História objavovania a štúdia buniek. Bunková teória. História objavenia buniek a štádiá vývoja cytológie Fakty z histórie štúdia buniek tabuľka

Prevažná väčšina buniek je mikroskopicky malá a nemožno ich vidieť voľným okom. Vidieť bunku a začať ju študovať bolo možné až vtedy, keď bol vynájdený mikroskop. Prvé mikroskopy sa objavili na začiatku 17. storočia. Mikroskop prvýkrát použil na vedecký výskum anglický vedec Robert Hooke (1665). Pri skúmaní tenkých častí korku pod mikroskopom videl na nich množstvo malých buniek. Hooke nazval tieto bunky, oddelené od seba hustými stenami, bunky, pričom prvýkrát použil výraz „bunka“.

V nasledujúcom období, ktoré zahŕňalo druhú polovicu 17. storočia, celé 18. stor. a začiatkom 19. storočia. Mikroskop sa zdokonaľoval a hromadili sa údaje o živočíšnych a rastlinných bunkách. Do polovice 19. storočia bol mikroskop výrazne vylepšený a o bunkovej štruktúre rastlín a živočíchov sa veľa vedelo. Hlavné materiály o bunkovej štruktúre rastlín v tomto období zozbieral a zhrnul nemecký botanik M. Schleiden.

Všetky získané údaje o bunke slúžili ako základ pre vytvorenie bunkovej teórie štruktúry organizmov, ktorú v roku 1838 sformuloval nemecký zoológ T. Schwann. Štúdiom buniek zvierat a rastlín Schwann zistil, že majú podobnú štruktúru a zistil, že bunka je spoločnou elementárnou štruktúrnou jednotkou živočíšnych a rastlinných organizmov. Schwann načrtol teóriu bunkovej štruktúry organizmov vo svojej klasickej práci „Mikroskopické štúdie o zhode v štruktúre a raste zvierat a rastlín“.

Začiatkom minulého storočia objavil slávny vedec, akademik Ruskej akadémie vied Karl Baer cicavčie vajce a ukázal, že všetky organizmy začínajú svoj vývoj z jednej bunky. Táto bunka je oplodnené vajíčko, ktoré sa štiepi, vytvára nové bunky a z nich vznikajú tkanivá a orgány budúceho organizmu.

Baerov objav doplnil bunkovú teóriu a ukázal to Bunka nie je len jednotkou štruktúry, ale aj jednotkou vývoja všetkých živých organizmov.

Mimoriadne významným prírastkom bunkovej teórie bol objav bunkového delenia. Po objavení procesu bunkového delenia bolo celkom zrejmé, že nové bunky vznikajú delením existujúcich a nevznikajú nanovo z nebunkovej hmoty.

Teória bunkovej stavby organizmov zahŕňa aj najdôležitejšie materiály na preukázanie jednoty vzniku, štruktúry a vývoja celého organického sveta. F. Engels vysoko ocenil vytvorenie bunkovej teórie, pričom ju kládol na význam vedľa zákona zachovania energie a teórie prirodzeného výberu Charlesa Darwina.

Do konca 19. stor. Mikroskop bol vylepšený do takej miery, že bolo možné študovať detaily bunkovej štruktúry a boli objavené jej hlavné štrukturálne zložky. Zároveň sa začali hromadiť poznatky o ich funkciách v živote bunky. Do tejto doby sa datuje aj vznik cytológie, ktorá v súčasnosti predstavuje jednu z najintenzívnejšie sa rozvíjajúcich biologických disciplín.

Metódy štúdia buniek. Moderná cytológia má početné a často pomerne zložité výskumné metódy, ktoré umožnili stanoviť jemné štrukturálne detaily a identifikovať funkcie širokej škály buniek a ich štruktúrnych komponentov. V cytologických štúdiách naďalej zohráva mimoriadne dôležitú úlohu svetelný mikroskop, ktorý je dnes zložitým, sofistikovaným zariadením, ktoré poskytuje až 2500-násobné zväčšenie. Ale ani také veľké zväčšenie zďaleka nestačí na to, aby ste videli jemné detaily bunkovej štruktúry, aj keď vezmeme do úvahy sekcie s hrúbkou 5–10 mm. um 1, maľované špeciálnymi farbami.

Úplne nová éra v štúdiu bunkovej štruktúry sa začala vynálezom elektrónového mikroskopu, ktorý poskytuje desať- a stotisícové zväčšenie. Namiesto svetla využíva elektrónový mikroskop rýchly tok elektrónov a sklenené šošovky svetelno-optického mikroskopu sú nahradené elektromagnetickými poľami. Elektróny letiace vysokou rýchlosťou sa najskôr sústreďujú na skúmaný objekt a potom padajú na obrazovku podobnú televíznej obrazovke, na ktorej môžete buď pozorovať zväčšený obraz objektu, alebo ho fotografovať. Elektrónový mikroskop bol navrhnutý v roku 1933 a za posledných 10–15 rokov sa stal obzvlášť široko používaným na štúdium biologických objektov.

Aby sa bunky mohli preskúmať v elektrónovom mikroskope, podstúpia veľmi zložité spracovanie. Pripravia sa najtenšie rezy článkov, ktorých hrúbka je 100–500 A. Len takéto tenké rezy sú vhodné na skúmanie elektrónovým mikroskopom pre ich nízku priepustnosť pre elektróny.

V poslednej dobe sa čoraz viac využívajú chemické metódy na štúdium buniek. Špeciálne odvetvie chémie - biochémia - má dnes množstvo jemných metód, ktoré umožňujú presne určiť nielen prítomnosť, ale aj úlohu chemických látok v živote bunky a celého organizmu. Boli vytvorené komplexné zariadenia nazývané centrifúgy, ktoré vyvíjajú obrovské rýchlosti otáčania (niekoľko desiatok tisíc otáčok za minútu). Pomocou takýchto centrifúg môžete ľahko oddeliť konštrukčné zložky bunky od seba, pretože majú rozdielnu špecifickú hmotnosť. Táto veľmi dôležitá metóda umožňuje samostatne študovať vlastnosti každej časti bunky.

Štúdium živej bunky, jej najjemnejších štruktúr a funkcií je veľmi náročná úloha a len kombinácia úsilia a kolosálnej práce cytológov, biochemikov, fyziológov, genetikov a biofyzikov umožnila podrobne študovať jej štruktúrne prvky a určiť ich úlohu.



Predpokladom pre vznik bunkovej teórie bol vynález a zdokonalenie mikroskopu a objav buniek (1665, R. Hooke - pri štúdiu rezu kôry korkovníka, bazy čiernej a pod.). Diela slávnych mikroskopov: M. Malpighiho, N. Grewa, A. van Leeuwenhoeka - umožnili vidieť bunky rastlinných organizmov. A. van Leeuwenhoek objavil vo vode jednobunkové organizmy. Najprv sa študovalo bunkové jadro. R. Brown opísal jadro rastlinnej bunky. Ya. E. Purkine predstavil koncept protoplazmy - tekutý želatínový bunkový obsah.

Nemecký botanik M. Schleiden ako prvý prišiel na to, že každá bunka má jadro. Za zakladateľa CT sa považuje nemecký biológ T. Schwann (spolu s M. Schleidenom), ktorý v roku 1839 publikoval prácu „Mikroskopické štúdie o zhode v štruktúre a raste zvierat a rastlín“. Jeho ustanovenia:

1) bunka je hlavnou stavebnou jednotkou všetkých živých organizmov (živočíchov aj rastlín);

2) ak má akýkoľvek útvar viditeľný pod mikroskopom jadro, možno ho považovať za bunku;

3) proces tvorby nových buniek určuje rast, vývoj, diferenciáciu rastlinných a živočíšnych buniek.

Bunkovú teóriu doplnil nemecký vedec R. Virchow, ktorý v roku 1858 publikoval svoju prácu „Cellular Pathology“. Dokázal, že dcérske bunky vznikajú delením materských buniek: každá bunka z bunky. Koncom 19. stor. v rastlinných bunkách boli objavené mitochondrie, Golgiho komplex a plastidy. Po zafarbení deliacich buniek špeciálnymi farbivami boli objavené chromozómy. Moderné ustanovenia CT

1. Bunka je základnou jednotkou stavby a vývoja všetkých živých organizmov a je najmenšou stavebnou jednotkou živej veci.

2. Bunky všetkých organizmov (jednobunkových aj mnohobunkových) sú si podobné chemickým zložením, stavbou, základnými prejavmi látkovej premeny a životnou činnosťou.

3. Bunky sa rozmnožujú delením (každá nová bunka vzniká delením materskej bunky); V zložitých mnohobunkových organizmoch majú bunky rôzne tvary a sú špecializované podľa funkcií, ktoré vykonávajú. Podobné bunky tvoria tkanivá; tkanivá pozostávajú z orgánov, ktoré tvoria orgánové sústavy, sú navzájom úzko prepojené a podliehajú nervovým a humorálnym regulačným mechanizmom (u vyšších organizmov).

Význam bunkovej teórie

Ukázalo sa, že bunka je najdôležitejšou zložkou živých organizmov, ich hlavnou morfofyziologickou zložkou. Bunka je základom mnohobunkového organizmu, miestom, kde v tele prebiehajú biochemické a fyziologické procesy. Všetky biologické procesy v konečnom dôsledku prebiehajú na bunkovej úrovni. Bunková teória umožnila dospieť k záveru, že chemické zloženie všetkých buniek a všeobecný plán ich štruktúry sú podobné, čo potvrdzuje fylogenetickú jednotu celého živého sveta.

2. Život. Vlastnosti živej hmoty

Život je makromolekulárny otvorený systém, ktorý sa vyznačuje hierarchickou organizáciou, schopnosťou reprodukovať sa, sebazáchovy a sebaregulácie, metabolizmom a jemne regulovaným tokom energie.

Vlastnosti živých štruktúr:

1) sebaobnova. Základ metabolizmu tvoria vyvážené a jasne prepojené procesy asimilácie (anabolizmus, syntéza, tvorba nových látok) a disimilácie (katabolizmus, rozpad);

2) sebareprodukcia. V tomto ohľade sa živé štruktúry neustále reprodukujú a aktualizujú bez straty podobnosti s predchádzajúcimi generáciami. Nukleové kyseliny sú schopné uchovávať, prenášať a reprodukovať dedičné informácie, ako aj realizovať ich prostredníctvom syntézy bielkovín. Informácie uložené na DNA sa prenesú do molekuly proteínu pomocou molekúl RNA;

3) samoregulácia. Na základe súhrnu tokov hmoty, energie a informácií cez živý organizmus;

4) podráždenosť. Súvisí s prenosom informácií zvonku do akéhokoľvek biologického systému a odráža reakciu tohto systému na vonkajší podnet. Živé organizmy sú vďaka dráždivosti schopné selektívne reagovať na podmienky prostredia a extrahovať z neho len to, čo je nevyhnutné pre ich existenciu;

5) udržiavanie homeostázy - relatívnej dynamickej stálosti vnútorného prostredia tela, fyzikálnych a chemických parametrov existencie systému;

6) štruktúrna organizácia - usporiadanosť živého systému objavená počas štúdia - biogeocenózy;

7) adaptácia – schopnosť živého organizmu neustále sa prispôsobovať meniacim sa podmienkam existencie v prostredí;

8) reprodukcia (reprodukcia). Keďže život existuje vo forme jednotlivých živých systémov a existencia každého takéhoto systému je prísne časovo obmedzená, udržiavanie života na Zemi je spojené s rozmnožovaním živých systémov;

9) dedičnosť. Zabezpečuje kontinuitu medzi generáciami organizmov (na základe informačných tokov). Vďaka dedičnosti sa vlastnosti, ktoré zabezpečujú prispôsobenie sa prostrediu, prenášajú z generácie na generáciu;

10) premenlivosť – vďaka premenlivosti získava živý systém vlastnosti, ktoré boli preň predtým neobvyklé. V prvom rade je variabilita spojená s chybami počas reprodukcie: zmeny v štruktúre nukleových kyselín vedú k vzniku novej dedičnej informácie;

11) individuálny vývoj (proces ontogenézy) – stelesnenie počiatočnej genetickej informácie zabudovanej v štruktúre molekúl DNA do pracovných štruktúr tela. Počas tohto procesu sa objavuje taká vlastnosť, ako je schopnosť rásť, čo sa prejavuje zvýšením telesnej hmotnosti a jej veľkosti;

12) fylogenetický vývoj. Založené na progresívnom rozmnožovaní, dedičnosti, boji o existenciu a selekcii. V dôsledku evolúcie sa objavilo obrovské množstvo druhov;

13) diskrétnosť (diskontinuita) a zároveň celistvosť. Život predstavuje súbor jednotlivých organizmov alebo jednotlivcov. Každý organizmus je tiež samostatný, pretože pozostáva zo súboru orgánov, tkanív a buniek.

Ak chcete použiť ukážky prezentácií, vytvorte si účet Google a prihláste sa doň: https://accounts.google.com

Popisy snímok:

História štúdia buniek. Bunková teória.

Vyplňte tabuľku: „Hlavné etapy vo vývoji bunkovej teórie“ Rok Vedec Príspevok k rozvoju teórie

História štúdia buniek História štúdia buniek je neoddeliteľne spojená s rozvojom mikroskopickej techniky a výskumných metód. Človek dokázal preniknúť do tajomstva bunkovej štruktúry až vďaka vynálezu mikroskopu na konci 16. storočia.

Zachary Jansen 1590 Spojením dvoch šošoviek spolu vynašiel primitívny mikroskop

Robert Hooke 1665 Prvýkrát opísal štruktúru kôry korkového duba a stonky rastliny a zaviedol do vedy pojem „bunka“.

