Ядро клетки. Наследственный аппарат прокариотической и эукариотической клетки. Наследственный аппарат клеток человека

В 1831 году Роберт Броун открыл ядро и доказал, что ядро является постоянным и непременным компонентом клетки. Форма ядра определяется формой клетки. Клетки могут быть одноядерные, многоядерные (мышечные клетки) и безъядерные (зрелые эритроциты).

В процессе жизни ядро наиболее стабильно в интерфазу.

Строение интерфазного ядра.

1) Ядерная оболочка. Она состоит из 2 мембран: наружной и внутренней. Между ними есть пространство, которое сообщается с каналами ЭПС. В ядерной оболочке есть поры. Они имеют сложное строение. Чем активнее клетка, тем пор больше. Через поры идет транспорт веществ в ядро и из него. Функции ядерной оболочки: барьерная, транспорт веществ.

2) Ядерный сок - кариоплазма. Это бесцветный коллоидный раствор. Он содержи белки, липиды, углеводы, минеральные вещества.

3) Ядрышко. Может быть 1 или несколько ядрышек. Оно имеет округлую форму, состоит из белков и РНК, находится у вторичной перетяжки некоторых хромосом. Функция: синтез рибосом.

4) Хромосомы.

Вещество хромосомы называется хроматин. Он состоит из ДНК - 40% и белков - 60%. ДНК - это полимер с большой молекулярной массой, состоящий из мономеров – нуклеотидов.

В состав нуклеотида ДНК входят:

I) азотистые основания. Их 4: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц).

2) дезоксирибоза

3) фосфорная кислота.

Нуклеотиды соединяются друг с другом через фосфорную кислоту одного нуклеотида и дезоксирибозу другого и образуют цепочку. Молекула ДНК состоит из 2 цепочек, которые соединяются друг с другом через азотистые основания по принципу комплиментарности. Аденин комплементарен тимину, между ними 2 водородные связи, а гуанин комплементарен цитозину, между ними 3 водородные связи. Молекула ДНК - это правозакрученная спираль, состоящая из 2 полинуклеотидных цепочек, которые соединены по принципу комплиментарности и направлены антипараллельно относительно друг друга.

Функции ДНК: хранение, использование, удвоение и реализация наследственной информации.

Вся ДНК клетки называется геном клетки.

Ген - это последовательность нуклеотидов ДНК. несущая информацию о первичной структуре белка.

В процессе эволюции у эукариот увеличилась длина ДНК в 1000 раз по сравнению с прокариотами, а количество генов возрасло в 100 раз. В связи с этим появилась избыточная ДНК. У эукариот только 1% ДНК составляют активные гены, а 99% - избыточная ДНК.

Молекулярное строение гена у эукариот.

У эукариот выделяют три типа последовательностей ДНК:

1) Многократно повторяющиеся последовательности. Они занимают 15% ДНК. Они повторяются в геноме около 100 000 раз, содержат от 10 до 100 нуклеотидов, не несут наследственной информации.

2) Умеренно повторяющиеся последовательности нуклеотидов. Они занимают 10-50% ДНК у разных эукариот (у человека 10%) . Они повторяются около 10 000 раз, содержат от 100 до 1000 нуклеотидов, в этих последовательностях находятся гены, отвечающие за р-РНК, т-РНК и белки-гистоны. Последовательности состоят из кодирующих участков, называемых гены и некодирующих участков, называемых спейсоры.

3) Уникальные гены. Занимают 75% ДНК. Повторяются до 10 раз, содержат более 1000 нуклеотидов, они кодируют все структурные белки, кроме гистонов. Уникальные гены имеют расщепленное строение. В пределах гена есть как кодирующие участки, называемые экзоны, так и некодирующие участки, называемые интроны.

Особенности наследственного аппарата у прокариот.

1. Геном представлен одной кольцевой ДНК, расположенной в цитоплазме.

2. Нет избыточности ДНК.

3. Нет спейсоров.

4. Нет интронов.

5. Нет белков-гистонов.

