La storia della scoperta e dello studio delle cellule. Teoria delle cellule. Storia della scoperta delle cellule e fasi di sviluppo della citologia Fatti dalla storia dello studio della tabella delle cellule

La stragrande maggioranza delle cellule è microscopicamente piccola e non può essere vista ad occhio nudo. È diventato possibile vedere una cellula e iniziare a studiarla solo quando è stato inventato il microscopio. I primi microscopi apparvero all'inizio del XVII secolo. Il microscopio fu utilizzato per la prima volta per la ricerca scientifica dallo scienziato inglese Robert Hooke (1665). Esaminando sottili sezioni di sughero al microscopio, vide su di esse numerose piccole cellule. Hooke chiamò cellule queste cellule, separate le une dalle altre da pareti dense, usando per la prima volta il termine “cellula”.

Nel periodo successivo, che coprì la seconda metà del XVII secolo, tutto il XVIII secolo. e l'inizio del XIX secolo. Il microscopio veniva migliorato e si accumulavano dati sulle cellule animali e vegetali. Entro la metà del 19° secolo, il microscopio era stato notevolmente migliorato e si sapeva molto sulla struttura cellulare di piante e animali. I principali materiali sulla struttura cellulare delle piante in questo momento furono raccolti e riassunti dal botanico tedesco M. Schleiden.

Tutti i dati ottenuti sulla cellula servirono come base per la creazione della teoria cellulare della struttura degli organismi, formulata nel 1838 dallo zoologo tedesco T. Schwann. Studiando le cellule di animali e piante, Schwann scoprì che erano simili nella struttura e stabilì che la cellula è un'unità elementare comune di struttura degli organismi animali e vegetali. Schwann ha delineato la teoria della struttura cellulare degli organismi nella sua opera classica "Studi microscopici sulla corrispondenza nella struttura e nella crescita di animali e piante".

All'inizio del secolo scorso, il famoso scienziato, accademico dell'Accademia delle scienze russa Karl Baer scoprì l'uovo dei mammiferi e dimostrò che tutti gli organismi iniziano il loro sviluppo da una cellula. Questa cellula è un uovo fecondato, che si divide, forma nuove cellule e da esse si formano i tessuti e gli organi del futuro organismo.

La scoperta di Baer completò la teoria cellulare e lo dimostrò La cellula non è solo un'unità di struttura, ma anche un'unità di sviluppo di tutti gli organismi viventi.

Un'aggiunta estremamente significativa alla teoria cellulare fu la scoperta della divisione cellulare. Dopo la scoperta del processo di divisione cellulare, divenne del tutto ovvio che le nuove cellule si formano dividendo quelle esistenti e non rinascono da materia non cellulare.

La teoria della struttura cellulare degli organismi comprende anche i materiali più importanti per dimostrare l'unità dell'origine, della struttura e dello sviluppo dell'intero mondo organico. F. Engels apprezzò molto la creazione della teoria cellulare, ponendola in importanza accanto alla legge di conservazione dell'energia e alla teoria della selezione naturale di Charles Darwin.

Entro la fine del 19 ° secolo. Il microscopio è stato migliorato a tal punto che è diventato possibile studiare i dettagli della struttura cellulare e sono stati scoperti i suoi principali componenti strutturali. Allo stesso tempo, la conoscenza cominciò ad accumularsi sulle loro funzioni nella vita della cellula. Risale a quest’epoca la nascita della citologia, che attualmente rappresenta una delle discipline biologiche in più intenso sviluppo.

Metodi per lo studio delle cellule. La citologia moderna dispone di metodi di ricerca numerosi e spesso piuttosto complessi che hanno reso possibile stabilire sottili dettagli strutturali e identificare le funzioni di un'ampia varietà di cellule e dei loro componenti strutturali. Negli studi citologici continua a rivestire un ruolo di eccezionale importanza il microscopio ottico, che oggi è uno strumento complesso e sofisticato che consente ingrandimenti fino a 2500 volte. Ma anche un ingrandimento così elevato è lungi dall’essere sufficiente per vedere i dettagli più fini della struttura cellulare, anche se consideriamo sezioni di 5–10 mm di spessore. µm 1, verniciato con coloranti speciali.

Con l'invenzione del microscopio elettronico, che consente un ingrandimento di decine e centinaia di migliaia di volte, è iniziata un'era completamente nuova nello studio della struttura cellulare. Invece della luce, un microscopio elettronico utilizza un rapido flusso di elettroni e le lenti di vetro di un microscopio ottico-luce vengono sostituite da campi elettromagnetici. Gli elettroni che volano ad alta velocità vengono prima concentrati sull'oggetto studiato, per poi cadere su uno schermo, simile a uno schermo televisivo, sul quale è possibile osservare un'immagine ingrandita dell'oggetto o fotografarlo. Il microscopio elettronico è stato progettato nel 1933 e negli ultimi 10-15 anni è diventato particolarmente utilizzato per lo studio di oggetti biologici.

Per essere esaminate al microscopio elettronico, le cellule subiscono un'elaborazione molto complessa. Vengono preparate le sezioni più sottili delle cellule, il cui spessore è 100–500 A. Solo tali sezioni sottili sono adatte per l'esame al microscopio elettronico a causa della loro bassa permeabilità agli elettroni.

Recentemente, i metodi chimici per studiare le cellule sono stati utilizzati sempre di più. Un ramo speciale della chimica - la biochimica - oggi dispone di numerosi metodi sottili che consentono di stabilire con precisione non solo la presenza, ma anche il ruolo delle sostanze chimiche nella vita di una cellula e dell'intero organismo. Sono stati realizzati dispositivi complessi chiamati centrifughe, che sviluppano enormi velocità di rotazione (diverse decine di migliaia di giri al minuto). Utilizzando tali centrifughe, puoi facilmente separare i componenti strutturali di una cellula l'uno dall'altro, poiché hanno un peso specifico diverso. Questo metodo molto importante consente di studiare separatamente le proprietà di ciascuna parte della cellula.

Studiare una cellula vivente, le sue strutture e funzioni più fini è un compito molto difficile, e solo una combinazione di sforzi e colossale lavoro di citologi, biochimici, fisiologi, genetisti e biofisici ha permesso di studiare i suoi elementi strutturali in dettaglio e determinarne il ruolo.



I prerequisiti per la creazione della teoria cellulare furono l'invenzione e il miglioramento del microscopio e la scoperta delle cellule (1665, R. Hooke - studiando una sezione della corteccia di un albero di sughero, sambuco, ecc.). Le opere di famosi microscopisti: M. Malpighi, N. Grew, A. van Leeuwenhoek - hanno permesso di vedere le cellule degli organismi vegetali. A. van Leeuwenhoek scoprì organismi unicellulari nell'acqua. Innanzitutto è stato studiato il nucleo della cellula. R. Brown ha descritto il nucleo di una cellula vegetale. Ya. E. Purkine ha introdotto il concetto di protoplasma: contenuti cellulari gelatinosi liquidi.

Il botanico tedesco M. Schleiden fu il primo a concludere che ogni cellula ha un nucleo. Il fondatore della TC è considerato il biologo tedesco T. Schwann (insieme a M. Schleiden), che nel 1839 pubblicò l'opera "Studi microscopici sulla corrispondenza nella struttura e nella crescita di animali e piante". Le sue disposizioni:

1) la cellula è la principale unità strutturale di tutti gli organismi viventi (sia animali che vegetali);

2) se qualsiasi formazione visibile al microscopio ha un nucleo, allora può essere considerata una cellula;

3) il processo di formazione di nuove cellule determina la crescita, lo sviluppo, la differenziazione delle cellule vegetali e animali.

Aggiunte alla teoria cellulare furono apportate dallo scienziato tedesco R. Virchow, che nel 1858 pubblicò la sua opera "Patologia cellulare". Ha dimostrato che le cellule figlie si formano dividendo le cellule madri: ogni cellula da una cellula. Alla fine del 19° secolo. mitocondri, complesso del Golgi e plastidi furono scoperti nelle cellule vegetali. Dopo aver colorato le cellule in divisione con coloranti speciali, furono scoperti i cromosomi. Disposizioni moderne in materia di CT

1. La cellula è l'unità base della struttura e dello sviluppo di tutti gli organismi viventi ed è la più piccola unità strutturale di un essere vivente.

2. Le cellule di tutti gli organismi (sia unicellulari che multicellulari) sono simili per composizione chimica, struttura, manifestazioni di base del metabolismo e attività vitale.

3. Le cellule si riproducono dividendole (ogni nuova cellula si forma dividendo la cellula madre); Negli organismi multicellulari complessi le cellule hanno forme diverse e sono specializzate a seconda delle funzioni che svolgono. Cellule simili formano i tessuti; i tessuti sono costituiti da organi che formano sistemi di organi sono strettamente interconnessi e soggetti a meccanismi di regolazione nervosa e umorale (negli organismi superiori).

Importanza della teoria cellulare

È diventato chiaro che la cellula è la componente più importante degli organismi viventi, la loro principale componente morfofisiologica. Una cellula è la base di un organismo multicellulare, il luogo in cui si verificano i processi biochimici e fisiologici nel corpo. Tutti i processi biologici alla fine avvengono a livello cellulare. La teoria cellulare ha permesso di concludere che la composizione chimica di tutte le cellule e il piano generale della loro struttura sono simili, il che conferma l'unità filogenetica dell'intero mondo vivente.

2. Vita. Proprietà della materia vivente

La vita è un sistema aperto macromolecolare, caratterizzato da un'organizzazione gerarchica, capacità di riprodursi, autoconservazione e autoregolazione, metabolismo e un flusso di energia finemente regolato.

Proprietà delle strutture viventi:

1) auto-rinnovamento. La base del metabolismo è costituita da processi equilibrati e chiaramente interconnessi di assimilazione (anabolismo, sintesi, formazione di nuove sostanze) e di dissimilazione (catabolismo, decadimento);

2) autoriproduzione. A questo proposito, le strutture viventi vengono costantemente riprodotte e aggiornate, senza perdere le somiglianze con le generazioni precedenti. Gli acidi nucleici sono in grado di immagazzinare, trasmettere e riprodurre le informazioni ereditarie, nonché di implementarle attraverso la sintesi proteica. Le informazioni memorizzate sul DNA vengono trasferite alla molecola proteica utilizzando molecole di RNA;

3) autoregolamentazione. Basato sulla totalità dei flussi di materia, energia e informazione attraverso un organismo vivente;

4) irritabilità. Associato al trasferimento di informazioni dall'esterno a qualsiasi sistema biologico e riflette la reazione di questo sistema a uno stimolo esterno. Grazie all'irritabilità, gli organismi viventi sono in grado di reagire selettivamente alle condizioni ambientali e di estrarre da esso solo ciò che è necessario alla loro esistenza;

5) mantenimento dell'omeostasi - la relativa costanza dinamica dell'ambiente interno del corpo, i parametri fisici e chimici dell'esistenza del sistema;

6) organizzazione strutturale - ordine, di un sistema vivente, scoperta durante lo studio - biogeocenosi;

7) adattamento – la capacità di un organismo vivente di adattarsi costantemente alle mutevoli condizioni di esistenza nell'ambiente;

8) riproduzione (riproduzione). Poiché la vita esiste sotto forma di sistemi viventi individuali e l'esistenza di ciascuno di questi sistemi è strettamente limitata nel tempo, il mantenimento della vita sulla Terra è associato alla riproduzione dei sistemi viventi;

9) ereditarietà. Garantisce la continuità tra generazioni di organismi (sulla base dei flussi di informazioni). Grazie all'ereditarietà, i tratti che garantiscono l'adattamento all'ambiente vengono trasmessi di generazione in generazione;

10) variabilità - a causa della variabilità, un sistema vivente acquisisce caratteristiche che prima erano insolite per lui. Innanzitutto la variabilità è associata ad errori durante la riproduzione: i cambiamenti nella struttura degli acidi nucleici portano alla comparsa di nuove informazioni ereditarie;

11) sviluppo individuale (il processo di ontogenesi) – l’incarnazione dell’informazione genetica iniziale incorporata nella struttura delle molecole di DNA nelle strutture lavorative del corpo. Durante questo processo appare una proprietà come la capacità di crescere, che si esprime in un aumento del peso corporeo e delle sue dimensioni;

12) sviluppo filogenetico. Basato sulla riproduzione progressiva, sull'ereditarietà, sulla lotta per l'esistenza e sulla selezione. Come risultato dell'evoluzione, è apparso un numero enorme di specie;

13) discrezione (discontinuità) e allo stesso tempo integrità. La vita è rappresentata da un insieme di singoli organismi o individui. Ogni organismo, a sua volta, è anche distinto, poiché è costituito da un insieme di organi, tessuti e cellule.

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Didascalie delle diapositive:

Storia dello studio delle cellule. Teoria delle cellule.

Compila la tabella: “Tappe principali nello sviluppo della teoria cellulare” Anno Contributo dello scienziato allo sviluppo della teoria

Storia dello studio delle cellule La storia dello studio delle cellule è indissolubilmente legata allo sviluppo della tecnologia microscopica e dei metodi di ricerca. L'uomo riuscì a penetrare il segreto della struttura cellulare solo grazie all'invenzione del microscopio alla fine del XVI secolo.

Zachary Jansen 1590 Combinando due lenti insieme, inventò per primo un microscopio primitivo

Robert Hooke 1665 Descrisse per primo la struttura della corteccia di una quercia da sughero e del fusto di una pianta e introdusse nella scienza il termine “cellula”.

Antoni van Leeuwenhoek ha migliorato il microscopio. Osservati e disegnati numerosi protozoi, spermatozoi, batteri, globuli rossi e il loro movimento nei capillari. Batteri scoperti. Seconda metà del XVII secolo

Karl Baer 1827 Scoperta dell'uovo dei mammiferi Conclusione: ogni organismo si sviluppa da un'unica cellula

Robert Brown 1831-1833 Ha scoperto il nucleo nelle cellule vegetali, il componente più importante della cellula.