Antoni van Leeuwenhoek vylepšil mikroskop. Pozoroval a načrtol množstvo prvokov, spermií, baktérií, červených krviniek a ich pohyb v kapilárach. Objavené baktérie. Druhá polovica 17. storočia

Karl Baer 1827 Objavil cicavčie vajce Záver: každý organizmus sa vyvíja z jedinej bunky

Robert Brown 1831-1833 V rastlinných bunkách objavil jadro – najdôležitejšiu zložku bunky.

Bunková teória V roku 1839 Theodor Schwann vydal v Berlíne knihu „Microscopic Studies on the Correspondence in the Structure and Growth of Animals and Plants“, v ktorej sformuloval bunkovú teóriu.

T. Schwann pri tvorbe bunkovej teórie vychádzal z objavu M. Schleidena v roku 1838 o bunkovej štruktúre rastlín a homológii pôvodu buniek.

Prvá verzia bunkovej teórie Všetky organizmy, rastlinné aj živočíšne, pozostávajú z najjednoduchších častí – buniek. Bunka je samostatný nezávislý celok. V jednom organizme všetky bunky pôsobia spoločne a tvoria harmonickú jednotu.

Rudolf Virchow 1858 Dokázal, že bunky vznikajú z buniek reprodukciou, čo dopĺňa bunkovú teóriu.

19. storočie Boli objavené základné štruktúry buniek. Bol študovaný proces bunkového delenia. A. Weisman zavedený: ukladanie a prenos dedičných vlastností v bunke sa uskutočňuje pomocou jadra.

Základné ustanovenia bunkovej teórie v súčasnom štádiu vývoja biológie

Bunka je základná jednotka živých vecí. Bunka je najmenšou štrukturálnou a funkčnou jednotkou živých vecí a je otvoreným, samoregulačným, samoreprodukujúcim sa systémom. Mimo bunky nie je život.

Všetky bunky majú podobné chemické zloženie a majú všeobecný štrukturálny plán. Bunky majú tiež špecifické črty spojené s výkonom špeciálnych funkcií a vyplývajúce z bunkovej diferenciácie.

Bunka pochádza iba z bunky.

Mnohobunkové organizmy sú komplexne organizované integrované systémy pozostávajúce z interagujúcich buniek.

Podobná bunková štruktúra organizmov je dôkazom toho, že všetky živé veci majú jeden pôvod.

Domáca úloha § 2.1 s. 24 – 28.

K téme: metodologický vývoj, prezentácie a poznámky

Prezentačná hodina bola vypracovaná pomocou výpočtovej techniky, hlavný teoretický materiál sa odráža v prezentácii. Vedenie hodiny takouto neštandardnou formou pomáha zvyšovať motiváciu...

Téma lekcie: Klietka. Bunková teória štruktúry organizmov. (10. ročník chémia-bio skupina)Typ vyučovacej hodiny: dvojúčelová vyučovacia hodina (hodina systematizácie a zovšeobecňovania vedomostí, aplikácia vedomostí, zručností a schopností)Vyučovacie metódy...

Bunková teória- jedno zo všeobecne uznávaných biologických zovšeobecnení, ktoré potvrdzujú jednotu princípu štruktúry a vývoja sveta rastlín, živočíchov a iných živých organizmov s bunkovou štruktúrou, v ktorej sa bunka považuje za jediný štrukturálny prvok živých organizmov .

Bunková teória je základná teória pre biológiu, sformulovaná v polovici 19. storočia, ktorá poskytla základ pre pochopenie zákonitostí živého sveta a pre rozvoj evolučného učenia. Matthias Schleiden a Theodor Schwann sformulovali bunkovú teóriu založenú na mnohých štúdiách o bunke (1838). Rudolf Virchow ho neskôr (1858) doplnil o najvýznamnejšie postavenie (každá bunka pochádza z inej bunky).

Schleiden a Schwann zhrnutím doterajších poznatkov o bunke dokázali, že bunka je základnou jednotkou každého organizmu. Živočíšne, rastlinné a bakteriálne bunky majú podobnú štruktúru. Neskôr sa tieto závery stali základom pre dokázanie jednoty organizmov. T. Schwann a M. Schleiden zaviedli do vedy základný koncept bunky: mimo buniek neexistuje život. Bunková teória bola zakaždým doplnená a upravená.

Ustanovenia teórie Schleiden-Schwannových buniek

∙ Všetky živočíchy a rastliny sa skladajú z buniek.

∙ Rastliny a zvieratá rastú a vyvíjajú sa prostredníctvom vzniku nových buniek.

∙ Bunka je najmenšia jednotka živých vecí a celý organizmus je súbor buniek.

∙ Základné ustanovenia modernej bunkovej teórie[upraviť | upraviť zdrojový text]

∙ Bunka je základná, funkčná jednotka štruktúry všetkých živých vecí. (Okrem vírusov, ktoré nemajú bunkovú štruktúru)

∙ Bunka je jeden systém, ktorý zahŕňa mnoho prirodzene prepojených prvkov, ktoré predstavujú integrálnu formáciu pozostávajúcu z konjugovaných funkčných jednotiek - organel.

∙ Bunky všetkých organizmov sú homológne.

∙ Bunka vzniká len rozdelením materskej bunky.

∙ Mnohobunkový organizmus je komplexný systém mnohých spojených buniek

A integrované do navzájom prepojených systémov tkanív a orgánov.

∙ Bunky mnohobunkových organizmov sú totipotentné.

Metódy na štúdium buniek.

1. Metóda svetelnej mikroskopie.

Rozlíšenie svetelného mikroskopu je ~0,1 - 0,2 mikrometra.

Druhy svetelnej mikroskopie: fázový kontrast, fluorescenčná a polarizačná mikroskopia.

2. Metóda elektrónovej mikroskopie. Rozlíšenie ~ 0,10 nanometra.Metódy štúdia fixných buniek.

3. Histologické metódy.

Spôsoby fixácie, príprava prípravkov s ich následným farbením.

4. Cytochemické metódy sú selektívne farbenie rôznych chemických prvkov (zložiek) bunky (DNA, proteín...).

5. Morfologické metódy sú kvantitatívna metóda, ktorá študuje parametre základných bunkových štruktúr.

6. Metóda označených izotopov.

Používajú sa ťažké atómy uhlíka alebo vodíka. Tieto označené atómy sú zahrnuté v prekurzoroch na syntézu určitých molekúl. Napríklad: počas syntézy DNA sa používa značený tymidín H3, prekurzor tymínu.

7. Na detekciu znamienka v cytológii sa používa metóda autorádiografie. Histologické preparáty sa vyrobia a potiahnu fotoemulziou v tme, určitý čas sa uchovávajú pri určitej teplote, potom sa preparáty vyvolajú pomocou fotoreagentov a znamienko sa odhalí vo forme strieborných zŕn. Táto metóda bola použitá na stanovenie parametrov mitodického cyklu.

8. Metóda bunkovej frakcionácie umožňuje štúdium intracelulárnych zložiek. Bunky sa zničia, umiestnia sa do špeciálnych odstrediviek a rôzne bunkové zložky sa vyzrážajú pri rôznych rýchlostiach odstreďovania.

9. Metóda röntgenovej difrakcie sa používa na štúdium kryštálovej mriežky jadra atómu.

Metódy štúdia živých buniek.

10. Metóda bunkovej štruktúry umožňuje študovať živú bunku.

11. Mikrochirurgická metóda. Napríklad: implantácia mikroelektródy.

12. Metódy klonovania.

11. Bunkové jadro, jeho organizácia, účel. Jadrový chromatín.

Jadro (lat. nucleus) je jednou zo štrukturálnych zložiek eukaryotickej bunky, ktorá obsahuje genetickú informáciu (molekuly DNA) a vykonáva nasledujúce funkcie:

1) ukladanie a reprodukcia genetickej informácie 2) regulácia metabolických procesov prebiehajúcich v bunke

Tvar jadra závisí vo veľkej miere od tvaru bunky, môže byť úplne nepravidelný. Existujú guľovité a viaclaločné jadrá. Invaginácie a výrastky jadrovej membrány výrazne zväčšujú povrch jadra a tým posilňujú spojenie jadrových a cytoplazmatických štruktúr a látok.

Štruktúra jadra Jadro je obklopené obalom, ktorý pozostáva z dvoch membrán s typickou štruktúrou.

Vonkajšia jadrová membrána na povrchu privrátenom k ​​cytoplazme je pokrytá ribozómami, vnútorná membrána je hladká.

Jadrový obal je súčasťou systému bunkovej membrány. Výrastky vonkajšej jadrovej membrány sa spájajú s kanálmi endoplazmatického retikula a tvoria jeden systém komunikačných kanálov. Metabolizmus medzi jadrom a cytoplazmou prebieha dvoma hlavnými spôsobmi. Po prvé, jadrový obal je preniknutý početnými pórmi, cez ktoré dochádza k výmene molekúl medzi jadrom a cytoplazmou. Po druhé, látky z jadra do cytoplazmy a späť môžu vstúpiť v dôsledku uvoľnenia invaginácií a výrastkov jadrovej membrány. Napriek aktívnej výmene látok medzi jadrom a cytoplazmou jadrový obal obmedzuje obsah jadra z cytoplazmy, čím zabezpečuje rozdiely v chemickom zložení jadrovej šťavy a cytoplazmy, čo je nevyhnutné pre normálne fungovanie jadrových štruktúr.

Obsah jadra sa delí na jadrovú šťavu, chromatín a jadierko.

V živej bunke sa jadrová šťava javí ako hmota bez štruktúry, ktorá vypĺňa medzery medzi štruktúrami jadra. Jadrová šťava obsahuje rôzne bielkoviny, vrátane väčšiny jadrových enzýmov, chromatínových bielkovín a ribozomálnych bielkovín Jadrová šťava obsahuje aj voľné nukleotidy potrebné na stavbu molekúl DNA a RNA, aminokyseliny, všetky typy RNA, ako aj produkty aktivity RNA. nucleolus a chromatínu, potom transportované z jadra do cytoplazmy.

Chromatín (grécky chroma - farba, farba) je názov pre zhluky, granuly a sieťovité štruktúry jadra, ktoré sú intenzívne zafarbené niektorými farbivami a líšia sa tvarom od jadierka. Chromatín obsahuje DNA a proteíny a predstavuje špirálovité a zhutnené časti chromozómov. Špirálovité časti chromozómov sú geneticky neaktívne.

Ich špecifickú úlohu – prenos genetickej informácie – môžu vykonávať len despiralizované-neskrútené úseky chromozómov, ktoré pre svoju malú hrúbku nie sú viditeľné vo svetelnom mikroskope.

Treťou štruktúrou charakteristickou pre bunku je jadro. Je to husté guľaté telo ponorené do jadrovej šťavy. V jadrách rôznych buniek, ako aj v jadre tej istej bunky, v závislosti od jej funkčného stavu, sa počet jadier môže meniť od 1 do 5-7 alebo viac. Počet jadierok môže presiahnuť počet chromozómov v sade; k tomu dochádza v dôsledku selektívnej reduplikácie génov zodpovedných za syntézu rRNA. Jadierka sú prítomné len v nedeliacich sa jadrách pri mitóze miznú v dôsledku spiralizácie chromozómov a uvoľnenia všetkých predtým vytvorených ribozómov do cytoplazmy a po dokončení delenia sa opäť objavia.

Jadierko nie je nezávislou štruktúrou jadra. Vytvára sa okolo oblasti chromozómu, v ktorej je zakódovaná štruktúra rRNA. Táto časť chromozómu – gén – sa nazýva nukleárny organizátor (NO) a prebieha na nej syntéza r-RNA.

Okrem akumulácie r-RNA sa v jadierku vytvárajú ribozomálne podjednotky, ktoré sa potom presúvajú do cytoplazmy a v spojení s účasťou katiónov Ca2+ tvoria integrálne ribozómy schopné podieľať sa na biosyntéze bielkovín.

Jadierko je teda akumulácia r-RNA a ribozómov v rôznych štádiách tvorby, ktorá je založená na úseku chromozómu, ktorý nesie gén – nukleárny organizátor, ktorý obsahuje dedičnú informáciu o štruktúre r-RNA.

12.Štruktúra a funkcie bunkových membrán.

Bunková membrána (alebo cytolema, alebo plazmalema alebo plazmatická membrána) oddeľuje obsah akejkoľvek bunky od vonkajšieho prostredia a zabezpečuje jej integritu; reguluje výmenu medzi bunkou a prostredím; intracelulárne membrány rozdeľujú bunku na špecializované uzavreté kompartmenty, kompartmenty alebo organely, v ktorých sú udržiavané určité podmienky prostredia.

Všetky biologické membrány majú spoločné štruktúrne znaky a vlastnosti. V súčasnosti je všeobecne akceptovaný model membránovej štruktúry kvapalina-mozaika. Základom membrány je lipidová dvojvrstva tvorená prevažne fosfolipidmi. Fosfolipidy sú triglyceridy, v ktorých je jeden zvyšok mastnej kyseliny nahradený zvyškom kyseliny fosforečnej; časť molekuly obsahujúca zvyšok kyseliny fosforečnej sa nazýva hydrofilná hlava, časti obsahujúce zvyšky mastných kyselín sa nazývajú hydrofóbne konce. V membráne sú fosfolipidy usporiadané striktne usporiadaným spôsobom: hydrofóbne chvosty molekúl smerujú k sebe a hydrofilné hlavy smerujú von, smerom k vode.

