Geneetiline teave rakus. Kromosomaalne komplekt somaatiliselt ja sugurakud

1) Milliseid funktsioone kromosoom täidab?

2) Mis on geen?

3) Drosophila karüotüübil on 8 kromosoomi. Mitu kromosoomi on sugurakkudes ja kui palju mittesugurakkudes?

GEENID JA KROMOSOOMID

Elusorganismide rakud sisaldavad geneetilist materjali hiiglaslike molekulide kujul, mida nimetatakse nukleiinhapeteks. Nende abiga antakse geneetiline informatsioon edasi põlvest põlve. Lisaks reguleerivad nad enamikku rakulisi protsesse, kontrollides valgusünteesi.

Nukleiinhappeid on kahte tüüpi: DNA ja RNA. Need koosnevad nukleotiididest, mille vaheldumine võimaldab teil kodeerida pärilikku teavet erinevate liikide organismide mitmesuguste tunnuste kohta. DNA on "pakitud" kromosoomidesse. See kannab teavet kõigi rakus toimivate valkude struktuuri kohta. RNA kontrollib protsesse, mis muudavad DNA geneetilise koodi, mis on spetsiifiline nukleotiidide järjestus, valkudeks.

Geen on DNA molekuli osa, mis kodeerib ühte kindlat valku. Pärilikke muutusi geenides, mis väljenduvad nukleotiidide asendamises, kadumises või ümberkorraldamises, nimetatakse geenimutatsioonideks. Mutatsioonide tagajärjel võivad organismi omadustes tekkida nii kasulikud kui ka kahjulikud muutused.

Kromosoomid on niidilaadsed struktuurid, mida leidub kõigi rakkude tuumades. Need koosnevad DNA molekulist ja valgust. Igal organismitüübil on oma kromosoomide arv ja kuju. Konkreetsele liigile iseloomulikku kromosoomide kogumit nimetatakse karüotüübiks.

Erinevate organismide karüotüüpide uuringud on näidanud, et nende rakud võivad sisaldada kahe- ja üksikuid kromosoome. Topeltkromosoomide komplekt koosneb alati paaritud kromosoomidest, mis on päriliku teabe suuruse, kuju ja olemuse poolest identsed. Paaritud kromosoome nimetatakse homoloogseteks. Niisiis, kõik mittesoolised inimese rakud sisaldavad 23 paari kromosoome, s.t. 46 kromosoomi on esitatud 23 paarina.

Mõnel rakul võib olla üks kromosoomide komplekt. Näiteks loomade sugurakkudes pole paariskromosoome, ei ole homoloogseid kromosoome, küll aga on mittehomoloogseid.

Iga kromosoom sisaldab tuhandeid geene, see talletab teatud osa pärilikust informatsioonist. Mutatsioone, mis muudavad kromosoomi struktuuri, nimetatakse kromosomaalseteks mutatsioonideks. Kromosoomide ebaõige lahknemine sugurakkude moodustumisel võib põhjustada tõsiseid pärilikke haigusi. Näiteks tekib Downi tõbi sellise genoomse mutatsiooni tagajärjel, mille kohaselt igas inimese rakus on 46 kromosoomi asemel 47 kromosoomi.

Eriala 060101 – Üldmeditsiin

Eriala 060103 – Pediaatria

Eriala 060105 – hambaravi

Olukorraülesanded teemal "Rakubioloogia"

1. Püsipreparaati uuriti väikese suurendusega, kuid suurele suurendusele üle kandes ei ole objekt nähtav isegi makro- ja mikromeetrikruvide ning piisava valgustuse korral. Kas on vaja kindlaks teha, millest see võib olla tingitud?

Vastus: Põhjuseks võib olla asjaolu, et preparaat oli lavale asetatud valesti: katteklaasiga allapoole ja suure suurendusega töötades ei võimalda slaidi paksus täpset teravustamist.

2. Preparaat asetatakse mikroskoobi objektilauale, mille statiivi jala põhjas on peegel. Auditooriumis on nõrk kunstvalgus. Objekt on väikese suurendusega selgelt nähtav, kuid proovides seda x40 objektiivi suurendusega uurida, pole objekt vaateväljas näha, näha on tume laik. Kas on vaja kindlaks teha, millest see võib olla tingitud?

Vastus: Põhjuseid võib olla mitu: 1 - õppetööks kasutati peegli lamedat külge ja ruum ei ole eredalt valgustatud, mistõttu ei ole suure suurendusega objekt hästi valgustatud ega ole vaateväljas nähtav; 2 - võib-olla oli revolvri liikumine ebapiisav, ei klõpsatanud, nii et objektiiv pole uuritava objekti vastu; 3 - vaadake, kuidas preparaat asetatakse objektilauale, võib-olla asetatakse see katteklaasiga allapoole.

3. Uuritud preparaat oli kahjustatud: klaasklaas ja katteklaas purunesid. Selgitage, kuidas see juhtuda saab?

Vastus: Põhjus – makromeetri kruvi ebaõige käsitsemine. Ta langetab läätse preparaadi juurde. Sellega töötades tuleb vaadata mitte okulaari, vaid küljelt, kontrollides kaugust objektiivist preparaadini, mis on keskmiselt 0,5 cm.

4. Mikroskoobi kogusuurendus on ühel juhul 280, teisel juhul 900. Selgitage, milliseid läätsi ja okulaare kasutati esimesel ja teisel juhul ning milliseid objekte need võimaldavad teil uurida?

Vastus:Esimesel juhul kasutatakse x7 okulaari ja x40 objektiivi, sellise suurenduse juures on näha suuri mikroobjekte (näiteks sibula naharakud, konnavererakud, juukserist); teisel juhul kasutatakse x10 okulaari ja x90 objektiivi, sellise suurendusega on võimalik immersioonõli abil uurida kõige väiksemaid mikroobjekte (rakuorganellid, bakterikolooniad, väikesed algloomarakud, inimese vererakud).

5. Kuidas tuleks preparaati paigutada, et objekti sisse näha soovitud vorm?

Vastus:Preparaat tuleb asetada objektilauale katteklaasiga ülespoole, objekt peab asuma objektilaua ava keskel, arvestades asjaolu, et kujutis mikroskoobis on tagurpidi.

6. Mitmete kaasasündinud lüsosomaalsete "hoiustamishaiguste" korral koguneb rakkudesse märkimisväärne hulk lõhestamata aineid sisaldavaid vakuoole. Näiteks Pompe tõve korral koguneb lüsosoomidesse glükogeen. Selgitage, millega see nähtus on seotud, lähtudes selle raku organoidi funktsionaalsest rollist.

Vastus: Rakus olevad lüsosoomid osalevad rakusisese seedimise protsessides, need sisaldavad umbes 40 hüdrolüütilist ensüümi: proteaase, nukleaase, glükosidaase, fosforülaase jne. Sel juhul puudub ensüümide komplektis ensüümi happe a-glükosidaas, mis osaleb lüsosoomide toimimine.

7. Patoloogiliste protsesside korral suureneb rakkudes tavaliselt lüsosoomide arv oluliselt. Sellest lähtuvalt tekkis idee, et lüsosoomid võivad rakusurmas aktiivselt osaleda. Siiski on teada, et lüsosoomide membraani purunemisel kaotavad vabanenud hüdrolaasid oma aktiivsuse, kuna tsütoplasmas on nõrgalt aluseline keskkond. Selgitage lüsosoomide rolli antud juhul, lähtudes selle organelli funktsionaalsest rollist rakus.

Vastus: Üks lüsosoomide funktsioone on autolüüs ehk autofagia. Praegu kipuvad nad uskuma, et autofagotsütoosi protsess on seotud muutunud, "katkiste" rakukomponentide valiku ja hävitamisega. Sel juhul toimivad lüsosoomid rakusisese puhastusvahendina, mis kontrollib defektseid struktuure. Konkreetsel juhul on lüsosoomide kogunemine seotud selle funktsiooni täitmisega ensüümide poolt - surnud rakkude autolüüsiga.

8. Selgitage, milliseid tagajärgi võib loomarakk oodata, kui rakukeskuses on puudu üks tsentriool ja kiirgussfäär (astrosfäär).

Tsentrosoomid on loomarakkude jaoks hädavajalikud, nad osalevad pooluste moodustamises ja paiknevad poolustes, mittejagunevates rakkudes määravad nad rakkude polaarsuse. Selle organoidi puudumisel ei ole selline rakk võimeline vohama.

9. Tavaliselt, kui rakulist patoloogiat seostatakse peroksisoomide puudumisega maksa- ja neerurakkudes, siis sellise haigusega organism ei ole elujõuline. Selgitage seda asjaolu, lähtudes selle organelli funktsionaalsest rollist rakus.

Vastus: Mikrokehadel ehk peroksisoomidel on oluline roll vesinikperoksiidi metabolismis, mis on tugevaim rakusisene mürk ja hävitab rakumembraane. Maksa peroksisoomides moodustab katalaasi ensüüm kuni 40% kõigist valkudest ja täidab kaitsefunktsiooni. Tõenäoliselt põhjustab nende ensüümide puudumine pöördumatuid muutusi rakkude, kudede ja elundite funktsioneerimise tasemel.

10. Selgitage, miks talvel uinuvatel marmotidel ja talvitavatel nahkhiirtel südamelihase rakkudes mitokondrite arv järsult väheneb.

Vastus: Mitokondrite arv südamelihase rakkudes sõltub südame funktsionaalsest koormusest ja energiatarbimisest, mis toodetakse ja akumuleerub rakkude "energiajaamades" kõrge energiaga ATB sidemetesse, mis on mitokondrid. Loomade organismis talveune ajal aeglustuvad ainevahetusprotsessid ja südame koormus on minimaalne.

11. On teada, et selgroogsetel on veri punane, osadel selgrootutel (peajalgsetel) sinine. Selgitage, milliste mikroelementide olemasoluga on nende loomadega seotud teatud verevärv?

Vastus: Nende loomade veri on sinine. see sisaldab vaske (Cu) sisaldavat hemotsüaniini.

12. Nisuterad ja päevalilleseemned on rikkad orgaanilise aine poolest. Selgitage, miks on jahu kvaliteet seotud selles oleva gluteeni sisaldusega, milliseid orgaanilisi aineid leidub nisujahu gluteenis. Milliseid orgaanilisi aineid leidub päevalilleseemnetes?

Vastus: Gluteen on see osa jahust, mis sisaldab valgukomponenti, tänu millele hinnatakse jahu kvaliteeti kõrgemalt. Päevalilleseemnetes leidub koos valkude ja süsivesikutega märkimisväärses koguses taimseid rasvu.

13. Neuronite vahajas lipofustsinoos võib avalduda erinevas vanuses (lapseeas, nooruses ja täiskasvanueas), need on tõelised ladestushaigused, mis on seotud suures koguses hüdrolüütilisi ensüüme sisaldavate membraanistruktuuri organellide talitlushäiretega. Sümptomiteks on tsentraalse kahjustuse tunnused närvisüsteem aju atroofiaga liituvad krambihood. Diagnoos tehakse elektronmikroskoopia abil - paljude kudede nendes rakuorganellides leitakse patoloogilisi lisandeid. Selgitage, millises rakkude organellis on funktsioon häiritud?

Vastus: selle patoloogiaga inimestel on lüsosoomide funktsioon häiritud, võib-olla mõned ensüümid puuduvad või ei sisaldu, seetõttu leitakse lüsosoomides mittetäielikult lõhenenud struktuure.