Teoria cellulare Nel 1839 Theodor Schwann pubblicò a Berlino il libro “Studi microscopici sulla corrispondenza nella struttura e nella crescita degli animali e delle piante”, in cui formulò la teoria cellulare.

Nel creare la teoria cellulare, T. Schwann procedette dalla scoperta di M. Schleiden nel 1838 della struttura cellulare delle piante e dell'omologia dell'origine delle cellule.

La prima versione della teoria cellulare Tutti gli organismi, sia vegetali che animali, sono costituiti dalle parti più semplici: le cellule. Una cellula è un insieme individuale indipendente. In un organismo, tutte le cellule agiscono insieme, formando un'unità armoniosa.

Rudolf Virchow 1858 Dimostra che le cellule derivano dalle cellule attraverso la riproduzione, il che completa la teoria cellulare.

19° secolo Vengono scoperte le strutture di base delle cellule. È stato studiato il processo di divisione cellulare. A. Weisman ha stabilito: la conservazione e la trasmissione delle caratteristiche ereditarie in una cellula viene effettuata utilizzando il nucleo.

Disposizioni fondamentali della teoria cellulare nell'attuale stadio di sviluppo della biologia

Una cellula è l'unità elementare degli esseri viventi. La cellula è la più piccola unità strutturale e funzionale degli esseri viventi ed è un sistema aperto, autoregolante e autoriproduttivo. Non c'è vita fuori dalla cellula.

Tutte le cellule sono simili nella loro composizione chimica e hanno un piano strutturale generale. Le cellule hanno anche caratteristiche specifiche associate allo svolgimento di funzioni speciali e risultanti dalla differenziazione cellulare.

Una cellula deriva solo da una cellula.

Gli organismi multicellulari sono sistemi integrati organizzati in modo complesso costituiti da cellule interagenti.

La struttura cellulare simile degli organismi è la prova che tutti gli esseri viventi hanno un'unica origine.

Compiti a casa § 2.1 pp. 24 – 28.

Sul tema: sviluppi metodologici, presentazioni e appunti

La lezione di presentazione è stata sviluppata utilizzando la tecnologia informatica, il materiale teorico principale si riflette nella presentazione. Condurre una lezione in una forma così non standard aiuta ad aumentare la motivazione...

Argomento della lezione: Gabbia. Teoria cellulare della struttura degli organismi. (gruppo chimico-bio di 10a elementare)Tipologia di lezione: lezione a due scopi (lezione di sistematizzazione e generalizzazione delle conoscenze, applicazione di conoscenze, abilità e abilità)Metodi di insegnamento...

Teoria delle cellule- una delle generalizzazioni biologiche generalmente accettate che affermano l'unità del principio della struttura e dello sviluppo del mondo delle piante, degli animali e degli altri organismi viventi con la struttura cellulare, in cui la cellula è considerata come un unico elemento strutturale degli organismi viventi .

La teoria cellulare è una teoria fondamentale per la biologia, formulata a metà del XIX secolo, che ha fornito le basi per la comprensione delle leggi del mondo vivente e per lo sviluppo dell'insegnamento evoluzionistico. Matthias Schleiden e Theodor Schwann formularono la teoria cellulare basandosi su numerosi studi sulla cellula (1838). Rudolf Virchow successivamente (1858) lo integrò con la posizione più importante (ogni cella proviene da un'altra cella).

Schleiden e Schwann, riassumendo le conoscenze esistenti sulla cellula, hanno dimostrato che la cellula è l'unità fondamentale di qualsiasi organismo. Le cellule animali, vegetali e batteriche hanno una struttura simile. Successivamente, queste conclusioni divennero la base per dimostrare l'unità degli organismi. T. Schwann e M. Schleiden hanno introdotto nella scienza il concetto fondamentale della cellula: non c'è vita al di fuori delle cellule. La teoria cellulare veniva ogni volta integrata e modificata.

Disposizioni della teoria cellulare di Schleiden-Schwann

∙ Tutti gli animali e le piante sono costituiti da cellule.

∙ Le piante e gli animali crescono e si sviluppano attraverso l'emergere di nuove cellule.

∙ Una cellula è l'unità più piccola degli esseri viventi e un intero organismo è un insieme di cellule.

∙ Disposizioni fondamentali della moderna teoria cellulare[modifica | modifica testo sorgente]

∙ Una cellula è un'unità elementare e funzionale della struttura di tutti gli esseri viventi. (Ad eccezione dei virus che non hanno una struttura cellulare)

∙ Una cellula è un unico sistema; comprende molti elementi naturalmente interconnessi, che rappresentano una formazione integrale costituita da unità funzionali coniugate - organelli.

∙ Le cellule di tutti gli organismi sono omologhe.

∙ Una cellula nasce solo dividendo la cellula madre.

∙ Un organismo multicellulare è un sistema complesso di molte cellule unite

E integrati in sistemi di tessuti e organi collegati tra loro.

∙ Le cellule degli organismi multicellulari sono totipotenti.

Metodi per lo studio delle cellule.

1. Metodo della microscopia ottica.

La risoluzione di un microscopio ottico è di ~0,1 - 0,2 micrometri.

Tipi di microscopia ottica: microscopia a contrasto di fase, a fluorescenza e a polarizzazione.

2. Metodo della microscopia elettronica. Risoluzione ~0,10 nanometri.Metodi per lo studio delle celle fisse.

3. Metodi istologici.

Metodi di fissazione, preparazione dei preparati con successiva colorazione.

4. I metodi citochimici sono la colorazione selettiva di vari elementi chimici (componenti) della cellula (DNA, proteine...).

5. I metodi morfologici sono un metodo quantitativo che studia i parametri delle strutture cellulari di base.

6. Metodo degli isotopi contrassegnati.

Vengono utilizzati atomi pesanti di carbonio o idrogeno. Questi atomi etichettati sono inclusi nei precursori per la sintesi di alcune molecole. Ad esempio: durante la sintesi del DNA viene utilizzata la timidina H3 marcata, un precursore della timina.

7. Per rilevare il segno in citologia, viene utilizzato il metodo dell'autoradiografia. Si preparano preparati istologici che vengono rivestiti con fotoemulsione al buio, mantenuti per un certo tempo ad una certa temperatura, quindi i preparati vengono sviluppati utilizzando fotoreagenti e il segno si rivela sotto forma di granelli d'argento. Questo metodo è stato utilizzato per determinare i parametri del ciclo mitodico.

8. Il metodo del frazionamento cellulare consente lo studio dei componenti intracellulari. Le cellule vengono distrutte, poste in apposite centrifughe, e i diversi componenti cellulari vengono fatti precipitare a diverse velocità di centrifugazione.

9. Il metodo della diffrazione dei raggi X viene utilizzato per studiare il reticolo cristallino del nucleo di un atomo.

Metodi per lo studio delle cellule viventi.

10. Il metodo della struttura cellulare consente di studiare una cellula vivente.

11. Metodo di microchirurgia. Ad esempio: impianto di un microelettrodo.

12. Metodi di clonazione.

11. Nucleo cellulare, sua organizzazione, scopo. Cromatina nucleare.

Il nucleo (dal latino nucleo) è uno dei componenti strutturali di una cellula eucariotica, contenente informazioni genetiche (molecole di DNA) e che svolge le seguenti funzioni:

1) conservazione e riproduzione delle informazioni genetiche 2) regolazione dei processi metabolici che si verificano nella cellula

La forma del nucleo dipende in gran parte dalla forma della cellula; può essere completamente irregolare. Esistono chicchi sferici e multilobati. Le invaginazioni e le escrescenze della membrana nucleare aumentano significativamente la superficie del nucleo e quindi rafforzano la connessione di strutture e sostanze nucleari e citoplasmatiche.

Struttura del nucleo Il nucleo è circondato da un guscio, costituito da due membrane dalla struttura tipica.

La membrana nucleare esterna sulla superficie rivolta al citoplasma è ricoperta di ribosomi, la membrana interna è liscia.

L'involucro nucleare fa parte del sistema della membrana cellulare. Le escrescenze della membrana nucleare esterna si collegano ai canali del reticolo endoplasmatico, formando un unico sistema di canali comunicanti. Il metabolismo tra il nucleo e il citoplasma avviene in due modi principali. Innanzitutto, l'involucro nucleare è penetrato da numerosi pori attraverso i quali avvengono gli scambi di molecole tra il nucleo e il citoplasma. In secondo luogo, le sostanze dal nucleo al citoplasma e ritorno possono entrare a causa del rilascio di invaginazioni e escrescenze della membrana nucleare. Nonostante lo scambio attivo di sostanze tra il nucleo e il citoplasma, l'involucro nucleare limita il contenuto nucleare del citoplasma, garantendo così differenze nella composizione chimica del succo nucleare e del citoplasma. Ciò è necessario per il normale funzionamento delle strutture nucleari.

Il contenuto del nucleo è diviso in succo nucleare, cromatina e nucleolo.

In una cellula vivente, la linfa nucleare appare come una massa priva di struttura che riempie gli spazi tra le strutture del nucleo. Il succo nucleare contiene varie proteine, tra cui la maggior parte degli enzimi nucleari, le proteine ​​della cromatina e le proteine ​​ribosomiali. Il succo nucleare contiene anche nucleotidi liberi necessari per la costruzione di molecole di DNA e RNA, amminoacidi, tutti i tipi di RNA, nonché prodotti dell'attività dell'RNA. nucleolo e cromatina, poi trasportati dal nucleo al citoplasma.

Cromatina (greco chroma - colore, colore) è il nome dato a grumi, granuli e strutture reticolari del nucleo, che sono intensamente colorati con alcuni coloranti e differiscono nella forma dal nucleolo. La cromatina contiene DNA e proteine ​​e rappresenta sezioni a spirale e compattate dei cromosomi. Le sezioni a spirale dei cromosomi sono geneticamente inattive.

Il loro ruolo specifico – il trasferimento dell'informazione genetica – può essere svolto solo da sezioni di cromosomi despiralizzate e non attorcigliate che, a causa del loro piccolo spessore, non sono visibili al microscopio ottico.

La terza struttura caratteristica di una cellula è il nucleolo. È un corpo rotondo denso immerso nel succo nucleare. Nei nuclei di cellule diverse, così come nel nucleo della stessa cellula, a seconda del suo stato funzionale, il numero di nucleoli può variare da 1 a 5-7 o più. Il numero di nucleoli può superare il numero di cromosomi nell'insieme; ciò avviene a causa della duplicazione selettiva dei geni responsabili della sintesi dell'rRNA. I nucleoli sono presenti solo nei nuclei non in divisione; durante la mitosi scompaiono a causa della spirale dei cromosomi e del rilascio di tutti i ribosomi precedentemente formati nel citoplasma, e dopo il completamento della divisione ricompaiono.

Il nucleolo non è una struttura indipendente del nucleo. Si forma attorno alla regione del cromosoma in cui è codificata la struttura dell'rRNA. Questa parte del cromosoma - il gene - è chiamata organizzatore nucleolare (NO) e su di essa avviene la sintesi dell'r-RNA.

Oltre all'accumulo di r-RNA, nel nucleolo si formano subunità ribosomiali, che poi si spostano nel citoplasma e, combinandosi con la partecipazione di cationi Ca2+, formano ribosomi integrali in grado di partecipare alla biosintesi proteica.

Pertanto, il nucleolo è un accumulo di r-RNA e ribosomi in diversi stadi di formazione, che si basa su una sezione del cromosoma che trasporta il gene - l'organizzatore nucleolare, che contiene informazioni ereditarie sulla struttura dell'r-RNA.

12.Struttura e funzioni delle membrane cellulari.

La membrana cellulare (o citolemma, o plasmalemma, o membrana plasmatica) separa il contenuto di qualsiasi cellula dall'ambiente esterno, garantendone l'integrità; regola gli scambi tra la cellula e l'ambiente; le membrane intracellulari dividono la cellula in compartimenti chiusi specializzati, compartimenti o organelli, in cui vengono mantenute determinate condizioni ambientali.

Tutte le membrane biologiche hanno caratteristiche strutturali e proprietà comuni. Attualmente, il modello a mosaico liquido della struttura della membrana è generalmente accettato. La base della membrana è un doppio strato lipidico formato principalmente da fosfolipidi. I fosfolipidi sono trigliceridi in cui un residuo di acido grasso è sostituito da un residuo di acido fosforico; la sezione della molecola contenente il residuo di acido fosforico è chiamata testa idrofila, le sezioni contenenti i residui di acido grasso sono chiamate code idrofobiche. Nella membrana i fosfolipidi sono disposti in modo rigorosamente ordinato: le code idrofobe delle molecole sono una di fronte all'altra e le teste idrofile sono rivolte verso l'esterno, verso l'acqua.

Oltre ai lipidi, la membrana contiene proteine ​​(in media ≈ 60%). Determinano la maggior parte delle funzioni specifiche della membrana (trasporto di alcune molecole, catalisi di reazioni, ricezione e conversione di segnali dall'ambiente, ecc.). Ci sono: 1) proteine ​​periferiche (situate sulla superficie esterna o interna del doppio strato lipidico), 2) proteine ​​semi-integrali (immerse nel doppio strato lipidico a profondità variabili), 3) proteine ​​integrali o transmembrana (penetrano nella membrana attraverso , in contatto con l'esterno e con l'ambiente interno della cellula). Le proteine ​​integrali sono in alcuni casi chiamate proteine ​​canale o channel-forming, poiché possono essere considerate come canali idrofili attraverso i quali le molecole polari passano nella cellula (la componente lipidica della membrana non le lascia passare).

La membrana può contenere carboidrati (fino al 10%). La componente carboidratica delle membrane è rappresentata da catene oligosaccaridiche o polisaccaridiche associate a molecole proteiche (glicoproteine) o lipidiche (glicolipidi). I carboidrati si trovano principalmente sulla superficie esterna della membrana. I carboidrati forniscono funzioni recettoriali della membrana. Nelle cellule animali, le glicoproteine ​​formano un complesso sopramembrana, il glicocalice, che ha uno spessore di diverse decine di nanometri. Contiene molti recettori cellulari e con il suo aiuto avviene l'adesione cellulare.

