История цитологии, клеточная теория

Первый закон Менделя. Единообразие гибридов первого поколения.

Скрещивание родителей отличающихся только по одной паре признаков называю моногибридным скрещиванием. В качестве объекта исследования Мендель взял два сорта гороха: с желтыми и зелеными семенами. В результате скрещивания все семена первого поколения оказались желтыми, зеленые цвета не проявились. На основе опыта был сформулирован первый закон Менделя - закон единообразия гибридов первого поколения или закон полного доминирования.

Преобладающие признаки называются доминантными, не проявленные признаки - рецессивные. Парные гены, определяющие альтернативные гены, называются аллельными генами. Гены, получаемые от родителей, называются генотипом. По генотипу организмы бывают гомозиготными и гетерозиготными. Гомозиготные состоящие только из доминантных или рецессивных аллей. Гетерозиготные состоящие из разных аллелей. Совокупность внутренних и внешних признаков организма, например цвет семян, форма, высота стебля, цвет глаз называют фенотипом. Результаты опыта показали все пары первого поколения единообразны: по генотипу гетерозиготные, по фенотипу все семена оказались желтыми, из чего и выводится следующее правило единообразия. При скрещивании одной пары гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по одному признаку, в первом поколении отмечаются гибриды с единообразными генотипом и фенотипом.

Второй закон Менделя. Закон расщепления признаков.

Мендель продолжал эксперименты, из семян первого поколения путем самоопыления получил семена второго поколения. Среди них оказались не только желтые семена, но и зеленые. Закономерность проявления признаков, характерных для обоих родителей во втором поколении называется законом расщепления. расщепление признаков происходит в определенном количественном соотношении, например 3\4 семян гибридов второго поколения имели желтую окраску и 1\4 - зеленую. Следовательно, по фенотипу отношение числа с доминантным признаком к числу с рецессивным оказалось равным 3:1. Согласно данной схеме, во втором поколении были: одна часть - с доминантными гомозиготными признаками (АА), две части - гетерозиготные (Аа). Из этого следует: при скрещивании гибридов первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление признаков. Соотношение расщепления по фенотипу составляет 3:1, по генотипу - 1:2:1.

3) Способы размножения организмов

В природе широко распространены два вида размножения: бесполое и половое. Присуще как растениям так и животным. Бывает двух видов: истинно бесполое и вегетативное.

При истинно бесполом размножение из тела организма отделяется группа материнских клеток. Если из этой группы клеток в ходе развития образуется самостоятельный вид, то его называют настоящим бесполым размножением. К нему относится: размножение гидры, гидроидных жемчужных полипов и беспозвоночных. У растении такое размножение происходит через споры.

Вегетативное размножении - это размножение растений со сложной структурой с помощью корней, отростков и листьев, а также растений низшего слоя типа грибов и лишайников с помощью одной из частей тела. Имеются два вида: естественное и искусственное.

Естественное вегетативное размножение. бывают разные способы такого размножения. Самым распространенным среди них является привитие, или прививка.

Прививать - значит часть одного растения с почками пересадить в тело другого растения. сегодня прививку называют трансплантацией. Растение к которому прививают называется подвоем; часть растения, которую пересаживают, - привоем, каждый из них является компонентом. Для результативности привития необходимо проводить отбор компонентов. Компонент, используемый в качестве привоя, должен быть молодым, здоровым, с крупными, сладкими плодами.

Половое размножение. Процесс слияния ядер сперматозоида и яйцеклетки называется оплодотворением. Половые клетки называются гаметами. Они размножаются в мужских и женских половых железах. В женском организме образуются яйцеклетки, в мужском - сперматозоиды. Половые клетки позвоночных животных имеют разные формы и размеры. Отличие полового размножения от бесполого в том, что в нем участвуют половые клетки.

Партеногенез. Форма полового размножения. Партеногенез - развитие клетки без оплодотворения. Происходит в основном у растений и животных. Например, у дафнии из неоплодотворенных яйцеклеток развиваются партеногенетические самки.

Билет № 18

1) Особенности удвоения молекулы ДНК

Процесс удвоения молекулы ДНК называется редупликацией. Этот процесс происходит при подготовке клетки к делению, с участием множества ферментов. Связь нуклеотидов в цепи соответствует принципу комплементарности. В период удвоения ДНК образуются две молекулы, их генетическая информация соответствует материнской ДНК. Значит, наследственная информация передается в процессе редупликации.