Okrem lipidov membrána obsahuje proteíny (v priemere ≈ 60 %). Určujú väčšinu špecifických funkcií membrány (transport určitých molekúl, katalýza reakcií, príjem a premena signálov z prostredia atď.). Existujú: 1) periférne proteíny (umiestnené na vonkajšom alebo vnútornom povrchu lipidovej dvojvrstvy), 2) semiintegrálne proteíny (ponorené v lipidovej dvojvrstve do rôznej hĺbky), 3) integrálne alebo transmembránové proteíny (prenikajú cez membránu v kontakte s vonkajším prostredím a s vnútorným prostredím bunky). Integrálne proteíny sa v niektorých prípadoch nazývajú kanálotvorné alebo kanálové proteíny, pretože ich možno považovať za hydrofilné kanály, ktorými polárne molekuly prechádzajú do bunky (lipidová zložka membrány ich neprepustí).

Membrána môže obsahovať uhľohydráty (až 10%). Sacharidovú zložku membrán predstavujú oligosacharidové alebo polysacharidové reťazce spojené s proteínovými molekulami (glykoproteíny) alebo lipidmi (glykolipidy). Sacharidy sa nachádzajú hlavne na vonkajšom povrchu membrány. Sacharidy zabezpečujú receptorové funkcie membrány. V živočíšnych bunkách tvoria glykoproteíny nadmembránový komplex, glykokalyx, ktorý je hrubý niekoľko desiatok nanometrov. Obsahuje veľa bunkových receptorov a s jeho pomocou dochádza k bunkovej adhézii.

Molekuly bielkovín, sacharidov a lipidov sú mobilné, schopné pohybu v rovine membrány. Hrúbka plazmatickej membrány je približne 7,5 nm.

Funkcie membrán Membrány vykonávajú tieto funkcie:

1. oddelenie bunkového obsahu od vonkajšieho prostredia,

2. regulácia metabolizmu medzi bunkou a prostredím,

3. rozdelenie bunky na kompartmenty ("kompartmenty"),

4. miesto umiestnenia „enzymatických dopravníkov“,

5. zabezpečenie komunikácie medzi bunkami v tkanivách mnohobunkových organizmov (adhézia),

6. rozpoznávanie signálu.

Najdôležitejšou vlastnosťou membrán je selektívna priepustnosť, t.j. membrány sú vysoko priepustné pre niektoré látky alebo molekuly a slabo priepustné (alebo úplne nepriepustné) pre iné. Táto vlastnosť je základom regulačnej funkcie membrán, zabezpečujúcich výmenu látok medzi bunkou a vonkajším prostredím. Proces prechodu látok cez bunkovú membránu sa nazýva transport látok. Existujú: 1) pasívny transport - proces prechodu látok, ktorý prebieha bez spotreby energie; 2) aktívny transport - proces prechodu látok, ku ktorému dochádza pri výdaji energie.

13. Nukleové kyseliny. DNA, jej štruktúra a úloha v bunke.

Nukleové kyseliny sú fosfor obsahujúce biopolyméry živých organizmov, ktoré zabezpečujú ukladanie a prenos dedičných informácií. V roku 1869 ich objavil švajčiarsky biochemik F. Miescher v jadrách leukocytov a spermií lososa. Následne boli nukleové kyseliny nájdené vo všetkých rastlinných a živočíšnych bunkách, vírusoch, baktériách a hubách.

V prírode existujú dva typy nukleových kyselín – deoxyribonukleové kyseliny (DNA) a ribonukleové kyseliny (RNA). Rozdiel v názvoch sa vysvetľuje skutočnosťou, že molekula DNA obsahuje päťuhlíkový cukor deoxyribózu a molekula RNA obsahuje ribózu. V súčasnosti je známe veľké množstvo odrôd DNA a RNA, ktoré sa navzájom líšia štruktúrou a významom v metabolizme.

DNA sa nachádza predovšetkým v chromozómoch bunkového jadra (99 % všetkej bunkovej DNA), ako aj v mitochondriách a chloroplastoch. RNA je súčasťou ribozómov; Molekuly RNA sú tiež obsiahnuté v cytoplazme, matrici plastidov a mitochondriách.

Nukleotidy sú štruktúrne zložky nukleových kyselín. Nukleové kyseliny sú biopolyméry, ktorých monoméry sú nukleotidy.

Nukleotidy sú zložité látky. Každý nukleotid obsahuje dusíkatú bázu, päťuhlíkový cukor (ribózu alebo deoxyribózu) a zvyšok kyseliny fosforečnej.

Existuje päť hlavných dusíkatých báz: adenín, guanín, uracil, tymín a cytozín. Prvé dva sú puríny; ich molekuly pozostávajú z dvoch kruhov, prvý obsahuje päť členov, druhý

Šesť. Ďalšie tri sú pyrimidíny a majú jeden päťčlenný kruh. Názvy nukleotidov sú odvodené od názvu zodpovedajúcich dusíkatých báz. oba sú označené veľkými písmenami: adenín - adenylát (A), guanín - guanylát (G), cytozín - cytidylát (C), tymín - tymidylát (T), uracil - uridylát (U).

Počet nukleotidov v molekule nukleovej kyseliny je rôzny – od 80 v molekulách transferovej RNA po niekoľko stoviek miliónov v DNA.

DNA. Molekula DNA pozostáva z dvoch polynukleotidových reťazcov, ktoré sú navzájom špirálovito stočené.

IN Nukleotidové zloženie molekuly DNA zahŕňa štyri typy dusíkatých báz: adenín, guanín, tymín a cytocín. IN V polynukleotidovom reťazci sú susedné nukleotidy navzájom spojené kovalentnými väzbami, ktoré sa tvoria medzi fosfátovou skupinou jedného nukleotidu a 3"-hydroxylovou skupinou pentózy druhého nukleotidu. Takéto väzby sa nazývajú fosfodiester. Fosfátová skupina tvorí mostík medzi 3"-uhlíkom jedného pentózového kruhu a 5-uhlíkovým ďalším. Kostra reťazcov DNA je teda tvorená cukrovofosfátovými zvyškami (obr. 1.2).

Hoci DNA obsahuje štyri typy nukleotidov, ich rôzne sekvencie pozdĺž dlhého reťazca vedú k obrovskému množstvu molekúl. Polynukleotidový reťazec DNA je skrútený vo forme špirály ako točité schodisko a je spojený s iným, komplementárnym reťazcom, pomocou vodíkových väzieb vytvorených medzi adenínom a tymínom (dve väzby), ako aj guanínom a cytozínom (tri väzby). Nukleotidy A a T, G a C sa nazývajú komplementárne.

IN Výsledkom je, že v každom organizme sa počet adenylových nukleotidov rovná počtu tymidylových nukleotidov a počet guanylových nukleotidov sa rovná počtu cytidylových nukleotidov. Tento vzor sa nazýva „Chargaffovo pravidlo“. Vďaka tejto vlastnosti poradie nukleotidov v jednom reťazci určuje ich poradie v druhom reťazci. Táto schopnosť selektívne kombinovať nukleotidy sa nazýva komplementarita a táto vlastnosť je základom tvorby nových molekúl DNA na základe pôvodnej molekuly (replikácia, teda zdvojenie).

Reťazce v molekule DNA sú v opačných smeroch (antiparalelné). Ak teda pre jednu reťaz zvolíme smer od 3"-konca k 5"-koncu, tak druhá reťaz s týmto smerom bude orientovaná opačne ako prvá - od 5-konca k 3"-koncu, inými slovami, „hlava“ jednej reťaze je spojená s „chvostom“ druhej a naopak.

Model molekuly DNA prvýkrát navrhli v roku 1953 americký vedec J. Watson a Angličan F. Crick na základe údajov E. Chargaffa o pomere purínových a pyrimidínových báz molekúl DNA a výsledkov röntgenovej štruktúrnej analýzy. získané

M. Wilkins a R. Franklin. Za vývoj dvojvláknového modelu molekuly DNA získali Watson, Crick a Wilkins v roku 1962 Nobelovu cenu.

DNA je najväčšia biologická molekula. Ich dĺžka sa pohybuje od 0,25 (u niektorých baktérií) do 40 mm (u ľudí). Tá je podstatne väčšia ako najväčšia proteínová molekula, ktorá po rozložení dosahuje dĺžku nie viac ako 100-200 nm. Hmotnosť molekuly DNA je 6x10-12 g.

Priemer molekuly DNA je 2 nm, rozstup špirály je 3,4 nm; Každý závit špirály obsahuje 10 párov nukleotidov. Špirálová štruktúra je udržiavaná početnými vodíkovými väzbami vyskytujúcimi sa medzi komplementárnymi dusíkatými bázami a hydrofóbnymi interakciami. Molekuly DNA eukaryotických organizmov sú lineárne. V prokaryotoch je DNA naopak uzavretá v kruhu a nemá ani 3- ani 5-konce.

Keď sa zmenia podmienky, DNA, podobne ako bielkoviny, sa môže zmeniť. prejsť denaturáciou, ktorá sa nazýva tavenie. S postupným návratom do normálnych podmienok sa DNA renaturuje. Funkciou DNA je uchovávanie, prenos a reprodukcia genetickej informácie počas generácií. DNA akejkoľvek bunky kóduje informácie o všetkých proteínoch daného organizmu, o tom, ktoré proteíny, v akom poradí a v akom množstve sa budú syntetizovať. Poradie aminokyselín v bielkovinách je zapísané v DNA takzvaným genetickým (tripletovým) kódom.

Hlavnou vlastnosťou DNA je jej schopnosť replikácie.

Replikácia je proces samoduplikácie molekúl DNA, ktorý prebieha pod kontrolou enzýmov. K replikácii dochádza pred každým jadrovým delením. Začína sa tým, že sa špirála DNA dočasne rozvinie pôsobením enzýmu DNA polymerázy. Na každom z reťazcov vytvorených po pretrhnutí vodíkových väzieb sa podľa princípu komplementarity syntetizuje dcérske vlákno DNA. Materiálom pre syntézu sú voľné nukleotidy, ktoré sú prítomné v jadre (obr. 1.3).

Každý polynukleotidový reťazec teda pôsobí ako templát pre nový komplementárny reťazec (preto proces zdvojenia molekúl DNA patrí k reakciám syntézy templátu). Výsledkom sú dve molekuly DNA, z ktorých každá má jeden reťazec ponechaný z rodičovskej molekuly (polovica) a druhý novo syntetizovaný Okrem toho sa jeden nový reťazec syntetizuje ako celok a druhý - prvý vo forme krátkych fragmentov , ktoré sú potom zošité do dlhého reťazca špeciálneho enzýmu nazývaného DNA ligáza V dôsledku replikácie sú dve nové molekuly DNA presnou kópiou pôvodnej molekuly.

Biologický význam replikácie spočíva v presnom prenose dedičnej informácie z materskej bunky na bunky dcérske, ku ktorému dochádza pri delení somatických buniek.

14. Ribonukleové kyseliny, ich typy, štruktúra, účel.

RNA. Štruktúra molekúl RNA je v mnohých ohľadoch podobná štruktúre molekúl DNA. Existuje však niekoľko významných rozdielov. V molekule RNA namiesto deoxyribózy obsahujú nukleotidy ribózu a namiesto tymidylnukleotidu (T) je uridylnukleotid (U). Hlavným rozdielom od DNA je, že molekula RNA je jednovláknová. Jeho nukleotidy sú však schopné vytvárať medzi sebou vodíkové väzby (napríklad v molekulách tRNA, rRNA), no v tomto prípade hovoríme o vnútroreťazcovom spojení komplementárnych nukleotidov. Reťazce RNA sú oveľa kratšie ako DNA.

V bunke existuje niekoľko typov RNA, ktoré sa líšia veľkosťou molekuly, štruktúrou, umiestnením v bunke a funkciami:

1. Messenger RNA (mRNA). Tento druh je najviac heterogénny vo veľkosti a štruktúre. mRNA je otvorený polynukleotidový reťazec. Syntetizuje sa v jadre za účasti enzýmu RNA polymeráza, komplementárna k oblasti DNA, kde prebieha jej syntéza. Napriek relatívne nízkemu obsahu (3-5 % bunkovej RNA) plní v bunke dôležitú funkciu: slúži ako matrica na syntézu bielkovín, prenáša informácie o ich štruktúre z molekúl DNA. Každý bunkový proteín je kódovaný špecifickou mRNA, takže počet ich typov v bunke zodpovedá počtu typov proteínov.

2. Ribozomálna RNA (rRNA). Sú to jednovláknové nukleové kyseliny, ktoré tvoria ribozómy v komplexe s proteínmi - organely, na ktorých prebieha syntéza bielkovín. Ribozomálne RNA sa syntetizujú v jadre. Informácie o ich štruktúre sú zakódované v úsekoch DNA, ktoré sa nachádzajú v oblasti sekundárnej konstrikcie chromozómov. Ribozomálne RNA tvoria 80 % celkovej RNA v bunke, pretože v bunke je obrovské množstvo ribozómov. Ribozomálne RNA majú zložitú sekundárnu a terciárnu štruktúru, tvoriace slučky na komplementárnych miestach, čo vedie k samoorganizácii týchto molekúl do tela zložitého tvaru. Ribozómy obsahujú tri typy rRNA v prokaryotoch a štyri typy rRNA v eukaryotoch.

3. Transport (transfer) RNA (tRNA) Molekula tRNA pozostáva v priemere z 80 nukleotidov. Obsah tRNA v bunke je asi 15 % všetkej RNA. Funkciou tRNA je transport aminokyselín na miesto syntézy proteínov. Počet rôznych typov tRNA v bunke je malý(20-60). Všetky majú podobnú priestorovú organizáciu. Vďaka vnútrovláknovým vodíkovým väzbám získava molekula tRNA charakteristickú sekundárnu štruktúru nazývanú ďatelina. Trojrozmerný model tRNA vyzerá trochu inak. V tRNA sú štyri slučky: akceptorová slučka (slúži ako miesto na pripojenie aminokyseliny), antikodónová slučka (počas translácie rozpoznáva kodón v mRNA) a dve bočné slučky.

