Шпаргалка по "Биология"

     Центромера  или первичная перетяжка- определяет движение хромосом. В ней находится ДНК с последовательностью нуклеотидов. Хромосомы обычно имеют одну центромеру.

     К центромере в метафазе прикрепляется нить веретена, разводящая хромосомы к полюсам.

     Концевые  сегменты хромосом названы теломерами. Установлено, что теломеры играют важную роль в сохранении стабильности хромосом. В теломерах содержится большое число повторов последовательности нуклеотидов - тандемных повторов. В норме во время клеточного деления происходит уменьшение числа этих повторов в теломерах. Однако каждый раз они достраиваются с помощью специального фермента, который называют теломеразой. Уменьшение активности этого фермента приводит к укорочению теломер, что, как полагают, является причиной гибели клеток, и сопровождает старение.

     Участок хромосомы, располагающийся ближе  к центромере, называют проксимальным, а отдаленный - дистальным.

     Кроме первичной перетяжки, хромосома  может иметь вторичную перетяжку, не связанную с прикреплением  нити веретена. Эта перетяжка в  хромосоме связана с формированием ядрышка и называется ядрышковым организатором. Выяснено что этот участок хромосомы имеет сложную структуру и ответствен за синтез рибосомной РНК. Иногда вторичная перетяжка может быть очень длинная, и тогда она отделяет от основного тела хромосомы небольшой участок, называемый спутником. Такие хромосомы называют спитничными.

     Структура хромосом делящихся клеток начинает вырисовываться в профазе. В ранней профазе хромосомы имеют вид тонких двойных нитей (сестринские хроматиды). На стадии метафазы в световом микроскопе видно, что хромосомы состоят из 4 нитей, которые были названы полухроматидами.

     Материал, из которого построены хромосомы, называется хроматином. Он состоит из ДНК и  окружающих ее гистонов и других белков. Та часть хроматина, которая слабо окрашивается специальными красителями для хромосом, называется эухроматином, а та, которая окрашивается интенсивно, - гетерохроматином. Считают, что эухроматиновые районы хромосом содержат активно экспрессирующиеся гены, гетерохроматиновые районы, напротив, включают неактивные гены.

     Молекулярная  структура хромосом сложна. Функция  этой структуры заключается в  такой упаковке ДНК, чтобы она  поместилась в хромосоме. Если бы геномная ДНК была представлена в  виде обычной двунитевой спирали, то она протянулась бы на 2 м. При упаковке ДНК используется принцип спирали. Он представлен несколькими уровнями. В результате сложной упаковки исходная длина молекулы ДНК уменьшается в 10 000 раз.

     Комплексы ДНК с гистонами формируют  элементарные структурные частицы хромосом - нуклеосомы. При участии специфического гистона происходит уплотнение нуклеосомной нити, отдельные нуклеосомы тесно прилегают друг к другу, образуя фибриллу. Фибрилла подвергается дальнейшей пространственной укладке формируя нить второго порядка. Из нитей второго порядка образуются петли, которые являются структурами третьего порядка организации хромосом. 

Вопрос  7.Химический состав и строение нуклеиновых кислот.

     Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) - важнейшие  биологически активные биополимеры, имеющие  универсальное распространение в живой природе. Содержатся в каждой клетке всех организмов. Различают 2главных типа нуклеиновых кислот - дезоксирибонуклеиновые кислоты, или ДНК, содержащиеся преимущественно в ядрах клеток, и рибонуклеиновые кислоты, или РНК, находящиеся глав образом в цитоплазме.

     Молекулы  нуклеиновых кислот - длинные полимерные цепочки, построенные из мономерных молекул - нуклеотидов так, что гидроксильные  группы у 31 и 51 углеродных атомов углевода соседних нуклеотидов связаны остатком фосфорной кислоты. В состав РНК в качестве углевода входит рибоза, а азотистые компоненты представлены аденином, гуанином (пуриновые основания), урацилом и цитозином (пиримидиновые основания). В ДНК углеводным компонентом является дезоксирибоза, а урацил заменен тимином (5-метилурацилом). Фосфат и сахар составляют неспецифическую часть в молекуле нуклеотида, а пуриновое или пиримидиновое основание - специфическую.