В 1957 г. Месельсон и Сталь предложили гипотезу удвоения. Они выдвинули три предположения.

1. Консервативное удвоение. Основу новой молекулы составляет сохраненная матрица спиралей предыдущей ДНК. Одна из новых молекул принимает молекулу прежней ДНК, другая вновь синтезированную молекулу.

2. Полуконсервативное удвоение. После разрыва слабых водородных связей азотистые основания распадаются, размыкая спирали молекул ДНК в разные стороны. Каждая разомкнутая цепь выполняет функцию матрицы для будущей спирали.

3. Прерывистое удвоение. При таком удвоение молекула ДНК, распадаясь на мелкие части, воздвигает основу вновь создаваемых спиралей. В этом удвоение роль матрицы выполняют нуклеотиды.

Более позднее опыты с эукариотическими клетками также подтвердили правильность полуконсервативного удвоения молекулы ДНК. Основную роль в удвоение молекулы выполняют ферменты. Для разъединения двойной цепи необходимо разорвать водородные связи. Биохимики, изучив процесс удвоения ДНК, выделили специальный фермент, разрывающий водородные связи, и назвали его ДНК-полимеразой.

2) Развитие половых клеток

Гаметогенез. Половые клетки, или гаметы, формируются в половых железах. В женских половых железах образуются яйцеклетки, в мужских - клетки сперматозоидов. При созревании половых желез идет интенсивное размножение половых клеток. Процесс развития и образования мужских половых клеток называется сперматогенезом, процесс образования и развития женских яйцеклеток - овогенезом, созревания гамет в половых железах - гаметогенезом.

Сперматогенез включает четыре стадии: размножение, рост, созревания и формирование, или образование, сперматоцитов.

Мужские половые клетки, размножаясь по способу митоза, в несколько раз увеличивают количество сперматоцитов. Достигнув предела деления, переходят в стадию роста. Увеличиваются примерно в четыре раза. В мужских половых клетках этой стадии начинаются сложные изменения, ведется подготовка к мейозу. Затем сперматоциты переходят в стадию созревания. В результате двух мейотических делений диплоидные хромосомы превращаются в клетки с гаплоидным набором. В заключительной стадии развития начинается формирование гамет. Клетки сперматоцитов превращаются в четыре гаметы сперматозоида, после чего гаметы полностью восстанавливают цитоплазму с органоидами.

Овогенез - развитие яйцеклетки. Имея большой запас питательных веществ, яйцеклетка бывает крупных размеров. Так например, у страусов размер яйцеклетки доходит до нескольких сантиметров. В женских половых железах развиваются гаметы яйцеклеток. Период развития этих яйцеклеток называется овогенезом. Процесс развития овогенеза, как и сперматогенеза, делится на четыре стадии: 1 - размножение, 2 - рост, 3 - созревание, 5 - формирование, или вторая телофаза.

В стадии размножения в результате последовательных митотических делений количество клеток увеличивается. В период эмбриогенеза идет размножение женских половых клеток и образуются диплоидные овоциты. Клетки, образованные в этом процессе, называются овоцитами. Процесс овогенеза имеет ряд отличий от сперматогенеза. Например, овоциты 1 порядка в стадии роста завершают интенсивное синтезирование рибосом, рибонуклеиновых кислот, белков и др.

В стадии роста половые клетки быстро растут, обретая соответствующие размеры половых клеток животных. Затем клетка овоцита с развитой цитоплазмой переходит в стадию созревания. Здесь начинается первое деление мейоза, в результате чего появляются различные по размеру гаплоидные клетки: одна большая, другая маленькая. Крупная клетка с большим содержанием цитоплазмы называется овоцитом, вторая маленькая - направляющим(указательным) тельцем. Тут же начинается второе деление мейоза, где овоцит образует две клетки: большую и маленькую. В этот момент делится направляющее тельце, образуя два указательных тельца. В результате двух делений мейоза в стадии созревания образуются одна крупная клетка овоцита 2 порядка и три указательных тельца. В конце направляющие тельца с набором гаплоидных хромосом погибают, в оплодотворении участвует яйцеклетка, содержащая набор гаплоидных хромосом. Далее идет процесс оплодотворения.