14. Patsiendil diagnoositi haruldane glükoproteiinide akumulatsiooni haigus, mis on seotud polüsahhariidsidemeid lõhustavate hüdrolaaside puudulikkusega, mida iseloomustavad neuroloogilised häired ja mitmesugused somaatilised ilmingud. Fukosidoos ja mannosidoos põhjustavad kõige sagedamini surma lapsepõlves, aspartüülglükosaminuuria aga avaldub hilise algusega, raske vaimse alaarengu ja pikema kuluga ladestushaigusena.

Selgitage, millises rakkude organellis on funktsioon häiritud?

Vastus: selle patoloogiaga inimestel on lüsosoomide funktsioon häiritud, puuduvad ensüümid, mis lagundavad glükoproteiine, seetõttu leidub lüsosoomides mittetäielikult lõhenenud struktuure.

15. Rakuorganoidi talitlushäiretega seotud pärilik haigus, mis põhjustab rakkude energeetiliste funktsioonide rikkumisi – tuvastatud on kudede hingamise, spetsiifiliste valkude sünteesi rikkumine. See haigus kandub mõlemast soost lastele ainult emaliini kaudu. Selgitage, millises organellis muutused toimusid. Põhjenda vastust.

Vastus: on tekkinud defekt mitokondriaalses DNA-s, infot loetakse valesti, spetsiifiliste valkude süntees on häiritud, tekivad defektid Krebsi tsükli erinevates osades, hingamisahelas, mis tõi kaasa haruldase mitokondriaalse haiguse väljakujunemise.

16. Munaraku tuumas ja seemneraku tuumas on võrdne arv kromosoome, kuid tsütoplasma maht ja tsütoplasmaatiliste organellide arv munarakus on suurem kui seemnerakus. Kas DNA sisaldus nendes rakkudes on sama?

Vastus: Muna sisaldab rohkem DNA-d tänu mitokondriaalse DNA olemasolule.

17. Geenid, mis pidid hakkama tööle G 2 perioodil, jäid passiivseks. Kas see mõjutab mitoosi kulgu?

Vastus: G 2 perioodil sünteesitakse fission spindle filamentide tekkeks vajalikud valgud. Nende puudumisel on kromatiidide lahknemine mitoosi anafaasi häiritud või ei toimu üldse.

18. Diploidsete tuumadega binukleaarne rakk on sisenenud mitoosi (2n=46). Kui palju pärilikkusainet on rakul metafaasis ühe jagunemise spindli moodustumisel, samuti tütartuumasid mitoosi lõpus?

Vastus: Mõlemas mitoosi sattunud tuumas sisaldavad diploidse komplekti kromosoomid juba topeltkogust geneetilist materjali. Geneetilise informatsiooni hulk igas tuumas on 2n4s. Metafaasis, ühe jagunemise spindli moodustumisel, need komplektid ühinevad ja seega on geneetilise teabe hulk 4n8c (ise kahekordistunud või replitseeritud kromosoomide tetraploidne komplekt).

Selle raku mitoosi anafaasis hajuvad kromatiidid tütarrakkude poolustele. Mitoosi lõpus sisaldavad tütarrakkude tuumad geneetilise teabe kogust = 4n4c.

19. Pärast viljastamist tekkis 46,XX sügoot, millest peaks moodustuma naisekeha. Selle sügoodi esimesel mitootilisel jagunemisel (purustamisel) kaheks blastomeeriks ei hajunud aga ühe X-kromosoomi sõsarkromatiidid, olles üksteisest eraldunud, mööda 2. poolust, vaid mõlemad liikusid ühele poolusele.

Teise X-kromosoomi kromatiidide eraldumine toimus normaalselt. Kõik järgnevad mitootilised rakkude jagunemised embrüogeneesi ajal toimusid mitoosimehhanismi katkestamata, ilma täiendavaid muudatusi sisse viimata, kuid ilma muudetud kromosoomikomplekte korrigeerimata.

Milline saab olema sellest sügoodist arenenud indiviidi rakkude kromosoomikomplekt? Millised võiksid olla selle organismi fenotüübilised tunnused?

Vastus: Mittesugukromosoomide (autosoomide) kogum mõlemas blastomeeris on normaalne ja seda esindab diploidne arv = 44 mitte-isekordistuvat (mittereplitseeruvat) kromosoomi - sügoodi metafaasi kromosoomide endised kromatiidid.

Selle tulemusel on sellest sügoodist arenenud organismi rakkudel erinev kromosoomide komplekt, see tähendab, et toimub karüotüübi mosaiikism: 45, X / 47, XXX ligikaudu võrdsetes osades.

Fenotüüpselt on need naised, kellel on kerge kliinilise ilminguga Shereshevsky-Turneri sündroomi tunnused.

20. Pärast viljastamist tekkis 46,XY sügoot, millest a mehe keha. Selle sügoodi esimese mitootilise jagunemise (purustamise) ajal kaheks blastomeeriks ei eraldunud aga Y-kromosoomi õdekromatiidid ja kogu see isekahenenud (paljunenud) metafaasi kromosoom liikus tütarrakkude ühele poolusele ( blastomeerid).

X-kromosoomi kromatiidide eraldumine toimus normaalselt. Kõik järgnevad mitootilised rakkude jagunemised embrüogeneesi ajal toimusid mitoosimehhanismi katkestamata, ilma täiendavaid muudatusi sisse viimata, kuid ilma muudetud kromosoomikomplekte korrigeerimata.

Milline saab olema sellest sügoodist arenenud indiviidi rakkude kromosoomikomplekt? Arva ära, milline fenotüüp sellel inimesel olla võib?

Vastus: Kariotüüpne mosaiik: 45,X / 46,XY (lühendatult X0/XY) ligikaudu võrdsetes vahekordades. Seda tüüpi mosaiiksuse fenotüübilised variandid - 45,X / 46,XY on mitmekesised. Selline isend võib väliselt olla nii mees kui naine. Kirjeldatakse hermafroditismi juhtumeid mosaiiksuse 45,X / 46,XY indiviididel, kui keha oli väliselt naissoost, kuid paremalt poolt leiti munandik (munand), tupe kohal - peenis ja kusiti ava.

Geneetiline teave rakus. Geenid, geneetiline kood ja selle omadused. Biosünteetiliste reaktsioonide maatriks olemus. Valkude ja nukleiinhapete biosüntees

Geneetiline teave rakus

Omasuguste paljunemine on elavate inimeste üks põhiomadusi. Selle nähtuse tõttu on sarnasus mitte ainult organismide, vaid ka üksikute rakkude, aga ka nende organellide (mitokondrid ja plastiidid) vahel. Selle sarnasuse materiaalseks aluseks on DNA nukleotiidjärjestuses krüpteeritud geneetilise teabe edastamine, mis toimub tänu DNA replikatsiooni protsessidele (isedubleerumine). Kõik rakkude ja organismide omadused ja omadused realiseeruvad tänu valkudele, mille struktuuri määrab eelkõige DNA nukleotiidide järjestus. Seetõttu on just nukleiinhapete ja valkude biosüntees ainevahetusprotsessides ülimalt tähtis. Päriliku informatsiooni struktuuriüksus on geen.

Geenid, geneetiline kood ja selle omadused

Pärilik teave rakus ei ole monoliitne, see on jagatud eraldi "sõnadeks" - geenideks.

Gene on geneetilise informatsiooni põhiühik.

Mitmes riigis samaaegselt läbiviidud ja selle sajandi alguses valminud töö "Inimese genoomi" programmi kallal andis meile arusaama, et inimesel on vaid umbes 25-30 tuhat geeni, kuid info enamikust meie DNA-d ei loeta kunagi, kuna see sisaldab tohutul hulgal mõttetuid lõike, kordusi ja geene, mis kodeerivad inimese jaoks tähenduse kaotanud tunnuseid (saba, kehakarvad jne). Lisaks on dešifreeritud mitmed pärilike haiguste tekke eest vastutavad geenid, samuti sihtgeenid. ravimid. Selle programmi rakendamisel saadud tulemuste praktiline rakendamine lükkub aga edasi seni, kuni enamate inimeste genoomid on lahti kodeeritud ja selgub, mille poolest need erinevad.

Nimetatakse geene, mis kodeerivad valgu primaarset struktuuri, ribosomaalset või ülekande-RNA-d struktuurne ja geenid, mis aktiveerivad või pärsivad struktuurigeenide teabe lugemist - regulatiivsed. Kuid isegi struktuursed geenid sisaldavad reguleerivaid piirkondi.

Organismide pärilik teave krüpteeritakse DNA-s teatud nukleotiidide kombinatsioonide ja nende järjestuse kujul - geneetiline kood. Selle omadused on: kolmik, spetsiifilisus, universaalsus, liiasus ja mittekattuvus. Lisaks puuduvad geneetilises koodis kirjavahemärgid.

Iga aminohapet kodeerib DNA kolm nukleotiidi - kolmik näiteks metioniini kodeerib TAC-triplet, see tähendab tripleti kood. Teisest küljest kodeerib iga kolmik ainult ühte aminohapet, mis on selle spetsiifilisus või ühemõttelisus. Geneetiline kood on universaalne kõigile elusorganismidele, see tähendab, et pärilikku teavet inimese valkude kohta saavad lugeda bakterid ja vastupidi. See annab tunnistust orgaanilise maailma päritolu ühtsusest. Kolme nukleotiidi 64 kombinatsioonile vastavad aga vaid 20 aminohapet, mille tulemusena saavad ühte aminohapet kodeerida 2-6 tripletti ehk geneetiline kood on üleliigne ehk degenereerunud. Kolmel kolmikul pole vastavaid aminohappeid, neid nimetatakse stoppkoodonid, kuna need tähistavad polüpeptiidahela sünteesi lõppu.

Aluste järjestus DNA kolmikutes ja aminohapped, mida need kodeerivad

*Stoppkoodon, mis näitab polüpeptiidahela sünteesi lõppu.

Aminohapete nimetuste lühendid:

Ala - alaniin

Arg - arginiin

Asn - asparagiin

Asp - asparagiinhape

Val - valiin

Tema - histidiin

Gly - glütsiin

Gln – glutamiin

Glu - glutamiinhape

Ile - isoleutsiin

Leu - leutsiin

Liz - lüsiin

Meth - metioniin

Pro - proliin

Ser - seriin

Tyr - türosiin

Tre - treoniin

Kolm - trüptofaan

Fen - fenüülalaniin

cis - tsüsteiin

Kui hakkate geneetilist teavet lugema mitte tripleti esimesest nukleotiidist, vaid teisest, siis mitte ainult lugemisraam ei nihku - sel viisil sünteesitud valk on täiesti erinev mitte ainult nukleotiidjärjestuses, vaid ka struktuuris. ja omadused. Kolmikute vahel pole kirjavahemärke, seega pole lugemisraami nihutamisel takistusi, mis avab võimaluse mutatsioonide tekkeks ja säilimiseks.

Biosünteetiliste reaktsioonide maatriks olemus

Bakterirakud on võimelised dubleerima iga 20–30 minuti järel, eukarüootsed rakud aga iga päev ja veelgi sagedamini, mis nõuab DNA replikatsiooni suurt kiirust ja täpsust. Lisaks sisaldab iga rakk sadu ja tuhandeid koopiaid paljudest valkudest, eriti ensüümidest, seetõttu on nende paljundamiseks vastuvõetamatu nende tootmise "tükk" meetod. Progressiivsem viis on tembeldamine, mis võimaldab saada tootest arvukalt täpseid koopiaid ja ühtlasi vähendada selle maksumust. Tembeldamiseks on vaja maatriksit, millega tehakse jäljend.