Le molecole di proteine, carboidrati e lipidi sono mobili, capaci di muoversi nel piano della membrana. Lo spessore della membrana plasmatica è di circa 7,5 nm.

Funzioni delle membrane Le membrane svolgono le seguenti funzioni:

1. separazione del contenuto cellulare dall'ambiente esterno,

2. regolazione del metabolismo tra la cellula e l’ambiente,

3. divisione della cella in compartimenti (“compartimenti”),

4. luogo di localizzazione dei “trasportatori enzimatici”,

5. garantire la comunicazione tra le cellule nei tessuti degli organismi multicellulari (adesione),

6. riconoscimento del segnale.

La proprietà più importante delle membrane è la permeabilità selettiva, cioè le membrane sono altamente permeabili ad alcune sostanze o molecole e scarsamente permeabili (o completamente impermeabili) ad altre. Questa proprietà è alla base della funzione regolatrice delle membrane, garantendo lo scambio di sostanze tra la cellula e l'ambiente esterno. Il processo di passaggio delle sostanze attraverso la membrana cellulare è chiamato trasporto di sostanze. Esistono: 1) trasporto passivo - il processo di passaggio di sostanze che avviene senza consumo di energia; 2) trasporto attivo - il processo di passaggio di sostanze che avviene con il dispendio di energia.

13. Acidi nucleici. DNA, sua struttura e ruolo nella cellula.

Gli acidi nucleici sono biopolimeri contenenti fosforo di organismi viventi che garantiscono la conservazione e la trasmissione delle informazioni ereditarie. Furono scoperti nel 1869 dal biochimico svizzero F. Miescher nei nuclei dei leucociti e nello sperma di salmone. Successivamente, gli acidi nucleici sono stati trovati in tutte le cellule vegetali e animali, virus, batteri e funghi.

In natura esistono due tipi di acidi nucleici: gli acidi desossiribonucleici (DNA) e gli acidi ribonucleici (RNA). La differenza nei nomi è spiegata dal fatto che la molecola di DNA contiene lo zucchero desossiribosio a cinque atomi di carbonio e la molecola di RNA contiene ribosio. Attualmente è noto un gran numero di varietà di DNA e RNA, che differiscono l'una dall'altra per struttura e significato nel metabolismo.

Il DNA si trova principalmente nei cromosomi del nucleo cellulare (99% di tutto il DNA cellulare), così come nei mitocondri e nei cloroplasti. L'RNA fa parte dei ribosomi; Le molecole di RNA sono contenute anche nel citoplasma, matrice dei plastidi e dei mitocondri.

I nucleotidi sono componenti strutturali degli acidi nucleici. Gli acidi nucleici sono biopolimeri i cui monomeri sono nucleotidi.

I nucleotidi sono sostanze complesse. Ogni nucleotide contiene una base azotata, uno zucchero a cinque atomi di carbonio (ribosio o desossiribosio) e un residuo di acido fosforico.

Le basi azotate principali sono cinque: adenina, guanina, uracile, timina e citosina. I primi due sono purine; le loro molecole sono costituite da due anelli, il primo contiene cinque membri, il secondo

Sei. Le tre successive sono pirimidine e hanno un anello a cinque membri. I nomi dei nucleotidi derivano dal nome delle corrispondenti basi azotate; entrambi sono indicati con la lettera maiuscola: adenina - adenilato (A), guanina - guanilato (G), citosina - citidilato (C), timina - timidilato (T), uracile - uridilato (U).

Il numero di nucleotidi in una molecola di acido nucleico varia: da 80 nelle molecole di RNA di trasferimento a diverse centinaia di milioni nel DNA.

DNA. Una molecola di DNA è costituita da due catene polinucleotidiche, avvolte a spirale l'una rispetto all'altra.

IN La composizione nucleotidica di una molecola di DNA comprende quattro tipi di basi azotate: adenina, guanina, timina e citocina. IN In una catena polinucleotidica, i nucleotidi vicini sono collegati tra loro da legami covalenti che si formano tra il gruppo fosfato di un nucleotide e il gruppo idrossile 3" del pentoso di un altro. Tali legami sono chiamati fosfodiestere. Il gruppo fosfato forma un ponte tra il carbonio da 3" di un anello pentoso e il carbonio da 5" successivo. La struttura portante delle catene del DNA è quindi formata da residui di fosfato di zucchero (Fig. 1.2).

Sebbene il DNA contenga quattro tipi di nucleotidi, le loro diverse sequenze lungo la lunga catena danno luogo a un’enorme varietà di molecole. La catena polinucleotidica del DNA è attorcigliata a forma di spirale come una scala a chiocciola ed è collegata ad un'altra catena complementare tramite legami idrogeno formati tra adenina e timina (due legami), nonché guanina e citosina (tre legami). I nucleotidi A e T, G e C sono detti complementari.

IN Di conseguenza, in ogni organismo il numero di nucleotidi adenilici è uguale al numero di nucleotidi timidilici e il numero di nucleotidi guanilici è uguale al numero di nucleotidi citidilici. Questo modello è chiamato “regola di Chargaff”. Grazie a questa proprietà, la sequenza dei nucleotidi in una catena determina la loro sequenza nell'altra. Questa capacità di combinare selettivamente i nucleotidi è chiamata complementarità, e questa proprietà è alla base della formazione di nuove molecole di DNA a partire dalla molecola originale (replicazione, cioè raddoppio).

Le catene in una molecola di DNA sono in direzioni opposte (antiparallele). Quindi, se per una catena scegliamo la direzione dall'estremità 3" all'estremità 5", la seconda catena con questa direzione sarà orientata in modo opposto alla prima - dall'estremità 5 all'estremità 3", in altre parole, la “testa” di una catena è collegata ad una “coda” dell'altra e viceversa.

Il modello della molecola di DNA fu proposto per la prima volta nel 1953 dallo scienziato americano J. Watson e dall'inglese F. Crick sulla base dei dati di E. Chargaff sul rapporto tra basi purine e pirimidiniche delle molecole di DNA e sui risultati dell'analisi strutturale a raggi X ottenuto

M. Wilkins e R. Franklin. Per lo sviluppo del modello a doppio filamento della molecola del DNA, Watson, Crick e Wilkins ricevettero il Premio Nobel nel 1962.

Il DNA è la più grande molecola biologica. La loro lunghezza varia da 0,25 (in alcuni batteri) a 40 mm (nell'uomo). Questo è significativamente più grande della molecola proteica più grande che, una volta spiegata, raggiunge una lunghezza non superiore a 100-200 nm. La massa di una molecola di DNA è 6x10-12 g.

Il diametro della molecola di DNA è 2 nm, il passo dell'elica è 3,4 nm; Ogni giro dell'elica contiene 10 paia di nucleotidi. La struttura elicoidale è mantenuta da numerosi legami idrogeno che si verificano tra basi azotate complementari e interazioni idrofobiche. Le molecole di DNA degli organismi eucarioti sono lineari. Nei procarioti, il DNA, al contrario, è chiuso in un anello e non ha né 3 né 5 estremità.

Quando le condizioni cambiano, il DNA, come le proteine, può cambiare. subiscono una denaturazione, detta fusione. Con un graduale ritorno alle condizioni normali, il DNA si rinatura. La funzione del DNA è l'immagazzinamento, la trasmissione e la riproduzione dell'informazione genetica nel corso delle generazioni. Il DNA di qualsiasi cellula codifica informazioni su tutte le proteine ​​di un dato organismo, su quali proteine, in quale sequenza e in quali quantità verranno sintetizzate. La sequenza degli aminoacidi nelle proteine ​​è scritta nel DNA mediante il cosiddetto codice genetico (tripletto).

La proprietà principale del DNA è la sua capacità di replicarsi.

La replicazione è il processo di autoduplicazione delle molecole di DNA, che avviene sotto il controllo degli enzimi. La replica avviene prima di ogni divisione nucleare. Inizia con lo svolgimento temporaneo dell'elica del DNA sotto l'azione dell'enzima DNA polimerasi. Su ciascuna delle catene formate dopo la rottura dei legami idrogeno, secondo il principio di complementarità, viene sintetizzato un filamento di DNA figlia. Il materiale per la sintesi sono i nucleotidi liberi, presenti nel nucleo (Fig. 1.3).

Pertanto, ciascuna catena polinucleotidica funge da modello per una nuova catena complementare (quindi, il processo di raddoppio delle molecole di DNA appartiene alle reazioni di sintesi del modello). Il risultato sono due molecole di DNA, ciascuna delle quali ha una catena rimasta dalla molecola madre (metà) e l'altra appena sintetizzata, inoltre, una nuova catena viene sintetizzata nel suo insieme e la seconda - la prima sotto forma di brevi frammenti , che vengono poi cuciti in una lunga catena da uno speciale enzima chiamato DNA ligasi. Come risultato della replicazione, due nuove molecole di DNA sono una copia esatta della molecola originale.

Il significato biologico della replicazione risiede nel trasferimento accurato delle informazioni ereditarie dalla cellula madre alle cellule figlie, che avviene durante la divisione delle cellule somatiche.

14. Acidi ribonucleici, loro tipi, struttura, scopo.

RNA. La struttura delle molecole di RNA è per molti versi simile alla struttura delle molecole di DNA. Tuttavia, ci sono una serie di differenze significative. Nella molecola di RNA, invece del desossiribosio, i nucleotidi contengono ribosio e invece del timidil nucleotide (T) c'è l'uridile nucleotide (U). La differenza principale rispetto al DNA è che la molecola di RNA è costituita da un singolo filamento. Tuttavia, i suoi nucleotidi sono in grado di formare legami idrogeno tra loro (ad esempio, nelle molecole di tRNA, rRNA), ma in questo caso stiamo parlando di una connessione intracatena di nucleotidi complementari. Le catene dell'RNA sono molto più corte del DNA.

Esistono diversi tipi di RNA in una cellula, che differiscono per dimensioni molecolari, struttura, posizione nella cellula e funzioni:

1. RNA messaggero (mRNA). Questa specie è la più eterogenea per dimensioni e struttura. L'mRNA è una catena polinucleotidica aperta. È sintetizzato nel nucleo con la partecipazione dell'enzima RNA polimerasi, complementare alla regione del DNA dove avviene la sua sintesi. Nonostante il suo contenuto relativamente basso (3-5% dell'RNA cellulare), svolge un'importante funzione nella cellula: funge da matrice per la sintesi delle proteine, trasmettendo informazioni sulla loro struttura dalle molecole di DNA. Ogni proteina cellulare è codificata da uno specifico mRNA, quindi il numero dei loro tipi nella cellula corrisponde al numero di tipi di proteine.

2. RNA ribosomiale (rRNA). Questi sono acidi nucleici a filamento singolo che formano ribosomi in complesso con proteine ​​- organelli su cui avviene la sintesi proteica. Gli RNA ribosomiali sono sintetizzati nel nucleo. Le informazioni sulla loro struttura sono codificate in sezioni di DNA che si trovano nella regione della costrizione secondaria dei cromosomi. Gli RNA ribosomiali costituiscono l'80% dell'RNA totale in una cellula perché nella cellula è presente un numero enorme di ribosomi. Gli RNA ribosomiali hanno una struttura secondaria e terziaria complessa, formando anse in siti complementari, che porta all'auto-organizzazione di queste molecole in un corpo di forma complessa. I ribosomi contengono tre tipi di rRNA nei procarioti e quattro tipi di rRNA negli eucarioti.

3. RNA di trasporto (trasferimento) (tRNA). Una molecola di tRNA è costituita in media da 80 nucleotidi. Il contenuto di tRNA nella cellula è circa il 15% di tutto l'RNA. La funzione del tRNA è quella di trasportare gli amminoacidi al sito di sintesi proteica. Il numero di diversi tipi di tRNA in una cellula è piccolo(20-60). Hanno tutti un'organizzazione spaziale simile. Grazie ai legami idrogeno intrafilamento, la molecola di tRNA acquisisce una caratteristica struttura secondaria chiamata quadrifoglio. Il modello tridimensionale del tRNA appare leggermente diverso. Ci sono quattro anse nel tRNA: un'ansa accettore (funge da sito per l'attacco degli amminoacidi), un'ansa anticodone (riconosce un codone nell'mRNA durante la traduzione) e due anse laterali.

15.Sostanze organiche nelle cellule, loro scopo.

IN La cellula contiene un'ampia varietà di composti organici, diversi per struttura e funzione. Le sostanze organiche possono essere a basso peso molecolare (amminoacidi, zuccheri, acidi organici, nucleotidi, lipidi, ecc.) e ad alto peso molecolare. La maggior parte dei composti organici ad alto peso molecolare nelle cellule sono biopolimeri. I polimeri sono molecole costituite da un gran numero di unità ripetitive - monomeri, collegate tra loro da legami covalenti. Ai biopolimeri, ad es. I polimeri che compongono la cellula comprendono proteine, polisaccaridi e acidi nucleici.