3) Биологическая роль ядра

Ядро - одна из важных составляющих клетки. ядро сохраняет свойства организма и передает их следующему поколению, что доказали опыты с простейшими. Исследования показали, что ядро принимает участие в процессах роста, питания, движения, регенерации, обмена веществ организма. Ядро и цитоплазма тесно взаимодействуют в процессах жизнедеятельности

Билет № 19

1) Мембранные органоиды

Гиалоплазма (hyaloplasma; от греч. hyalinos - прозрачный) составляет примерно 53-55 % от общего объема цитоплазмы (cytoplasma), образуя гомогенную массу сложного состава. В гиалоплазме присутствуют белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, ферменты. При участии рибосом в гиалоплазме синтезируются белки, происходят различные реакции промежуточного обмена. В гиалоплазме располагаются также органеллы, включения и клеточное ядро.

Органеллы (organellae) являются обязательными микроструктурами для всех клеток, выполняющими определенные жизненно важные функции. Различают мембранные и немембранные органеллы. К мембранным органеллам, отграниченным от окружающей их гиалоплазмы мембранами, относятся эндоплазматическая сеть, внутренний сетчатый аппарат (комплекс Гольджи), лизосомы, пероксисомы, митохондрии.

Эндоплазматическая сеть (reticulum endoplasmaticum) представляет собой единую непрерывную структуру, образованную системой цистерн, трубочек и уплощенных мешочков. На электронных микрофотографиях различают зернистую (шероховатую, гранулярную) и незернистую (гладкую, агранулярную) эндоплазматическую сеть. Внешняя сторона зернистой сети покрыта рибосомами, незернистая лишена рибосом. Зернистая эндоплазматическая сеть синтезирует (на рибосомах) и транспортирует белки. Незернистая сеть синтезирует липиды и углеводы и участвует в их обмене (например, стероидные гормоны в корковом веществе надпочечников и клетках Лейдига (сустеноцитах) яичек; гликоген - в клетках печени). Одной из важнейших функций эндоплазматической сети является синтез мембранных белков и липидов для всех клеточных органелл.

Внутренний сетчатый аппарат, или комплекс Гольджи (apparatus reticularis internus), представляет собой совокупность мешочков, пузырьков, цистерн, трубочек, пластинок, ограниченных биологической мембраной. Элементы комплекса Гольджи соединены между собой узкими каналами. В структурах комплекса Гольджи происходят синтез и накопление полисахаридов, белково-углеводных комплексов, которые выводятся из клеток. Так образуются секреторные гранулы. Комплекс Гольджи имеется во всех клетках человека, кроме эритроцитов и роговых чешуек эпидермиса. В большинстве клеток комплекс Гольджи расположен вокруг или вблизи ядра, в экзокринных клетках - над ядром, в апикальной части клетки. Внутренняя выпуклая поверхность структур комплекса Гольджи обращена в сторону эндоплазматической сети, а внешняя, вогнутая, - к цитоплазме.

Мембраны комплекса Гольджи образованы зернистой эндоплазматической сетью и переносятся транспортными пузырьками. От внешней стороны комплекса Гольджи постоянно отпочковываются секреторные пузырьки, а мембраны его цистерн постоянно обновляются. Секреторные пузырьки поставляют мембранный материал для клеточной мембраны и гликокаликса. Таким образом обеспечивается обновление плазматической мембраны.

Лизосомы (lysosomae) представляют собой пузырьки диаметром 0,2-0,5 мкм, содержащие около 50 видов различных гидролитических ферментов (протеазы, липазы, фосфолипазы, нуклеазы, гликозидазы, фосфатазы). Лизосомальные ферменты синтезируются на рибосомах зернистой эндоплазматической сети, откуда переносятся транспортными пузырьками в комплекс Гольджи. От пузырьков комплекса Гольджи отпочковываются первичные лизосомы. В лизосомах поддерживается кислая среда, ее рН колеблется от 3,5 до 5,0. Мембраны лизосом устойчивы к заключенным в них ферментам и предохраняют цитоплазму от их действия. Нарушение проницаемости лизосомальной мембраны приводит к активации ферментов и тяжелым повреждениям клетки вплоть до ее гибели.

Во вторичных (зрелых) лизосомах (фаголизосомах) происходит переваривание биополимеров до мономеров. Последние транспортируются через лизосомальную мембрану в гиалоплазму клетки. Непереваренные вещества остаются в лизосоме, в результате чего лизосома превращается в так называемое остаточное тельце высокой электронной плотности.