Rakkudes on maatriksisünteesi põhimõte see, et uued valkude ja nukleiinhapete molekulid sünteesitakse vastavalt programmile, mis on sätestatud samade nukleiinhapete (DNA või RNA) olemasolevate molekulide struktuuris.

Valkude ja nukleiinhapete biosüntees

DNA replikatsioon. DNA on kaheahelaline biopolümeer, mille monomeerideks on nukleotiidid. Kui DNA biosüntees toimuks fotokopeerimise põhimõttel, tekiks paratamatult arvukalt moonutusi ja tõrkeid pärilikus informatsioonis, mis lõppkokkuvõttes tooks kaasa uute organismide hukkumise. Seetõttu on DNA dubleerimise protsess erinev, poolkonservatiivsel viisil: DNA molekul rullub lahti ja igal ahelal sünteesitakse komplementaarsuse põhimõttel uus ahel. DNA molekuli isepaljunemise protsessi, mis tagab päriliku informatsiooni täpse kopeerimise ja edasikandmise põlvest põlve nimetatakse nn. replikatsioon(alates lat. replikatsioon- kordamine). Replikatsiooni tulemusena moodustub DNA algmolekulist kaks absoluutselt täpset koopiat, millest igaüks kannab ühte algmolekuli koopiat.

Replikatsiooniprotsess on tegelikult äärmiselt keeruline, kuna selles osalevad mitmed valgud. Mõned neist kerivad lahti DNA kaksikheeliksi, teised lõhuvad komplementaarsete ahelate nukleotiidide vahelisi vesiniksidemeid, teised (näiteks DNA polümeraasi ensüüm) valivad komplementaarsuse põhimõttel uued nukleotiidid jne. Kaks DNA molekuli moodustuvad replikatsiooni tulemusena jagunevad jagunemise käigus kaheks vastloodud tütarrakud.

Vead replikatsiooniprotsessis on äärmiselt haruldased, kuid kui need ilmnevad, kõrvaldatakse need väga kiiresti nii DNA polümeraaside kui ka spetsiaalsete parandusensüümide poolt, kuna iga nukleotiidjärjestuse viga võib põhjustada valgu struktuuri ja funktsioonide pöördumatuid muutusi. ja lõppkokkuvõttes kahjustab uue raku või isegi indiviidi elujõulisust.

valkude biosüntees. Nagu 19. sajandi silmapaistev filosoof F. Engels piltlikult ütles: "Elu on valgukehade eksisteerimise vorm." Valgumolekulide struktuuri ja omadused määrab nende esmane struktuur, st DNA-s kodeeritud aminohapete järjestus. Selle teabe reprodutseerimise täpsusest ei sõltu mitte ainult polüpeptiidi enda olemasolu, vaid ka raku kui terviku toimimine, seetõttu on valkude sünteesi protsessil suur tähtsus. See näib olevat kõige keerulisem sünteesiprotsess rakus, kuna siin osaleb kuni kolmsada erinevat ensüümi ja muud makromolekuli. Lisaks voolab see suurel kiirusel, mis nõuab veelgi suuremat täpsust.

Valkude biosünteesis on kaks peamist etappi: transkriptsioon ja translatsioon.

Transkriptsioon(alates lat. transkriptsioon- ümberkirjutamine) on mRNA molekulide biosüntees DNA matriitsil.

Kuna DNA molekul sisaldab kahte antiparalleelset ahelat, siis mõlemast ahelast info lugemine tooks kaasa täiesti erinevate mRNA-de moodustumise, mistõttu on nende biosüntees võimalik ainult ühes ahelas, mida nimetatakse kodeerivaks ehk kodogeenseks, erinevalt teisest. mittekodeerivad või mittekodogeensed. Ümberkirjutamise protsessi tagab spetsiaalne ensüüm RNA polümeraas, mis selekteerib RNA nukleotiide vastavalt komplementaarsuse põhimõttele. See protsess võib toimuda nii tuumas kui ka organellides, millel on oma DNA – mitokondrites ja plastiidides.

Transkriptsiooni käigus sünteesitud mRNA molekulid läbivad keerulise translatsiooni ettevalmistamise protsessi (mitokondriaalsed ja plastiidsed mRNA-d võivad jääda organellidesse, kus toimub valkude biosünteesi teine ​​etapp). MRNA küpsemise protsessis kinnituvad sellele kolm esimest nukleotiidi (AUG) ja adenüülnukleotiidide saba, mille pikkus määrab, mitu valgu koopiat saab antud molekulil sünteesida. Alles siis lahkuvad küpsed mRNA-d tuumast läbi tuumapooride.

Paralleelselt toimub tsütoplasmas aminohapete aktiveerimise protsess, mille käigus seondub aminohape vastava vaba tRNA-ga. Seda protsessi katalüüsib spetsiaalne ensüüm, see kulutab ATP-d.

Saade(alates lat. saade- ülekanne) on polüpeptiidahela biosüntees mRNA maatriksil, mille käigus geneetiline informatsioon transleeritakse polüpeptiidahela aminohappejärjestuseks.

Valgu sünteesi teine ​​etapp toimub kõige sagedamini tsütoplasmas, näiteks krobelisel endoplasmaatilisel retikulumil. Selle esinemine eeldab ribosoomide olemasolu, tRNA aktiveerimist, mille käigus need seovad vastavad aminohapped, Mg2+ ioonide olemasolu, samuti optimaalsed tingimused keskkond (temperatuur, pH, rõhk jne).

Saate alustada algatus) sünteesiks valmis mRNA molekuli külge kinnitub väike ribosoomi alaühik ja seejärel komplementaarsuse põhimõtte kohaselt selekteeritakse aminohapet metioniini kandev tRNA esimesse koodonisse (AUG). Alles siis liitub ribosoomi suur subühik. Kokkupandud ribosoomi sees on kaks mRNA koodonit, millest esimene on juba hõivatud. Sellega külgneva koodoni külge kinnitub teine, samuti aminohapet kandev tRNA, misjärel tekib ensüümide abil aminohappejääkide vahel peptiidside. Ribosoom liigutab ühte mRNA koodonit; esimene aminohappest vabastatud tRNA-st naaseb järgmise aminohappe saamiseks tsütoplasmasse ja ülejäänud tRNA küljes ripub justkui tulevase polüpeptiidahela fragment. Järgmine tRNA liitub uue koodoniga, mis on ribosoomi sees, protsess kordub ja samm-sammult polüpeptiidahel pikeneb, s.t. pikenemine.

Valgu sünteesi lõpp lõpetamine) tekib niipea, kui mRNA molekulis, mis ei kodeeri aminohapet (stoppkoodon), kohtab spetsiifilist nukleotiidjärjestust. Pärast seda eraldatakse ribosoom, mRNA ja polüpeptiidahel ning äsja sünteesitud valk omandab sobiva struktuuri ja transporditakse raku sellesse ossa, kus see hakkab oma funktsioone täitma.

Translatsioon on väga energiamahukas protsess, kuna ühe ATP molekuli energia kulub ühe aminohappe kinnitamiseks tRNA-le ja veel mitut kasutatakse ribosoomi liigutamiseks mööda mRNA molekuli.

Teatud valgumolekulide sünteesi kiirendamiseks saab mRNA molekuli külge järjestikku kinnitada mitu ribosoomi, mis moodustavad ühtse struktuuri - polüsoom.

Rakk on elusolendi geneetiline üksus. Kromosoomid, nende struktuur (kuju ja suurus) ja funktsioonid. Kromosoomide arv ja nende liigiline püsivus. Somaatilised ja sugurakud. Raku elutsükkel: interfaas ja mitoos. Mitoos on somaatiliste rakkude jagunemine. Meioos. Mitoosi ja meioosi faasid. Sugurakkude areng taimedes ja loomades. Rakkude jagunemine on organismide kasvu, arengu ja paljunemise aluseks. Meioosi ja mitoosi roll

Rakk on elu geneetiline üksus

Hoolimata asjaolust, et nukleiinhapped on geneetilise teabe kandjad, on selle teabe rakendamine väljaspool rakku võimatu, mida on lihtne tõestada viiruste näitel. Need organismid, mis sisaldavad sageli ainult DNA-d või RNA-d, ei saa iseseisvalt paljuneda, selleks peavad nad kasutama raku pärilikku aparaati. Nad ei suuda isegi rakku tungida ilma raku enda abita, välja arvatud membraanitranspordi mehhanisme kasutades või rakukahjustuse tõttu. Enamik viirusi on ebastabiilsed, nad surevad pärast mõnetunnist vabas õhus viibimist. Seetõttu on rakk elavate inimeste geneetiline üksus, millel on minimaalne komplekt komponendid päriliku teabe säilitamiseks, muutmiseks ja rakendamiseks, samuti selle edastamiseks järglastele.

Suurem osa eukarüootse raku geneetilisest informatsioonist asub tuumas. Selle organisatsiooni tunnuseks on see, et erinevalt prokarüootse raku DNA-st ei ole eukarüootsed DNA molekulid suletud ja moodustavad valkudega kompleksseid komplekse - kromosoome.

Kromosoomid, nende struktuur (kuju ja suurus) ja funktsioonid

Kromosoom(kreeka keelest. kroomitud- värv, värv ja säga- keha) on raku tuuma struktuur, mis sisaldab geene ja kannab teatud pärilikku teavet keha tunnuste ja omaduste kohta.

Mõnikord nimetatakse prokarüootide ring-DNA molekule ka kromosoomideks. Kromosoomid on võimelised ise paljunema, neil on struktuurne ja funktsionaalne individuaalsus ning nad säilitavad selle mitme põlvkonna jooksul. Iga rakk kannab endas kogu keha pärilikku teavet, kuid ainult väike osa sellest töötab.

Kromosoomi aluseks on kaheahelaline DNA molekul, mis on pakitud valkudega. Eukarüootides interakteeruvad histooni ja mittehistooni valgud DNA-ga, prokarüootides histooni valgud puuduvad.

Kromosoomid on kõige paremini nähtavad valgusmikroskoobi all rakkude jagunemise ajal, kui need muutuvad tihendamise tulemusena vardakujulisteks kehadeks, mis on eraldatud esmase kitsendusega - tsentromeer - õlgadele. Kromosoomil võib olla ka sekundaarne kitsendus, mis teatud juhtudel eraldab nn satelliit. Kromosoomide otsad on nn telomeerid. Telomeerid takistavad kromosoomide otste kokkukleepumist ja tagavad nende kinnitumise tuumamembraanile mittejagunevas rakus. Jagunemise alguses on kromosoomid kahekordistunud ja koosnevad kahest tütarkromosoomist - kromatiidid kinnitatud tsentromeerile.

Kuju järgi eristatakse võrdse käega, ebavõrdse käega ja vardakujulisi kromosoome. Kromosoomide suurused on märkimisväärselt erinevad, kuid keskmise kromosoomi suurus on 5 $ × $ 1,4 µm.

Mõnel juhul sisaldavad kromosoomid arvukate DNA dubleerimise tulemusena sadu ja tuhandeid kromatiide: selliseid hiiglaslikke kromosoome nimetatakse nn. polüetüleen. Neid leidub Drosophila vastsete süljenäärmetes, aga ka ümarusside seedenäärmetes.