Un gruppo speciale di composti cellulari organici sono i lipidi (grassi e sostanze simili ai grassi). Sono tutti composti idrofobici, cioè insolubile in acqua, ma solubile in solventi organici non polari (cloroformio, benzene, etere). I lipidi includono grassi neutri, fosfolipidi, cere, steroidi e alcuni altri composti. Le funzioni dei lipidi negli organismi viventi sono diverse. I fosfolipidi sono presenti in tutte le cellule, svolgendo una funzione strutturale come base delle membrane biologiche. Il colesterolo steroideo è un componente importante delle membrane negli animali. I grassi neutri e alcuni altri lipidi forniscono la funzione energetica. Si accumulano negli organismi viventi come nutrienti di riserva. L'ossidazione di 1 g di grasso libera 38 kJ di energia, ovvero il doppio dell'ossidazione della stessa quantità di glucosio. La funzione energetica dei grassi è legata alla loro funzione di immagazzinamento. Una parte significativa delle riserve energetiche del corpo è immagazzinata sotto forma di grasso. Inoltre, i grassi fungono da fonte di acqua, che viene rilasciata durante la sua ossidazione. Ciò è particolarmente importante per gli animali del deserto che soffrono di carenza d’acqua. Ad esempio, sono i depositi di grasso che si trovano nella gobba di un cammello. Numerosi lipidi hanno una funzione protettiva. Nei mammiferi, il grasso sottocutaneo funge da isolante termico. La cera protegge le piume e i peli degli animali dall'umidità. Un certo numero di lipidi svolgono una funzione regolatrice nel corpo. Ad esempio, gli ormoni della corteccia surrenale sono steroidi per la loro natura chimica. Alcuni lipidi partecipano attivamente al metabolismo, ad esempio le vitamine liposolubili A, D, E e K.

I carboidrati (zuccheri, saccaridi) sono composti con la formula chimica generale Cn(H2O)n. In base al numero di collegamenti nella catena polimerica, esistono tre classi principali di carboidrati: monosaccaridi (zuccheri semplici), oligosaccaridi (costituiti da 2-10 molecole di zuccheri semplici) e polisaccaridi (costituiti da più di 10 molecole di zuccheri semplici) . A seconda del numero di atomi di carbonio compresi nel monosaccaride si distinguono triosi, tetrosi, pentosi, esosi ed eptosi.

IN In natura i più comuni sono gli esosi (glucosio e fruttosio) e i pentosi (ribosio e desossiribosio). Il glucosio è la principale fonte di energia per la cellula; con la completa ossidazione di 1 g di glucosio si liberano 17,6 kJ di energia. Ribosio e desossiribosio fanno parte degli acidi nucleici. Tra gli oligosaccaridi, i disaccaridi più comuni sono il maltosio (zucchero di malto), il lattosio (zucchero del latte) e il saccarosio (zucchero di barbabietola). I monosaccaridi e i disaccaridi sono altamente solubili in acqua e hanno un sapore dolce. I polisaccaridi hanno un alto peso molecolare, non hanno un sapore dolce e sono insolubili in acqua. Sono biopolimeri. I polisaccaridi più comuni in natura includono i polimeri del glucosio, l'amido, il glicogeno e la cellulosa, nonché la chitina, costituita da residui di glucosamina. L'amido è la principale sostanza di riserva nelle piante, il glicogeno negli animali. La cellulosa e la chitina svolgono una funzione protettiva, garantendo la forza del tegumento di piante, animali e funghi. Pertanto, le principali funzioni dei carboidrati in natura sono energetiche, di stoccaggio e strutturali.

Le proteine ​​sono biopolimeri i cui monomeri sono amminoacidi. 20 diversi aminoacidi sono coinvolti nella formazione delle proteine. Gli amminoacidi nelle molecole proteiche sono collegati da legami peptidici covalenti. Una molecola proteica può contenere fino a diverse migliaia di aminoacidi. Esistono 4 livelli di organizzazione spaziale delle molecole proteiche. La sequenza di amminoacidi in una catena polipeptidica è chiamata struttura primaria di una proteina. La struttura primaria della molecola di qualsiasi proteina è unica e determina la sua organizzazione spaziale, proprietà e funzioni nella cellula. La struttura secondaria di una proteina è determinata dal ripiegamento di una catena di amminoacidi in strutture specifiche chiamate a-elica e b-sheet. La struttura secondaria di una proteina è formata da legami idrogeno. La struttura terziaria è formata ripiegando la catena polipeptidica con elementi della struttura secondaria in una spirale (globulo) ed è mantenuta da legami ionici, idrofili e covalenti (disolfuro) tra vari residui amminoacidici.

La struttura quaternaria è caratteristica delle proteine ​​costituite da diverse catene polipeptidiche. La perdita dell'organizzazione strutturale di una molecola proteica, dovuta ad esempio al riscaldamento, è chiamata denaturazione. La denaturazione può essere reversibile o irreversibile. Con la denaturazione reversibile, le strutture quaternaria, terziaria e secondaria della proteina possono essere distrutte, ma la struttura primaria non viene interrotta e quando le condizioni normali ritornano, grazie a ciò è possibile la rinaturazione - ripristino della configurazione normale. Quando la struttura primaria è danneggiata, la denaturazione è irreversibile.

La funzione più importante delle proteine ​​è catalitica. Tutti gli enzimi e i catalizzatori biologici sono proteine. Grazie agli enzimi, la velocità delle reazioni chimiche in una cellula aumenta milioni di volte. Gli enzimi sono altamente specifici: ogni enzima catalizza un tipo specifico di reazione chimica nella cellula. È grazie agli enzimi che sono possibili tutte le reazioni metaboliche che si verificano negli organismi viventi.

Acidi nucleici! (vedi domanda 13 sopra)

16. Minerali nelle cellule, loro ruolo, scopo. Processi osmotici nelle cellule vegetali e animali.

A seconda del loro contenuto nel corpo, i minerali sono divisi in 3 gruppi: macroelementi, microelementi e ultramicroelementi.

I macronutrienti sono un gruppo di sostanze chimiche inorganiche presenti nel corpo da poche decine di grammi a più di un chilogrammo. La dose giornaliera raccomandata è superiore a 200 mg. Questi includono calcio, magnesio, fosforo, potassio, sodio, cloro e zolfo. I macroelementi assicurano il normale funzionamento di tutti i sistemi e gli organi; da essi vengono “costruite” le cellule del corpo. Senza di loro, il metabolismo nel corpo umano è impossibile.

I microelementi includono sostanze minerali, il cui contenuto nel corpo varia da diversi grammi a decimi di grammo. Il loro fabbisogno è calcolato in milligrammi, ma partecipano ai processi biochimici e sono necessari per il corpo. Questi includono: ferro, rame, manganese, zinco, cobalto, iodio, fluoro, cromo, molibdeno, vanadio, nichel, stronzio, silicio e selenio. Recentemente si è cominciato ad usare il termine micronutriente, preso in prestito dalle lingue europee.

Gli ultramicroelementi sono contenuti nel corpo in quantità trascurabili, ma hanno un'elevata attività biologica. I principali rappresentanti sono oro, piombo, mercurio, argento, radio, rubidio, uranio. Alcuni di essi si distinguono non solo per il loro basso contenuto negli alimenti comuni, ma anche per la loro tossicità se consumati in dosi relativamente elevate. SOSTANZE MINERALI - RUOLO NEL CORPO I minerali svolgono un ruolo ampio e diversificato nel corpo umano. Fanno parte della sua struttura e svolgono un gran numero di funzioni importanti.

1. Regolare il metabolismo del sale marino.

2. Mantenere la pressione osmotica nelle cellule e nei fluidi intercellulari.

3. Mantenere l'equilibrio acido-base.

4. Garantire il normale funzionamento del sistema nervoso e cardiaco-sistemi vascolari, digestivi e altri.

5. Fornire emopoiesi e processi di coagulazione del sangue.

6. Fanno parte o attivano l'azione di enzimi, ormoni, vitamine e quindi partecipano a tutti i tipi di metabolismo.

7. Regolano il potenziale transmembrana necessario per il normale funzionamento delle cellule, la conduzione degli impulsi nervosi e la contrazione delle fibre muscolari.

8. Mantiene l'integrità strutturale del corpo.

9. Partecipano alla costruzione dei tessuti corporei, in particolare delle ossa, dove fosforo e calcio sono i principali componenti strutturali.

10. Mantengono la normale composizione salina del sangue e partecipano alla struttura degli elementi che lo compongono.

11. Influisce sulle funzioni protettive del corpo, sulla sua immunità.

12. Costituiscono una parte essenziale dell'alimentazione e la loro prolungata carenza o eccesso nella dieta porta a disordini metabolici e persino a malattie.

Osmotico si riferisce a fenomeni che si verificano in un sistema costituito da due soluzioni separate da una membrana semipermeabile. In una cellula vegetale, il ruolo dei film semipermeabili è svolto dagli strati limite del citoplasma: plasmalemma e tonoplasto.

Il plasmolemma è la membrana esterna del citoplasma adiacente alla membrana cellulare. Il tonoplasto è la membrana interna del citoplasma che circonda il vacuolo. I vacuoli sono cavità nel citoplasma piene di linfa cellulare, una soluzione acquosa di carboidrati, acidi organici, sali, proteine ​​a basso peso molecolare e pigmenti.

La concentrazione di sostanze nella linfa cellulare e nell'ambiente esterno (suolo, corpi idrici) solitamente non è la stessa. Se la concentrazione intracellulare delle sostanze è maggiore che nell'ambiente esterno, l'acqua proveniente dall'ambiente si diffonderà nella cellula, più precisamente nel vacuolo, con una velocità maggiore che nella direzione opposta, cioè dalla cellula all'ambiente. Maggiore è la concentrazione delle sostanze contenute nella linfa cellulare, maggiore è la forza di aspirazione, la forza con cui la cellula<всасывает воду>. Con un aumento del volume della linfa cellulare, dovuto all'ingresso di acqua nella cellula, aumenta la sua pressione sul citoplasma, che si adatta perfettamente alla membrana. Quando una cellula è completamente satura d'acqua, ha il suo volume massimo. Lo stato di tensione cellulare interna causato dall'alta

contenuto di acqua e la pressione che si sviluppa del contenuto cellulare sulla sua membrana è chiamata turgore. Il turgore garantisce che gli organi mantengano la loro forma (ad esempio foglie, fusti non lignificati) e la loro posizione nello spazio, nonché la loro resistenza all'azione dei fattori meccanici. Se la cellula si trova in una soluzione ipertonica, la cui concentrazione è maggiore della concentrazione della linfa cellulare, la velocità di diffusione dell'acqua dalla linfa cellulare supererà la velocità di diffusione dell'acqua nella cellula dalla soluzione circostante. A causa del rilascio di acqua dalla cellula, il volume della linfa cellulare si riduce e il turgore diminuisce. Una diminuzione del volume del vacuolo cellulare è accompagnata dalla separazione del citoplasma dalla membrana: si verifica la plasmolisi.

17. Biosintesi delle proteine ​​nelle cellule.

La biosintesi delle proteine ​​avviene in ogni cellula vivente. È più attivo nelle cellule giovani in crescita, dove le proteine ​​vengono sintetizzate per costruire i loro organelli, così come nelle cellule secretorie, dove vengono sintetizzate proteine ​​enzimatiche e proteine ​​ormonali.

Il ruolo principale nel determinare la struttura delle proteine ​​appartiene al DNA. Un pezzo di DNA contenente informazioni sulla struttura di una proteina è chiamato gene. Una molecola di DNA contiene diverse centinaia di geni. La molecola di DNA contiene un codice per la sequenza di aminoacidi in una proteina sotto forma di nucleotidi specificamente combinati. Il codice del DNA è stato quasi completamente decifrato. La sua essenza è la seguente. Ogni amminoacido corrisponde ad una sezione di una catena di DNA costituita da tre nucleotidi adiacenti.

Ad esempio, la sezione T-T-T corrisponde all'aminoacido lisina, la sezione A-C-A corrisponde alla cistina, C-A-A alla valina, ecc. Esistono 20 aminoacidi diversi, il numero di combinazioni possibili di 4 nucleotidi su 3 è 64. Pertanto le triplette sono abbondantemente sufficienti per codificare tutti gli amminoacidi.

La sintesi proteica è un processo complesso in più fasi, che rappresenta una catena di reazioni sintetiche che procedono secondo il principio della sintesi della matrice.

Poiché il DNA si trova nel nucleo della cellula e la sintesi proteica avviene nel citoplasma, esiste un intermediario che trasferisce le informazioni dal DNA ai ribosomi. Questo messaggero è l'mRNA. : Nella biosintesi delle proteine, vengono determinate le seguenti fasi, che si verificano in diverse parti della cellula:

1. La prima fase è la sintesi L'i-RNA si verifica nel nucleo, durante il quale l'informazione contenuta nel gene del DNA viene trascritta nell'i-RNA. Questo processo è chiamato trascrizione (dal latino "trascrizione" - riscrittura).

2. Nella seconda fase, gli amminoacidi vengono combinati con le molecole tRNA, che consistono in sequenza di tre nucleotidi - anticodoni, con l'aiuto dei quali viene determinato il loro codone tripletta.

3. La terza fase è il processo di sintesi diretta dei legami polipeptidici, chiamato traduzione. Si verifica nei ribosomi.

4. Nella quarta fase avviene la formazione della struttura secondaria e terziaria della proteina, cioè la formazione della struttura proteica finale.

Pertanto, nel processo di biosintesi delle proteine, si formano nuove molecole proteiche secondo le esatte informazioni contenute nel DNA. Questo processo garantisce il rinnovamento delle proteine, i processi metabolici, la crescita e lo sviluppo cellulare, cioè tutti i processi vitali della cellula.

18. Metabolismo energetico nelle cellule.

Il corpo ha bisogno di energia per funzionare. Le piante accumulano l'energia solare nella materia organica durante la fotosintesi. Nel processo del metabolismo energetico, le sostanze organiche vengono scomposte e viene rilasciata l'energia dei legami chimici. In parte viene dissipato sotto forma di calore e in parte immagazzinato nelle molecole di ATP. Negli animali, il metabolismo energetico avviene in tre fasi.

La prima fase è preparatoria. Il cibo entra nel corpo degli animali e dell'uomo sotto forma di composti complessi ad alto peso molecolare. Prima di entrare nelle cellule e nei tessuti, queste sostanze devono essere scomposte in sostanze a basso peso molecolare più accessibili per l’assorbimento cellulare. Nella prima fase si verifica la decomposizione idrolitica delle sostanze organiche, che avviene con la partecipazione dell'acqua. Si verifica sotto l'azione di enzimi nel tratto digestivo degli animali multicellulari, nei vacuoli digestivi degli animali unicellulari e a livello cellulare nei lisosomi. Reazioni della fase preparatoria:

proteine ​​+ H20 -> aminoacidi + Q;

grassi + H20 -> glicerolo + acidi grassi superiori + Q; polisaccaridi -> glucosio + Q.