Длина ДНК всех хромосом в клетках человека составляет около 2 метров, длина ДНК одной хромосомы – около 5 см, а размеры ядра клетки – около 5 мкм. В интерфазу происходит спирализация ДНК за счет связывания с белками-гистонами. Выделяют 5 классов белков-гистонов: Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4.

Уровни компактизации ДНК.

1. Образование нуклеосом. 4 пары белков-гистонов (кроме Н1) образуют нуклеосому, вокруг которой молекула ДНК делает два оборота, при этом длина ДНК уменьшается в 7 раз.
2. Образование фибрилл. Белок-гистон Н1 стабилизирует соединение нуклеосом, длина ДНК уменьшается в 6 раз.
3. Образование петель. Общее уменьшение длины ДНК – в 1000 раз.

В интерфазу в хромосомах можно выделить 2 участка:

– Гетерохроматин – более спирализованные участки, находятся около центромеры и на концах хромосом, не содержат активных генов, выполняют структурную функцию.

– Эухроматин – менее спирализованные участки, содержат активные гены.

В интерфазу в ядре клетки нельзя увидеть хромосомы под световым микроскопом, так как они недостаточно спирализованы. При делении клетки продолжается спирализация хромосом и длина ДНК уменьшается в 10000 раз.

Строение метафазных хромосом.

На стадии метафазы митоза хромосомы максимально спирализованы и хорошо видны в световой микроскоп. Центромера делит хромосому на два плеча. По положению первичной перетяжки или центромеры выделяют следующие типы хромосом:

– Метацентрические – центромера находится посередине

– Субметацентрические – центромера ближе к одному из концов

– Акроцентрические – одно плечо очень короткое, другое – длинное

– Телоцентрические – центромера на конце хромосомы, хромосома состоит только из одного плеча (такие хромосомы у человека не встречаются)

Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, которая отделяет небольшой участок хромосомы, называемый спутник и такие хромосомы называются спутничные.

Классификация метафазных хромосом

(по Патау)

I (A) – 1, 2, 3 – большие метацентрические

II (B) – 4, 5 - большие субметацентрические

III (C) – 6-12 – средние субметацентрические

IV (D) – 13, 14, 15 – акроцентрические, спутничные

V (E) - 16, 17, 18 – малые субметацентрические

VI (F) – 19, 20 – малые метацентрические

VII (G) – 21, 22 – акроцентрические, спутничные

Х хромосома – средняя субметацентрическая (группа С)

У хромосома – акроцентрическая, неспутничная (группа G)

Наследственный аппарат клеток человека.

Кариотип – это хромосомный набор организмов данного вида с особенностями строения и количества хромосом. Кариотип человека включает 46 хромосом или 23 пары, из них 22 пары одинаковы у мужчин и у женщин и называются аутосомы. Одна пара - половые хромосомы (у мужчин – ХУ, у женщин – ХХ).

Временная организация клеток. Клеточный цикл, его периодизация.

Митотический цикл. Размножение.

Жизненный цикл клетки - это время от образования клетки до ее гибели. Для делящихся клеток жизненный цикл - это время от образования клетки в результате деления до ее собственного деления. Митотический цикл - это процессы, происходящие с клеткой во время ее подготовки к делению и на протяжении всего деления.

Периоды митотического цикла:

– G1- период (пресинтетический).

– S- период (синтетический),

– G2 - период (постсинтетический),

– митоз.

G1 -период. Занимает 30-40% времени от митотического цикла. В клетке происходит синтез структурных и функциональных белков, синтез РНК, образование и накопление предшественников ДНК-нуклеотидов, начинают удваиваться центриоли клеточного центра. В конце этого периода есть точка рестрикции. Если клетка проходит эту точку, то обязательно будет делиться. Для прохождения через точку рестрикции надо накопить достаточное количество пускового белка. После прохождения точки рестрикции клетка обязательно будет делиться. Затем наступает синтетический период.