     Цепи  нуклеиновых кислот содержат от нескольких десятков до многих тысяч нуклеотидных остатков, расположенных линейно в определенной последовательности, уникальной для данной нуклеиновой кислоты. Таким образом, как РНК, так и ДНК представлены огромным множеством индивидуальных соединений.

     Линейная  последовательность нуклеотидов определяет первичную структуру нуклеиновой кислоты. Вторичная структура нуклеиновой кислоты возникает в результате сближения определённых пар оснований, а именно: гуанина с цитозином и аденина с урацилом (или тимином) по принципу комплементарности за счёт водородных связей, а также гидрофобных взаимодействий между ними.

     Биологическая роль нуклеиновых кислот заключается  в хранении, реализации и передаче наследственной информации, "записанной" в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов - генетического кода. При делении клеток - митозе - происходит самокопирование ДНК - её репликация, в результате чего каждая дочерняя клетка получает равное количество ДНК, заключающей программу развития всех признаков материнской клетки. Реализация этой генетической информации в определенные признаки осуществляется путём биосинтеза молекул РНК на молекуле ДНК (транскрипция) и последующего биосинтеза белков с участием разных типов РНК (трансляция). 

Вопрос  8.Редупликация ДНК.

     Редупликация ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) - процесс синтеза дочерней молекулы, идущий во время синтетической (S) фазы интерфазы на матрице родительской молекулы ДНК. При этом генетический материал, зашифрованный в ДНК, удваивается и в процессе последующего деления делится между дочерними клетками. Редупликацию ДНК осуществляет сложный ферментный комплекс, состоящий из 15-20 различных белков.

     Ферменты (хеликаза, топоизомераза) и ДНК-связывающие белки расплетают ДНК (происходит разрыв водородных связей между пуриновыми и пиримидиновыми основаниями, образующими пары аденин- тимин и гуанин-цитозин), удерживают матрицу в разведённом состоянии и вращают молекулу ДНК. Правильность редупликации обеспечивается точным соответствием комплементарных пар оснований и активностью ДНК-полимеразы, способной распознать и исправить ошибку. Репликация у эукариот осуществляется несколькими разными ДНК-полимеразами. Далее происходит закручивание синтезированных молекул по принципу суперспирализации и дальнейшей компактизации ДНК. Цепи молекулы ДНК расходятся, образуют репликационную вилку, и каждая из них становится матрицей, на которой синтезируется новая комплементарная цепь (путем полимеризации из мононуклеотидов, находящихся в кариоплазме). В результате образуются две новые двуспиральные молекулы ДНК, идентичные родительской молекуле.

Каждая молекула ДНК состоит из одной цепи исходной родительской молекулы и одной вновь  синтезированной цепи. Такой механизм репликации называется полуконсервативным. В настоящее время этот механизм считается доказанным.

     Кратко  процесс редупликации включает: раскручивание спирали молекулы -отделение одной цепи от другой на части молекулы ДНК - воздействие фермента ДНК-полимеразы на молекулу - присоединение к каждой цепи ДНК комплементарных нуклеотидов - образование двух молекул ДНК из одной. 

Вопрос  9.Мейоз как цитологическая основа образования и развития гамет.

     В процессе развития половые клетки претерпевают мейоз, который состоит из двух последовательных делений: первое обычно редукционное, уменьшающее число хромосом вдвое (клетки из диплоидных становятся гаплоидными); второе - эквационное (уравнительное), когда клетки сохраняют гаплоидный набор хромосом. К редукционному делению относят цикл изменений ядра от профазы I до телофазы I, а к эквационному - от профазы II до телофазы II.

     Профаза I состоит из ряда последовательных стадий:

     - Стадия лептонемы - сетчатая структура интерфазного ядра переходит в состояние отдельных тонких нитей - хромосом. Хромосомные нити - двойные, а это означает, что их удвоение произошло еще в интерфазе.

     - Стадия зигонемы - гомологичные хромосомы начинают притягиваться друг к другу сходными участками(процесс конъюгации). Соединение в пары чаще начинается с концов (иногда с центромер). Сближение, начавшееся в одной точке, распространяется по всей длине хромосомы.

     - Стадия пахинемы – стадия завершенной (полной), конъюгации хромосом, во время которой продолжается спирализация хромосом, приводящая их к укорочению и утолщению. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, удерживаемых вместе одной центромерой. Две проконъюгировавшие гомологичные хромосомы составляют бивалент, представленный четырьмя хроматидами. Четыре хроматиды образуют фигуру - тетраду.