Митохондрии (mitochondrii), являющиеся «энергетическими станциями клетки», участвуют в процессах клеточного дыхания и преобразования энергии в формы, доступные для использования клеткой. Их основные функции - окисление органических веществ и синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Митохондрии имеют вид округлых, удлиненных или палочковидных структур длиной 0,5-1,0 мкм и шириной 0,2-1,0 мкм. Количество, размеры и расположение митохондрий зависят от функции клетки, ее потребности в энергии. Много крупных митохондрий в кардиомиоцитах, мышечных волокнах диафрагмы. Они расположены группами между миофибриллами, окружены гранулами гликогена и элементами незернистой эндоплазматической сети. Митохондрии являются органеллами с двойными мембранами (толщина каждой около 7 нм). Между наружной и внутренней митохондриальными мембранами расположено межмембранное пространство шириной 10-20 нм. Внутренняя мембрана образует многочисленные складки, или кристы. Обычно кристы ориентированы поперек длинной оси митохондрии и не достигают противоположной стороны митохондриальной мембраны. Благодаря кристам площадь внутренней мембраны резко возрастает. Так, поверхность крист одной митохондрии гепатоцита составляет около 16 мкм . Внутри митохондрии, между кристами, находится мелкозернистый матрикс, в котором видны гранулы диаметром около 15 нм (митохондриальные рибосомы) и тонкие нити, представляющие собой молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Синтезу АТФ в митохондриях предшествуют начальные этапы, происходящие в гиалоплазме. В ней (в отсутствие кислорода) сахара окисляются до пирувата (пировиноградной кислоты). Одновременно синтезируется небольшое количество АТФ. Основной синтез АТФ происходит на мембранах крист в митохондриях с участием кислорода (аэробное окисление) и ферментов, имеющихся в матриксе. При таком окислении образуется энергия для функций клетки, а также выделяются углекислота (СО2) и вода (H2О). В митохондриях на собственных молекулах ДНК синтезируются молекулы информационных, транспортных и рибосомальных нуклеиновых кислот (РНК).

В матриксе митохондрий имеются также рибосомы размером до 15 нм. Однако митохондриальные нуклеиновые кислоты и рибосомы отличаются от подобных структур данной клетки. Таким образом, митохондрии имеют собственную систему, необходимую для синтеза белков и для самовоспроизведения. Увеличение числа митохондрий в клетке происходит путем ее деления на более мелкие части, которые растут, увеличиваются в размерах и способны снова делиться.

2) Этапы цикла образования лимонной кислоты

Образовании лимонной кислоты было открыто в 1930г. Английским биохимиком Кребсом.

С изменением молекулы пировиноградной кислоты начинается подготовка к образованию лимонной кислоты. В это время коферменты А, присоединив две оставшиеся углеродно-ацетильные группы пирувата, проходит на начальный этап цикла образования лимонной кислоты.

Из пирувата и коферментов НАД+, присоединив к себе 2Н, превращается в НАД*Н+Н+. образованный в результате реакции ацетилК0А, который является начальным продуктом реакции, переходит в цикл лимонной ксилоты, на этом заканчивается подготовка к образованию лимонной кислоты. После подготовки начинается реакция цикла образования лимонной кислоты, она идет по часовой стрелке. Ацетил свои две углеродные ацетилгруппы отдает четырехуголеродному соединению щаввелево-уксусной кислоты и образует шестиуголеродное соединение - лимонную кислоту. Этот процесс непрерывно протекает с помощью ферментов. Лимонная кислота, выделив два атома углерода, образует новую молекулу щавелево-уксусную кислоту.

Билет № 20

1) Синтез АТФ. Дыхание и горение

Основоположниками учения о процессе дыхания считаются М.В. Ломоносов(1757 г) и А. Л. Лавуазье. Они определили горение как процесс соединения предмета горения с кислородом в воздухе. При соединение вещества с кислородом идет процесс окисления, при разъединении с ним - процесс расщепления - такие реакции называют биологическим окислением. Процесс дыхания кратко можно описать так: C6H12O6 + 6O26CO2 + 6H2O + 2881 кДж\моль. Данное равенство указывает на сходство процесса горения и дыхания. Несмотря на одинаковое энергетическое назначение, процессы горения и дыхание органических веществ имеют ряд отличий:

5) горение протекает при высокой t, а клеточное дыхание - при постоянной t(36,5 - 37).

6) При сгорании энергия выделяется в виде теплоты, при биологическом окислении она образует как макроэргическое фосфорное соединение.(АТФ, НАДФ*Н, ФАД*Н)

7) В процессе горения энергия выделяется сразу же, в биологическом окисления выделяется постепенно, в малых кол-вах.