15.Organické látky v bunkách, ich účel.

IN Bunka obsahuje širokú škálu organických zlúčenín, ktoré sa líšia štruktúrou a funkciou. Organické látky môžu mať nízku molekulovú hmotnosť (aminokyseliny, cukry, organické kyseliny, nukleotidy, lipidy atď.) a vysokú molekulovú hmotnosť. Väčšina vysokomolekulárnych organických zlúčenín v bunkách sú biopolyméry. Polyméry sú molekuly pozostávajúce z veľkého počtu opakujúcich sa jednotiek - monomérov, navzájom spojených kovalentnými väzbami. K biopolymérom, t.j. Polyméry, ktoré tvoria bunku, zahŕňajú proteíny, polysacharidy a nukleové kyseliny.

Špeciálnu skupinu organických bunkových zlúčenín tvoria lipidy (tuky a tukom podobné látky). Všetky z nich sú hydrofóbne zlúčeniny, t.j. nerozpustné vo vode, ale rozpustné v nepolárnych organických rozpúšťadlách (chloroform, benzén, éter) Medzi lipidy patria neutrálne tuky, fosfolipidy, vosky, steroidy a niektoré ďalšie zlúčeniny. Funkcie lipidov v živých organizmoch sú rôznorodé. Fosfolipidy sú prítomné vo všetkých bunkách a vykonávajú štrukturálnu funkciu ako základ biologických membrán. Steroidný cholesterol je dôležitou zložkou membrán u zvierat. Neutrálne tuky a niektoré ďalšie lipidy zabezpečujú energetickú funkciu. Akumulujú sa v živých organizmoch ako rezervné živiny. Oxidáciou 1 g tuku sa uvoľní 38 kJ energie, čo je dvakrát viac ako oxidáciou rovnakého množstva glukózy. Energetická funkcia tukov súvisí s ich zásobnou funkciou. Značná časť energetických zásob tela sa ukladá vo forme tuku. Tuky navyše slúžia ako zdroj vody, ktorá sa uvoľňuje pri jej oxidácii. To je obzvlášť dôležité pre púštne zvieratá, ktoré majú nedostatok vody. Ide napríklad o tukové usadeniny, ktoré sa nachádzajú v hrbe ťavy. Rad lipidov má ochrannú funkciu. U cicavcov pôsobí podkožný tuk ako tepelný izolant. Vosk chráni perie a zvieracie chlpy pred navlhnutím. Množstvo lipidov plní v tele regulačnú funkciu. Napríklad hormóny kôry nadobličiek sú svojou chemickou podstatou steroidy. Niektoré lipidy sa aktívne podieľajú na metabolizme, napríklad vitamíny A, D, E a K rozpustné v tukoch.

Sacharidy (cukry, sacharidy) sú zlúčeniny so všeobecným chemickým vzorcom Cn(H2O)n. Na základe počtu článkov v polymérnom reťazci existujú tri hlavné triedy sacharidov: monosacharidy (jednoduché cukry), oligosacharidy (pozostávajú z 2-10 molekúl jednoduchých cukrov) a polysacharidy (pozostávajú z viac ako 10 molekúl jednoduchých cukrov). . V závislosti od počtu atómov uhlíka zahrnutých v monosacharide sa rozlišujú triózy, tetrózy, pentózy, hexózy a heptózy.

IN V prírode sú najčastejšie hexózy (glukóza a fruktóza) a pentózy (ribóza a deoxyribóza). Glukóza je hlavným zdrojom energie pre bunku, pri úplnej oxidácii 1 g glukózy sa uvoľní 17,6 kJ energie. Ribóza a deoxyribóza sú súčasťou nukleových kyselín. Z oligosacharidov sú najčastejšie disacharidy maltóza (sladový cukor), laktóza (mliečny cukor) a sacharóza (repný cukor). Monosacharidy a disacharidy sú vysoko rozpustné vo vode a majú sladkú chuť. Polysacharidy majú vysokú molekulovú hmotnosť, nemajú sladkú chuť a sú nerozpustné vo vode. Sú to biopolyméry. Medzi najbežnejšie polysacharidy v prírode patria glukózové polyméry škrob, glykogén a celulóza, ako aj chitín, pozostávajúci z glukozamínových zvyškov. Škrob je hlavnou zásobnou látkou v rastlinách, glykogén v živočíchoch. Celulóza a chitín plnia ochrannú funkciu, zaisťujú pevnosť obalov rastlín, živočíchov a húb. Hlavnými funkciami uhľohydrátov v prírode sú teda energetické, skladovacie a štrukturálne.

Proteíny sú biopolyméry, ktorých monoméry sú aminokyseliny. Na tvorbe bielkovín sa podieľa 20 rôznych aminokyselín. Aminokyseliny v proteínových molekulách sú spojené kovalentnými peptidovými väzbami. Molekula proteínu môže obsahovať až niekoľko tisíc aminokyselín. Existujú 4 úrovne priestorovej organizácie proteínových molekúl. Sekvencia aminokyselín v polypeptidovom reťazci sa nazýva primárna štruktúra proteínu. Primárna štruktúra molekuly akéhokoľvek proteínu je jedinečná a určuje jeho priestorovú organizáciu, vlastnosti a funkcie v bunke. Sekundárna štruktúra proteínu je určená skladaním reťazca aminokyselín do špecifických štruktúr nazývaných a-helix a b-list. Sekundárna štruktúra proteínu je tvorená vodíkovými väzbami. Terciárna štruktúra vzniká skladaním polypeptidového reťazca s prvkami sekundárnej štruktúry do špirály (globule) a je udržiavaná iónovými, hydrofilnými a kovalentnými (disulfidovými) väzbami medzi rôznymi aminokyselinovými zvyškami.

Kvartérna štruktúra je charakteristická pre proteíny pozostávajúce z niekoľkých polypeptidových reťazcov. Strata štruktúrnej organizácie proteínovej molekuly, napríklad v dôsledku zahrievania, sa nazýva denaturácia. Denaturácia môže byť reverzibilná alebo ireverzibilná. Pri reverzibilnej denaturácii môžu byť narušené kvartérne, terciárne a sekundárne štruktúry proteínu, ale primárna štruktúra nie je narušená a keď sa vrátia normálne podmienky, vďaka tomu je možná renaturácia - obnovenie normálnej konfigurácie. Pri poškodení primárnej štruktúry je denaturácia nevratná.

Najdôležitejšia funkcia bielkovín je katalytická. Všetky enzýmy a biologické katalyzátory sú proteíny. Vďaka enzýmom sa rýchlosť chemických reakcií v bunke zvyšuje miliónkrát. Enzýmy sú vysoko špecifické: každý enzým katalyzuje špecifický typ chemickej reakcie v bunke. Práve vďaka enzýmom sú možné všetky metabolické reakcie prebiehajúce v živých organizmoch.

Nukleové kyseliny (pozri otázku 13 vyššie)

16. Minerály v bunkách, ich úloha, účel. Osmotické procesy v rastlinných a živočíšnych bunkách.

Minerály sa podľa obsahu v organizme delia do 3 skupín: makroelementy, mikroelementy a ultramikroelementy.

Makronutrienty sú skupinou anorganických chemikálií prítomných v tele od niekoľkých desiatok gramov až po viac ako kilogram. Odporúčaná denná dávka je viac ako 200 mg. Patria sem vápnik, horčík, fosfor, draslík, sodík, chlór a síra. Makroelementy zabezpečujú normálne fungovanie všetkých systémov a orgánov, z ktorých sú „postavené“ bunky tela. Bez nich je metabolizmus v ľudskom tele nemožný.

Medzi mikroelementy patria minerálne látky, ktorých obsah v organizme sa pohybuje od niekoľkých gramov až po desatiny gramu. Ich potreba sa počíta v miligramoch, ale podieľajú sa na biochemických procesoch a sú pre telo nevyhnutné. Patria sem: železo, meď, mangán, zinok, kobalt, jód, fluór, chróm, molybdén, vanád, nikel, stroncium, kremík a selén. V poslednom čase sa začína používať pojem mikroživina, prevzatý z európskych jazykov.

Ultramikroelementy sú v tele obsiahnuté v zanedbateľných množstvách, ale majú vysokú biologickú aktivitu. Hlavnými predstaviteľmi sú zlato, olovo, ortuť, striebro, rádium, rubídium, urán. Niektoré z nich sa vyznačujú nielen nízkym obsahom v bežných potravinách, ale aj toxicitou pri konzumácii v pomerne veľkých dávkach. MINERÁLNE LÁTKY - ÚLOHA V TELO Minerály zohrávajú v ľudskom organizme veľkú a rôznorodú úlohu. Sú súčasťou jeho štruktúry a plnia veľké množstvo dôležitých funkcií.

1. Regulovať metabolizmus voda-soľ.

2. Udržujte osmotický tlak v bunkách a medzibunkových tekutinách.

3. Udržujte acidobázickú rovnováhu.

4. Zabezpečte normálnu činnosť nervov a srdca- cievne, tráviace a iné systémy.

5. Zabezpečte hematopoézu a procesy zrážania krvi.

6. Sú súčasťou alebo aktivujú pôsobenie enzýmov, hormónov, vitamínov a podieľajú sa tak na všetkých druhoch metabolizmu.

7. Regulujú transmembránový potenciál potrebný pre normálne fungovanie buniek, vedenie nervových vzruchov a kontrakciu svalových vlákien.

8. Udržuje štrukturálnu integritu tela.

9. Podieľajú sa na stavbe telesných tkanív, najmä kostí, kde sú fosfor a vápnik hlavnými stavebnými zložkami.

10. Udržujú normálne zloženie solí v krvi a podieľajú sa na štruktúre prvkov, ktoré ju tvoria.

11. Ovplyvňujú ochranné funkcie tela, jeho imunitu.

12. Sú nevyhnutnou súčasťou potravy a ich dlhodobý nedostatok alebo nadbytok v potrave vedie k poruchám látkovej výmeny až k chorobám.

Osmotika sa vzťahuje na javy vyskytujúce sa v systéme pozostávajúcom z dvoch roztokov oddelených polopriepustnou membránou. V rastlinnej bunke plnia úlohu semipermeabilných filmov hraničné vrstvy cytoplazmy: plazmalema a tonoplast.

Plazmolema je vonkajšia membrána cytoplazmy susediaca s bunkovou membránou. Tonoplast je vnútorná membrána cytoplazmy obklopujúca vakuolu. Vakuoly sú dutiny v cytoplazme vyplnené bunkovou šťavou - vodným roztokom uhľohydrátov, organických kyselín, solí, proteínov s nízkou molekulovou hmotnosťou a pigmentov.

Koncentrácia látok v bunkovej šťave a vo vonkajšom prostredí (pôda, vodné útvary) zvyčajne nie je rovnaká. Ak je vnútrobunková koncentrácia látok vyššia ako vo vonkajšom prostredí, voda z prostredia bude difundovať do bunky, presnejšie do vakuoly, vyššou rýchlosťou ako v opačnom smere, teda z bunky do okolia. Čím väčšia je koncentrácia látok obsiahnutých v bunkovej šťave, tým silnejšia je sacia sila – sila, ktorou bunka pôsobí<всасывает воду>. S nárastom objemu bunkovej šťavy sa v dôsledku vstupu vody do bunky zvyšuje jej tlak na cytoplazmu, ktorá tesne prilieha k membráne. Keď je bunka úplne nasýtená vodou, má svoj maximálny objem. Stav vnútorného bunkového napätia spôsobeného vysokým

obsah vody a vyvíjajúci sa tlak obsahu bunky na jej membránu sa nazýva turgor. Turgor zabezpečuje, že orgány si zachovajú svoj tvar (napríklad listy, nelignifikované stonky) a polohu v priestore, ako aj odolnosť voči pôsobeniu mechanických faktorov. Ak je bunka v hypertonickom roztoku, ktorého koncentrácia je väčšia ako koncentrácia bunkovej šťavy, potom rýchlosť difúzie vody z bunkovej šťavy prekročí rýchlosť difúzie vody do bunky z okolitého roztoku. V dôsledku uvoľňovania vody z bunky sa objem bunkovej šťavy znižuje a turgor klesá. Zníženie objemu bunkovej vakuoly je sprevádzané oddelením cytoplazmy od membrány - dochádza k plazmolýze.

17. Biosyntéza bielkovín v bunkách.

Biosyntéza bielkovín prebieha v každej živej bunke. Najaktívnejší je v mladých rastúcich bunkách, kde sa syntetizujú proteíny na stavbu ich organel, ako aj v sekrečných bunkách, kde sa syntetizujú enzýmové proteíny a hormonálne proteíny.

Hlavná úloha pri určovaní štruktúry bielkovín patrí DNA. Kúsok DNA obsahujúci informácie o štruktúre jedného proteínu sa nazýva gén. Molekula DNA obsahuje niekoľko stoviek génov. Molekula DNA obsahuje kód pre sekvenciu aminokyselín v proteíne vo forme špecificky kombinovaných nukleotidov. Kód DNA bol takmer úplne rozlúštený. Jeho podstata je nasledovná. Každá aminokyselina zodpovedá časti reťazca DNA pozostávajúcej z troch susediacich nukleotidov.

Napríklad sekcia T-T-T zodpovedá aminokyseline lyzínu, sekcia A-C-A zodpovedá cystínu, C-A-A valínu atď. Existuje 20 rôznych aminokyselín, počet možných kombinácií 4 nukleotidov po 3 je 64. Preto sú triplety bohato postačujúce na kódovanie všetkých aminokyselín.

Syntéza bielkovín je komplexný viacstupňový proces, ktorý predstavuje reťazec syntetických reakcií prebiehajúcich podľa princípu syntézy matrice.