Nei mammiferi e nell'uomo, le proteine ​​vengono scomposte in amminoacidi nello stomaco e nel duodeno sotto l'azione di enzimi - idrolasi peptidiche (pepsina, trypsin, chemotripsina). La degradazione dei polisaccaridi inizia nella cavità orale sotto l'azione dell'enzima ptialina, per poi proseguire nel duodeno sotto l'azione dell'amilasi. Qui anche i grassi vengono scomposti grazie all'azione della lipasi. Tutta l'energia rilasciata in questo caso viene dissipata sotto forma di calore.

Le sostanze a basso peso molecolare risultanti entrano nel sangue e vengono consegnate a tutti gli organi e cellule. Nelle cellule entrano nel lisosoma o direttamente nel citoplasma. Se la scissione avviene a livello cellulare nei lisosomi, la sostanza entra immediatamente nel citoplasma. In questa fase, le sostanze vengono preparate per la degradazione intracellulare.

La seconda fase è l'ossidazione senza ossigeno. La seconda fase viene effettuata a livello cellulare in assenza di ossigeno. Si verifica nel citoplasma della cellula. Consideriamo la scomposizione del glucosio come una delle sostanze metaboliche chiave nella cellula. Tutte le altre sostanze organiche (acidi grassi, glicerolo, amminoacidi) vengono coinvolte nei processi di trasformazione in diverse fasi. La degradazione del glucosio senza ossigeno è chiamata glicolisi. Il glucosio subisce una serie di trasformazioni successive (Fig. 16). Innanzitutto, viene convertito in fruttosio e fosforilato

Attivato da due molecole di ATP e convertito in fruttosio difosfato. Successivamente, la molecola di carboidrati a sei atomi di carbonio si scompone in due composti a tre atomi di carbonio: due molecole di glicerofosfato (trioso). Dopo una serie di reazioni, si ossidano, perdendo due atomi di idrogeno ciascuno, e vengono convertiti in due molecole di acido piruvico (PVA). Come risultato di queste reazioni, vengono sintetizzate quattro molecole di ATP. Poiché inizialmente sono state spese due molecole di ATP per attivare il glucosio, il risultato totale è 2 ATP. Pertanto, l'energia rilasciata durante la scomposizione del glucosio viene parzialmente immagazzinata in due molecole di ATP e parzialmente consumata sotto forma di calore. I quattro atomi di idrogeno rimossi durante l'ossidazione del glicerofosfato si combinano con il trasportatore di idrogeno NAD+ (nicotinammide dinucleotide fosfato). È lo stesso trasportatore di idrogeno del NADP+, ma è coinvolto nelle reazioni del metabolismo energetico.

Il terzo stadio è l'ossidazione biologica o respirazione. Questa fase avviene solo in presenza di ossigeno ed è altrimenti chiamata ossigeno. Si verifica nei mitocondri.

L'acido piruvico dal citoplasma entra nei mitocondri, dove perde una molecola di anidride carbonica e viene convertito in acido acetico, combinandosi con l'attivatore e trasportatore del coenzima A (Fig. 17). L'acetil-CoA risultante entra quindi in una serie di reazioni cicliche. Anche i prodotti della decomposizione priva di ossigeno - acido lattico, alcol etilico - subiscono ulteriori modifiche e subiscono ossidazione con l'ossigeno. L'acido lattico viene convertito in acido piruvico se si forma a causa della mancanza di ossigeno nei tessuti animali. L'alcol etilico viene ossidato ad acido acetico e si lega al CoA.

Le reazioni cicliche in cui l'acido acetico viene convertito sono chiamate ciclo degli acidi di- e tricarbossilici, o ciclo di Krebs, dal nome dello scienziato che per primo descrisse queste reazioni. Come risultato di una serie di reazioni sequenziali, avviene la decarbossilazione - la rimozione dell'anidride carbonica e l'ossidazione - la rimozione dell'idrogeno dalle sostanze risultanti. Carbonico

il gas formatosi durante la decarbossilazione del PVC e nel ciclo di Krebs viene rilasciato dai mitocondri, e poi dalla cellula e dall'organismo durante la respirazione. Pertanto, l'anidride carbonica si forma direttamente durante la decarbossilazione delle sostanze organiche. Tutto l'idrogeno rimosso dalle sostanze intermedie si combina con il trasportatore NAD+ e si forma NAD 2H. Durante la fotosintesi l'anidride carbonica si combina con sostanze intermedie e viene ridotta con l'idrogeno. Qui il processo è invertito.

Tracciamo ora il percorso delle molecole NAD 2H. Arrivano alle creste dei mitocondri, dove si trova la catena respiratoria degli enzimi. Su questa catena l'idrogeno viene estratto dal trasportatore con la contemporanea rimozione di elettroni. Ogni molecola di NAD 2H ridotto dona due idrogeni e due elettroni. L'energia degli elettroni rimossi è molto alta. Entrano nella catena respiratoria degli enzimi, che consiste di proteine ​​- citocromi. Muovendosi a cascata attraverso questo sistema, l'elettrone perde energia. Grazie a questa energia, le molecole di ATP vengono sintetizzate in presenza dell'enzima ATPasi. Contemporaneamente a questi processi, gli ioni idrogeno vengono pompati attraverso la membrana verso il suo lato esterno. Nel processo di ossidazione di 12 molecole di NAD-2H, che si sono formate durante la glicolisi (2 molecole) e come risultato delle reazioni nel ciclo di Krebs (10 molecole), vengono sintetizzate 36 molecole di ATP. La sintesi delle molecole di ATP accoppiata al processo di ossidazione dell'idrogeno è chiamata fosforilazione ossidativa. Questo processo fu descritto per la prima volta dallo scienziato russo V.A. Engelhardt nel 1931. L'accettore di elettroni finale è una molecola di ossigeno che entra nei mitocondri durante la respirazione. Gli atomi di ossigeno all'esterno della membrana accettano elettroni e si caricano negativamente. Gli ioni idrogeno positivi si combinano con l'ossigeno caricato negativamente per formare molecole d'acqua. Ricordiamo che l'ossigeno atmosferico si forma a seguito della fotosintesi durante la fotolisi delle molecole d'acqua e l'idrogeno viene utilizzato per ridurre l'anidride carbonica. Nel processo di scambio energetico, l'idrogeno e l'ossigeno vengono ricombinati e convertiti in acqua.

19.Organizzazione dell'apparato ereditario nelle cellule eucariotiche. Genoma delle cellule somatiche. L'apparato genetico di una cellula eucariotica si trova nel nucleo ed è protetto da una membrana. Il DNA eucariotico è lineare, collegato alle proteine ​​in un rapporto 50/50. Formano un cromosoma. A differenza degli eucarioti, il DNA nei procarioti è circolare, nudo (quasi non collegato alle proteine), si trova in una regione speciale del citoplasma - il nucleoide ed è separato dal resto del citoplasma mediante una membrana. Una cellula eucariotica si divide per mitosi, meiosi o una combinazione di questi metodi. Il ciclo vitale degli eucarioti consiste di due fasi nucleari. La prima (aplofase) è caratterizzata da un unico insieme di cromosomi. Nella seconda fase (diplofase), due cellule aploidi si fondono per formare una cellula diploide, che contiene un doppio corredo di cromosomi. Dopo alcune divisioni la cellula ritorna aploide.

Nel genoma ci sono 24 cromosomi diversi: 22 di essi non influenzano il sesso e due cromosomi (X e Y) determinano il sesso. I cromosomi da 1 a 22 sono numerati in ordine decrescente di dimensione. Le cellule somatiche hanno solitamente 23 paia di cromosomi: rispettivamente una copia dei cromosomi da 1 a 22 di ciascun genitore, nonché un cromosoma X della madre e un cromosoma Y o X del padre. In totale, risulta che una cellula somatica contiene 46 cromosomi.

20.Gene, genotipo, omo ed eterozigosi. Determinazione genetica del fenotipo. Il gene è un'unità strutturale e funzionale dell'eredità degli organismi viventi. Gene

è una sezione di DNA che specifica la sequenza di uno specifico polipeptide o RNA funzionale. I geni (più precisamente, gli alleli dei geni) determinano le caratteristiche ereditarie degli organismi che vengono trasmessi dai genitori alla prole durante la riproduzione. Allo stesso tempo, alcuni organelli (mitocondri, plastidi) hanno un proprio DNA che ne determina le caratteristiche, che non fa parte del genoma dell'organismo.

In alcuni organismi, per lo più unicellulari, si riscontra il trasferimento genico orizzontale che non è associato alla riproduzione.

Il termine "gene" fu coniato nel 1909 dal botanico danese Vilhelm Johansen, tre anni dopo che il termine "genetica" fu coniato da William Bateson.

Proprietà dei geni:

1. stabilità: la capacità di mantenere la struttura;

2. labilità: la capacità di mutare ripetutamente;

3. allelismo multiplo: molti geni esistono in una popolazione in molteplici forme molecolari;

4. allelicità: nel genotipo degli organismi diploidi ci sono solo due forme del gene;

5. specificità: ogni gene codifica il proprio tratto;

6. pleiotropia: effetto multiplo di un gene;

7. espressività: il grado di espressione di un gene in un tratto;

8. penetranza: la frequenza di manifestazione di un gene in un fenotipo;

9. amplificazione: aumento del numero di copie di un gene.

GENOTIPO, tutti i geni di un organismo, che insieme determinano tutte le caratteristiche dell'organismo - il suo fenotipo. Se il genoma è la caratteristica genetica di una specie, allora il genotipo è la caratteristica genetica (costituzione) di un particolare organismo. Quando si studia l'ereditarietà di determinati tratti, non tutti i geni sono chiamati genotipo, ma solo quelli che determinano questi tratti.

Il genotipo non è una somma meccanica di geni autonomi e che agiscono in modo indipendente, ma un sistema complesso e integrale - un ambiente genotipico in cui il lavoro e l'implementazione di ciascun gene dipendono dall'influenza di altri geni. Pertanto, con l'interazione dei geni allelici, oltre ai semplici casi di dominanza e recessività, sono possibili dominanza incompleta, codominanza (la manifestazione di due geni allelici contemporaneamente) e sovradominanza (una manifestazione più forte del tratto negli eterozigoti rispetto agli omozigoti). .

Individui con lo stesso genotipo, che si sviluppano in condizioni ambientali diverse, possono avere fenotipi diversi. A questo proposito, la genetica ha sviluppato l’idea di una norma di reazione, cioè dei limiti entro i quali il fenotipo di un dato genotipo può cambiare sotto l’influenza di diverse condizioni ambientali. Pertanto, l'entità della variabilità fenotipica è determinata anche dal genotipo o, in altre parole, il fenotipo è il risultato dell'interazione del genotipo e dell'ambiente esterno. Ottenere cellule e individui con lo stesso genotipo attraverso la propagazione vegetativa e la clonazione è importante sia per risolvere problemi scientifici che pratici in agricoltura, medicina e biotecnologia.

L'omozigosità è uno stato dell'apparato ereditario di un organismo in cui i cromosomi omologhi hanno la stessa forma di un dato gene. La transizione di un gene allo stato omozigote porta alla manifestazione di alleli recessivi nella struttura e nella funzione del corpo (fenotipo), il cui effetto, nell'eterozigosità, è soppresso dagli alleli dominanti. Il test per l'omozigosità è l'assenza di segregazione durante alcuni tipi di incrocio. Un organismo omozigote produce solo un tipo di gamete per un dato gene.

L'eterozigosi è una condizione inerente a qualsiasi organismo ibrido, in cui i suoi cromosomi omologhi portano forme diverse (alleli) di un particolare gene o differiscono nella posizione relativa dei geni. Il termine "eterozigosità" fu introdotto per la prima volta dal genetista inglese W. Bateson nel 1902. L'eterozigosi si verifica quando gameti di diversa composizione genetica o strutturale si fondono in un eterozigote. L'eterozigosi strutturale si verifica quando si verifica un riarrangiamento cromosomico di uno dei cromosomi omologhi che può essere riscontrato nella meiosi o nella mitosi; L'eterozigosi viene rivelata utilizzando l'incrocio di test. L'eterozigosi, di regola, è una conseguenza del processo sessuale, ma può insorgere a seguito di una mutazione. A

eterozigosità, l'effetto degli alleli recessivi dannosi e letali è soppresso dalla presenza del corrispondente allele dominante e si manifesta solo quando questo gene passa allo stato omozigote. Pertanto, l'eterozigosità è diffusa nelle popolazioni naturali ed è, apparentemente, una delle cause dell'eterosi. L'effetto mascherante degli alleli dominanti nell'eterozigosi è la ragione della persistenza e della diffusione di alleli recessivi dannosi nella popolazione (il cosiddetto portatore eterozigote).

Il fenotipo (dalla parola greca phainotip - rivelo, rivelo) è un insieme di caratteristiche inerenti a un individuo a un certo stadio di sviluppo. Il fenotipo si forma sulla base del genotipo, mediato da una serie di fattori ambientali. Negli organismi diploidi, i geni dominanti compaiono nel fenotipo.

Il fenotipo è un insieme di caratteristiche esterne e interne di un organismo acquisite come risultato dell'ontogenesi (sviluppo individuale).