8) Процесс горения не происходит в водной среде, биологическому окислению вода необходима.

Этапы обмена веществ.

4. Подготовительный - протекает в пищеварительном тракте, в лизосомах. Происходит расщепление высомолекулярных веществ до низкомолекулярных: белки до аминокислот + теплота, полисахариды до глюкозы + теплота, жиры до глицерина и высших жирных кислот. Выделяется не большое кол-во энергии.

5. Гликолиз(безкислородный) протекает в цитоплазме. Ферментативное расщепление глюкозы - брожение. Брожение происходит в мышцах: С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДА 2С3Н6О3+2Н2О + 2АТФ. Выделяется 60% энергии тепловой и 40% синтез молекул АТФ.

6. Гидролиз. Биологическое окисление - расщепление, дыхание. Осуществляется в митохондриях в матриксе. Образовывает СО2 в результате окисления молочной кислоты под действием ферментов. Атом водорода с помощью ферментов переносчиков поступает во внутреннюю мембрану митохондрия, образовывая кристы.

2) Принцип неполного доминирования и промежуточного состояния

Неполное доминирование. Всеобщность закона доминирования вскоре после его переоткрытия на основании целого ряда фактов была подвергнута сомнению. Оказалось, что для большого числа признаков у растений и животных характерно промежуточное наследование, или неполное доминирование, в первом поколении. Такое наследование отмечал сам Мендель по некоторым признакам у гороха. При неполном доминировании гибрид Ft (Аа) не воспроизводит полностью ни одного из родительских признаков, выражение признака оказывается промежуточным, с большим или меньшим уклонением к доминантному или рецессивному состоянию, но все особи этого поколения одинаковы по фенотипу. Поэтому иногда закон доминирования называют законом единообразия гибридов первого поколения.

Примером неполного доминирования может быть промежуточная розовая окраска ягоды у гибридов земляники, полученных от скрещивания форм с красной и белой ягодами Вспомним, что при полном доминировании расщепление bF2 по фенотипу (3:1) не совпадает с расщеплением по генотипу (1:2: 1), так как гетерозигота Аа внешне неотличима от гомозиготы АА. При неполном же доминировании во втором поколении имеет место совпадение расщепления по фенотипу и генотипу, так как доминантная гомозигота АА отличается от гетерозиготы Аа.

Так, в разбираемом примере с земляникой расщепление в F2 по окраске ягоды 1 красная (АА) : 2 розовых (Аа) : 1 белая (аа). Наследование окраски ягоды при неполном доминировании у земляники: АА -- красная; аа -- белая; А а -- розовая окраска.

Неполное доминирование оказалось широко распространенным явлением, оно наблюдается в наследовании окраски цветка у львиного зева, окраски оперения у кур, шерсти у норок и лошадей, а также многих других морфологических и физиологических признаков у растений, животных и человека.

При изучении групп крови у человека и ряда домашних животных были получены данные, говорящие о том, что есть альтернативные признаки, которые у гибрида Л проявляются одновременно. Так, если материнский организм имеет группу крови А, а отцовский В, то у детей бывает группа крови АВ. Однако и здесь, несмотря на отсутствие явления доминирования, гибриды Fi единообразны, а следовательно, первый закон Менделя справедлив и для них, т. е. универсален. Сущность доминирования. Природа явления доминирования до сих пор остается малоизученной. Доминирование является свойством гена обусловливать развитие признака в гетерозиготном состоянии. Значит ли это, что рецессивная аллель полностью подавлена и абсолютно не функционирует? Некоторые факты позволяют ответить на этот вопрос отрицательно. Например, при промежуточном наследовании функционируют обе аллели гена. Даже в случае полного доминирования можно найти примеры, свидетельствующие о том, что и рецессивная аллель вырабатывает определенный продукт. Так, у кукурузы найдены два типа эфиров, которые гидролизуются ферментами, называемыми эстеразами. Наличие этих ферментов определяет пара аллелей. У гетерозиготных растений гидролизуется только один из эфиров под действием фермента, определяемого доминантной аллелью. Биохимический анализ показал, что у гибрида вырабатываются оба фермента, но только доминантная аллель вырабатывает активный фермент, а рецессивная -- неактивный. Рецессивная аллель функционирует наравне с доминантной. Возможно, что в результате взаимодействия этих двух ферментов функционирование одного из них, продуцируемого рецессивной аллелью, подавляется. Доминирование проявляется во взаимодействии тех продуктов действия генов -- признаков, которые определяются доминантной и рецессивной аллелями.

