1.Гениалогический метод изучения наследственности человека — изучение родословной семьи с целью выявления особенностей наследования признака в ряду поколений. Выявлено: доминантный и рецессивный характер ряда признаков, генетическая обусловленность развития музыкальных и других способностей, наследственный характер заболеваний диабетом, шизофренией, предрасположенности к туберкулезу.
2. Близнецовый метод — изучение наследования признаков у близнецов, влияния генотипа и среды на развитие их биологических и психологических особенностей.
3. Популяционно-статистический
4.Дерматоглифический
5.Биохимический
6.Цитогенетический изучение структуры и числа хромосом в клетках, выявление свыше 100 изменений в структуре хромосом, изменение числа хромосом (болезнь Дауна).
7.Гибридизация соматических клеток
8.Метод моделирования
учебник, тетрадь
Стр.419 в Пехове.
ЛАНЦЕТОВИДНЫЙ СОСАЛЬЩИК
Ланцетовидный сосальщик Dicrocoelium lanceatum
Тело ланцетовидного сосальщика сужено на переднем и заднем концах и по форме напоминает ланцет. На переднем конце тела хорошо видна ротовая присоска с ротовым отверстием. За ротовым отверстием расположена шаровидная глотка, которая переходит в короткий пищевод. От пищевода отходят две неразветвленные ветви кишечника, которые идут по бокам тела и слепо заканчиваются в задней части тела. В верхней части тела кзади от места разветвления кишечника отчетливо видна брюшная присоска округлой формы. За ней в пространстве между ветвями кишечника расположены органы гермафродитной половой системы.
Снизу за брюшной присоской отчетливо видны два семенника, имеющие форму неправильных овалов и лежащие наискось по отношению друг к другу. За ними расположен маленький яичник округлой формы. Всю заднюю половину тела занимает матка, заполненная яйцами. она представляет собой неразветвленную трубку, образующую многочисленные петли. В средней части тела латеральнее ветвей кишечника расположены гроздевидные желточники.
Вопрос№1 Существование клеток во времени.
Митоз (кариокинез)- процесс деления ядра, при кот. удвоенные (редуплицированные) хромосомы распределяются между дочерними клетками, так что каждая клетка получает один из двух тождественных наборов хромосом, имевшихся в материнской клетке.
Биологическое значение митоза состоит в том, что митоз обеспечивает наследственную передачу признаков и свойств в ряду поколений клеток при развитии многоклеточного организма. Благодаря точному и равномерному распределению хромосом при митозе все клетки единого организма генетически одинаковы. Митотическое деление клеток лежит в основе всех форм бесполого размножения как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов. Митоз обусловливает важнейшие явления жизнедеятельности: рост, развитие и восстановление тканей и органов и бесполое размножение организмов.
Фазы клеточного цикла:
1) пресинтетическая (G1). Идет сразу после деления клетки. Синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки (гистоны, структурные белки, ферменты), РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов (т. е. структур, способных к ауторепродукции). Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления;
2) синтетическая (S). Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. Она происходит полуконсервативным способом, когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка. В итоге образуются две идентичные двойные спирали ДНК, каждая из которых состоит из одной новой и старой цепи ДНК. Количество наследственного материала удваивается. Кроме этого, продолжается синтез РНК и белков. Также репликации подвергается небольшая часть митохонд-риальной ДНК (основная же ее часть реплицируется в G2 период);
3) постсинтетическая (G2). ДНК уже не синтезируется, но происходит исправление недочетов, допущенных при синтезе ее в S период (репарация). Также накапливаются энергия и питательные вещества, продолжается синтез РНК и белков (преимущественно ядерных). S и G2 непосредственно связаны с митозом, поэтому их иногда выделяют в отдельный период — препрофазу.