Innanzitutto, la maggior parte delle molecole e delle strutture codificate dal materiale genetico non sono visibili nell'aspetto esterno dell'organismo, sebbene facciano parte del fenotipo. Ad esempio, questo è esattamente il caso dei gruppi sanguigni umani. Pertanto, la definizione ampliata di fenotipo dovrebbe includere caratteristiche che possono essere rilevate mediante procedure tecniche, mediche o diagnostiche. Un'ulteriore e più radicale espansione può includere il comportamento acquisito o addirittura l'influenza di un organismo sull'ambiente e su altri organismi. Il fenotipo può essere definito come la "trasmissione" dell'informazione genetica verso fattori ambientali. In prima approssimazione si può parlare di due caratteristiche del fenotipo: a) il numero di direzioni di rimozione caratterizza il numero di fattori ambientali a cui il fenotipo è sensibile - la dimensione del fenotipo; b) la “distanza” di rimozione caratterizza il grado di sensibilità del fenotipo ad un dato fattore ambientale. Insieme, queste caratteristiche determinano la ricchezza e lo sviluppo del fenotipo. Più il fenotipo è multidimensionale e sensibile, più il fenotipo è lontano dal genotipo, più è ricco.

21.Codice genetico, sue proprietà:

Il codice genetico è un sistema per la disposizione dei nucleotidi in una molecola di DNA che controlla la sequenza degli amminoacidi in una molecola proteica.

Nella varietà delle proteine ​​esistenti in natura sono stati scoperti circa 20 amminoacidi diversi. Per crittografarne un tale numero, un numero sufficiente di combinazioni di nucleotidi può essere fornito solo da un codice tripletta, in cui ciascun amminoacido è crittografato da tre nucleotidi adiacenti. In questo caso, = 64 triplette sono formate da quattro nucleotidi. Un codice composto da due nucleotidi consentirebbe di crittografare solo = 16 aminoacidi diversi.

1) gli stessi amminoacidi possono essere codificati da triplette diverse (sinonimi dei codoni). Questo codice si chiama degenerato o ridondante. Le triplette duplicate differiscono nel terzo nucleotide.

2) In una molecola di DNA, ogni nucleotide è incluso solo in qualsiasi codone. Quindi il codice del DNA non sovrapposte. Continuità– la sequenza nucleotidica viene letta tripletta per tripletta senza lacune. Gene Doc-vom non sovrapposto. Il codice serve a sostituire un solo amminoacido nel peptide quando si sostituisce un nucleotide nel DNA.

3) Specificità - Ciascuna tripletta è in grado di codificare solo un amminoacido specifico.

4) Versatilità ( completa corrispondenza del codice in diverse specie di organismi viventi.) il codice genetico indica l'unità di origine dell'intera diversità delle forme viventi sulla Terra nel processo di evoluzione biologica.

La sequenza delle triplette determina l'ordine degli amminoacidi nella molecola proteica, cioè si verifica la collinearità. In altre parole, la collinearità è una proprietà che produce la sequenza di aminoacidi in una proteina in cui si trovano i codoni corrispondenti nel gene. Ciò significa che la posizione di ciascun amminoacido nella catena polipeptidica dipende da una regione specifica del gene. Il codice genetico è considerato collineare se i codoni degli acidi nucleici e i loro corrispondenti aminoacidi nella proteina si trovano nello stesso ordine lineare.

22. La struttura dei cromosomi, i loro tipi, classificazione nel cariotipo umano.

Il termine cromosoma fu proposto nel 1888 dal morfologo tedesco W. Waldeyer, che lo usò per designare le strutture intranucleari di una cellula eucariotica ben colorate con coloranti basici (dal greco cromo - colore, vernice e soma - corpo).

Chimica. composizione cromosomica:

Sono costituiti principalmente da DNA e proteine, che formano un complesso nucleoproteico chiamato cromatina, che ha ricevuto il nome per la sua capacità di essere colorato con coloranti basici. La cromatina è costituita da due tipi di proteine: istoni e proteine ​​non istoniche.

Gli istoni sono presentati in cinque frazioni: HI, H2A, H2B, NZ, H4. Essendo proteine ​​basiche caricate positivamente, si legano abbastanza saldamente alle molecole di DNA, il che impedisce la lettura delle informazioni biologiche in esso contenute. Questo è il loro ruolo regolatore. Inoltre, queste proteine ​​svolgono una funzione strutturale, garantendo l'organizzazione spaziale del DNA nei cromosomi.

Il numero di frazioni proteiche non istoniche supera 100. Tra questi ci sono enzimi per la sintesi e l'elaborazione dell'RNA, la duplicazione e la riparazione del DNA. Le proteine ​​acide dei cromosomi svolgono anche ruoli strutturali e regolatori. Oltre al DNA e alle proteine, i cromosomi contengono anche RNA, lipidi, polisaccaridi e ioni metallici.

L'RNA cromosomico è rappresentato in parte da prodotti di trascrizione che non hanno ancora lasciato il sito di sintesi. Alcune frazioni hanno una funzione normativa.

Il ruolo regolatore dei componenti cromosomici è quello di vietare o consentire la copiatura delle informazioni dalla molecola di DNA.

I rapporti di massa di DNA: istoni: proteine ​​non istoniche: RNA: lipidi sono 1:1:(0,2-0,5): (0,1-0,15):(0,01--0,03). Altri componenti si trovano in piccole quantità.

Morfologia cromosomica

Microscopia ottica. Nella prima metà della mitosi sono costituiti da due cromatidi collegati tra loro nella regione della costrizione primaria (centromero o cinetocore), una regione appositamente organizzata del cromosoma comune ad entrambi i cromatidi fratelli. Nella seconda metà della mitosi i cromatidi si separano tra loro. Formano monofilamentosi cromosomi figli distribuiti tra le cellule figlie.

∙ armati uguali o metacentrici (con un centromero al centro),

∙ bracci disuguali, o submetacentrici (con il centromero spostato ad un'estremità),

∙ a forma di bastoncello o acrocentrico (con un centromero situato quasi all'estremità del cromosoma),

∙ punto - molto piccolo, la cui forma è difficile da determinare

L'insieme di tutte le caratteristiche strutturali e quantitative dell'insieme completo di cromosomi caratteristici delle cellule di un particolare tipo di organismo vivente è chiamato cariotipo.

Il cariotipo del futuro organismo si forma durante la fusione di due cellule germinali (sperma e uovo). In questo caso, i loro set cromosomici vengono combinati. Il nucleo di una cellula germinale matura contiene metà dell'insieme dei cromosomi (per l'uomo - 23). Un tale insieme unico di cromosomi, simile a quello delle cellule germinali, è chiamato aploide ed è designato - n. Quando un ovulo viene fecondato da uno spermatozoo, in un nuovo organismo viene ricreato un cariotipo specie-specifico, che comprende 46 cromosomi nell'uomo. La composizione cromosomica completa di una cellula somatica ordinaria è diploide (2n). In un set diploide, ciascun cromosoma ha un altro cromosoma accoppiato simile per dimensioni e posizione centromerica. Tali cromosomi sono chiamati omologhi. I cromosomi omologhi non solo si assomigliano, ma contengono anche geni responsabili delle stesse caratteristiche.

Il cariotipo di una donna contiene normalmente due cromosomi X e può essere scritto come 46, XX. Il cariotipo di un uomo comprende i cromosomi X e Y (46, XY). Vengono chiamate tutte le restanti 22 paia di cromosomi

autosomi. Gruppi autosomici:

∙ Il gruppo A comprende 3 paia dei cromosomi più lunghi (1, 2, 3°);

∙ il gruppo B unisce 2 paia di grandi cromosomi submetacentrici (4 e 5°).

∙ gruppo C, comprendente 7 paia di autosomi submetacentrici di medie dimensioni (con dal 6 al 12). Sulla base delle caratteristiche morfologiche, il cromosoma X è difficile da distinguere da questo gruppo.

∙ Cromosomi acrocentrici medi 13, 14 e Le 15 coppie sono nel girone D.

∙ Tre paia di piccoli cromosomi submetacentrici costituiscono il gruppo E (16, 17 e 18).

∙ I cromosomi metacentrici più piccoli (19 e 20) costituiscono il gruppo F.

La 21a e la 22a coppia di cromosomi corti acrocentrici sono incluse nel gruppo G. Il cromosoma Y è morfologicamente molto simile agli autosomi di questo gruppo.

23. Teoria cromosomica di T. Morgan.

Teoria cromosomica dell'ereditarietà - una teoria secondo la quale la trasmissione di informazioni ereditarie per più generazioni è associata alla trasmissione di cromosomi, in cui i geni si trovano in una sequenza certa e lineare.

1. Portatori materiali dell'ereditarietà: i geni si trovano nei cromosomi e si trovano in essi linearmente ad una certa distanza l'uno dall'altro.

2. I geni situati sullo stesso cromosoma appartengono allo stesso gruppo di collegamento. Il numero di gruppi di collegamento corrisponde al numero aploide di cromosomi.

3. I tratti i cui geni si trovano sullo stesso cromosoma vengono ereditati insieme.

4. Nella prole di genitori eterozigoti, possono formarsi nuove combinazioni di geni situati nella coppia inferiore di cromosomi come risultato dell'incrocio durante il processo di meiosi.

5. La frequenza del crossover, determinata dalla percentuale di individui crossover, dipende dalla distanza tra i geni.

6. Sulla base della disposizione lineare dei geni su un cromosoma e della frequenza di incrocio come indicatore della distanza tra i geni, è possibile costruire mappe cromosomiche.

Il lavoro di T. Morgan e dei suoi colleghi non solo ha confermato l'importanza dei cromosomi come principali portatori di materiale ereditario rappresentato dai singoli geni, ma ha anche stabilito la linearità della loro posizione lungo la lunghezza del cromosoma.

La prova della connessione tra il substrato materiale dell'ereditarietà e la variabilità con i cromosomi era, da un lato, la stretta corrispondenza dei modelli di ereditarietà dei caratteri scoperti da G. Mendel con il comportamento dei cromosomi durante la mitosi, la meiosi e la fecondazione. D'altra parte, nel laboratorio di T. Morgan, è stato scoperto un tipo speciale di ereditarietà dei tratti, che è stato ben spiegato dalla connessione dei geni corrispondenti con il cromosoma X. Stiamo parlando dell'eredità del colore degli occhi legata al sesso nella Drosophila.

L'idea dei cromosomi come portatori di complessi genici è stata espressa sulla base dell'osservazione dell'ereditarietà collegata di un certo numero di caratteristiche genitoriali tra loro durante la loro trasmissione su un certo numero di generazioni. Questo collegamento di tratti non alternativi è stato spiegato dal posizionamento dei geni corrispondenti su un cromosoma, che è una struttura abbastanza stabile che preserva la composizione dei geni per generazioni di cellule e organismi.

Secondo la teoria cromosomica dell'ereditarietà, la totalità dei geni che compongono un cromosoma si forma gruppo frizione. Ogni cromosoma è unico

l'insieme dei geni in esso contenuti. Il numero di gruppi di collegamento nel materiale ereditario degli organismi di una data specie è quindi determinato dal numero di cromosomi nell'insieme aploide delle loro cellule germinali. Durante la fecondazione si forma un insieme diploide, in cui ciascun gruppo di collegamento è rappresentato da due varianti: cromosomi paterni e materni, che trasportano insiemi originali di alleli del corrispondente complesso genetico.

L'idea della disposizione lineare dei geni su ciascun cromosoma è nata sulla base dell'osservazione della ricombinazione (interscambio) che si verifica spesso tra i complessi genici materni e paterni contenuti nei cromosomi omologhi. Si è scoperto che la frequenza di ricombinazione è caratterizzata da una certa costanza per ciascuna coppia di geni in un dato gruppo di collegamento ed è diversa per coppie diverse. Questa osservazione ha permesso di suggerire una connessione tra la frequenza di ricombinazione e la sequenza dei geni sul cromosoma e il processo di crossover che avviene tra omologhi nella profase I della meiosi (vedi paragrafo 3.6.2.3).

L'idea di una distribuzione lineare dei geni spiegava bene la dipendenza della frequenza di ricombinazione dalla distanza tra loro nel cromosoma.

La scoperta dell'ereditarietà collegata di tratti non alternativi ha costituito la base per lo sviluppo di una tecnica per costruire mappe genetiche dei cromosomi utilizzando il metodo ibridologico dell'analisi genetica.

Così, all'inizio del XX secolo. Il ruolo dei cromosomi come principali portatori di materiale ereditario in una cellula eucariotica è stato dimostrato inconfutabilmente. La conferma di ciò è stata ottenuta studiando la composizione chimica dei cromosomi.

24. Divisione delle cellule somatiche. Caratteristiche delle fasi della mitosi.

La divisione di una cellula somatica e del suo nucleo (mitosi) è accompagnata da complesse trasformazioni multifase dei cromosomi: 1) nel processo di mitosi, il raddoppio di ciascun cromosoma avviene sulla base della replicazione complementare di una molecola di DNA con la formazione di due sorelle copie filiformi (cromatidi) collegate al centromero; 2) successivamente, i cromatidi fratelli vengono separati e distribuiti in modo equivalente sui nuclei delle cellule figlie.

Di conseguenza, l'identità del corredo cromosomico e del materiale genetico viene mantenuta durante la divisione delle cellule somatiche.

Una menzione speciale dovrebbe essere fatta ai neuroni: cellule postmitotiche altamente differenziate che non subiscono la divisione cellulare per tutta la vita. Le capacità compensative dei neuroni in risposta all'azione di fattori dannosi sono limitate alla rigenerazione intracellulare e alla riparazione del DNA nel nucleo non diviso, che determina in gran parte la specificità dei processi neuropatologici di natura ereditaria e non ereditaria.

La mitosi è una divisione complessa del nucleo cellulare, il cui significato biologico risiede nella distribuzione identica dei cromosomi figli con l'informazione genetica che contengono tra i nuclei delle cellule figlie, come risultato di questa divisione hanno i nuclei delle cellule figlie un insieme di cromosomi identici per quantità e qualità a quello della cellula madre.