3) История развития генетики

Генетика -- наука, изучающая закономерности и материальные основы наследственности и изменчивости организмов, а также механизмы эволюции живого. Наследственностью называется свойство одного поколения передавать другому признаки строения, физиологические свойства и специфический характер индивидуального развития. Свойства наследственности реализуются в процессе индивидуального развития. Наряду со сходством с родительскими формами в каждом поколении возникают те или иные различия у потомков, как результат проявления изменчивости. Изменчивостью называется свойство, противоположное наследственности, заключающееся в изменении наследственных задатков -- генов и в изменении их проявления под влиянием внешней среды. Отличия потомков от родителей возникают также вследствие возникновения различных комбинаций генов в процессе мейоза и при объединении отцовских и материнских хромосом в одной зиготе. Здесь надо отметить, что выяснение многих вопросов генетики, особенно открытие материальных носителей наследственности и механизма изменчивости организмов, стало достоянием науки последних десятилетий, выдвинувших генетику на передовые позиции современной биологии.

Основные закономерности передачи наследственных признаков были установлены на растительных и животных организмах, они оказались приложимы и к человеку. В своем развитии генетика прошла ряд этапов.

Первый этап ознаменовался открытием Г. Менделем (1865) дискретности (делимости) наследственных факторов и разработкой гибридологического метода, изучения наследственности, т. е. правил скрещивания организмов и учета признаков у их потомства.

Дискретность наследственности состоит в том, что отдельные свойства и при знаки организма развиваются под контролем наследственных факторов (генов), которые при слиянии гамет и образовании зиготы не смешиваются, не растворяются, а при формировании новых гамет наследуются независимо друг от друга. Значение открытий Г. Менделя оценили после того, как его законы были вновь переоткрыты в 1900 г. тремя биологами независимо друг от друга: де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии. Результаты гибридизации, полученные в первое-I десятилетие XX в. на различных растениях и животных, полностью подтвердили менделевские законы наследования признаков и показали их универсальный характер по отношению ко всем организмам, размножающимся половым путем. Закономерности наследования признаков в этот период изучались на уровне целостного организма (горох, кукуруза, мак, фасоль, кролик, мышь и др.).

Менделевские законы наследственности заложили основу теории гена величайшего открытия естествознания XX в., а генетика превратилась в быстро развивающуюся отрасль биологии. В 1901 --1903 гг. де Фриз выдвинул мутационную теорию изменчивости, которая сыграла большую роль в дальнейшем развитии генетики. Важное значение имели работы датского ботаника В. Иоганнсена, который изучал закономерности наследования на чистых линиях фасоли. Он сформулировал также понятие “популяциям (группа организмов одного вида, обитающих и размножающихся на ограниченной территории), предложил называть менделевские “наследственные факторы” словом ген, дал определения понятий “генотип” и “фенотип”.