Kromosoomide arv ja nende liigiline püsivus. Somaatilised ja sugurakud

Rakuteooria järgi on rakk organismi struktuuri, elu ja arengu üksus. Seega on rakutasandil tagatud elusolendite sellised olulised funktsioonid nagu organismi kasv, paljunemine ja areng. Mitmerakuliste organismide rakud võib jagada somaatilisteks ja sugurakkudeks.

somaatilised rakud on kõik keharakud, mis tekivad mitootilise jagunemise tulemusena.

Kromosoomide uurimine võimaldas kindlaks teha, et iga bioloogilise liigi organismi somaatilisi rakke iseloomustab konstantne kromosoomide arv. Näiteks inimesel on neid 46. Somaatiliste rakkude kromosoomide komplekti nimetatakse diploidne(2n) või topelt.

sugurakud, või sugurakud, on spetsiaalsed rakud, mis teenivad seksuaalset paljunemist.

Sugurakud sisaldavad alati poole vähem kromosoome kui somaatilistes rakkudes (inimesel - 23), seega nimetatakse sugurakkude kromosoomide komplekti nn. haploidne(n) või üksik. Selle teket seostatakse meiootiliste rakkude jagunemisega.

Somaatiliste rakkude DNA kogus on tähistatud kui 2c ja sugurakkude DNA kogus 1c. Somaatiliste rakkude geneetiline valem on kirjutatud kui 2n2c ja sugu - 1n1c.

Mõnede somaatiliste rakkude tuumades võib kromosoomide arv erineda nende arvust somaatilistes rakkudes. Kui see erinevus on ühe, kahe, kolme jne haploidsete hulga võrra suurem, siis nimetatakse selliseid rakke polüploidne(vastavalt tri-, tetra-, pentaploidne). Sellistes rakkudes on ainevahetusprotsessid tavaliselt väga intensiivsed.

Kromosoomide arv iseenesest ei ole liigispetsiifiline tunnus, kuna erinevatel organismidel võib olla võrdne arv kromosoome, samas kui lähedastel organismidel võib olla erinev arv. Näiteks malaariaplasmoodiumil ja hobuste ümarussil on kaks kromosoomi, inimestel ja šimpansil vastavalt 46 ja 48.

Inimese kromosoomid jagunevad kahte rühma: autosoomid ja sugukromosoomid (heterokromosoomid). Autosoom inimese somaatilistes rakkudes on 22 paari, need on meestel ja naistel ühesugused ning sugukromosoomid ainult üks paar, kuid tema määrab isendi soo. Sugukromosoome on kahte tüüpi - X ja Y. Naise keharakud kannavad kahte X-kromosoomi ja meestel X- ja Y-kromosoomi.

Karüotüüp- see on organismi kromosoomikomplekti märkide kogum (kromosoomide arv, kuju ja suurus).

Kariotüübi tingimuslik rekord sisaldab kromosoomide koguarvu, sugukromosoome ja võimalikke kõrvalekaldeid kromosoomide komplektis. Näiteks normaalse mehe kariotüüp on kirjutatud 46,XY, normaalse naise karüotüüp aga 46,XX.

Raku elutsükkel: interfaas ja mitoos

Rakud ei teki iga kord uuesti, need tekivad ainult emarakkude jagunemise tulemusena. Pärast eraldamist kulub tütarrakkudel veidi aega, et moodustada organellid ja omandada sobiv struktuur, mis tagaks teatud funktsiooni täitmise. Seda ajaperioodi nimetatakse valmimine.

Nimetatakse ajavahemikku raku ilmumisest jagunemise tulemusena kuni selle jagunemiseni või surmani raku elutsükkel.

Eukarüootsetes rakkudes jaguneb elutsükkel kaheks põhifaasiks: interfaas ja mitoos.

Interfaas- see on ajavahemik elutsüklis, mille jooksul rakk ei jagune ja toimib normaalselt. Interfaas jaguneb kolmeks perioodiks: G 1 -, S- ja G 2 -periood.

G 1 -periood(presünteetiline, postmitootiline) on rakkude kasvu ja arengu periood, mille jooksul toimub aktiivne RNA, valkude ja muude ainete süntees, mis on vajalikud vastloodud raku täielikuks elutegevuseks. Selle perioodi lõpuks võib rakk hakata valmistuma DNA dubleerimiseks.

IN S-periood(sünteetiline) toimub DNA replikatsiooni protsess. Ainus kromosoomi osa, mis ei replikatsiooni ei toimu, on tsentromeer, mistõttu tekkivad DNA molekulid ei lahkne täielikult, vaid jäävad sellesse kinni ning jagunemise alguses on kromosoom X-kujuline. Raku geneetiline valem pärast DNA dubleerimist on 2n4c. Ka S-perioodil toimub rakukeskuse tsentrioolide kahekordistumine.

G 2 -periood(postsünteetiline, premitootiline) iseloomustab raku jagunemise protsessiks vajalik RNA, valkude ja ATP intensiivne süntees, samuti tsentrioolide, mitokondrite ja plastiidide eraldamine. Kuni interfaasi lõpuni jäävad kromatiin ja nukleool selgelt eristatavaks, tuumamembraani terviklikkus ei ole häiritud ja organellid ei muutu.

Mõned keharakud on võimelised täitma oma funktsioone kogu keha eluea jooksul (meie aju neuronid, südame lihasrakud), teised eksisteerivad lühikest aega, misjärel surevad (sooleepiteeli rakud). , naha epidermise rakud). Järelikult peavad organismis pidevalt toimuma rakkude jagunemise protsessid ja uute rakkude teke, mis surnud asendaksid. Jagunemisvõimelisi rakke nimetatakse varre. Inimese kehas leidub neid punases luuüdis, naha epidermise sügavates kihtides ja mujal. Neid rakke kasutades saate kasvatada uue organi, saavutada noorendamise ja ka keha kloonida. Tüvirakkude kasutamise väljavaated on üsna selged, kuid selle probleemi moraalseid ja eetilisi aspekte arutatakse endiselt, kuna enamasti kasutatakse abordi käigus hukkunud inimese embrüotest saadud embrüonaalseid tüvirakke.

Interfaasi kestus taime- ja loomarakkudes on keskmiselt 10–20 tundi, mitoos aga umbes 1–2 tundi.

Mitmerakuliste organismide järjestikuste jagunemiste käigus muutuvad tütarrakud üha mitmekesisemaks, kuna loevad infot järjest suuremalt arvult geenidelt.

Mõned rakud lõpetavad lõpuks jagunemise ja surevad, mis võib olla tingitud teatud funktsioonide täitumisest, nagu naha epidermise rakkude ja vererakkude puhul, või nende rakkude kahjustamisest keskkonnategurite, eelkõige patogeenide poolt. Geneetiliselt programmeeritud rakusurma nimetatakse apoptoos, kui juhuslik surm - nekroos.

Mitoos on somaatiliste rakkude jagunemine. Mitoosi faasid

Mitoos- somaatiliste rakkude kaudse jagunemise meetod.

Mitoosi käigus läbib rakk järjestikuste faaside jada, mille tulemusena saab iga tütarrakk samasuguse kromosoomikomplekti, mis emarakus.

Mitoos jaguneb neljaks põhifaasiks: profaas, metafaas, anafaas ja telofaas. Profaas- pikim mitoosi staadium, mille käigus toimub kromatiini kondenseerumine, mille tulemusena tulevad nähtavale kahest kromatiidist (tütarkromosoomidest) koosnevad X-kujulised kromosoomid. Sel juhul tuum kaob, tsentrioolid lahknevad raku pooluste suunas ja hakkab moodustuma mikrotuubulite akromatiini spindel (spindel). Profaasi lõpus laguneb tuumamembraan eraldi vesiikuliteks.

IN metafaas kromosoomid joonduvad piki raku ekvaatorit oma tsentromeeridega, mille külge kinnituvad täielikult moodustunud jagunemisspindli mikrotuubulid. Selles jagunemisetapis on kromosoomid kõige tihedamad ja iseloomuliku kujuga, mis võimaldab uurida karüotüüpi.

IN anafaasis tsentromeerides toimub kiire DNA replikatsioon, mille tulemusena kromosoomid lõhenevad ja kromatiidid lahknevad mikrotuubulitega venitatuna raku pooluste suunas. Kromatiidide jaotus peab olema absoluutselt võrdne, kuna just see protsess säilitab kromosoomide arvu püsivuse keharakkudes.

Laval telofaas tütarkromosoomid kogunevad poolustele, despiraliseeruvad, nende ümber moodustuvad vesiikulitest tuumaümbrised ja äsja moodustunud tuumadesse tekivad tuumakesed.

Pärast tuuma jagunemist toimub tsütoplasma jagunemine - tsütokinees, mille käigus toimub emaraku kõigi organellide enam-vähem ühtlane jaotus.

Seega moodustub mitoosi tulemusena ühest emarakust kaks tütarrakku, millest igaüks on emaraku geneetiline koopia (2n2c).

Haigetes, kahjustatud, vananevates rakkudes ja keha spetsialiseeritud kudedes võib toimuda veidi erinev jagunemisprotsess - amitoos. Amitoos nimetatakse eukarüootsete rakkude otseseks jagunemiseks, kus geneetiliselt ekvivalentsete rakkude moodustumist ei toimu, kuna rakukomponendid jaotuvad ebaühtlaselt. See esineb taimedes endospermis ja loomadel maksas, kõhres ja silma sarvkestas.

Meioos. Meioosi faasid

Meioos- see on primaarsete sugurakkude (2n2c) kaudse jagunemise meetod, mille tulemusena moodustuvad haploidsed rakud (1n1c), kõige sagedamini sugurakud.

Erinevalt mitoosist koosneb meioos kahest järjestikusest raku jagunemisest, millest igaühele eelneb interfaas. Meioosi esimest jagunemist (meioosi I) nimetatakse vähendamine, kuna sel juhul väheneb kromosoomide arv poole võrra ja teine ​​jagunemine (meioos II) - võrrand, kuna selle käigus säilib kromosoomide arv.

I interfaas kulgeb sarnaselt mitoosi interfaasiga. Meioos I jaguneb neljaks faasiks: profaas I, metafaas I, anafaas I ja telofaas I. profaas I toimub kaks peamist protsessi – konjugatsioon ja üleminek. Konjugatsioon- see on homoloogsete (paaritud) kromosoomide liitmise protsess kogu pikkuses. Konjugatsiooni käigus tekkinud kromosoomipaarid säilivad kuni metafaasi I lõpuni.

Üleminek- homoloogsete kromosoomide homoloogsete piirkondade vastastikune vahetus. Ülekandmise tulemusena omandavad mõlemalt vanemalt organismi saadud kromosoomid uued geenikombinatsioonid, mis toob kaasa geneetiliselt mitmekesiste järglaste ilmumise. Profaasi I lõpus, nagu ka mitoosi profaasis, kaob tuum, tsentrioolid lahknevad raku pooluste suunas ja tuumaümbris laguneb.

IN metafaas I kromosoomipaarid reastuvad piki raku ekvaatorit, nende tsentromeeride külge on kinnitatud spindli mikrotuubulid.

IN anafaas I kahest kromatiidist koosnevad terved homoloogsed kromosoomid lahknevad poolustele.

IN telofaas I kromosoomide klastrite ümber raku poolustes tekivad tuumamembraanid, moodustuvad tuumakesed.

Tsütokinees I tagab tütarrakkude tsütoplasmade jagunemise.