Keďže DNA sa nachádza v bunkovom jadre a syntéza proteínov prebieha v cytoplazme, existuje medzičlánok, ktorý prenáša informácie z DNA do ribozómov. Tento posol je mRNA. : Pri biosyntéze bielkovín sa určujú nasledujúce štádiá vyskytujúce sa v rôznych častiach bunky:

1. Prvou fázou je syntéza i-RNA sa vyskytuje v jadre, počas ktorého sa informácie obsiahnuté v géne DNA prepisujú do i-RNA. Tento proces sa nazýva transkripcia (z latinského „prepisu“ - prepisovanie).

2. V druhej fáze sa aminokyseliny kombinujú s molekulami tRNA, ktoré sa postupne skladajú z troch nukleotidov – antikodónov, pomocou ktorých sa určí ich tripletový kodón.

3. Treťou etapou je proces priamej syntézy polypeptidových väzieb, nazývaný translácia. Vyskytuje sa v ribozómoch.

4. Vo štvrtej fáze dochádza k tvorbe sekundárnej a terciárnej štruktúry proteínu, to znamená k vytvoreniu konečnej proteínovej štruktúry.

V procese biosyntézy bielkovín sa teda vytvárajú nové molekuly bielkovín v súlade s presnými informáciami obsiahnutými v DNA. Tento proces zabezpečuje obnovu bielkovín, metabolické procesy, bunkový rast a vývoj, teda všetky životné procesy bunky.

18.Energetický metabolizmus v bunkách.

Telo potrebuje energiu, aby fungovalo. Rastliny počas fotosyntézy akumulujú slnečnú energiu v organickej hmote. V procese energetického metabolizmu dochádza k rozkladu organických látok a uvoľneniu energie chemických väzieb. Čiastočne sa rozptýli vo forme tepla a čiastočne sa ukladá v molekulách ATP. U zvierat prebieha energetický metabolizmus v troch fázach.

Prvá etapa je prípravná. Potrava sa do tela zvierat a ľudí dostáva vo forme komplexných vysokomolekulárnych zlúčenín. Pred vstupom do buniek a tkanív sa tieto látky musia rozložiť na nízkomolekulové látky, ktoré sú dostupnejšie pre bunkovú absorpciu. V prvej fáze dochádza k hydrolytickému rozkladu organických látok, ku ktorému dochádza za účasti vody. Vyskytuje sa pôsobením enzýmov v tráviacom trakte mnohobunkových živočíchov, v tráviacich vakuolách jednobunkových živočíchov a na bunkovej úrovni v lyzozómoch. Reakcie prípravnej fázy:

proteíny + H20 -> aminokyseliny + Q;

tuky + H20 -> glycerol + vyššie mastné kyseliny + Q; polysacharidy -> glukóza + Q.

U cicavcov a ľudí sa bielkoviny štiepia na aminokyseliny v žalúdku a dvanástniku pôsobením enzýmov – peptidových hydroláz (pepsín, trypsín, chemotrypsín). Rozklad polysacharidov začína v ústnej dutine pôsobením enzýmu ptyalín a potom pokračuje v dvanástniku pôsobením amylázy. Tuky sa tam odbúravajú aj pôsobením lipázy. Všetka uvoľnená energia sa v tomto prípade rozptýli vo forme tepla.

Výsledné nízkomolekulárne látky vstupujú do krvi a sú dodávané do všetkých orgánov a buniek. V bunkách vstupujú do lyzozómu alebo priamo do cytoplazmy. Ak dôjde k štiepeniu na bunkovej úrovni v lyzozómoch, látka okamžite vstúpi do cytoplazmy. V tomto štádiu sa pripravujú látky na intracelulárny rozklad.

Druhým stupňom je oxidácia bez kyslíka. Druhá fáza sa uskutočňuje na bunkovej úrovni v neprítomnosti kyslíka. Vyskytuje sa v cytoplazme bunky. Uvažujme rozklad glukózy ako jednu z kľúčových metabolických látok v bunke. Všetky ostatné organické látky (mastné kyseliny, glycerol, aminokyseliny) sú vťahované do procesov jeho premeny v rôznych štádiách. Bezkyslíkový rozklad glukózy sa nazýva glykolýza. Glukóza prechádza sériou postupných premien (obr. 16). Najprv sa premení na fruktózu a fosforyluje sa

Aktivovaný dvoma molekulami ATP a premenený na fruktózadifosfát. Ďalej sa molekula uhľohydrátov so šiestimi uhlíkmi rozpadne na dve zlúčeniny s tromi uhlíkmi - dve molekuly glycerofosfátu (triózy). Po sérii reakcií sa oxidujú, pričom každý stráca dva atómy vodíka a premenia sa na dve molekuly kyseliny pyrohroznovej (PVA). V dôsledku týchto reakcií sa syntetizujú štyri molekuly ATP. Keďže dve molekuly ATP boli pôvodne vynaložené na aktiváciu glukózy, celkový výsledok sú 2 ATP. Energia uvoľnená pri rozklade glukózy je teda čiastočne uložená v dvoch molekulách ATP a čiastočne spotrebovaná vo forme tepla. Štyri atómy vodíka, ktoré boli odstránené počas oxidácie glycerofosfátu, sa spájajú s nosičom vodíka NAD+ (nikotínamid dinukleotid fosfát). Je to rovnaký nosič vodíka ako NADP+, ale podieľa sa na reakciách energetického metabolizmu.

Tretím stupňom je biologická oxidácia, čiže dýchanie. Toto štádium sa vyskytuje iba v prítomnosti kyslíka a inak sa nazýva kyslík. Vyskytuje sa v mitochondriách.

Kyselina pyrohroznová z cytoplazmy vstupuje do mitochondrií, kde stráca molekulu oxidu uhličitého a premieňa sa na kyselinu octovú, pričom sa spája s aktivátorom a nosičom koenzýmom-A (obr. 17). Výsledný acetyl-CoA potom vstupuje do série cyklických reakcií. Produkty bezkyslíkového rozkladu - kyselina mliečna, etylalkohol - tiež ďalej podliehajú zmenám a podliehajú oxidácii kyslíkom. Kyselina mliečna sa mení na kyselinu pyrohroznovú, ak vzniká v dôsledku nedostatku kyslíka v živočíšnych tkanivách. Etylalkohol sa oxiduje na kyselinu octovú a viaže sa na CoA.

Cyklické reakcie, pri ktorých dochádza k premene kyseliny octovej, sa nazývajú cyklus di- a trikarboxylových kyselín alebo Krebsov cyklus, pomenovaný podľa vedca, ktorý tieto reakcie ako prvý opísal. V dôsledku série po sebe idúcich reakcií dochádza k dekarboxylácii – odstráneniu oxidu uhličitého a oxidácii – odstráneniu vodíka z výsledných látok. Karbonický

plyn vznikajúci pri dekarboxylácii PVC a v Krebsovom cykle sa uvoľňuje z mitochondrií a potom z bunky a tela počas dýchania. Oxid uhličitý teda vzniká priamo pri dekarboxylácii organických látok. Všetok vodík, ktorý sa odstráni z medziproduktov, sa spojí s transportérom NAD+ a vytvorí sa NAD 2H. Pri fotosyntéze sa oxid uhličitý spája s medziproduktmi a redukuje sa vodíkom. Tu je proces obrátený.

Poďme teraz sledovať cestu molekúl NAD 2H. Dostávajú sa do mitochondrií, kde sa nachádza dýchací reťazec enzýmov. Na tomto reťazci sa vodík odoberá z nosiča za súčasného odstraňovania elektrónov. Každá molekula redukovaného NAD 2H daruje dva vodíky a dva elektróny. Energia odstránených elektrónov je veľmi vysoká. Vstupujú do dýchacieho reťazca enzýmov, ktorý pozostáva z bielkovín – cytochrómov. Pri kaskádovom pohybe týmto systémom elektrón stráca energiu. Vďaka tejto energii sa molekuly ATP syntetizujú v prítomnosti enzýmu ATPázy. Súčasne s týmito procesmi sú vodíkové ióny čerpané cez membránu na jej vonkajšiu stranu. V procese oxidácie 12 molekúl NAD-2H, ktoré vznikli pri glykolýze (2 molekuly) a v dôsledku reakcií v Krebsovom cykle (10 molekúl), sa syntetizuje 36 molekúl ATP. Syntéza molekúl ATP spojená s procesom oxidácie vodíka sa nazýva oxidatívna fosforylácia. Prvýkrát tento proces opísal ruský vedec V.A. Engelhardt v roku 1931. Konečným akceptorom elektrónov je molekula kyslíka, ktorá sa dostáva do mitochondrií počas dýchania. Atómy kyslíka na vonkajšej strane membrány prijímajú elektróny a stávajú sa záporne nabitými. Pozitívne vodíkové ióny sa spájajú so záporne nabitým kyslíkom a vytvárajú molekuly vody. Pripomeňme si, že vzdušný kyslík vzniká ako výsledok fotosyntézy pri fotolýze molekúl vody a vodík sa využíva na redukciu oxidu uhličitého. V procese výmeny energie sa vodík a kyslík rekombinujú a premieňajú na vodu.

19.Organizácia dedičného aparátu v eukaryotických bunkách. Genóm somatických buniek. Genetický aparát eukaryotickej bunky sa nachádza v jadre a je chránený membránou. Eukaryotická DNA je lineárna, v pomere 50/50 spojená s proteínmi. Tvoria chromozóm. Na rozdiel od eukaryotov je DNA v prokaryotoch kruhová, holá (takmer nespojená s proteínmi), leží v špeciálnej oblasti cytoplazmy – nukleoidu a je oddelená od zvyšku cytoplazmy pomocou membrány. Eukaryotická bunka sa delí mitózou, meiózou alebo kombináciou týchto metód. Životný cyklus eukaryotov pozostáva z dvoch jadrových fáz. Prvá (haplopáza) sa vyznačuje jedinou sadou chromozómov. V druhej fáze (diplofáze) sa dve haploidné bunky spoja a vytvoria diploidnú bunku, ktorá obsahuje dvojitú sadu chromozómov. Po niekoľkých deleniach sa bunka opäť stane haploidnou.

V genóme je 24 rôznych chromozómov: 22 z nich nemá vplyv na pohlavie a dva chromozómy (X a Y) určujú pohlavie. Chromozómy 1 až 22 sú očíslované v poradí klesajúcej veľkosti. Somatické bunky majú zvyčajne 23 párov chromozómov: jednu kópiu chromozómov 1 až 22 od každého rodiča, ako aj chromozóm X od matky a chromozóm Y alebo X od otca. Celkovo sa ukazuje, že somatická bunka obsahuje 46 chromozómov.

20. Gén, genotyp, homo a heterozygotnosť. Genetické určenie fenotypu. Gén je štrukturálna a funkčná jednotka dedičnosti živých organizmov. Gene

je úsek DNA, ktorý špecifikuje sekvenciu špecifického polypeptidu alebo funkčnej RNA. Gény (presnejšie génové alely) určujú dedičné vlastnosti organizmov, ktoré sa prenášajú z rodičov na potomkov počas rozmnožovania. Niektoré organely (mitochondrie, plastidy) majú zároveň svoju vlastnú DNA, ktorá určuje ich vlastnosti, ktorá nie je súčasťou genómu organizmu.

Medzi niektorými organizmami sa väčšinou vyskytuje jednobunkový horizontálny prenos génov, ktorý nesúvisí s reprodukciou.

Termín „gén“ zaviedol v roku 1909 dánsky botanik Vilhelm Johansen, tri roky po tom, čo termín „genetika“ vytvoril William Bateson.

Vlastnosti génov:

1. stabilita - schopnosť udržiavať štruktúru;

2. labilita - schopnosť opakovane mutovať;

3. mnohopočetný alelizmus – mnoho génov existuje v populácii vo viacerých molekulárnych formách;

4. alelicita - v genotype diploidných organizmov sú len dve formy génu;

5. špecifickosť – každý gén kóduje svoj vlastný znak;

6. pleiotropia - viacnásobný účinok génu;

7. expresivita - stupeň expresie génu vo znaku;

8. penetrancia - frekvencia prejavu génu vo fenotype;

9. amplifikácia – zvýšenie počtu kópií génu.

GENOTYP, všetky gény organizmu, ktoré spolu určujú všetky vlastnosti organizmu – jeho fenotyp. Ak je genóm genetickou charakteristikou druhu, potom je genotyp genetickou charakteristikou (konštitúciou) konkrétneho organizmu. Pri štúdiu dedičnosti určitých znakov sa genotypom nenazývajú všetky gény, ale iba tie, ktoré tieto znaky určujú.

Genotyp nie je mechanický súhrn autonómnych, nezávisle pôsobiacich génov, ale komplexný a integrálny systém – genotypové prostredie, v ktorom práca a implementácia každého génu závisí od vplyvu iných génov. Pri interakcii alelických génov je okrem jednoduchých prípadov dominancie a recesivity možná aj neúplná dominancia, kodominancia (prejav dvoch alelických génov naraz) a prevaha (silnejší prejav znaku u heterozygotov v porovnaní s homozygotmi). .

Jedinci s rovnakým genotypom, ktorí sa vyvíjajú v rôznych podmienkach prostredia, môžu mať rôzne fenotypy. V tomto ohľade genetika vyvinula myšlienku reakčnej normy, t.j. hraníc, v rámci ktorých sa môže fenotyp daného genotypu meniť pod vplyvom rôznych podmienok prostredia. Rozsah fenotypovej variability je teda určený aj genotypom, alebo inak povedané, fenotyp je výsledkom interakcie genotypu a vonkajšieho prostredia. Získanie buniek a jedincov s rovnakým genotypom prostredníctvom vegetatívneho rozmnožovania a klonovania je dôležité pre riešenie vedeckých problémov aj praktických problémov v poľnohospodárstve, medicíne a biotechnológii.