Второй этап характеризуется переходом к изучению явлений наследственности на клеточном уровне (питоге-нетика). Т. Бовери (1902--1907), У. Сэттон и Э. Вильсон (1902--1907) установили взаимосвязь между менделевскими законами наследования и распределением хромосом в процессе клеточного деления (митоз) и созревания половых клеток (мейоз). Развитие учения о клетке привело к уточнению строения, формы и количества хромосом и помогло установить, что гены, контролирующие те или иные признаки, не что иное, как участки хромосом. Это послужило важной предпосылкой утверждения хромосомной теории наследственности. Решающее значение в ее обосновании имели исследования, проведенные на мушках дрозофилах американским генетиком Т. Г. Морганом и его сотрудниками (1910--1911). Ими установлено, что гены расположены в хромосомах в линейном порядке, образуя группы сцепления. Число групп сцепления генов соответствует числу пар гомологичных хромосом, и гены одной группы сцепления могут перекомбинироваться в процессе мейоза благодаря явлению кроссинго-вера, что лежит в основе одной из форм наследственной комбинативной изменчивости организмов. Морган установил также закономерности наследования признаков, сцепленных с полом. Третий этап в развитии генетики отражает достижения молекулярной биологии и связан с использованием методов и принципов точных наук -- физики, химии, математики, биофизики и др.--в изучении явлений жизни на уровне молекул. Объектами генетических исследований стали грибы, бактерии, вирусы. На этом этапе были изучены взаимоотношения между генами и ферментами и сформулирована теория “один ген -- один фермент” (Дж. Бидл и Э. Татум, 1940): каждый ген контролирует синтез одного фермента; фермент в свою очередь контролирует одну реакцию из целого ряда биохимических превращений, лежащих в основе проявления внешнего или внутреннего признака организма. Эта теория сыграла важную роль в выяснении физической природы гена как элемента наследственной информации. В 1953 г. Ф. Крик и Дж. Уотсон, опираясь на результаты опытов генетиков и биохимиков и на данные рентгеноструктурного анализа, создали структурную модель ДНК в форме двойной спирали. Предложенная ими модель ДНК хорошо согласуется с биологической функцией этого соединения: способностью к самоудвоению генетического материала и устойчивому сохранению его в поколениях -- от клетки к клетке. Эти свойства молекул ДНК объяснили и молекулярный механизм изменчивости: любые отклонения от исходной структуры гена, ошибки самоудвоения генетического материала ДНК, однажды возникнув, в дальнейшем точно и устойчиво воспроизводятся в дочерних нитях ДНК. В последующее десятилетие эти положения были экспериментально подтверждены: уточнилось понятие гена, был расшифрован генетический код и механизм его действия в процессе синтеза белка в клетке. Кроме того, были найдены методы искусственного получения мутаций и с их помощью созданы ценные сорта растений и штаммы микроорганизмов -- продуцентов антибиотиков, аминокислот. В последнее десятилетие возникло новое направление в молекулярной генетике --генная инженерия -- система приемов, позволяющих биологу конструировать искусственные генетические системы. Генная инженерия основывается на универсальности генетического кода: триплеты нуклеотидов ДНК программируют включение аминокислот в белковые молекулы всех организмов -- человека, животных, растений, бактерий, вирусов. Благодаря этому можно синтезировать новый ген или выделить его из одной бактерии и ввести его в генетический аппарат другой бактерии, лишенной такого гена.

Таким образом, третий, современный этап развития генетики открыл огромные перспективы направленного вмешательства в явления наследственности и селекции растительных и животных организмов, выявил важную роль генетики в медицине, в частности, в изучении закономерностей наследственных болезней и физических аномалий человека.

Билет № 21

1) Лизасома

Лизосомы. Бельгийский биохимик де Дюв в 1955 г. Открыл лизосомы. Лизосома означает «растворитель веществ». Лизосомы встречаются во всех клетках эукариот, особенно их, много в клетках лейкоцитов, способных к фагоцитозу. В растительной клетке встречаются в виде крупных вакуолей. В составе этих органоидов в большом количестве содержатся ферменты гидролиза. Лизосомы окружены липопротеидной мембраной, при её разрушении ферменты лизосом воздействуют на внешнюю среду (вещества клетки). в состав лизосом входит около 60 гидролизных ферментов: нуклеаза, липаза, фосфатаза, дезоксирибонуклаеза, рибонуклеаза и т.д. лизосомы делятся на четыре вида: это выделенная из диктиосомы пузырчатая первичная лизосома, лизосома измененного состава, аутофагосома и остаточные тельца.

Первичная лизосома, синтезируясь на гранулярной эндоплазматической сети, проникает в трубочки комплекса Гольджи, оттуда выходит в виде небольших вакуолей. Первичная лизосома присоединив вещества, поступившие в процессе пиноцитоза и фагоцитоза, увеличивает объем. И тогда её называют вторичной лизосомой. При помощи гидролизных ферментов она расщепляет присоединенные вещества, например полимер до мономеров. В этом процессе роль вторичной лизосомы неоценима. Расщепленные вещества поступают в гиалоплазму и участвуют в обмене веществ. Иногда вторичные лизосомы бывают не в состоянии полностью расщеплять биогенные вещества, и тогда они остаются нерасщепленными. В этом случае вторичные лизосомы превращаются в телолизосому, или остаточные тельца. Объем ферментов остаточных телец меньше вторичной лизосомы, из-за этого непереваренные остатки уплотняются и изменяют строение. Остаточные тельца из клеток выводятся путем экзоцитоза или сохраняются в виде «пигмента липофусцина». Их бывает много в клетках мозга, печени, мышечных волокнах стареющего организма человека, они сохраняются до самой смерти и названы «пигментом старости».