После этого наступает собственно митоз, который состоит из четырех фаз. Процесс деления включает в себя несколько последовательных фаз и представляет собой цикл. Его продолжительность различна и составляет у большинства клеток от 10 до 50 ч. При этом у клеток тела человека продолжительность самого митоза составляет 1—1,5 ч, G2-периода интерфазы — 2—3 ч, S-периода интерфазы — 6—10 ч.
Стадии митоза.
Процесс митоза принято подразделять на четыре основные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу (рис. 1–3). Так как он непрерывен, смена фаз осуществляется плавно — одна незаметно переходит в другую.
В профазе увеличивается объем ядра, и вследствие спирализации хроматина формируются хромосомы. К концу профазы видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Постепенно растворяются ядрышки и ядерная оболочка, и хромосомы оказываются беспорядочно расположенными в цитоплазме клетки. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется ахроматиновое веретено деления, часть нитей которого идет от полюса к полюсу, а часть — прикрепляется к центромерам хромосом. Содержание генетического материала в клетке остается неизменным (2n2хр).
В метафазе хромосомы достигают максимальной спирализации и располагаются упорядоченно на экваторе клетки, поэтому их подсчет и изучение проводят в этот период. Содержание генетического материала не изменяется (2n2хр).
В анафазе каждая хромосома «расщепляется» на две хроматиды, которые с этого момента называются дочерними хромосомами. Нити веретена, прикрепленные к центромерам, сокращаются и тянут хроматиды (дочерние хромосомы) к противоположным полюсам клетки. Содержание генетического материала в клетке у каждого полюса представлено диплоидным набором хромосом, но каждая хромосома содержит одну хроматиду (2nlxp).
В телофазе расположившиеся у полюсов хромосомы деспирализуются и становятся плохо видимыми. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах образуются ядрышки. Разрушается веретено деления. Одновременно идет деление цитоплазмы. Дочерние клетки имеют диплоидный набор хромосом, каждая из которых состоит из одной хроматиды (2n1хр).
Нетипичные формы митоза
1. Амитоз — это прямое деление ядра. При этом сохраняется морфология ядра, видны ядрышко и ядерная мембрана. Хромосомы не видны, и их равномерного распределения не происходит. Ядро делится на две относительно равные части без образования митотического аппарата (системы микротрубочек, центриолей, структурированных хромосом). Если при этом деление заканчивается, возникает двухъядерная клетка. Но иногда перешнуровывается и цитоплазма.
Такой вид деления существует в некоторых дифференцированных тканях (в клетках скелетной мускулатуры, кожи, соединительной ткани), а также в патологически измененных тканях. Амитоз никогда не встречается в клетках, которые нуждаются в сохранении полноценной генетической информации, — оплодотворенных яйцеклетках, клетках нормально развивающегося эмбриона. Этот способ деления не может считаться полноценным способом размножения эукариотических клеток.
2. Эндомитоз. При этом типе деления после репликации ДНК не происходит разделения хромосом на две дочерние хроматиды. Это приводит к увеличению числа хромосом в клетке иногда в десятки раз по сравнению с диплоидным набором. Так возникают полиплоидные клетки. В норме этот процесс имеет место в интенсивно функционирующих тканях, например, в печени, где полиплоидные клетки встречаются очень часто. Однако с генетической точки зрения эндомитоз представляет собой геномную соматическую мутацию.
3. Политения. Происходит кратное увеличение содержания ДНК (хромонем) в хромосомах без увеличения содержания самих хромосом. При этом количество хромонем может достигать 1000 и более, хромосомы при этом приобретают гигантские размеры. При политении выпадают все фазы митотического цикла, кроме репродукции первичных нитей ДНК. Такой тип деления наблюдается в некоторых высокоспециализированных тканях (печеночных клетках, клетках слюнных желез двукрылых насекомых). По-литенные хромосомы дрозофил используются для построения цитологических карт генов в хромосомах.