Meioosi I (1n2c) tulemusena tekkinud tütarrakud on geneetiliselt heterogeensed, kuna nende kromosoomid, mis on juhuslikult raku poolustele hajutatud, sisaldavad ebavõrdseid geene.

Mitoosi ja meioosi võrdlevad omadused

II faas väga lühike, kuna selles DNA kahekordistumist ei toimu, st S-perioodi pole.

Meioos II samuti jagatud neljaks faasiks: II faas, II metafaas, II anafaas ja II telofaas. IN profaas II toimuvad samad protsessid, mis I profaasis, välja arvatud konjugatsioon ja üleminek.

IN metafaas II Kromosoomid asuvad piki raku ekvaatorit.

IN anafaas II Kromosoomid lõhenevad tsentromeeril ja kromatiidid venivad pooluste suunas.

IN telofaas II Tütarkromosoomide klastrite ümber moodustuvad tuumamembraanid ja nukleoolid.

Pärast tsütokinees II kõigi nelja tütarraku geneetiline valem on 1n1c, kuid neil kõigil on erinev geenide komplekt, mis tuleneb ema- ja isakromosoomide ristumisest ja juhuslikust kombinatsioonist tütarrakkudes.

Sugurakkude areng taimedes ja loomades

Gametogenees(kreeka keelest. sugurakud- naine, sugurakud- abikaasa ja genees- päritolu, esinemine) on küpsete sugurakkude moodustumise protsess.

Kuna sugulisel paljunemisel on enamasti vaja kahte isendit - emast ja isast, kes toodavad erinevaid sugurakke - munarakke ja spermat, siis peaksid nende sugurakkude moodustumise protsessid olema erinevad.

Protsessi iseloom sõltub suuresti ka sellest, kas see toimub taime- või loomarakus, kuna taimedes toimub sugurakkude moodustumisel ainult mitoos, loomadel aga nii mitoos kui ka meioos.

Sugurakkude areng taimedes. Kell katteseemnetaimed isas- ja emassugurakkude moodustumine toimub õie erinevates osades - vastavalt tolmukates ja pesades.

Enne meeste sugurakkude moodustumist - mikrogametogenees(kreeka keelest. mikros- väike) - toimub mikrosporogenees, see tähendab tolmukate tolmukatesse mikroeoste teket. Seda protsessi seostatakse emaraku meiootilise jagunemisega, mille tulemuseks on neli haploidset mikrospoori. Mikrogametogenees on seotud mikrospooride mitootilise jagunemisega, mis annab kahest suurest rakust koosneva isase gametofüüdi. vegetatiivne(sifonogeenne) ja madal generatiivne. Isasgametofüüt on pärast jagunemist kaetud tihedate kestadega ja moodustab õietolmutera. Mõnel juhul jaguneb generatiivne rakk mitootiliselt isegi õietolmu küpsemise protsessis ja mõnikord alles pärast emaka häbimärgisesse ülekandmist, moodustades kaks liikumatut isase sugurakku - sperma. Pärast tolmeldamist moodustub vegetatiivsest rakust õietolmutoru, mille kaudu tungivad spermatosoidid viljastamiseks pesa munasarja.

Naiste sugurakkude arengut taimedes nimetatakse megagametogenees(kreeka keelest. mega- suur). See esineb pesa munasarjas, millele eelneb megasporogenees, mille tulemusena moodustub tuumas paikneva megaspoori emarakust meiootilise jagunemise teel neli megaspoori. Üks megaspooridest jaguneb mitootiliselt kolm korda, andes emasele gametofüüdile kaheksa tuumaga embrüokoti. Järgneva tütarrakkude tsütoplasmade isoleerimisega saab ühest saadud rakkudest munarakk, mille külgedel asuvad nn sünergiidid, embrüokoti vastasotsas moodustuvad kolm antipoodi ja keskel. , kahe haploidse tuuma ühinemise tulemusena moodustub diploidne keskrakk.

Sugurakkude areng loomadel. Loomadel eristatakse kahte sugurakkude moodustumise protsessi - spermatogeneesi ja oogeneesi.

spermatogenees(kreeka keelest. sperma, spermatosoidid- seeme ja genees- päritolu, esinemine) on küpsete meessoost sugurakkude - spermatosoidide moodustumise protsess. Inimestel esineb see munandites ehk munandites ning jaguneb neljaks perioodiks: paljunemine, kasv, küpsemine ja moodustumine.

IN paaritumis hooaegürgsed sugurakud jagunevad mitootiliselt, mille tulemusena moodustuvad diploidid spermatogoonia. IN kasvuperiood spermatogooniad koguvad toitaineid tsütoplasmasse, suurenevad ja muutuvad primaarsed spermatotsüüdid, või I järgu spermatotsüüdid. Alles pärast seda sisenevad nad meioosi ( valmimisperiood), mille tulemuseks on esmalt kaks sekundaarne spermatotsüüt, või 2. järku spermatotsüüdid ja seejärel - neli haploidset rakku, millel on üsna palju tsütoplasma - spermatiidid. IN kujunemisperiood nad kaotavad peaaegu kogu tsütoplasma ja moodustavad lipu, mis muutub spermatosoidideks.

spermatosoidid, või kummikommid, - väga väikesed liikuvad isassugurakud pea, kaela ja sabaga.

IN pea, välja arvatud tuum, on akrosoom- modifitseeritud Golgi kompleks, mis tagab munaraku membraanide lahustumise viljastamise ajal. IN kaela seal on rakukeskuse tsentrioolid ja alus hobusesaba moodustavad mikrotuubulid, mis toetavad otseselt spermatosoidide liikumist. See sisaldab ka mitokondreid, mis annavad sperma liikumiseks ATP-energiat.

Ovogenees(kreeka keelest. ÜRO- muna ja genees- päritolu, esinemine) on küpsete naiste sugurakkude - munade moodustumise protsess. Inimestel esineb see munasarjades ja koosneb kolmest perioodist: paljunemine, kasv ja küpsemine. Spermatogeneesiga sarnased paljunemis- ja kasvuperioodid esinevad isegi emakasisese arengu ajal. Samal ajal tekivad mitoosi tulemusena esmastest sugurakkudest diploidsed rakud. oogonia, mis seejärel muutuvad diploidseks primaarseks munarakud, või 1. järku munarakud. aastal esinev meioos ja sellele järgnev tsütokinees valmimisperiood, mida iseloomustab emaraku tsütoplasma ebaühtlane jagunemine, nii et selle tulemusel saadakse algul üks sekundaarne munarakk, või munarakk 2. järk, Ja esimene polaarkeha, ja seejärel sekundaarsest munarakust - munarakk, mis säilitab kogu varu toitaineid, ja teine ​​polaarkeha, samas kui esimene polaarkeha on jagatud kaheks. Polaarkehad võtavad ära liigse geneetilise materjali.

Inimestel tekivad munad 28–29-päevase intervalliga. Munarakkude küpsemise ja vabanemisega seotud tsüklit nimetatakse menstruaaltsükliks.

Muna- suur naissoost sugurakk, mis ei kanna mitte ainult haploidset kromosoomide komplekti, vaid ka olulist toitainete pakkumist embrüo edasiseks arenguks.

Imetajate muna on kaetud nelja membraaniga, mis vähendab erinevate tegurite mõjul selle kahjustamise tõenäosust. Muna läbimõõt inimestel ulatub 150–200 mikronini, jaanalinnul võib see olla mitu sentimeetrit.

Rakkude jagunemine on organismide kasvu, arengu ja paljunemise aluseks. Mitoosi ja meioosi roll

Kui üherakulised organismid rakkude jagunemine toob kaasa indiviidide arvu suurenemise, s.t paljunemise, siis hulkraksetes organismides võib see protsess olla erinev tähendus. Seega on embrüo rakkude jagunemine, alustades sügoodist, bioloogiline alus omavahel seotud kasvu- ja arenguprotsessidele. Sarnaseid muutusi on näha ka inimestel noorukieas kui rakkude arv mitte ainult ei suurene, vaid kehas toimub ka kvalitatiivne muutus. Rakkude jagunemise aluseks on ka hulkraksete organismide paljunemine, näiteks mittesugulisel paljunemisel taastub selle protsessi tõttu mingist kehaosast terve keha ning sugulisel paljunemisel tekivad gametogeneesi käigus sugurakud, mis järgnevalt annavad. uus organism. Tuleb märkida, et eukarüootsete rakkude jagunemise peamised meetodid - mitoos ja meioos - omavad organismide elutsüklites erinevat tähendust.

Mitoosi tulemusena toimub päriliku materjali ühtlane jaotumine tütarrakkude vahel – ema täpsed koopiad. Ilma mitoosita oleks ühest rakust - sigootist - arenevate mitmerakuliste organismide olemasolu ja kasv võimatu, kuna kõik selliste organismide rakud peavad sisaldama sama geneetilist teavet.

Jagunemise käigus muutuvad tütarrakud struktuurilt ja funktsioonidelt järjest mitmekesisemaks, mis on seotud rakkudevahelise interaktsiooni tõttu neis uute geenirühmade aktiveerumisega. Seega on mitoos organismi arenguks vajalik.

See rakkude jagunemise meetod on protsesside jaoks vajalik mittesuguline paljunemine ning kahjustatud kudede ja elundite taastamine (taastamine).

Meioos omakorda tagab karüotüübi püsivuse sugulisel paljunemisel, kuna vähendab poole võrra enne sugulist paljunemist kromosoomide komplekti, mis seejärel viljastamise tulemusena taastub. Lisaks põhjustab meioos vanemate geenide uute kombinatsioonide ilmnemist, mis on tingitud kromosoomide ristumisest ja juhuslikust kombinatsioonist tütarrakkudes. Tänu sellele on järglased geneetiliselt mitmekesised, mis annab materjali looduslikuks valikuks ja on evolutsiooni materiaalseks aluseks. Kromosoomide arvu, kuju ja suuruse muutumine võib ühelt poolt kaasa tuua erinevate kõrvalekallete ilmnemise organismi arengus ja isegi selle surma, teisalt aga indiviidide ilmumiseni. keskkonnaga paremini kohanenud.

Seega on rakk organismide kasvu, arengu ja paljunemise üksus.

Bioloogid on avastanud, et embrüotel on kaitsesüsteem defektsete geneetiliste häiretega rakkude vastu. Isegi kui sellised rakud moodustavad tubli poole embrüost, saab organism neist lahti ja areneda üsna normaalselt. Selle mõistmiseks pidid teadlased looma tervetest ja haigetest rakkudest kimäärse embrüo. "Lenta.ru" tutvus uuringuga ja sai teada huvitavaid detaile.

Kui embrüo arengu varases staadiumis moodustuvad ebanormaalsed rakud, ei pruugi see olla märk sellest, et laps sünnib kaasasündinud defektidega. Cambridge'i ülikooli uus uuring paljastab mehhanismid, mis takistavad keha arengu rikkumisi. Selgub, et ebanormaalsed rakud hävivad ja asenduvad tervetega.