Homozygotnosť je stav dedičného aparátu organizmu, v ktorom majú homológne chromozómy rovnakú formu daného génu. Prechod génu do homozygotného stavu vedie k prejavom recesívnych alel v štruktúre a funkcii tela (fenotyp), ktorých účinok je pri heterozygotnosti potláčaný dominantnými alelami. Testom homozygotnosti je absencia segregácie počas určitých typov kríženia. Homozygotný organizmus produkuje iba jeden typ gaméty pre daný gén.

Heterozygotnosť je stav vlastný každému hybridnému organizmu, v ktorom jeho homológne chromozómy nesú rôzne formy (alely) určitého génu alebo sa líšia v relatívnej polohe génov. Termín „heterozygotnosť“ prvýkrát zaviedol anglický genetik W. Bateson v roku 1902. K heterozygotnosti dochádza, keď sa gaméty rôzneho genetického alebo štrukturálneho zloženia spájajú do heterozygota. Štrukturálna heterozygotnosť sa vyskytuje, keď dôjde k chromozomálnej prestavbe jedného z homológnych chromozómov, možno ju nájsť v meióze alebo mitóze. Heterozygotnosť sa odhalí pomocou testovacieho kríženia. Heterozygotnosť je spravidla dôsledkom sexuálneho procesu, ale môže vzniknúť v dôsledku mutácie. o

heterozygotnosti, účinok škodlivých a letálne recesívnych alel je potlačený prítomnosťou zodpovedajúcej dominantnej alely a prejaví sa až pri prechode tohto génu do homozygotného stavu. Preto je heterozygotnosť rozšírená v prirodzených populáciách a je zjavne jednou z príčin heterózy. Maskovací efekt dominantných alel pri heterozygotnosti je dôvodom pretrvávania a šírenia škodlivých recesívnych alel v populácii (tzv. heterozygotný nosič).

Fenotyp (z gréckeho slova phainotip – odhaľujem, odhaľujem) je súbor vlastností, ktoré sú vlastné jedincovi v určitom štádiu vývoja. Fenotyp sa vytvára na základe genotypu, sprostredkovaného množstvom faktorov prostredia. V diploidných organizmoch sa dominantné gény objavujú vo fenotype.

Fenotyp je súbor vonkajších a vnútorných vlastností organizmu získaných v dôsledku ontogenézy (individuálneho vývoja).

Po prvé, väčšina molekúl a štruktúr kódovaných genetickým materiálom nie je viditeľná na vonkajšom vzhľade organizmu, hoci sú súčasťou fenotypu. Presne to je napríklad prípad ľudských krvných skupín. Preto by rozšírená definícia fenotypu mala zahŕňať charakteristiky, ktoré možno zistiť technickými, lekárskymi alebo diagnostickými postupmi. Ďalšia, radikálnejšia expanzia môže zahŕňať získané správanie alebo dokonca vplyv organizmu na životné prostredie a iné organizmy Fenotyp možno definovať ako „prenášanie“ genetickej informácie na faktory prostredia. Pri prvom priblížení môžeme hovoriť o dvoch charakteristikách fenotypu: a) počet smerov odstránenia charakterizuje počet faktorov prostredia, na ktoré je fenotyp citlivý - rozmer fenotypu; b) „vzdialenosť“ odstránenia charakterizuje stupeň citlivosti fenotypu na daný faktor prostredia. Tieto vlastnosti spolu určujú bohatstvo a vývoj fenotypu. Čím viac je fenotyp viacrozmerný a čím je citlivejší, tým je fenotyp ďalej od genotypu, tým je bohatší.

21.Genetický kód, jeho vlastnosti:

Genetický kód je systém usporiadania nukleotidov v molekule DNA, ktorý riadi sekvenciu aminokyselín v molekule proteínu.

V rôznych proteínoch, ktoré existujú v prírode, bolo objavených asi 20 rôznych aminokyselín. Na zašifrovanie takého počtu z nich môže dostatočný počet kombinácií nukleotidov poskytnúť iba tripletový kód, v ktorom je každá aminokyselina zašifrovaná tromi susednými nukleotidmi. V tomto prípade sa zo štyroch nukleotidov vytvorí = 64 tripletov. Kód pozostávajúci z dvoch nukleotidov by umožnil zašifrovať iba = 16 rôznych aminokyselín.

1) rovnaké aminokyseliny môžu byť kódované rôznymi tripletmi (kodónové synonymá). Tento kód sa nazýva degenerované alebo nadbytočné. Duplicitné triplety sa líšia v treťom nukleotide.

2) V molekule DNA je každý nukleotid zahrnutý iba v ktorýkoľvek kodón. Preto kód DNA neprekrývajúce sa. Kontinuita– nukleotidová sekvencia sa číta triplet po triplete bez medzier. Neprekrývajúci sa gén Doc-vom. Kód slúži na nahradenie iba jednej aminokyseliny v peptide pri nahradení jedného nukleotidu v DNA.

3) Špecifickosť – Každý triplet je schopný kódovať iba jednu špecifickú aminokyselinu.

4) Všestrannosť (úplná zhoda kódu v rôznych druhoch živých organizmov.) genetický kód označuje jednotu pôvodu celej rozmanitosti živých foriem na Zemi v procese biologickej evolúcie.

Sekvencia tripletov určuje poradie aminokyselín v molekule proteínu, t.j. dochádza ku kolinearite. Inými slovami, kolinearita je vlastnosť, ktorá vytvára sekvenciu aminokyselín v proteíne, v ktorej sú príslušné kodóny umiestnené v géne. To znamená, že poloha každej aminokyseliny v polypeptidovom reťazci závisí od konkrétnej oblasti génu. Genetický kód sa považuje za kolineárny, ak sú kodóny nukleových kyselín a ich zodpovedajúce aminokyseliny v proteíne umiestnené v rovnakom lineárnom poradí.

22. Štruktúra chromozómov, ich typy, klasifikácia v ľudskom karyotype.

Termín chromozóm navrhol v roku 1888 nemecký morfológ W. Waldeyer, ktorý ho použil na označenie vnútrojadrových štruktúr eukaryotickej bunky, ktoré sú dobre zafarbené základnými farbivami (z gréckeho chromium – farba, farba a soma – telo).

Chem. zloženie chromozómov:

Pozostávajú najmä z DNA a bielkovín, ktoré tvoria nukleoproteínový komplex nazývaný chromatín, ktorý dostal svoj názov pre svoju schopnosť farbiť sa zásaditými farbivami. Chromatín pozostáva z dvoch typov proteínov: histónových a nehistónových proteínov.

Históny sú prezentované v piatich frakciách: HI, H2A, H2B, NZ, H4. Keďže ide o pozitívne nabité základné bielkoviny, viažu sa celkom pevne na molekuly DNA, čo bráni čítaniu biologickej informácie v nej obsiahnutej. Toto je ich regulačná úloha. Okrem toho tieto proteíny plnia štrukturálnu funkciu, ktorá zabezpečuje priestorovú organizáciu DNA v chromozómoch.

Počet nehistónových proteínových frakcií presahuje 100. Sú medzi nimi enzýmy na syntézu a spracovanie RNA, reduplikáciu a opravu DNA. Kyslé proteíny chromozómov tiež vykonávajú štrukturálne a regulačné úlohy. Okrem DNA a proteínov obsahujú chromozómy aj RNA, lipidy, polysacharidy a ióny kovov.

Chromozómová RNA je čiastočne reprezentovaná transkripčnými produktmi, ktoré ešte neopustili miesto syntézy. Niektoré frakcie majú regulačnú funkciu.

Regulačnou úlohou chromozómových komponentov je zakázať alebo umožniť kopírovanie informácií z molekuly DNA.

Hmotnostné pomery DNA: históny: nehistónové proteíny: RNA: lipidy sú 1:1:(0,2-0,5): (0,1-0,15):(0,01--0,03). Ostatné zložky sa nachádzajú v malých množstvách.

Morfológia chromozómov

Svetelná mikroskopia. V prvej polovici mitózy pozostávajú z dvoch chromatidov spojených navzájom v oblasti primárnej konstrikcie (centroméra alebo kinetochore), špeciálne organizovanej oblasti chromozómu spoločnej pre obe sesterské chromatidy. V druhej polovici mitózy sa chromatidy od seba oddelia. Tvoria jednovláknové dcérske chromozómy distribuované medzi dcérske bunky.

∙ rovnoramenné alebo metacentrické (s centromérou v strede),

∙ nerovnaké ramená alebo submetacentrické (s centromérou posunutou na jeden koniec),

∙ tyčinkovitý alebo akrocentrický (s centromérou umiestnenou takmer na konci chromozómu),

∙ bod - veľmi malý, ktorého tvar je ťažké určiť

Súbor všetkých štrukturálnych a kvantitatívnych znakov úplného súboru chromozómov charakteristických pre bunky určitého typu živého organizmu sa nazýva karyotyp.

Karyotyp budúceho organizmu vzniká pri splynutí dvoch zárodočných buniek (spermie a vajíčka). V tomto prípade sú ich chromozómové sady kombinované. Jadro zrelej zárodočnej bunky obsahuje polovicu sady chromozómov (pre ľudí - 23). Takáto jediná sada chromozómov, podobná tej v zárodočných bunkách, sa nazýva haploidná a označuje sa - n. Keď je vajíčko oplodnené spermiou, druhovo špecifický karyotyp sa znovu vytvorí v novom organizme, ktorý zahŕňa 46 chromozómov u ľudí. Kompletné chromozómové zloženie obyčajnej somatickej bunky je diploidné (2n). V diploidnej sade má každý chromozóm ďalší párový chromozóm podobnej veľkosti a umiestnenia centroméry. Takéto chromozómy sa nazývajú homológne. Homológne chromozómy nielen vyzerajú podobne, ale obsahujú aj gény zodpovedné za rovnaké vlastnosti.

Ženský karyotyp zvyčajne obsahuje dva chromozómy X a možno ho zapísať ako 46, XX. Karyotyp muža zahŕňa chromozómy X a Y (46, XY). Všetkých zostávajúcich 22 párov chromozómov sa nazýva

autozómy. Autozómové skupiny:

∙ Skupina A obsahuje 3 páry najdlhších chromozómov (1, 2, 3.);

∙ skupina B spája 2 páry veľkých submetacentrických chromozómov (4 a 5.).

∙ skupina C, vrátane 7 párov stredne veľkých submetacentrických autozómov (s 6. až 12.). Na základe morfologických znakov je ťažké odlíšiť chromozóm X od tejto skupiny.

∙ Stredne akrocentrické chromozómy 13, 14 a V skupine D sú 15. dvojice.

∙ Tri páry malých submetacentrických chromozómov tvoria skupinu E (16, 17 a 18.).

∙ Najmenšie metacentrické chromozómy (19 a 20) tvoria skupinu F.

21. a 22. pár krátkych akrocentrických chromozómov je zaradený do skupiny G. Chromozóm Y je morfologicky veľmi podobný autozómom tejto skupiny.

23. Chromozomálna teória T. Morgana.

Chromozomálna teória dedičnosti - teória, podľa ktorej je prenos dedičnej informácie v priebehu niekoľkých generácií spojený s prenosom chromozómov, v ktorých sú gény umiestnené v určitom a lineárnom slede.

1. Hmotní nositelia dedičnosti – gény sa nachádzajú v chromozómoch a sú v nich umiestnené lineárne v určitej vzdialenosti od seba.

2. Gény umiestnené na rovnakom chromozóme patria do rovnakej väzbovej skupiny. Počet väzbových skupín zodpovedá haploidnému počtu chromozómov.

3. Znaky, ktorých gény sú umiestnené na rovnakom chromozóme, sú zdedené spojené.

4. U potomkov heterozygotných rodičov môžu vzniknúť nové kombinácie génov nachádzajúcich sa v spodnom páre chromozómov v dôsledku kríženia počas procesu meiózy.

5. Frekvencia kríženia, určená percentom krížených jedincov, závisí od vzdialenosti medzi génmi.

6. Na základe lineárneho usporiadania génov na chromozóme a frekvencie kríženia ako indikátora vzdialenosti medzi génmi možno zostaviť chromozómové mapy.

Práca T. Morgana a jeho kolegov nielen potvrdila dôležitosť chromozómov ako hlavných nositeľov dedičného materiálu reprezentovaného jednotlivými génmi, ale stanovila aj linearitu ich umiestnenia po dĺžke chromozómu.

Dôkazom prepojenia materiálneho substrátu dedičnosti a variability s chromozómami bola na jednej strane dôsledná korešpondencia G. Mendelom objavených vzorcov dedičnosti znakov so správaním chromozómov počas mitózy, meiózy a oplodnenia. Na druhej strane v laboratóriu T. Morgana bol objavený zvláštny typ dedičnosti znakov, ktorý sa dobre vysvetlil spojením zodpovedajúcich génov s X chromozómom. Hovoríme o pohlavne viazanom dedičstve farby očí u Drosophila.

Myšlienka chromozómov ako nosičov génových komplexov bola vyjadrená na základe pozorovania prepojenej dedičnosti množstva rodičovských charakteristík medzi sebou počas ich prenosu v priebehu niekoľkých generácií. Toto prepojenie nealternatívnych znakov bolo vysvetlené umiestnením zodpovedajúcich génov na jednom chromozóme, čo je pomerne stabilná štruktúra, ktorá zachováva zloženie génov počas generácií buniek a organizmov.