I cromosomi sono il principale substrato dell'ereditarietà; sono l'unica struttura per la quale è stata dimostrata la capacità indipendente di duplicazione. Tutti gli altri organelli cellulari capaci di duplicarsi lo svolgono sotto il controllo del nucleo. A questo proposito, è importante mantenere un numero costante di cromosomi e distribuirli uniformemente tra le cellule figlie, cosa che si ottiene attraverso l'intero meccanismo della mitosi. Questo metodo di divisione nelle cellule vegetali fu scoperto nel 1874 dal botanico russo I. D. Chistyakov e nelle cellule animali - nel 1878 dall'istologo russo P. I. Peremezhko (1833-1894).

IN Nel processo di mitosi (Fig. 2.15), si verificano in sequenza cinque fasi: profase, prometafase, metafase, anafase e telofase. Queste fasi, immediatamente successive l'una all'altra, sono collegate da transizioni impercettibili. Ciascuno precedente determina il passaggio a quello successivo.

IN Quando una cellula inizia a dividersi, i cromosomi assumono l'aspetto di una palla composta da molti fili sottili e debolmente spiralati. In questo momento, ciascun cromosoma è costituito da due cromatidi fratelli. La formazione dei cromatidi avviene secondo il principio della matrice in Periodo S del ciclo mitotico come conseguenza della replicazione del DNA.

All'inizio della profase, e talvolta anche prima del suo inizio, il centriolo è diviso in due e divergono verso

poli del nucleo. Allo stesso tempo, i cromosomi subiscono un processo di torsione (spiralizzazione), a seguito del quale vengono significativamente accorciati e ispessiti. I cromatidi si allontanano leggermente gli uni dagli altri, rimanendo collegati solo dai centromeri. Appare uno spazio tra i cromatidi. Verso la fine della profase nelle cellule animali, attorno ai centrioli si forma una figura radiata. La maggior parte delle cellule vegetali non possiede centrioli.

Alla fine della profase, i nucleoli scompaiono, la membrana nucleare si dissolve sotto l'azione degli enzimi dei lisosomi e i cromosomi vengono immersi nel citoplasma. Allo stesso tempo appare una figura acromatica, che consiste in fili che si estendono dai poli della cellula (se ci sono centrioli, allora da essi). I filamenti acromatici sono attaccati ai centromeri dei cromosomi. Si forma una figura caratteristica che ricorda un fuso. Studi al microscopio elettronico hanno dimostrato che i fili del fuso sono tubi, tubuli.

Nella prometafase, al centro della cellula si trova il citoplasma, che ha una viscosità insignificante. I cromosomi immersi in esso sono diretti all'equatore della cellula.

Nella metafase, i cromosomi si trovano in uno stato ordinato all'equatore. Tutti i cromosomi sono chiaramente visibili, grazie ai quali lo studio dei cariotipi (contando il numero, studiando le forme dei cromosomi) viene effettuato proprio in questa fase. In questo momento, ciascun cromosoma è costituito da due cromatidi, le cui estremità divergono. Pertanto, sulle piastre metafase (e sugli idiogrammi dei cromosomi metafase) i cromosomi hanno la forma di A. Lo studio dei cromosomi viene effettuato proprio in questa fase.

Nell'anafase, ciascun cromosoma viene diviso longitudinalmente per tutta la sua lunghezza, inclusa la regione

centromeri, o più precisamente, si verifica la divergenza dei cromatidi, che poi diventano cromosomi fratelli, o figlie. Hanno forma bastoncellare, ricurva nella zona della costrizione primaria. I fili del fuso si contraggono, si muovono verso i poli e dietro di essi i cromosomi figli iniziano a divergere verso i poli. La loro divergenza viene eseguita rapidamente e

tutti allo stesso tempo, come a comando. Ciò è chiaramente dimostrato dalle riprese video delle cellule in divisione. Processi violenti si verificano anche nel citoplasma, che sulla pellicola ricorda un liquido bollente.

Durante la telofase i cromosomi figli raggiungono i poli. Successivamente i cromosomi despirano, perdono i loro contorni chiari e attorno a loro si formano membrane nucleari. Il nucleo acquisisce una struttura simile a quella della cellula madre in interfase. Il nucleolo viene ripristinato.

25. Cellule germinali umane, loro struttura. Tipi di struttura dell'uovo.

Per partecipare alla riproduzione sessuale, i gameti vengono prodotti negli organismi genitori: cellule specializzate per garantire la funzione generativa.

La fusione dei gameti materni e paterni porta alla comparsa di uno zigote, una cellula che è un individuo figlia al primo, primissimo stadio dello sviluppo individuale.

U In alcuni organismi, uno zigote si forma come risultato dell'unione di gameti che sono indistinguibili nella struttura. In questi casi si parla isogamia.

U Nella maggior parte delle specie, in base alle caratteristiche strutturali e funzionali, le cellule germinali sono suddivise in

materno (ovuli) e paterno (sperma). Di norma, gli ovuli e lo sperma sono prodotti da organismi diversi: femmine (femmine) e maschi (maschi). Il fenomeno risiede nella divisione dei gameti in uova e spermatozoi e degli individui in femmine e maschi dimorfismo sessuale (Fig. 5.1; 5.2). La sua presenza in natura riflette le differenze nei compiti risolti nel processo di riproduzione sessuale da gameti maschili o femminili, maschili o femminili.

Cellule riproduttive maschili umane - sperma , o spermatozoi, lunghi circa 70 micron, hanno testa, collo e coda.

Lo sperma è ricoperto da un citolemma, che nella parte anteriore contiene un recettore che garantisce il riconoscimento dei recettori dell'ovulo.

La testa dello sperma comprende un piccolo nucleo denso con un insieme aploide di cromosomi. La metà anteriore del nucleo è ricoperta da una sacca piatta, che costituisce il cappuccio dello sperma. Contiene l'acrosoma (dal greco asgo - punta, soma - corpo),

costituito da un complesso di Golgi modificato. L'acrosoma contiene una serie di enzimi. Nel nucleo di uno spermatozoo umano, occupante

la maggior parte della testa contiene 23 cromosomi, uno dei quali è il cromosoma sessuale (X o Y), il resto sono autosomi. La sezione della coda dello sperma è costituita da parti intermedie, principali e terminali.

Durante l'esame degli spermatozoi al microscopio elettronico, si è scoperto che il protoplasma della sua testa non è in uno stato colloidale, ma in uno stato cristallino liquido. Ciò garantisce la resistenza degli spermatozoi agli influssi avversi dell'ambiente esterno. Ad esempio, sono meno danneggiate dalle radiazioni ionizzanti rispetto alle cellule germinali immature.

Tutti gli spermatozoi portano la stessa carica elettrica (negativa), che impedisce loro di restare uniti.

Una persona produce circa 200 milioni di spermatozoi

Uova o ovociti(dal latino ovum - uovo), maturano in quantità incommensurabilmente inferiori rispetto allo sperma. Durante il ciclo sessuale di una donna (24-28 giorni), di regola, matura un uovo. Pertanto, durante il periodo fertile, si formano circa 400 uova mature.

Il rilascio di un ovocita dall'ovaio si chiama ovulazione. L'ovocita rilasciato dall'ovaio è circondato da una corona di cellule follicolari, il cui numero raggiunge i 3-4mila. Viene raccolto dalle fimbrie della tuba di Falloppio (ovidotto) e si muove lungo di essa. Qui termina la maturazione della cellula germinale. Uovo ha una forma sferica, un volume di citoplasma maggiore di uno spermatozoo e non ha la capacità di muoversi autonomamente.

Struttura. L'ovulo umano ha un diametro di circa 130 micron. Adiacente al citolemma si trova la zona lucida, o trasparente, e poi uno strato di cellule follicolari. Il nucleo della cellula germinale femminile ha un insieme aploide di cromosomi con un cromosoma sessuale X, un nucleolo ben definito e molti complessi di pori nel cariolemma.

IN Durante il periodo di crescita dell'ovocita, nel nucleo si verificano intensi processi di sintesi di mRNA e rRNA.

IN Nel citoplasma si sviluppano l'apparato per la sintesi proteica (reticolo endoplasmatico, ribosomi) e l'apparato del Golgi. Il numero di mitocondri è moderato; si trovano vicino al nucleo del tuorlo, dove avviene la sintesi intensiva

tuorlo, il centro della cellula è assente. Nelle prime fasi dello sviluppo, l'apparato del Golgi si trova vicino al nucleo e durante la maturazione dell'uovo si sposta alla periferia del citoplasma.

Le uova sono ricoperte da strati che svolgono una funzione protettiva, forniscono il tipo di metabolismo necessario, nei mammiferi placentati servono per introdurre l'embrione nella parete dell'utero e svolgono anche altre funzioni.

Il citolemma dell'uovo ha microvilli situati tra i processi delle cellule follicolari. Le cellule follicolari svolgono funzioni trofiche e protettive.

Gli ovociti sono molto più grandi delle cellule somatiche. La struttura intracellulare del citoplasma in essi è specifica per ciascuna specie animale, il che garantisce caratteristiche di sviluppo specie-specifiche (e spesso individuali). Le uova contengono una serie di sostanze necessarie per lo sviluppo dell'embrione. Questi includono il materiale nutritivo (tuorlo).

Classificazione delle uova si basa sulla presenza, quantità e distribuzione del tuorlo (lecithos), che è un'inclusione proteico-lipidica nel citoplasma utilizzata per nutrire l'embrione.

Esistono uova senza tuorlo (alecital), a basso tuorlo (oligolecithal), a tuorlo medio (mesolecithal), a tuorlo multiplo (polilecithal).

Nell’uomo, la presenza di una piccola quantità di tuorlo nell’uovo è dovuta allo sviluppo dell’embrione nel corpo materno.

Polarità dell'ovulo. Quando nell'uovo è presente una piccola quantità di tuorlo, di solito è distribuito uniformemente nel citoplasma e il nucleo si trova approssimativamente al centro. Tali uova sono chiamate isolecitale(dal greco isos - uguale). Nella maggior parte dei vertebrati il ​​tuorlo è abbondante ed è distribuito in modo non uniforme nel citoplasma dell'uovo. Questo anisolecitale cellule. La maggior parte del tuorlo si accumula in uno dei poli della cellula - polo vegetativo. Tali uova sono chiamate telolecitale(dal greco telos - fine). Il polo opposto, verso il quale viene spinto il citoplasma attivo libero dal tuorlo, è detto animale. Se il tuorlo è tuttavia immerso nel citoplasma e non viene isolato da esso sotto forma di frazione separata, come negli storioni e negli anfibi, le uova vengono chiamate moderatamente telolecitale. Se il tuorlo è completamente separato dal citoplasma, come negli amnioti, allora lo è nettamente telolecitale uova.

26. Riproduzione dei viventi. Classificazione dei metodi di riproduzione.

La riproduzione, o riproduzione, è una delle principali proprietà che caratterizzano la vita. La riproduzione si riferisce alla capacità degli organismi di produrre altri come loro. Il fenomeno della riproduzione è strettamente correlato a una delle caratteristiche che caratterizzano la vita: la discrezione. Come sai, un intero organismo è costituito da unità discrete: le cellule. La vita di quasi tutte le cellule è più breve della vita di un individuo, quindi l'esistenza di ciascun individuo è supportata dalla riproduzione cellulare. Ogni tipo di organismo è anche distinto, cioè è costituito da singoli individui. Ognuno di loro è mortale. L'esistenza di una specie è supportata dalla riproduzione (riproduzione) degli individui. Di conseguenza, la riproduzione è una condizione necessaria per l'esistenza di una specie e la continuità delle generazioni successive all'interno di una specie. La classificazione delle forme di riproduzione si basa sul tipo di divisione cellulare: mitotica (asessuata) e meiotica (sessuale). Le forme di riproduzione possono essere rappresentate come il seguente diagramma

Riproduzione asessuata. Negli eucarioti unicellulari questa è una divisione basata sulla mitosi, nei procarioti è la divisione del nucleoide e negli organismi multicellulari è vegetativa (latino vegetatio

Grow) riproduzione, cioè per parti del corpo o per un gruppo di cellule somatiche.

Riproduzione asessuata degli organismi unicellulari. Nelle piante e negli animali unicellulari si distinguono le seguenti forme di riproduzione asessuata: fissione, endogonia, fissione multipla (schizogonia) e gemmazione.

La divisione è tipica degli organismi unicellulari (amebe, flagellati, ciliati). Innanzitutto avviene la divisione mitotica del nucleo, quindi nel citoplasma appare una costrizione sempre più profonda. In questo caso, le cellule figlie ricevono la stessa quantità di informazioni. Gli organelli sono generalmente distribuiti uniformemente. In numerosi casi si è riscontrato che la divisione è preceduta dal loro raddoppio. Dopo la divisione, gli individui figlie crescono e, avendo raggiunto le dimensioni del corpo della madre, passano a una nuova divisione.

L'endogonia è una gemmazione interna. Quando si formano due individui figlie - endodiogonia - la madre dà solo due figli (è così che si riproduce il toxoplasma), ma possono esserci più germogli interni, che porteranno alla schizogonia.

La schizogonia, o fissione multipla, è una forma di riproduzione che si è sviluppata dalla precedente. Si trova anche negli organismi unicellulari, ad esempio nell'agente eziologico della malaria - Plasmodium falciparum. Nella schizogonia si verificano divisioni multiple del nucleo senza citocinesi, quindi l'intero citoplasma viene diviso in particelle che si separano attorno ai nuclei. Una cellula produce molte cellule figlie. Questa forma di riproduzione si alterna solitamente alla riproduzione sessuale.

Il germogliamento consiste nella formazione iniziale di un piccolo tubercolo contenente un nucleo figlia, o nucleoide, sulla cellula madre. Il germoglio cresce, raggiunge le dimensioni della madre e poi si separa da essa. Questa forma di riproduzione è osservata nei batteri, nei funghi di lievito e negli animali unicellulari - nei ciliati succhiatori.