     - Стадия диплонемы - происходит перекручивание хромосом. В идентичных участках гомологичных хромосом начинает развиваться процесс взаимного отталкивания. При расхождении хромосом происходит их раскручивание. Образуются х-образные фигуры, называемые хиазмами. Число хиазм постепенно уменьшается вследствие перемещения их к концам хромосом (терминализация хиазм).

     - Стадия диакинеза. Характеризуется сильным укорочением и утолщением хромосом за счет их максимальной спирализации. Исчезают ядрышки и ядерная оболочка.

     Затем центромеры гомологичных хромосом ориентируются в плоскости экватора веретена деления, что соответствует метафазе I.

     В анафазе I гомологичные хромосомы бивалентов расходятся к противоположным полюсам - число хромосом в дочерних ядрах уменьшается ровно вдвое. Гомологичные хромосомы каждой пары ведут себя по отношению к хромосомам других пар независимо, вследствие чего возможны различные комбинации хромосом.

     Следующей фазой первого мейотического  деления является очень короткая по продолжительности телофаза I.

     Фазу  между двумя делениями мейоза называют интеркинезом.

     Профаза II не отличается от профазы митоза.

В метафазе II хромосомы  выстраиваются центромерами в экваториальной плоскости.

В анафазе II осуществляется разделение центромер и каждая хроматида  становится самостоятельной хромосомой.

В телофазе II завершается  расхождение хромосом к полюсам  и наступает цитокинез.

Итак, в результате первого мейотического деления  образуются два ядра с половинным (гаплоидным), числом хромосом; поэтому первое деление мейоза называют редукционным. Во втором делении каждое дочернее ядро вновь делится, но в данном случае расходятся хромосомы, которые образовались из сестринских хроматид. Поэтому второе деление, совершающееся по типу митоза, называют уравнительным или эквационным.

     Следовательно, из каждой клетки, вступившей в мейоз, после двух последовательных делений образуются четыре клетки с половинным числом хромосом. В силу особого поведения хромосом в профазе мейоза и редукции их возможны различные сочетания отцовских и материнских хромосом в гаплоидных ядрах половых клеток.  

Вопрос  10.Принципиальные отличия поведения хромосом в митозе и мейозе.

     Мейоз (или редукционное деление клетки) - деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза). Митоз (непрямое деление) - деление ядра эукариотической клетки с сохранением числа хромосом. В отличие от мейоза, митотическое деление протекает без осложнений в клетках любой плоидности, поскольку не включает как необходимый этап конъюгацию гомологичных хромосом в профазе.

     Отличия:

     1. Мейоз уменьшает вдвое число хромосом в дочерних клетках, митоз поддерживает число хромосом на стабильном уровне, как и в материнской клетке;

     2. В мейозе следуют два подряд деления, причем перед вторым - нет интерфазы;

     3. В первой профазе мейоза есть конъюгация и возможен кроссинговер;

     4. В первой анафазе мейоза к полюсам расходятся целые хромосомы. При митозе – расходятся хроматиды;

     5. В первой метафазе мейоза вдоль экватора клетки выстраиваются биваленты хромосом, в митозе все хромосомы выстраиваются в одну линию;

     6. В результате мейоза образуется 4 дочерних клетки, в митозе-2 клетки. 

Вопрос  11.Г. Мендель - создатель основных законов генетики.

     Грегор  Иоганн МЕНДЕЛЬ  1822–84 Моравский  монах и генетик растений. Мендель родился в  Чехии, где его отец владел небольшим крестьянским наделом. Принял имя Грегор при поступлении в монастырь близлежащего города Брюнн (сейчас Брно). В 1851 году настоятель монастыря направил Менделя учиться в венский университет, где он, среди прочего, изучал ботанику. После окончания университета Мендель преподавал естественные науки в местной школе. В 1856 году начал проводить опыты по скрещиванию растений, в частности гороха, который он выращивал в монастыре. Результаты опытов Менделя, легшие в основу современной генетики, были опубликованы в 1865 году, не вызвав тогда интереса у современников. Тремя годами позже Мендель стал настоятелем монастыря города Брюнн и забросил исследования, посвятив себя исполнению административных обязанностей.