Podľa chromozomálnej teórie dedičnosti tvorí súhrn génov, ktoré tvoria jeden chromozóm spojková skupina. Každý chromozóm je jedinečný

súbor génov v ňom obsiahnutých. Počet väzbových skupín v dedičnom materiáli organizmov daného druhu je teda určený počtom chromozómov v haploidnom súbore ich zárodočných buniek. Pri oplodnení vzniká diploidný súbor, v ktorom je každá väzbová skupina reprezentovaná dvoma variantmi - otcovským a materským chromozómom, nesúcimi pôvodné sady alel zodpovedajúceho génového komplexu.

Myšlienka lineárneho usporiadania génov na každom chromozóme vznikla na základe pozorovania často sa vyskytujúcej rekombinácie (zámeny) medzi materskými a otcovskými génovými komplexmi obsiahnutými v homológnych chromozómoch. Zistilo sa, že frekvencia rekombinácie je charakterizovaná určitou stálosťou pre každý pár génov v danej väzbovej skupine a je odlišná pre rôzne páry. Toto pozorovanie umožnilo navrhnúť súvislosť medzi frekvenciou rekombinácie a sekvenciou génov na chromozóme a procesom kríženia, ku ktorému dochádza medzi homológmi v profáze I meiózy (pozri časť 3.6.2.3).

Myšlienka lineárnej distribúcie génov dobre vysvetlila závislosť frekvencie rekombinácie od vzdialenosti medzi nimi v chromozóme.

Objav prepojenej dedičnosti nealternatívnych znakov vytvoril základ pre vývoj techniky konštrukcie genetických máp chromozómov pomocou hybridologickej metódy genetickej analýzy.

Teda na začiatku 20. stor. Úloha chromozómov ako hlavných nosičov dedičného materiálu v eukaryotickej bunke bola nezvratne dokázaná. Potvrdilo sa to štúdiom chemického zloženia chromozómov.

24. Delenie somatických buniek. Charakteristika fáz mitózy.

Delenie somatickej bunky a jej jadra (mitóza) je sprevádzané zložitými viacfázovými premenami chromozómov: 1) v procese mitózy dochádza k zdvojeniu každého chromozómu na základe komplementárnej replikácie molekuly DNA za vzniku dvoch sestier vláknité kópie (chromatidy) spojené na centromére; 2) následne sa sesterské chromatidy oddelia a ekvivalentne rozložia v jadrách dcérskych buniek.

Výsledkom je, že identita chromozómovej sady a genetického materiálu sa zachováva v deliacich sa somatických bunkách.

Osobitne treba spomenúť neuróny – vysoko diferencované postmitotické bunky, ktoré počas života neprechádzajú bunkovým delením. Kompenzačné schopnosti neurónov v reakcii na pôsobenie poškodzujúcich faktorov sú obmedzené na intracelulárnu regeneráciu a opravu DNA v nedeliacom sa jadre, čo do značnej miery určuje špecifickosť neuropatologických procesov dedičnej a nededičnej povahy.

Mitóza je komplexné delenie bunkového jadra, ktorého biologický význam spočíva v presne identickej distribúcii dcérskych chromozómov s genetickou informáciou, ktorú obsahujú medzi jadrami dcérskych buniek v dôsledku tohto delenia majú jadrá dcérskych buniek súbor chromozómov identických kvantitou a kvalitou s materskou bunkou.

Chromozómy sú hlavným substrátom dedičnosti, sú jedinou štruktúrou, u ktorej bola dokázaná nezávislá schopnosť reduplikácie. Všetky ostatné bunkové organely schopné reduplikácie ju vykonávajú pod kontrolou jadra. V tomto smere je dôležité udržiavať konštantný počet chromozómov a rovnomerne ich distribuovať medzi dcérske bunky, čo sa dosahuje celým mechanizmom mitózy. Tento spôsob delenia v rastlinných bunkách objavil v roku 1874 ruský botanik I. D. Chistyakov a v živočíšnych bunkách - v roku 1878 ruský histológ P. I. Peremezhko (1833-1894).

IN V procese mitózy (obr. 2.15) prebieha postupne päť fáz: profáza, prometafáza, metafáza, anafáza a telofáza. Tieto fázy, bezprostredne na seba nadväzujúce, sú spojené nepostrehnuteľnými prechodmi. Každý predchádzajúci určuje prechod na nasledujúci.

IN Keď sa bunka začne deliť, chromozómy nadobúdajú vzhľad gule z mnohých tenkých, slabo špirálovitých vlákien. V tomto čase každý chromozóm pozostáva z dvoch sesterských chromatidov. K tvorbe chromatidov dochádza podľa matricového princípu v S-perióda mitotického cyklu ako dôsledok replikácie DNA.

Na samom začiatku profázy a niekedy ešte pred jej začiatkom sa centriol rozdelí na dve časti, ktoré sa rozchádzajú smerom

póly jadra. Chromozómy zároveň prechádzajú procesom krútenia (špiralizácie), v dôsledku čoho dochádza k ich výraznému skráteniu a zhrubnutiu. Chromatidy sa od seba trochu vzdialia a zostávajú spojené iba centromérom. Medzi chromatidami sa objaví medzera. Ku koncu profázy v živočíšnych bunkách sa okolo centriolov vytvára lúčovitá postava. Väčšina rastlinných buniek nemá centrioly.

Na konci profázy jadierka miznú, jadrová membrána sa pôsobením enzýmov z lyzozómov rozpúšťa a chromozómy sú ponorené do cytoplazmy. Súčasne sa objaví achromatická postava, ktorá pozostáva z nití ťahajúcich sa z pólov bunky (ak existujú centrioly, potom z nich). Achromatické vlákna sú pripojené k centromérom chromozómov. Vytvorí sa charakteristická postava pripomínajúca vreteno. Štúdie elektrónového mikroskopu ukázali, že závity vretena sú rúrky, tubuly.

V prometafáze je v strede bunky cytoplazma, ktorá má nevýznamnú viskozitu. Chromozómy v ňom ponorené smerujú k rovníku bunky.

V metafáze sú chromozómy v usporiadanom stave na rovníku. Všetky chromozómy sú jasne viditeľné, vďaka čomu sa štúdium karyotypov (počítanie počtu, štúdium tvarov chromozómov) vykonáva práve v tomto štádiu. V tomto čase sa každý chromozóm skladá z dvoch chromatidov, ktorých konce sa rozchádzajú. Preto na metafázových platniach (a idiogramoch z metafázových chromozómov) majú chromozómy tvar A. Štúdium chromozómov sa uskutočňuje práve v tomto štádiu.

V anafáze je každý chromozóm pozdĺžne rozdelený po celej svojej dĺžke, vrátane oblasti

dochádza k centromérom, presnejšie k divergencii chromatíd, ktoré sa potom stávajú sesterskými alebo dcérskymi chromozómami. Majú tyčovitý tvar, zakrivený v oblasti primárneho zúženia. Závity vretienka sa sťahujú, posúvajú k pólom a za nimi sa dcérske chromozómy začínajú rozchádzať smerom k pólom. Ich divergencia sa vykonáva rýchlo a

všetci naraz, ako na povel. Jasne to ukazujú filmové zábery deliacich sa buniek. K násilným procesom dochádza aj v cytoplazme, ktorá na filme pripomína vriacu kvapalinu.

Počas telofázy sa dcérske chromozómy dostanú k pólom. Potom chromozómy despirujú, strácajú jasné obrysy a okolo nich sa vytvárajú jadrové membrány. Jadro nadobúda štruktúru podobnú štruktúre interfázovej materskej bunky. Jadierko je obnovené.

25. Ľudské zárodočné bunky, ich štruktúra. Typy štruktúry vajec.

Na účasť na pohlavnom rozmnožovaní sa v rodičovských organizmoch produkujú gaméty - bunky špecializované na zabezpečenie generatívnej funkcie.

Fúzia materských a otcovských gamét vedie k vzniku zygoty - bunky, ktorá je dcérskym jedincom v prvom, najskoršom štádiu individuálneho vývoja.

U V niektorých organizmoch sa zygota vytvára v dôsledku spojenia gamét, ktoré sú v štruktúre nerozoznateľné. V takýchto prípadoch hovoríme o izogamia.

U Vo väčšine druhov sa podľa štrukturálnych a funkčných charakteristík delia zárodočné bunky na

materské (vajcia) a otcovské (spermie). Vajíčka a spermie spravidla produkujú rôzne organizmy - samice (samice) a samce (samci). Fenomén spočíva v rozdelení gamét na vajíčka a spermie a jedincov na samice a samce pohlavný dimorfizmus (obr. 5.1; 5.2). Jeho prítomnosť v prírode odráža rozdiely v úlohách riešených v procese sexuálneho rozmnožovania mužskými alebo ženskými gamétami, mužskými alebo ženskými.

Mužské reprodukčné bunky - spermie alebo spermie, dlhé asi 70 mikrónov, majú hlavu, krk a chvost.

Spermia je pokrytá cytolemou, ktorá v prednej časti obsahuje receptor, ktorý zabezpečuje rozpoznanie receptorov vajíčka.

Hlava spermie obsahuje malé husté jadro s haploidnou sadou chromozómov. Predná polovica jadra je pokrytá plochým vakom, ktorý tvorí uzáver spermie. Obsahuje akrozóm (z gréckeho asgo - špička, soma - telo),

pozostávajúci z modifikovaného Golgiho komplexu. Akrozóm obsahuje súbor enzýmov. V jadre ľudskej spermie, okup

hlavná časť hlavy obsahuje 23 chromozómov, z ktorých jeden je pohlavný chromozóm (X alebo Y), zvyšok sú autozómy. Chvostová časť spermie pozostáva zo strednej, hlavnej a koncovej časti.

Pri skúmaní spermií pod elektrónovým mikroskopom sa zistilo, že protoplazma jej hlavičky nie je v koloidnom, ale v tekutom kryštalickom stave. Tým je zabezpečená odolnosť spermií voči nepriaznivým vplyvom vonkajšieho prostredia. V porovnaní s nezrelými zárodočnými bunkami sú napríklad menej poškodené ionizujúcim žiarením.

Všetky spermie nesú rovnaký (negatívny) elektrický náboj, čo bráni ich zlepeniu.

Osoba produkuje asi 200 miliónov spermií

Vajcia alebo oocyty(z lat. ovum - vajíčko), dozrieva v nezmerateľne menších množstvách ako spermie. Počas sexuálneho cyklu ženy (24-28 dní) spravidla dozrieva jedno vajíčko. Počas obdobia nosenia dieťaťa sa tak vytvorí asi 400 zrelých vajíčok.

Uvoľnenie oocytu z vaječníka sa nazýva ovulácia. Oocyt uvoľnený z vaječníka je obklopený korunkou folikulárnych buniek, ktorých počet dosahuje 3-4 tisíc, je zachytávaný fimbriami vajcovodu (vajcovodu) a pohybuje sa po ňom. Tu sa dozrievanie zárodočnej bunky končí. Vajcia má guľovitý tvar, väčší objem cytoplazmy ako spermie a nemá schopnosť samostatného pohybu.

Štruktúra. Ľudské vajíčko má priemer asi 130 mikrónov. K cytoleme prilieha lesklá alebo priehľadná zóna a potom vrstva folikulárnych buniek. Jadro ženskej zárodočnej bunky má haploidnú sadu chromozómov s X-sex chromozómom, dobre definovaným jadierkom a mnohými pórovými komplexmi v karyoléme.

IN Počas obdobia rastu oocytu prebiehajú v jadre intenzívne procesy syntézy mRNA a rRNA.

IN V cytoplazme je vyvinutý aparát na syntézu bielkovín (endoplazmatické retikulum, ribozómy) a Golgiho aparát. Počet mitochondrií je mierny, nachádzajú sa v blízkosti jadra žĺtka, kde dochádza k intenzívnej syntéze

žĺtka, bunkové centrum chýba. V počiatočných štádiách vývoja sa Golgiho aparát nachádza v blízkosti jadra a počas dozrievania vajíčka sa presúva na perifériu cytoplazmy.

Vajíčka sú pokryté vrstvami, ktoré plnia ochrannú funkciu, zabezpečujú potrebný typ metabolizmu, u placentárnych cicavcov slúžia na zavedenie embrya do steny maternice a plnia aj ďalšie funkcie.

Cytolema vajíčka má mikroklky umiestnené medzi procesmi folikulárnych buniek. Folikulárne bunky vykonávajú trofické a ochranné funkcie.

Oocyty sú oveľa väčšie ako somatické bunky. Vnútrobunková štruktúra cytoplazmy v nich je špecifická pre každý živočíšny druh, čo zabezpečuje druhovo špecifické (a často individuálne) vývojové vlastnosti. Vajíčka obsahujú množstvo látok potrebných pre vývoj embrya. Medzi ne patrí výživný materiál (žĺtok).

Klasifikácia vajec je založená na prítomnosti, množstve a distribúcii žĺtka (lecitosu), čo je proteín-lipidová inklúzia v cytoplazme používaná na výživu embrya.

Existujú vajcia bez žĺtka (alecitálne), s nízkym žĺtkom (oligolecitálne), stredne žĺtkové (mezolecitálne), viacžĺtkové (polylecitálne).

U ľudí je prítomnosť malého množstva žĺtka vo vajci spôsobená vývojom embrya v tele matky.

Polarita vajíčka. Keď je vo vajci malé množstvo žĺtka, je zvyčajne rovnomerne rozložené v cytoplazme a jadro je umiestnené približne v strede. Takéto vajíčka sú tzv izolecitál(z gréčtiny isos - rovný). U väčšiny stavovcov je veľa žĺtka a je nerovnomerne distribuovaný v cytoplazme vajíčka. Toto anisolecithal bunky. Väčšina žĺtka sa hromadí na jednom z pólov bunky - vegetatívny pól. Takéto vajíčka sú tzv telolecytal(z gréčtiny telos - koniec). Opačný pól, na ktorý sa tlačí aktívna cytoplazma zbavená žĺtka, sa nazýva zvieracia. Ak je žĺtok napriek tomu ponorený do cytoplazmy a nie je z nej izolovaný vo forme samostatnej frakcie, ako u jeseterov a obojživelníkov, vajcia sa nazývajú stredne telolecitálne. Ak je žĺtok úplne oddelený od cytoplazmy, ako u amniotov, potom toto ostro telolecitálne vajcia.