S-период - главный процесс этого периода - репликация ДНК. Репликация ДНК начинается и происходит сразу во многих участках хромосом. Фермент геликаза расплетает двойную нить ДНК и формируется репликационная вилка. Затем фермент ДНКполимераза ведет синтез полинуклеотидных цепей из свободных нуклеотидов по принципу комплементарности на старых полинуклеотидных цепях. Синтез идет от 5 конца к 3 -концу. Он происходит фрагментами (фрагменты Оказаки), а затем ферменты лигазы соединяют эти фрагменты. Одна полинуклеотидная цепочка синтезируется быстрее, она называется лидирующая. Другая синтезируется медленнее, она называется отстающая. Способ синтеза называется полуконсервативный. К концу синтетического периода вся ДНК клетки удваивается. Каждая хромосома состоит из 2 хроматид (2 молекул ДНК). В начале синтетического периода хромосомный набор клетки 2п 2с, а в конце - 2 п4с. Затем наступает

G2-период (постсинтетический) Занимает 10-20% времени. Заканчивается синтез белков, РНК, накапливается энергия в виде АТФ, заканчивают удваиваться центриоли клеточного центра.

Митоз – это непрямое деление клетки. Митоз включает следующие фазы:

– профаза

– прометафаза

– метафаза

– анафаза

– телофаза

Профаза –

Клетка становится округлой, увеличивается вязкость цитоплазмы, центриоли клеточного центра расходятся к полюсам клетки, между ними формируются непрерывные нити веретена деления. В ядре клетки начинается спирализация хромосом, они становятся видны в световой микроскоп как тонкие нити.

Прометафаза -

В клетке разрушается ядерная оболочка, разрушаются и исчезают ядрышки, продолжается спирализация хромосом. В области центромеры каждой хромосомы образуются кинетохоры – это белковые образования, к которым прикрепляются прерывистые нити веретена деления, их также называют кинетохорные нити. Хромосомы начинают двигаться к экватору клетки.

Метафаза -

Все хромосомы выстраиваются по экватору клетки. От центромеры каждой хромосомы с двух сторон отходят кинетохорные нити, которые соединяют хромосому с полюсами клетки.

Анафаза –

Одновременно начинается разделение всех хромосом на хроматиды за счет разрыва центромер. После разделения сестринские хроматиды не связаны друг с другом и их называют дочерние хромосомы, они начинают расходиться к полам клетки за счет взаимодействия непрерывных и кинетохорных нитей веретена деления.

Телофаза –

У полюсов клетки вокруг каждой группы хромосом начинает образовываться ядерная оболочка, разрушаются нити веретена деления, хромосомы деспирализуются, появляются ядрышки. Деление ядра называют кариокинез. Затем начинается деление цитоплазмы – цитокинез – это равномерное распределение органелл между дочерними клетками.

Значение митоза:

1. Равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками. Генетическая формула дочерней клетки 2п2с.

2. Митоз лежит в основе бесполого размножения, обеспечивает процессы роста, регенерации и развития.

3. Сохраняет постоянство клеточного состава организмов.

Амитоз – это прямое деление ядра без образования фигур деления. Ядро делится на две или несколько частей, что встречается в некоторых специализированных клетках и клетках патологических тканей (например: раковая опухоль).

Эндомитоз – это удвоение или умножение числа хромосом без деления клетки или деления ядра. Хромосомы удваиваются в интерфазу, затем расходятся в пределах ядра, при этом ядерная оболочка не разрушается, веретено деления не образуется.

Политения – это умножение числа хромосомных нитей в пределах одной хромосомы, в результате диаметр хромосом заметно увеличивается. Число таких нитей в политенной хромосоме может достигать 1000-2000. Такие хромосомы называются гигантские. При политении отсутствуют все фазы митотического цикла, кроме репродукции первичных нитей хромосомы.

Типы размножения.

Партеногенез - это развитие организма из неоплодотворённой яйцеклетки.

Различают:

гиногенез - развитие организма из неоплодотворённой яйцеклетки,

андрогенез - развитие организма из цитоплазмы яйцеклетки с ядром сперматозоида.

Партеногенез встречается у пчёл (так у них развиваются самцы), у ос.

У растений табак, кукуруза.

У млекопитающих партеногенез не встречается.

Дата добавления: 2014-08-09; просмотров: 2230; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!