Füsioloogia ja neuroteaduse osakonna teadlaste meeskond uuris hiire embrüoid, milles mõned rakud sisaldasid ebanormaalselt palju kromosoome. Inimese embrüo igas rakus on reeglina 23 paari kromosoome. 22 - autosoomid, paariskromosoomid, samad mehe ja naise keha jaoks. Üks paar on sugukromosoomid, mis on meestel (XY) erinevad, kuid naistel (XX) samad. Aneuploidsus põhjustab muutusi kromosoomide arvus. Näiteks paarist jääb alles üks kromosoom või vastupidi, ilmub kolmas lisa. Olukorda, kus kahe kromosoomi asemel on kolm ühe kromosoomi koopiat, nimetatakse trisoomiaks. Võimalikud on ka kaks (tetrasoomia) ja kolm lisakromosoomi (pentasoomia). Aneuploidsus põhjustab häireid inimese arengus. Kõige kuulsam näide on Downi sündroom, mille puhul kahekümne esimesel kromosoomil on kolm koopiat.

Downi sündroom on ainus elujõuline trisoomia. Teised trisoomiad, nagu Patau sündroom (kromosoom 13) ja Edwardsi sündroom (kromosoom 18), põhjustavad tõsiseid arenguhäireid ja varajast surma pärast sündi. Teist tüüpi trisoomia autosoomides põhjustab embrüo surma, samas kui kõige levinum anomaalia on 16. kromosoomi trisoomia, mis põhjustab raseduse katkemist. Monosoomid põhjustavad raskemaid tagajärgi kui trisoomiad ja kõik on lootele surmavad. Ainus erand on Shereshevsky-Turneri sündroom, mis esineb naistel ja on põhjustatud ühe sugukromosoomi kaotusest. Selle haigusega kaasneb füüsilise ja vaimse arengu häired, samuti kääbus. Seevastu ekstra sugukromosoomidel on inimkeha arengule kerge mõju, kuid need võivad vaimset arengut negatiivselt mõjutada.

Rasedatele naistele, eriti vanematele naistele, kuna nende lastel on kõige suurem aneuploidsuse oht, pakutakse geneetiliste kõrvalekallete tõenäosuse ennustamiseks teste. 11. ja 14. rasedusnädala vahel võib tulevasele emale teha koorionibiopsia. Arst eemaldab platsentast koetükid ja rakke analüüsitakse kromosoomide arvu osas. Teine test, amniotsentees, uurib lootevee (amniootilise vedeliku) rakke. See test tehakse 15-20 rasedusnädalal ja tulemused on täpsemad.

Uue uuringu autorite tähelepanu köitis üks juhtum. Ühelt rasedalt tehtud koorioni biopsia näitas, et umbes veerand platsenta rakkudest oli geneetiliste kõrvalekalletega, kuid laps sündis tervena. Teadlased mõtlesid embrüot ümbritsevatesse kudedesse ebanormaalsete rakkude ilmumise põhjustele ja sellele, mil määral saab neid kasutada patoloogiaohu hindamiseks.

Ebanormaalseid rakke koos kromosoomide struktuuri ja arvu kõrvalekalletega täheldatakse ligikaudu 80–90 protsendil inimese embrüotest raseduse eelimplantatsiooniperioodil, mil viljastatud munarakk liigub mööda munajuha emale. Embrüo sisaldab nii normaalseid kui ka ebatervislikke rakke. See on tingitud vältimatutest vigadest mitoosis lõhustumise ajal, embrüonaalse arengu varases staadiumis, kui munarakk jaguneb väiksemateks rakkudeks või blastomeerideks. Kui embrüo kudedes leitakse geneetiliselt erinevaid rakke, räägivad need kromosomaalsest mosaiilisusest. Arvatakse, et mosaiikism on kunstliku viljastamise korral ebaõnnestunud raseduste peamine põhjus. Kuigi kromosomaalne mosaiikism on varajastes embrüodes väga levinud, ei ole see hilisemates staadiumides nii väljendunud.

Nii hiirtel kui ka inimestel lõpeb implantatsioonieelne areng kümnetest või sadadest rakkudest koosneva blastotsüsti moodustumisega. Blastotsüst koosneb mitmest rakurühmast – trofoblastist ja primitiivsest endodermist, mis moodustavad platsenta ja munakollane kott. Lisaks on veel kolmas rühm rakke, mis moodustavad embrüonaalse epiblasti, millest saab hiljem loote. Kõigi nende sugurakkude arengu võib jagada kahte etappi. Esimeses etapis moodustavad embrüo välimise osa rakud trofoblasti, sisemised rakud aga embrüoblasti. Teises etapis tekitab embrüoblast embrüonaalse epiblasti ja primitiivse endodermi. Rakurühmade õige arendamine varases staadiumis on vajalik kogu järgneva embrüogeneesi jaoks.

Oma uuringus lõi teadlaste meeskond idutee kimääri, mis on kromosomaalse mosaiikusega hiire embrüo bioloogiline mudel. Kasutati terveid hiire embrüoid 8-rakulises staadiumis koos ebanormaalsete rakkudega hiire embrüotega. Bioloogilise materjali valikut mõjutas asjaolu, et hiire embrüote implantatsioonieelne areng on väga sarnane inimese omaga ning kromosomaalse mosaiiksuse tase hiirtel on tunduvalt madalam kui inimestel.

Ebanormaalsete rakkude moodustumise esilekutsumiseks geneetiliste häiretega ravisid teadlased embrüoid reversiiniga. See ühend võib tappa vähirakke, kuid see võib samuti esile kutsuda aneuploidsust. Reversiin inhibeerib raku mehhanismi, mis kontrollib, kas kõik kromosoomid on spindli külge kinnitunud, et vältida raku kromosoomide valesti paigutamist. Kui embrüoid töödeldi reversesiiniga 4. ja 8. rakufaasis, muutus enamik rakke aneuploidseks.

Pilt: Helen Bolton / Gurdoni instituut, Cambridge'i ülikool

Embrüote töötlemine reversiiniga vähendas rakkude arvu igas rühmas, kuigi kõik rühmad arenesid edasi õigesti ja embrüo morfoloogia jäi puutumatuks. Hilisemates etappides embrüo aga suri. See meenutab embrüote saatust, mille rakkudes puuduvad kinetokooride – kromosoomi valgustruktuuride – sünteesis osalevad geenid, mille külge on kinnitatud jagunemisvõllid. Sellistele embrüotele on iseloomulik mosaiikne aneuploidsus ja nad surevad hilisemates arenguetappides.

Teadlased visualiseerisid embrüonaalsete kimääride arengut kõrge eraldusvõimega aeglustatud fotograafia abil, mis võimaldab teil näha embrüo iga rakku. Tulemused näitasid, et embrüodes, kus terved ja ebanormaalsed rakud jagunesid võrdselt, hävisid geneetiliste häiretega rakud apoptoosi – programmeeritud rakusurma – protsessis, kuigi platsentarakud jäid elujõuliseks. See võimaldas normaalsetel rakkudel võimu üle võtta ja kõik embrüo rakud olid terved. Juhul, kui terve raku kohta oli kolm ebanormaalset rakku, jäid häiretega rakud ellu, kuid normaalsete rakkude osakaal suurenes.

Pilt: Helen Bolton / Gurdoni instituut, Cambridge'i ülikool

Rakusurma aktiveerivad mehhanismid pole veel kindlaks tehtud. See uuring on aga esimene, mis näitab otseselt ebanormaalsete rakkude järkjärgulist kadumist embrüonaalsetest kudedest arengu varases staadiumis. Samuti saadi esimest korda tõendeid hüpoteesi kohta, et apoptoos põhjustab geneetiliste häiretega rakkude surma. Huvitav on see, et kui emaste hiirte emakasse siirdati pooled defektsete rakkudega kimäärsed embrüod, jäi embrüote ellujäämismäär sama kõrgeks kui tavaliselt.

Need tulemused on meditsiini jaoks väga olulised, eriti embrüonaalsete kudede biopsia jaoks. Nüüd on selge, miks loode ellu jääb, kuigi platsenta kudede analüüsid annavad halva prognoosi. Samuti on näidatud, et blastotsüsti enda rakkude usaldusväärsem biopsia võib olla ohutu ega kahjusta embrüot mingil moel.

Praegune lehekülg: 3 (raamatul on kokku 24 lehekülge) [juurdepääsetav lugemisväljavõte: 16 lehekülge]

Font:

100% +

§ 7. Keha rakuline ehitus

1 . Milline on loomaraku struktuur?

2. Mis on kromosoomide ülesanne?

3. Kuidas toimub rakkude jagunemine?

Keha välis- ja sisekeskkond. Väliskeskkond on see, milles organism asub. Inimene elab gaasilises keskkonnas, kuid võib ajutiselt viibida vees, näiteks suplemise ajal.

Keha sisekeskkonnaks nimetatakse keskkonda, mis on keha sees: seda eraldavad väliskeskkonnast keha kestad (nahk, limaskestad). See sisaldab kõiki keharakke. See on vedel, sellel on teatud soola koostis ja konstantne temperatuur. Pange tähele, et seedekanali sisu, kuse- ja hingamisteed ei kehti sisekeskkonna kohta. Väliskeskkonnaga piirneb ainult naha välimine keratiniseeritud kiht, mis koosneb surnud rakkudest ja mõned limaskestad. Nad kaitsevad sügavamaid rakke välistingimuste eest. Sisekeskkonna kaudu varustatakse inimkeha rakke kõige vajalikuga ning selle kaudu eemaldatakse nende elutegevuse käigus tekkinud ained.

Riis. 12. Rakk elektronmikroskoobi all: 1 - tsütoplasma; 2 - rakumembraan; 3 - südamik; 4 - tuum; 5 - tuumaümbris; 6 - endoplasmaatilise retikulumi membraanid; 7 - ribosoomid; 8 - mitokondrid; 9 - rakukeskus; 10 - lüsosoom

Raku struktuur. Vormi, struktuuri ja funktsiooni poolest on rakud äärmiselt mitmekesised, kuid struktuurilt sarnased. Iga rakk on teistest eraldatud rakumembraaniga. Enamikul rakkudest on tsütoplasma ja tuum (joonis 12).

Tuuma ehitus ja funktsioonid. Tuum on tsütoplasmast eraldatud tuumaümbrisega. Sellest leiate tuuma - ribosoomide kogunemiskoha, raku kõige olulisemad organellid.

Tuum sisaldab kromosoome, mis põhinevad DNA molekulidel. Neisse molekulidesse on kodeeritud kogu organismi pärilik informatsioon.

Nimetatakse DNA molekulide segmente, mis vastutavad konkreetse valgu sünteesi eest geenid. Iga kromosoom sisaldab sadu ja tuhandeid geene. Kromosoome saab mikroskoobi all vaadelda ainult rakkude jagunemise ajal: muudel perioodidel pole need nähtavad. Kontrollides valkude moodustumist, juhivad geenid kogu organismis toimuvate keerukate biokeemiliste reaktsioonide ahelat ja määravad seeläbi selle omadused. Tavalised inimese rakud sisaldavad igaüks 46 kromosoomi, sugurakkudes (munarakkudes ja spermatosoidides) 23 kromosoomi (poolkomplekt).

Raku välismembraan ja organellid. Väline rakumembraan on mõnele ainele kergesti läbilaskev ja teistele mitteläbilaskev. Sellist rakumembraani selektiivset läbilaskvust nimetatakse poolläbilaskvuseks. Rakumembraani kaudu saab rakk vett, toitaineid, hapnikku, ioone ning selle kaudu eemaldatakse raku ainevahetuse produktid. Rakumembraan tagab ka raku koostoime keskkonna ja teiste rakkudega. Nimetatakse püsivaid rakustruktuure, millest igaüks täidab oma spetsiifilisi funktsioone organellid või organellid. Rakus täidavad nad sama rolli kui keha organid.