Пролиферация (термин ввел Вирхов)— компонент воспалительного процесса и завершающая его стадия — характеризуется увеличением числа стромальных и, как правило, паренхиматозных клеток, а также образованием межклеточного вещества в очаге воспаления. Эти процессы направлены на регенерацию альтерированных и/или замещение разрушенных тканевых элементов. Формы и степень пролиферации органоспецифических клеток различны и определяются характером клеточных популяций.
• У части органов и тканей (например, печени, кожи, ЖКТ, дыхательных путей) клетки обладают высокой пролиферативной способностью, достаточной для ликвидации дефекта структур в очаге воспаления.
• У других органов и тканей эта способность весьма ограничена (например, у тканей сухожилий, хрящей, связок, почек и др.).
• У ряда органов и тканей паренхиматозные клетки практически не обладают пролиферативной активностью (например, миоциты сердечной мышцы, нейроны). В связи с этим при завершении воспалительного процесса в тканях миокарда и нервной системы на месте очага воспаления пролифе-рируют клетки стромы, в основном фибробласты, которые образуют и неклеточные структуры. В результате этого формируется соединительнотканный рубец. Вместе с тем известно, что паренхиматозные клетки указанных тканей обладают высокой способностью к гипертрофии и гиперплазии субклеточных структур.
Ускорение клеточной пролиферации укорачивает время, необходимое для репарации повреждений ДНК и таким образом способствует мутагенезу. Большее мутагенное давление и большая скорость пролиферации в щитовидной железе, стимулируемой йодной недостаточностью, могут определять более высокую частоту узлообразования при эндемическом зобе.
С начала 60-х гг. появились новые взгляды на значение для старения и продолжительности жизни закономерностей клеточной пролиферации. На основании подсчета числа делений фибробластов, высеваемых в культуру ткани от эмбриона человека и от людей в возрасте 20 лет и выше, было сделано заключение о пределе клеточных делений (лимит Хейфлика), которому соответствует видовая длительность жизни. Показано, что фибробласты мыши способны удваивать свою численность 14—28 раз, цыпленка —15—35, человека—40—60, черепахи—72—114 раз. Проверка результатов, о которых идет речь, выявила, что представление об ограниченности числа клеточных делений в индивидуальном развитии является неточным.
В опухолях атипичные клетки делятся митотическим способом. В результате деления образуются идентичные измененной клетки. Деление происходит многократно. В итоге опухоль быстро растет.
Вопрос №2 Популяционная структура человечества.
Демографические показатели. Демы. Изоляты.
В антропогенетике популяцией называют группу людей, занимающих общую территорию и свободно вступающих в брак. Изоляционные барьеры, препятствующие заключению брачных союзов, нередко несет выраженный социальный характер (например, вероисповедание). Размер, уровень рождаемости и смертности, возрастной состав, экономическое состояние, уклад жизни являются демографическими показателями популяций людей. Генетически они характеризуются генофондами. Большое значение в определении структуры браков имеет размер группы. Популяции из 1500-4000 человек называют демами, популяции численностью до1500 человек — изолятами. Для демов и изолятов типичен относительно низкий естественный прирост населения — соответственно порядка 20% и не более 25% за поколение. В силу частоты внутригрупповых браков члены изолятов, просуществовавших 4 поколения и более, являются не менее чем троюродными братьями и сестрами.
Мутационный процесс и его давление на генофонд человечества.
Вклад мутационного процесса в видообразование носит двоякий характер. Изменяя частоту одного аллеля по отношению к другому, он оказывает на генофонд популяции прямое действие. Еще большее значение имеет формирование за счет мутантных аллелей резерва наследственной изменчивости. Это создает условия для варьирования аллельного состава генотипов организмов в последовательных поколениях путем комбинативной изменчивости. Благодаря мутационному процессу поддерживается высокий уровень наследственного разнообразия природных популяций. Совокупность аллелей, возникающих в результате мутаций, составляет исходный элементарный эволюционный материал. В процессе видообразования он используется как основа действия других элементарных эволюционных факторов.