2) Анализирующее скрещивание

Анализирующее скрещивание -- скрещивание, проводящееся для определения генотипа организма. Для этого подопытный организм скрещивают с организмом, являющимся рецессивной гомозиготой по изучаемому признаку. Рассмотрим это на конкретномпримере. Допустим, надо выяснить генотип растения гороха, имеющего желтые семена. Возможны два варианта генотипа подопытного растения: он может являться либо гетерозиготой (Аа), либо доминантной гомозиготой (АА). Для установления его генотипа проведем анализирующее скрещивание с рецессивной гомозиготой (аа) - растением с зелеными семенами. Таким образом, если в результате анализирующего скрещивания в F1, наблюдается расщепление в соотношении 1:1, то подопытный организм был гетерозиготен; если расщепления не наблюдается и все организмы в F1 проявляют доминантные признаки, то подопытный организм был гомозиготен. Рассмотрим также один из возможных случаев анализирующего дигибридного скрещивания -- когда подопытный организм оказывается гетерозиготен по двум признакам, т. е. является дигетерозиготой. Из таблицы видно, что если подопытный организм был дигетерозиготой, то в результате анализирующего скрещивания в F наблюдается расщепление по фенотипу на 4 группы в соотношении 1:1:1:1.

3) Центры происхождения культурных растений

1. Южноазиатский тропический центр (около 33 % от общего числа видов культурных растений). Рис, сахарный тростник, цитрусовые, баклажаны

2. Восточноазиатский центр (20 % культурных растений). Соя, просо, гречиха и овощные культуры, слива, вишня.

3. Юго-Западноазиатский центр (4 % культурных растений). Рожь, бобовые культуры, лен. Конопля, репа, чеснок, виноград

4. Средиземноморский центр (примерно 11 % видов культурных растений). Капуста, сахарная вата, маслины, клевер.

5. Абиссинский (около 4 % культурных растений). Твердая пшеница, ячмень, бананы, кофейное дерево

6. Центральноамериканский центр (примерно 10 %). Кукуруза, какао, тыква, табак, хлопчатник

7. Андийский (Южноамериканский) центр (около 8 %) картофель, ананас. Охиное дерево

Билет № 22

1) Строение мембраны клетки

Кожа человека - это барьер, защищающий клетки, её мы и называем - клеточной мембраной. Она не позволяет компонентам клетки (цитоплазме) вытечь наружу. Главная задача клеточной мембраны - это удерживать клетку в целостности, при этом определять, что может попасть внутрь клетки, а что может оттуда выйти. Клетки любого организма имеют клеточные мембраны, даже клетки бактерий. Состоит клеточная мембрана из бинарного ряда липидов. Располагаются молекулы липидов в два ряда и каждый ряд точно такой же, как предыдущий. Структуру молекулы липида - эти две части единого целого, как раз и отображают. Ещё эти две части единого целого называют - гидрофобной (водонепроницаемой) и гидрофильной секциями.

Гидрофобная секция не любит воду и подобных воде молекул, благодаря бинарному слою липидов выступает вроде защитного механизма.

Гидрофильная секция напротив способна притягивать воду и подобные воде молекулы, после чего выталкивает их наружу. В итоге получается такая базовая жидкая мозаичная модель.

2) Процесс гликолиза. Этапы гликолиза

Гликомлиз -- ферментативный процесс последовательного расщепления глюкозы в клетках, сопровождающийся синтезом АТФ. Гликолиз при аэробных условиях ведёт к образованию пировиноградной кислоты (пирувата), гликолиз в анаэробных условиях ведёт к образованию молочной кислоты (лактата). Гликолиз является основным путём катаболизма глюкозы в организме животных. В клетках эукариотических организмов десять ферментов, катализирующих распад глюкозы до ПВК, находятся в цитозоле, все остальные ферменты, имеющие отношение к энергетическому обмену, -- в митохондриях и хлоропластах.

Поступление глюкозы в клетку осуществляется двумя путями: натрий-зависимый симпорт (преимущественно для энтероцитов и эпителия почечных канальцев) и облегчённая диффузия глюкозы с помощью белков-переносчиков. Работа этих белков-транспортёров контролируется гормонами и, в первую очередь, инсулином. Сильнее всего инсулин стимулирует транспорт глюкозы в мышцах и жировой ткани. Первой реакцией гликолиза является фосфорилирование молекулы глюкозы, происходящее при участии тканеспецифичного фермента гексокиназы с затратой энергии 1 молекулы АТФ; образуется активная форма глюкозы -- глюкозо-6-фосфат

Размещено на Allbest.ur