Riis. 13. Endoplasmaatiline retikulum – raku transpordisüsteem (mikrofoto)

Ka rakusisene ruum on jagatud membraanidega. Need moodustuvad endoplasmaatiline retikulum- tuubulite, konteinerite, õõnsuste võrk (joonis 13). Endoplasmaatiline retikulum on omamoodi transpordisüsteem, mille kaudu liiguvad raku sees sünteesitud ained. Tänu sellele säilib kahepoolne side nii tuuma ja tsütoplasma kui ka raku erinevate organellide vahel.

paikneb endoplasmaatilise retikulumi membraanidel ribosoom, antud rakule spetsiifiliste valkude biosünteesi tagamine. Nende valkude koostise ja struktuuri määravad geenid. Spetsiaalne molekul, messenger RNA, toimib vahendajana, mis edastab informatsiooni valgu struktuuri kohta geenist ribosoomi.

Mitokondrid osaleda ainete bioloogilises oksüdatsioonis, mille tõttu vabaneb ja akumuleerub rakkude eluks vajalik energia. Neid kahemembraanilisi, optilises mikroskoobis vaevu nähtavaid moodustisi nimetatakse raku energiajaamadeks (joonis 14).

Bioloogilise oksüdatsiooni tõttu lagunevad keerulised orgaanilised ained ning sel juhul vabanevat energiat kasutavad rakud lihaste kokkutõmbumiseks, soojuse tekitamiseks ja rakustruktuuride moodustamiseks vajalike ainete sünteesiks.

Raku tuuma lähedal asub golgi aparaat, mis on lamedate paakide virn. Rakus sünteesitud ained sisenevad Golgi aparaati, kus nad läbivad edasisi biokeemilisi transformatsioone, pakitakse membraani vesiikulitesse ja kantakse nendesse kohtadesse rakus, kus neid vajatakse või transporditakse rakumembraanile ja lähevad rakust välja. Lisaks moodustab Golgi aparaat lüsosoome.

Riis. 14. Mitokondrid - raku energiajaam (mikrograaf)

Lüsosoomid- Need on väikesed membraani vesiikulid, mis sisaldavad bioloogiliselt aktiivseid aineid - toitainete seedimiseks vajalikke ensüüme. Rakku sisenevad keerulised molekulid lagunevad lüsosoomides lihtsamateks. Lisaks võivad lüsosoomid hävitada raku enda struktuure vananemise või embrüonaalse arengu käigus, kui kudesid asendatakse.

Loomaraku ja seega ka inimkeha raku kohustuslik organoid on rakukeskus, mis koosneb kahest tsentrioolid. Need väikesed silindrilised kehad asuvad tuuma lähedal üksteise suhtes täisnurga all. Rakkude pooldumisel on oluline roll rakukeskusel: jagunemisspindli kasv algab tsentrioolidest.

Mahu ja rakupinna vaheline seos. Rakkude suurus on piiratud, kuna raku mahu ja massi suurenemisega selle suhteline pind väheneb ja rakk ei saa enam vajalikku kogust toitaineid ega väljutada täielikult lagunemissaadusi. Seetõttu, olles saavutanud teatud suuruse, ei suurene selle maht.

raku pooldumine- keeruline protsess (joonis 15). Jagunemiseks valmistudes kahekordistub iga DNA molekul. Selle tulemusena ilmub kromosoomi paar identset DNA molekuli, mis seejärel muutuvad tütarrakkude iseseisvateks kromosoomideks.

Enne jagunemist tuum paisub ja suureneb. Kromosoomid on keerdunud spiraaliks ja muutuvad nähtavaks optilises mikroskoobis. Tuumaümbris kaob. Rakukeskuse tsentrioolid kahekordistuvad, lahknevad raku vastaspoolustele ja nende vahele moodustuvad spindlikiud.

Jagunemise järgmises faasis reastuvad kromosoomid raku ekvatoriaaltasandil. Iga kromosoomi paaris DNA molekulid on kinnitatud jagunemisspindli keermedesse. Peagi hakkavad lõhustumisspindli niidid paaritud DNA molekule vastaspoolustele tõmbama. Moodustub kaks uut komplekti, mis koosnevad samadest kromosoomidest ja seega samadest geenidest. Tütarrakkude kromosoomid moodustavad palle. Nende ümber sünteesitakse tuumaümbris, moodustub tuum. Heeliksiks keerdunud kromosoomid on täiesti lahti keeratud ja lakkavad olemast nähtavad. Samaaegselt kromosoomide lahknemisega jagunevad organellid kahe pooluse vahel ligikaudu ühtlaselt. Seejärel paisub rakumembraan sissepoole ja raku tsütoplasma jaguneb ahenemise teel. Moodustub kaks tütarrakku.

Riis. 15. Rakkude jagunemine: 1 - rakk (jagunemiste vahel) puhkeolekus; 2, 3, 4 - optilises mikroskoobis nähtavate kromosoomide moodustumine, nende paiknemine raku ekvatoriaaltasandil; 5 - kromosoomide lahknemine; 6 - kahe tütartuuma moodustumine, tsütoplasma jagunemise algus; 7 - kahe tütarraku moodustumine

Rakkude elujõulisus. Igal inimkeha rakul on konkreetne ülesanne. Vaatamata tohutule mitmekesisusele on ühised tunnused iseloomulikud kõigile rakkudele.

Ainevahetus ja energia. Üks raku põhiomadusi on võime ainevahetus ja energia. Rakku sisenevatest toitainetest tekivad kompleksained (iseloomulikud igale rakutüübile), tekivad rakustruktuurid. Paralleelselt uute ainete moodustumisega toimuvad orgaaniliste ainete – valkude, rasvade, süsivesikute – bioloogilise oksüdatsiooni protsessid. Sel juhul vabaneb raku eluks vajalik energia. Aktiivse töö tulemusena elusrakus tekivad pidevalt jääkained. Laguproduktid eemaldatakse rakust ja seejärel kehast.

Ainete süntees ja lagunemine toimub toime tõttu ensüümid. Need on valgulise iseloomuga bioloogilised katalüsaatorid, mis kiirendavad keemiliste protsesside kulgu mitu korda. Iga ensüüm toimib ainult teatud ühenditele. Neid kutsutakse substraat sellest ensüümist.

Ensüüme toodetakse nii taime- kui ka loomarakkudes. Mõnikord on nende tegevused sarnased. Niisiis, ensüüm katalaas, mis asub rakuseinas suuõõne, lihased, maks, on võimeline lagundama vesinikperoksiidi – organismis tekkivat kahjulikku ühendit.

Teeme katse. Valage keeduklaasi vesinikperoksiid ja tilgutage sinna peeneks hakitud kartulimugulatükid. Vedelik vahutab hapnikumullide tekke tõttu: mürgine vesinikperoksiid laguneb kahjutuks hapnikuks ja veeks.

Ensüümid toimivad nii rakkude sees kui ka väljaspool. Keetmisel valgud hävivad, mistõttu ensüümid kaotavad oma aktiivsuse. Mõned kemikaalid, näiteks raskmetallide soolad, panevad need samuti välja. (Kui keedate kartuleid, ei toimu vesinikperoksiidi lagunemisreaktsiooni.)

Raku kasv ja areng. Eluprotsessis toimub rakkude kasv ja areng. Rostom nimetatakse raku suuruse ja massi suurenemiseks ning arengut rakud on tema vanusega seotud muutused, sealhulgas oma funktsioonide täieliku täitmise võime saavutamine. Näiteks selleks, et luurakk saaks luua kõva ja vastupidava luuaine, peab see küpsema.

Rakkude puhkus ja erutus. Rakud võivad olla olekus puhata või võimeline erutus.

Erutudes kaasatakse rakk töösse ja täidab oma ülesandeid. Tavaliselt on üleminek erutusele seotud ärritus. Niisiis, vastuseks ärritusele tekitab närvirakk närviimpulsse; lihasrakk tõmbub kokku ja näärmerakk eritab saladust.

Seetõttu on ärritus raku mõjutamise protsess. See võib olla mehaaniline, elektriline, termiline, keemiline jne Vastuseks ärritusele liigub rakk puhkeseisundist erutusseisundisse, see tähendab aktiivsesse töösse.

Nimetatakse raku võimet reageerida stiimulile spetsiifilise reaktsiooniga erutuvus. Lihas- ja närvirakud on kõige erutavamad.

RAKUMEMBRAAN, TUUM, TSÜTOPLASMA, KROMOSOOMID, GEENID, ORGANOIDID, ENDOPLASMAATNE VÕRGUSTIK, RIBOSOOMID, MITOKONDRIAD, GOLGI APARAAT, LÜSOSOMID, TSENTRIOOLID, JAGUNEMINE, AINEVAHETUS JA RAKENDAMINE, ENERGIAKASUTAMINE, VÄLJASTUMINE, ENERGIAKASVATAMINE.

Küsimused

1. Milliseid funktsioone täidab rakumembraan?

2. Millised on tuuma ja tuuma ülesanded?

3. Mitu kromosoomi on inimese sugurakkudel – seemnerakk ja munarakk? Miks on teie arvates sugurakkude kromosoomide arv poole väiksem kui keharakkudes?

4. Nimeta raku peamised organellid.

5. Millised eluprotsessid on iseloomulikud enamikule inimkeha rakkudele?

6. Millised teiste organismide rakkudele iseloomulikud organellid inimese rakkudes puuduvad? Millised on need erinevused?

7. Selgitage rakkude kasvu ja arengu erinevust.

Ülesanded

1. Võrrelge inimkeha välis- ja sisekeskkonda. Millised on nende sarnasused ja erinevused?

2. Sisse pesupulbrid mõnikord lisatakse ensüüme. Kas nad käituvad pesu keetmisel ja pärast seda? Selgitage vastust.

3. Koostage ja täitke tabel "Põhiorganellid ja rakustruktuurid: struktuur ja funktsioonid."

§ 8. Kangad

1. Millisest koest koosneb nahk, suuõõne seinad, kõrv ja nina kõhr?

Kudede moodustumine. Jagunemise alguses on areneva embrüo kõik rakud ühesugused, kuid siis toimub nende spetsialiseerumine. Mõned neist eritavad rakkudevahelist ainet. Nimetatakse sarnase struktuuri ja päritoluga rakurühmi ja rakkudevahelisi aineid, mis täidavad ühiseid funktsioone koed. Iga elund koosneb mitmest koest, kuid üks neist on reeglina ülekaalus.

Loomade ja inimeste kehas eristatakse nelja peamist kudede rühma: epiteel-, side-, lihas- ja närvikude. Lihastes on ülekaalus näiteks lihaskude, kuid koos sellega on nii side- kui ka närvikude. Kude võib koosneda nii samadest kui ka erinevatest rakkudest.

Rakkudevaheline aine võib olla homogeenne või sisaldada mitmesuguseid struktuurseid moodustisi, näiteks kiukimpude kujul, mis annavad kudedele elastsuse ja elastsuse.

Epiteeli (integumentaarsed) koed(joon. 16) moodustavad naha välimised kihid (epidermis), ääristavad veresoonte, hingamisteede ja kusejuhade sisepinda. Epiteelkudede hulka kuulub ka näärmekude, mis toodab erinevaid saladusi (higi, sülg, maomahl, pankrease mahl).