Sporulazione trovato in animali appartenenti al phylum dei protozoi, la classe degli Sporozoi. Una spora è una delle fasi del ciclo vitale che serve alla riproduzione; è costituita da una cellula ricoperta da una membrana che la protegge dalle condizioni ambientali sfavorevoli. Alcuni batteri possono formare spore dopo il rapporto sessuale. Le spore batteriche non servono per la riproduzione, ma per sopravvivere a condizioni sfavorevoli e nel loro significato biologico differiscono dalle spore dei protozoi e delle piante multicellulari.

Propagazione vegetativa degli organismi pluricellulari w-nyh Durante la riproduzione vegetativa negli animali multicellulari, un nuovo organismo si forma da un gruppo di cellule che si separa dall'organismo madre. La riproduzione vegetativa avviene solo negli animali multicellulari più primitivi: spugne, alcuni celenterati, vermi piatti e anellidi.

Nelle spugne e nell'idra, a causa della moltiplicazione, si formano gruppi di cellule sul corpo protuberanze (reni). Il rene contiene cellule ecto ed endoderma. Nell'idra, il bocciolo si allarga gradualmente, su di esso si formano tentacoli e infine si separa dalla madre. I vermi ciliati e anellidi sono divisi da costrizioni in più parti; in ognuno di essi vengono ripristinati gli organi mancanti. Questo può formare una catena di individui. In alcuni celenterati, la riproduzione avviene per strobilazione, che consiste nel fatto che un organismo poliploide cresce abbastanza intensamente e, una volta raggiunta una certa dimensione, inizia a dividersi in individui figli mediante costrizioni trasversali. In questo momento, il polipo ricorda una pila di piatti. Gli individui risultanti

Le meduse si staccano e iniziano una vita indipendente. In molte specie (ad esempio i celenterati), la forma vegetativa della riproduzione si alterna alla riproduzione sessuale.

Riproduzione sessuale

Processo sessuale. La riproduzione sessuale si distingue per la presenza di un processo sessuale, che garantisce lo scambio di informazioni ereditarie e crea le condizioni per l'emergere della variabilità ereditaria. Di norma, vi partecipano due individui: una femmina e un maschio, che formano cellule riproduttive aploidi femminili e maschili: i gameti. In seguito alla fecondazione, cioè alla fusione dei gameti femminili e maschili, si forma uno zigote diploide con una nuova combinazione di caratteri ereditari, che diventa l'antenato di un nuovo organismo.

La riproduzione sessuale, rispetto alla riproduzione asessuata, garantisce la comparsa di una prole ereditariamente più diversificata. Le forme del processo sessuale sono la coniugazione e la copulazione.

La coniugazione è una forma peculiare del processo sessuale in cui la fecondazione avviene attraverso lo scambio reciproco di nuclei migranti che si spostano da una cellula all'altra lungo un ponte citoplasmatico formato da due individui. Durante la coniugazione, di solito non si verifica un aumento del numero di individui, ma avviene uno scambio di materiale genetico tra le cellule, che garantisce la ricombinazione delle proprietà ereditarie. La coniugazione è tipica dei protozoi ciliati (ad esempio i ciliati), di alcune alghe (Spirogyra).

Copulazione (gametogamia)- una forma del processo sessuale in cui due cellule che differiscono nel sesso - i gameti - si fondono e formano uno zigote. In questo caso, i nuclei dei gameti formano un nucleo dello zigote.

Si distinguono le seguenti forme principali di gametogamia: isogamia, anisogamia e oogamia.

Con l'isogamia si formano gameti mobili, morfologicamente identici, ma fisiologicamente si differenziano in “maschio” e “femmina”. L'isogamia si verifica in molte alghe.

A anisogamia (eterogamia) si formano gameti mobili differenti morfologicamente e fisiologicamente. Questo tipo di processo sessuale è caratteristico di molte alghe.

Nel caso dell'oogamia, i gameti sono molto diversi tra loro. Il gamete femminile è un grande uovo immobile contenente una grande quantità di sostanze nutritive. Gameti maschili - sperma

Cellule piccole, molto spesso mobili, che si muovono utilizzando uno o più flagelli. Nelle piante da seme, i gameti maschili - gli spermatozoi - non hanno flagelli e vengono consegnati all'uovo tramite un tubo pollinico. L'oogamia è caratteristica degli animali, delle piante superiori e di molti funghi.

27. Oogenesi e spermatogenesi.

Spermatogenesi. Il testicolo è costituito da numerosi tubuli. Una sezione trasversale del tubulo mostra che contiene diversi strati di cellule. Rappresentano le fasi successive dello sviluppo degli spermatozoi.

Lo strato esterno (zona riproduttiva) è costituito da spermatogoni, cellule di forma rotonda; hanno un nucleo relativamente grande e una quantità significativa di citoplasma. Durante lo sviluppo embrionale e dopo la nascita fino alla pubertà, gli spermatogoni si dividono per mitosi, per cui aumenta il numero di queste cellule e del testicolo stesso. Il periodo di divisione intensiva è chiamato stagione riproduttiva

Dopo l'inizio della pubertà, anche alcuni spermatogoni continuano a dividersi mitoticamente e a formare le stesse cellule, ma alcuni si spostano nella zona di crescita successiva, situata più vicino al lume del tubulo. Qui si verifica un aumento significativo delle dimensioni delle cellule dovuto ad un aumento della quantità di citoplasma. In questa fase vengono chiamati spermatociti primari.

Viene chiamato il terzo periodo di sviluppo dei gameti maschili periodo di maturazione. Durante questo periodo si verificano rapidamente due divisioni, una dopo l'altra. Ogni spermatocita primario ne produce prima due spermatociti secondari, e poi quattro spermatidi, di forma ovale e di dimensioni notevolmente più piccole. La divisione cellulare durante il periodo di maturazione è accompagnata da un riarrangiamento dell'apparato cromosomico (si verifica la meiosi; vedi sotto). Gli spermatidi si spostano nella zona più vicina al lume dei tubuli, dove da essi si formano gli spermatozoi.

Nella maggior parte degli animali selvatici la spermatogenesi avviene solo in determinati periodi dell'anno. Negli spazi tra loro, i tubuli testicolari contengono solo spermatogoni. Ma negli esseri umani e nella maggior parte degli animali domestici, la spermatogenesi avviene durante tutto l'anno.

Oogenesi. Le fasi dell'ovogenesi sono paragonabili a quelle della spermatogenesi. Anche questo processo ha stagione degli accoppiamenti, quando l'oogonia si divide intensamente: piccole cellule con un nucleo relativamente grande e una piccola quantità di citoplasma. Nei mammiferi e nell'uomo questo periodo termina prima della nascita. Formato da questo momento ovociti primari rimangono invariati per molti anni. Con l'inizio della pubertà, i singoli ovociti entrano periodicamente in un periodo di crescita cellulare, si ingrandiscono e accumulano tuorlo, grasso e pigmenti.

Trasformazioni morfologiche e biochimiche complesse si verificano nel citoplasma della cellula, nei suoi organelli e nelle membrane. Ogni ovocita è circondato da piccole cellule follicolari che ne forniscono il nutrimento.

Poi arriva periodo di maturazione. durante il quale si verificano due divisioni successive, associate alla trasformazione dell'apparato cromosomico (meiosi). Inoltre, queste divisioni sono accompagnate da una divisione irregolare del citoplasma tra le cellule figlie. Quando un ovocita primario si divide, si forma una grande cellula - ovocita secondario, contenente quasi tutto il citoplasma, e una piccola cellula chiamata polocita primario. Durante la seconda divisione della maturazione, il citoplasma viene nuovamente distribuito in modo non uniforme. Si formano un grande ovocita secondario e un polocita secondario. In questo momento, il polocita primario può anche dividersi in due cellule. Pertanto, da un ovocita primario si formano un ovocita secondario e tre polociti (corpi di riduzione). Successivamente, dall'ovocita secondario si forma un uovo e i polociti vengono riassorbiti o immagazzinati sulla superficie dell'uovo, ma non prendono parte all'ulteriore sviluppo. La distribuzione non uniforme del citoplasma fornisce alla cellula uovo una quantità significativa di citoplasma e sostanze nutritive che saranno necessarie in futuro per lo sviluppo dell'embrione.

U Nei mammiferi e nell'uomo, i periodi di riproduzione e crescita delle uova si svolgono nei follicoli (Fig. 3.5). Un follicolo maturo è pieno di liquido e contiene al suo interno una cellula uovo. Durante l'ovulazione, la parete del follicolo scoppia, l'uovo entra nella cavità addominale e quindi, di regola, nelle tube di Falloppio. Il periodo di maturazione delle uova avviene nelle tube e qui avviene la fecondazione.

U In molti animali l'ovogenesi e la maturazione delle uova avvengono solo durante determinate stagioni dell'anno. Nelle donne, di solito matura un ovulo ogni mese e durante l'intero periodo della pubertà

Circa 400. Per l'uomo il fatto che si formino ovociti primari

si formano ancor prima della nascita per poi permanere per tutta la vita, e solo gradualmente alcuni di essi cominciano a maturare e a dare origine alle cellule per l’ovulo. Ciò significa che vari fattori sfavorevoli a cui è esposto il corpo femminile durante la vita possono influenzare il loro ulteriore sviluppo; le sostanze tossiche (compresa la nicotina e l'alcol) che entrano nell'organismo possono entrare negli ovociti e successivamente causare disturbi nel normale sviluppo della futura prole.

Sai già che tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule. Alcuni provengono da una sola cellula (molti batteri e protisti), altri sono multicellulari.

Una cellula è un'unità strutturale e funzionale elementare di un organismo, che possiede tutte le caratteristiche di base di un essere vivente. Le cellule sono in grado di riprodursi, crescere, scambiare materia ed energia con l'ambiente e rispondere ai cambiamenti che si verificano in questo ambiente. Ogni cellula contiene materiale ereditario, che contiene informazioni su tutte le caratteristiche e proprietà di un dato organismo. Per capire come esiste e funziona un organismo vivente, è necessario sapere come sono organizzate e funzionano le cellule. In ciascuna delle sue cellule si verificano molti processi inerenti al corpo nel suo insieme (ad esempio la sintesi di sostanze organiche, la respirazione, ecc.).

Studio della struttura della cellula e dei principi della sua attività vitale citologia(dal greco kitos- cella, gabbia e loghi - didattica, scienza).

La storia della scoperta della cellula. La maggior parte delle cellule sono piccole e quindi non possono essere viste ad occhio nudo. Oggi è noto che il diametro della maggior parte delle cellule è compreso tra 20 e 100 micron e nei batteri sferici non supera 0,5 micron. Pertanto, la scoperta della cellula è diventata possibile solo dopo l'invenzione di un dispositivo di ingrandimento: un microscopio. Ciò accadde tra la fine del XVI e l'inizio del XVII secolo. Tuttavia, solo mezzo secolo dopo, nel 1665, l'inglese R. Hooke usò un microscopio per studiare gli organismi viventi e vide le cellule. R. Hooke tagliò un sottile strato di sughero e vide la sua struttura cellulare, simile a un favo. R. Hooke chiamò queste cellule cellule. Ben presto la struttura cellulare delle piante fu confermata dal medico e microscopista italiano M. Malpighi e dal botanico inglese N. Grew. La loro attenzione è stata attratta dalla forma delle cellule e dalla struttura delle loro membrane. Di conseguenza, è stata data l'idea delle cellule come “sacchetti” o “bolle” riempite di “succo nutritivo”.

Un contributo significativo allo studio delle cellule è stato dato dal microscopista olandese A. van Leeuwenhoek, che ha scoperto organismi unicellulari: ciliati, amebe, batteri. Per la prima volta osservò anche le cellule animali: globuli rossi e sperma.

All'inizio del XIX secolo. Si stanno tentando di studiare il contenuto interno della cella. Nel 1825 lo scienziato ceco J. Purkinė scoprì il nucleo nell'uovo degli uccelli. Introdusse inoltre il concetto di “protoplasma” (dal greco. prototipi – prima e plasma – decorato), che corrisponde all'odierno concetto di citoplasma. Nel 1831, il botanico inglese R. Brown descrisse per primo il nucleo nelle cellule vegetali e nel 1833 giunse alla conclusione che il nucleo è una parte essenziale della cellula vegetale. Pertanto, in questo momento, l'idea della struttura delle cellule cambiò: la cosa principale nell'organizzazione di una cellula cominciò a essere considerata non la parete cellulare, ma il suo contenuto interno.*

Teoria delle cellule. Nel 1838 fu pubblicata l'opera del botanico tedesco Matthias Schleiden, in cui esprimeva l'idea che la cellula è l'unità strutturale di base delle piante. Basato sui lavori di M. Schleiden, zoologo e fisiologo tedesco T. Schwann solo un anno dopo pubblicò il libro "Studi microscopici sulla corrispondenza nella struttura e nella crescita di animali e piante", in cui considerava la cellula come una componente strutturale universale di animali e piante. T. Schwann fece una serie di generalizzazioni, che in seguito furono chiamate teoria delle cellule:

Tutti gli esseri viventi sono fatti di cellule;

Le cellule vegetali e animali hanno una struttura simile;

Ogni cellula è capace di esistenza indipendente;

L'attività di un organismo è la somma dei processi vitali delle cellule che lo costituiscono.

T. Schwann, come M. Schleiden, credeva erroneamente che le cellule del corpo derivassero da materia non cellulare. Pertanto, un'aggiunta molto importante alla teoria cellulare fu il principio di Rudolf Virchow: "Ogni cellula proviene da una cellula" (1859).

Nel 1874, il giovane botanico russo I.D. Chistyakov osservò per la prima volta la divisione cellulare. Successivamente, lo scienziato tedesco Walter Fleming descrisse in dettaglio le fasi della divisione cellulare, e Oscar Hertwig ed Eduard Strassburger giunsero indipendentemente alla conclusione che le informazioni sulle caratteristiche ereditarie di una cellula sono contenute nel nucleo. Pertanto, il lavoro di molti ricercatori ha confermato e ampliato la teoria cellulare, le cui basi furono gettate da T. Schwann.

Attualmente, la teoria cellulare include le seguenti disposizioni principali.