Riis. 16. Epiteelkoed: A - lameepiteel; B - kuubikujuline epiteel; B - ripsepiteel; D - neerutorukesi vooderdav silindriline epiteel, milles moodustub sekundaarne uriin

Funktsioonide mitmekesisus on toonud kaasa epiteeli kudede märkimisväärse mitmekesisuse. Siiski on neil kõigil mitmeid ühiseid omadusi. Nende rakud on paigutatud tihedatesse ridadesse ühes või mitmes kihis, neil on väike kogus rakkudevahelist ainet, neid saab eemaldada ja asendada uutega. Epiteeli kudedel on kõrge taastumisvõime (taastumisvõime). Funktsioonide mitmekesisuse tõttu on epiteeli kudede rakkude struktuur erinev. Niisiis on hingamisteede ripsepiteelil ripsmed, mille abil eemaldatakse hingetoru ja bronhide niiskele pinnale settinud tolm. Mao epiteelirakud suudavad koguda tsütoplasmasse saladust. Seejärel lükatakse need tagasi, sisenevad maoõõnde ja hävitatakse seal, vabastades seedeensüüme.

Sidekuded. Need koed on veelgi mitmekesisemad (joonis 17). Nende hulka kuuluvad tugikuded - kõhr ja luu; vedelad koed - veri ja lümf, lahtine kiuline kude, mis täidab elunditevahelist ruumi, saadab veresooni ja närve; rasvkude; tihe kiuline kude, mis on osa kõõlustest ja sidemetest.

Riis. 17. Sidekoed: A - kõhr: 1 - mitterakuline aine; 2 - rakud; B - luu: 1 - luurakud; 2 - mitterakuline aine plaatide kujul (nende read on vooderdatud õõnsustega, milles veresooned ja närvid läbivad; luuplaadid on paigutatud mitmesse ritta, radiaalselt, rakud paiknevad piki nende perimeetrit): B - rasvkude: 1 - rakud; 2 - elastsed kiud; G - lahtine sidekude: 1 - rakud; 2 - kollageenkiud; 3 - elastsed kiud

Kõigil neil erinevatel kudedel on kõrge taastumisvõime ja ühine omadus- hästi arenenud rakkudevahelise aine olemasolu, mis määrab koe mehaanilised omadused. Luukoes on see kõva ja tugev, kõhres aga tugev ja elastne. Veres on see vedel, kuna täidab transpordifunktsiooni.

Sidekude leidub elundite membraanides, mida tuleb tugevalt venitada: emakas, maos, veresoontes jne. Tänu sidekoele saab nahk liikuda lihaste ja luude suhtes, mille külge see on kinnitatud.

Sidekoes on rakke, mis suudavad võidelda mikroorganismidega ja mis tahes organi põhikoe kahjustuse korral on see kude võimeline asendama kadunud elemente. Niisiis, vigastuste järel tekkinud armid koosnevad sidekoest. Tõsi, see ei suuda täita koe funktsioone, mille sidekude on asendanud.

Lihaskoe tüübid. Lihaskudesid on kolme tüüpi: sile, vöötskelett (joon. 18) ja vöötsüda. Kõikide lihaskudede üldised omadused - erutuvus Ja kontraktiilsus. Lihaskude tõmbub vastuseks stimulatsioonile kokku. Tänu vähendamisele viiakse läbi kõik inimese liigutused ja tema siseorganite töö.

Sujuv lihaskude koosneb spindlikujulistest rakkudest, millel on üks vardakujuline tuum. See kude on osa veresoonte seintest ja siseorganitest, nagu magu, sooled, bronhid ehk organid, mis töötavad meie tahte vastaselt automaatselt. Silelihaste abil muutub pupilli suurus, silmaläätse kumerus jne.

Silelihased tõmbuvad aeglaselt kokku, kuid võivad olla kokkutõmbumisseisundis väga pikka aega.

vöötmeline luustik lihaskoest moodustuvad skeletilihased, mis tõmbuvad kokku vabatahtlikult ehk meie soovil. Kontraktsioon tekib siis, kui lihasesse tulevad elektriimpulsid närvisüsteemi vastavatest osadest. Skeletilihased võimelised kiiresti kokku tõmbuma, kuid neil on raske pikka aega alandatud olekus püsida. Vöötlihaskude koosneb pikkadest mitmetuumalistest kiududest. Lihaskiu tuumad asuvad tavaliselt välismembraani all. Lihaskiu keskosa hõivavad kontraktiilsed filamendid - müofibrillid. Need koosnevad erineva tihedusega valkude (aktiini ja müosiin) vahelduvatest plaatidest, seetõttu paistavad need optilises mikroskoobis risti (triibulised).

Riis. 18. Lihaskoed: A - siledad; B - vöötluustiku

vöötidega kardiaalne lihaskude koosneb samuti lihaskiududest, kuid neil on mitmeid tunnuseid. Südame lihaskiud on ahel erilist lihasrakud- müotsüüdid. Need rakud on omavahel ühendatud spetsiaalsete kontaktidega. Tänu sellele struktuurile katab ühes kohas tekkinud erutus kiiresti kogu kontraktsioonis osaleva lihaskoe.

närvikude. See kude koosneb kahte tüüpi rakkudest: õiged närvirakud - neuronid ja tugirakud neurogliia.

Neuronite tunnus - kõrge erutuvus Ja juhtivus. Nad saavad signaale väljastpoolt ja sisekeskkond keha, neid läbi viia ja töödelda, mis on vajalik elundite töö kontrollimiseks. Neuronid on koondatud väga keerukateks ahelateks, mis tagavad teabe vastuvõtmise, töötlemise, säilitamise ja kasutamise (joonis 19).

Arvukad neuronite vahel paiknevad neurogliiarakud täidavad nendega seoses teenindavaid funktsioone: kaitse- ja toetavaid, toitvaid ja elektriliselt isoleerivaid funktsioone. Närvirakkude vahelist ruumi täites kaitsevad gliiarakud neid mehaaniliste löökide eest. Teised gliiarakud täidavad barjäärifunktsiooni, edastades verest neuronitesse ainult rangelt määratletud aineid.

Riis. 19. Närvirakud (neuronite võrk) (mikrograaf)

Neuron koosneb kehast ja protsessidest (joon. 20). Neuroni kehas on tuum ja peamised rakulised organellid. Neuronite protsessid erinevad struktuuri, kuju ja funktsiooni poolest.

Dendriit- protsess, mis edastab ergastuse neuroni kehasse. Kõige sagedamini on neuronil mitu lühikest hargnenud dendriiti. Siiski on neuroneid, millel on ainult üks pikk dendriit.

akson- see on pikk protsess, mis edastab teavet neuroni kehast järgmisele neuronile või tööorganile. Igal neuronil on ainult üks akson. Akson hargneb ainult lõpus, moodustades lühikesed oksad - terminalid.

Moodustuvad kaitsvate membraanidega kaetud neuronite pikad protsessid närvikiud.

Riis. 20. Neuroni ehitus: A - neuron: 1 - neuroni kehas paiknev tuum; 2 - dendriidid; 3 - akson; 4 - sünapsid; 5 - vöötlihase kiud; B - sünaps (suurendatud): 6 - teavet edastava neuroni aksoni ots; 7 - teavet tajuv rakk; 8 - bioloogiliselt aktiivse ainega vesiikulid; 9 - mitokondrid

Nimetatakse kokkupuutepunkte üksikute neuronite vahel või neuronite ja nende poolt kontrollitavate rakkude vahel sünapsid(joonis 20, B).

Aksoni laiendatud otsas spetsiaalsetes vesiikulites - vesiikulites on bioloogiliselt aktiivne aine neurotransmitterite rühmast. Kui piki aksonit leviv närviimpulss jõuab lõpuni, lähenevad vesiikulid membraanile, kinnituvad sellesse ja vahendajamolekulid väljutatakse sünaptilisse pilusse. Need kemikaalid toimivad teise raku membraanile ja edastavad sel viisil informatsiooni kontrollitava organi järgmisele neuronile või rakule. Neurotransmitter võib aktiveerida järgmise raku, põhjustades selle erutus. Siiski on vahendajaid, mis viivad järgmise neuroni inhibeerimiseni. Seda protsessi nimetatakse pidurdamine. Ergutus ja pärssimine on kriitilised protsessid esinevad närvisüsteemis. Just tänu nende kahe vastandliku protsessi tasakaalule saavad igal ajahetkel närviimpulsid tekkida ainult rangelt määratletud närvirakkude rühmas. Meie tähelepanu, võime keskenduda teatud tegevusele, on võimalik tänu neuronitele, mis lõikavad ära üleliigse teabe. Ilma nendeta oleks meie närvisüsteem väga kiiresti ülekoormatud ega saaks normaalselt töötada.

Teavet vastuvõtvatel rakkudel on tavaliselt palju sünapse. Ühe kaudu saavad nad aktiveerivaid signaale, teiste kaudu - inhibeerivaid. Kõik need signaalid summeeritakse, millele järgneb töö muutus.

Funktsioonide järgi võib kõik neuronid jagada kolme rühma: tundlikud, interkalaarsed ja täidesaatvad neuronid. Sensoorsed neuronid- Need on närvirakud, mis on närvisüsteemi "sissepääsu juures". Nad tajuvad teavet välis- ja sisekeskkonnast. Närvisüsteemi "väljapääsu juures" asuvad täidesaatvad neuronid. Sellesse rühma kuuluvad motoorsed neuronid, mis kontrollivad lihaseid (siledad ja vöötjad) ja sekretoorsed neuronid, mis edastavad närviimpulsse näärmetele. Interneuronid töötleb kogu saadud teavet ja loob ühenduse tundlike ja täidesaatvate neuronite vahel.

KOED: EPITELIAALNE, SIDE-, LIHAS-, NÄRVIS; NEURONID, DENDRIIT, AKSON, NEUROGLIA, NÄRVIKIUD, SÜNAPS.

Küsimused

1. Mida nimetatakse kangaks?

2. Milliseid kangaid sa tead? Koostage ja täitke tabel "Kangaste mitmekesisus".

3. Mille poolest erinevad sidekuded epiteeli kudedest?

4. Milliseid epiteeli- ja sidekoe liike te teate?

5. Millised omadused on lihaskoe rakkudel - sile, skeleti, südame?

6. Milliseid funktsioone täidavad neurogliia rakud?

7. Milline on neuronite ehitus ja omadused?

8. Võrdle dendriite ja aksoneid. Millised on nende sarnasused ja millised on põhimõttelised erinevused?

9. Mis on sünaps? Rääkige meile selle töö põhimõtetest.

Ülesanded

1. Otsige oma nahalt või sõpradelt arme. Tehke kindlaks, millisest kangast need on valmistatud. Selgitage, miks nad ei päevita ja erinevad oma struktuuri poolest tervetest nahapiirkondadest.

2. Vaadake mikroskoobi all epiteeli- ja sidekoe proove. Kasutades jooniseid 16 ja 17, kirjeldage nende struktuuri.

3. Leia jooniselt 20 neuroni keha, tuum, dendriidid ja akson. Määrake, millises suunas liiguvad närviimpulsid protsessides, kui rakk on erutatud.

4. On teada, et rindkere ja kõhuõõnde eraldab hingamises osalev diafragma. Kas see koosneb sile- või vöötlihastest? Hoidke hinge kinni, hingake juhuslikult sisse ja välja ning vastake sellele küsimusele.

5. Neuronite klassifikatsioone on palju. Mõnda neist te juba teate. Kasutades täiendavaid teabeallikaid, pakkuge välja muud klassifikatsioonid kui õpikus esitatud.