26. Rozmnožovanie živých. Klasifikácia reprodukčných metód.

Rozmnožovanie alebo rozmnožovanie je jednou z hlavných vlastností, ktoré charakterizujú život. Reprodukcia sa vzťahuje na schopnosť organizmov produkovať iných, ako sú oni sami. Fenomén rozmnožovania úzko súvisí s jedným zo znakov, ktoré charakterizujú život – diskrétnosťou. Ako viete, celý organizmus pozostáva z diskrétnych jednotiek - buniek. Život takmer všetkých buniek je kratší ako život jedinca, preto existenciu každého jedinca podporuje bunkové rozmnožovanie. Každý typ organizmu je tiež samostatný, to znamená, že pozostáva z jednotlivých jedincov. Každý z nich je smrteľný. Existenciu druhu podporuje rozmnožovanie (rozmnožovanie) jedincov. V dôsledku toho je reprodukcia nevyhnutnou podmienkou existencie druhu a kontinuity po sebe nasledujúcich generácií v rámci druhu. Klasifikácia foriem reprodukcie je založená na type bunkového delenia: mitotické (asexuálne) a meiotické (sexuálne). Formy reprodukcie možno znázorniť ako nasledujúci diagram

Asexuálna reprodukcia. U jednobunkových eukaryotov ide o delenie na základe mitózy, u prokaryotov o delenie nukleoidu a u mnohobunkových organizmov o vegetatívne (lat. vegetatio

Rast) rozmnožovanie, t.j. časťami tela alebo skupinou somatických buniek.

Nepohlavné rozmnožovanie jednobunkových organizmov. V jednobunkových rastlinách a živočíchoch sa rozlišujú tieto formy nepohlavného rozmnožovania: štiepenie, endogónia, viacnásobné štiepenie (schizogónia) a pučanie.

Delenie je typické pre jednobunkovce (améby, bičíkovce, nálevníky). Najprv dôjde k mitotickému deleniu jadra a potom sa v cytoplazme objaví stále sa prehlbujúca konstrikcia. V tomto prípade dcérske bunky dostávajú rovnaké množstvo informácií. Organely sú zvyčajne rovnomerne rozložené. Vo viacerých prípadoch sa zistilo, že deleniu predchádza ich zdvojenie. Po rozdelení dcérske jedince rastú a po dosiahnutí veľkosti tela matky prechádzajú na nové oddelenie.

Endogónia je vnútorné pučanie. Keď sa vytvoria dvaja dcérski jedinci - endodiogónia - matka dáva iba dvoch potomkov (takto sa rozmnožuje toxoplazma), ale môže dôjsť k viacnásobnému vnútornému pučania, čo povedie k schizogónii.

Schizogónia alebo viacnásobné štiepenie je forma reprodukcie, ktorá sa vyvinula z predchádzajúcej. Nachádza sa aj v jednobunkových organizmoch, napríklad v pôvodcovi malárie – Plasmodium falciparum. Pri schizogónii dochádza k viacnásobným deleniam jadra bez cytokinézy a potom sa celá cytoplazma rozdelí na častice, ktoré sa oddelia okolo jadier. Jedna bunka produkuje veľa dcérskych buniek. Táto forma rozmnožovania sa zvyčajne strieda so sexuálnym rozmnožovaním.

Pučanie pozostáva z počiatočnej tvorby malého tuberkulu obsahujúceho dcérske jadro alebo nukleoid na materskej bunke. Púčik rastie, dosahuje veľkosť matky a potom sa od nej oddeľuje. Táto forma reprodukcie sa pozoruje u baktérií, kvasinkových húb a medzi jednobunkovými zvieratami - u sajúcich ciliátov.

Sporulácia vyskytujúce sa u zvierat patriacich do kmeňa prvokov, triedy Sporozoanov. Spóra je jednou z fáz životného cyklu, ktorá slúži na rozmnožovanie, pozostáva z bunky pokrytej membránou, ktorá ju chráni pred nepriaznivými podmienkami prostredia. Niektoré baktérie môžu po pohlavnom styku vytvárať spóry. Bakteriálne spóry neslúžia na rozmnožovanie, ale na prežívanie nepriaznivých podmienok a svojím biologickým významom sa líšia od spór prvokov a mnohobunkových rastlín.

Vegetatívne rozmnožovanie mnohobunkových organizmov w-nyh Pri vegetatívnom rozmnožovaní u mnohobunkovcov vzniká nový organizmus zo skupiny buniek, ktorá sa oddeľuje od materského organizmu. Vegetatívna reprodukcia sa vyskytuje iba u najprimitívnejších mnohobunkových živočíchov: huby, niektoré coelenteráty, ploché červy a annelids.

V hubách a hydre sa v dôsledku množenia vytvárajú skupiny buniek na tele výbežky (obličky). Oblička obsahuje ekto- a endodermálne bunky. V hydre sa púčik postupne zväčšuje, tvoria sa na ňom tykadlá a nakoniec sa oddeľuje od matky. Ciliated a annelid červy sú rozdelené zúžením do niekoľkých častí; v každom z nich sú chýbajúce orgány obnovené. To môže vytvoriť reťaz jednotlivcov. U niektorých koelenterátov dochádza k rozmnožovaniu strobiláciou, ktorá spočíva v tom, že polyploidný organizmus pomerne intenzívne rastie a po dosiahnutí určitej veľkosti sa priečnymi zúženiami začne deliť na dcérske jedince. V tejto dobe sa polyp podobá stohu tanierov. Výslední jednotlivci

Medúzy sa odtrhnú a začnú samostatný život. U mnohých druhov (napríklad koelenterátov) sa vegetatívna forma rozmnožovania strieda so sexuálnym rozmnožovaním.

Sexuálna reprodukcia

Sexuálny proces. Sexuálne rozmnožovanie sa vyznačuje prítomnosťou pohlavného procesu, ktorý zabezpečuje výmenu dedičných informácií a vytvára podmienky pre vznik dedičnej variability. Zúčastňujú sa na ňom spravidla dvaja jedinci - samica a samec, ktorí tvoria haploidné ženské a samčie reprodukčné bunky - gaméty. V dôsledku oplodnenia, teda splynutia ženských a mužských gamét, vzniká diploidná zygota s novou kombináciou dedičných vlastností, ktorá sa stáva predchodcom nového organizmu.

Pohlavné rozmnožovanie v porovnaní s nepohlavným rozmnožovaním zabezpečuje vzhľad dedične rozmanitejších potomkov. Formy sexuálneho procesu sú konjugácia a kopulácia.

Konjugácia je zvláštna forma sexuálneho procesu, pri ktorej dochádza k oplodneniu prostredníctvom vzájomnej výmeny migrujúcich jadier pohybujúcich sa z jednej bunky do druhej po cytoplazmatickom moste tvorenom dvoma jedincami. Pri konjugácii väčšinou nedochádza k nárastu počtu jedincov, ale dochádza k výmene genetického materiálu medzi bunkami, čo zabezpečuje rekombináciu dedičných vlastností. Konjugácia je typická pre riasnaté prvoky (napríklad nálevníky), niektoré riasy (Spirogyra).

kopulácia (gametogamia)- forma pohlavného procesu, pri ktorom sa dve bunky, ktoré sa líšia pohlavím - gaméty - spájajú a vytvárajú zygotu. V tomto prípade jadrá gamét tvoria jedno jadro zygoty.

Rozlišujú sa tieto hlavné formy gametogamie: izogamia, anizogamia a oogamia.

Pri izogamii sa vytvárajú mobilné, morfologicky identické gaméty, ale fyziologicky sa líšia na „mužské“ a „ženské“. Izogamia sa vyskytuje v mnohých riasach.

o anizogamia (heterogamia) vznikajú pohyblivé, morfologicky a fyziologicky odlišné gaméty. Tento typ sexuálneho procesu je charakteristický pre mnohé riasy.

V prípade oogamie sa gaméty navzájom veľmi líšia. Ženská gaméta je veľké, nepohyblivé vajíčko obsahujúce veľkú zásobu živín. Mužské pohlavné bunky - spermie

Malé, najčastejšie pohyblivé bunky, ktoré sa pohybujú pomocou jedného alebo viacerých bičíkov. V semenných rastlinách samčie gaméty - spermie - nemajú bičíky a dostávajú sa do vajíčka pomocou peľovej trubice. Oogamia je charakteristická pre zvieratá, vyššie rastliny a mnohé huby.

27. Oogenéza a spermatogenéza.

Spermatogenéza. Semenník pozostáva z mnohých tubulov. Prierez tubulom ukazuje, že obsahuje niekoľko vrstiev buniek. Predstavujú postupné štádiá vývoja spermií.

Vonkajšia vrstva (reprodukčná zóna) je tvorená spermatogóniou - bunkami okrúhleho tvaru; majú pomerne veľké jadro a značné množstvo cytoplazmy. Počas embryonálneho vývoja a po narodení až do puberty sa spermatogónie delia mitózou, čím sa zvyšuje počet týchto buniek a samotný semenník. Obdobie intenzívneho delenia sa nazýva obdobie rozmnožovania

Po nástupe puberty sa niektoré spermatogónie tiež mitoticky delia a tvoria rovnaké bunky, ale niektoré z nich sa presunú do ďalšej rastovej zóny, ktorá sa nachádza bližšie k lúmenu tubulu. Tu dochádza k výraznému zvýšeniu veľkosti buniek v dôsledku zvýšenia množstva cytoplazmy. V tejto fáze sú tzv primárne spermatocyty.

Tretie obdobie vývoja mužských gamét je tzv obdobie dozrievania. Počas tohto obdobia sa rýchlo vyskytnú dve divízie, jedna po druhej. Každý primárny spermatocyt najskôr produkuje dva sekundárny spermatocyt a potom štyri spermatidy oválneho tvaru a výrazne menšej veľkosti. Delenie buniek počas obdobia dozrievania je sprevádzané prestavbou chromozomálneho aparátu (dochádza k meióze; pozri nižšie). Spermatidy sa presúvajú do zóny najbližšie k lúmenu tubulov, kde sa z nich tvoria spermie.

U väčšiny voľne žijúcich zvierat dochádza k spermatogenéze iba v určitých obdobiach roka. V priestoroch medzi nimi obsahujú tubuly semenníkov iba spermatogóniu. Ale u ľudí a väčšiny domácich zvierat sa spermatogenéza vyskytuje počas celého roka.

Oogenéza. Fázy oogenézy sú porovnateľné s fázami spermatogenézy. Tento proces má tiež obdobie rozmnožovania, keď sa oogónie intenzívne delia - malé bunky s relatívne veľkým jadrom a malým množstvom cytoplazmy. U cicavcov a ľudí sa toto obdobie končí pred narodením. Sformované do tejto doby primárne oocyty zostávajú nezmenené mnoho rokov. S nástupom puberty jednotlivé oocyty periodicky vstupujú do obdobia rastu buniek, zväčšujú sa a akumulujú žĺtok, tuk a pigmenty.

Komplexné morfologické a biochemické transformácie prebiehajú v cytoplazme bunky, jej organelách a membránach. Každý oocyt je obklopený malými folikulárnymi bunkami, ktoré zabezpečujú jeho výživu.

Nasleduje ďalší obdobie dozrievania. počas ktorých dochádza k dvom následným deleniam, spojeným s premenou chromozomálneho aparátu (meiózou). Okrem toho sú tieto delenia sprevádzané nerovnomerným delením cytoplazmy medzi dcérske bunky. Keď sa primárny oocyt delí, vytvorí sa jedna veľká bunka - sekundárny oocyt, obsahujúci takmer celú cytoplazmu, a malú bunku tzv primárny polocyt. Pri druhom delení dozrievania je cytoplazma opäť rozložená nerovnomerne. Vytvorí sa jeden veľký sekundárny oocyt a sekundárny polocyt. V tomto čase sa môže primárny polocyt rozdeliť na dve bunky. Z jedného primárneho oocytu teda vzniká jeden sekundárny oocyt a tri polocyty (redukčné telieska).Ďalej sa zo sekundárneho oocytu vytvorí vajíčko a polocyty sa resorbujú alebo ukladajú na povrchu vajíčka, ale nezúčastňujú sa ďalšieho vývoja. Nerovnomerné rozloženie cytoplazmy poskytuje vaječnej bunke značné množstvo cytoplazmy a živín, ktoré budú v budúcnosti potrebné pre vývoj embrya.

U U cicavcov a ľudí prebiehajú obdobia rozmnožovania a rastu vajíčok vo folikuloch (obr. 3.5). Zrelý folikul je naplnený tekutinou a obsahuje vajíčkovú bunku. Počas ovulácie praskne stena folikulu, vajíčko vstúpi do brušnej dutiny a potom spravidla do vajíčkovodov. V skúmavkách prebieha obdobie dozrievania vajíčok a dochádza tu k oplodneniu.

U U mnohých zvierat dochádza k oogenéze a dozrievaniu vajíčok iba v určitých ročných obdobiach. U žien zvyčajne dozrieva jedno vajíčko každý mesiac a počas celého obdobia puberty

Asi 400. Pre ľudí skutočnosť, že sa tvoria primárne oocyty

sa tvoria ešte pred narodením a potom zostávajú po celý život a až postupne niektoré z nich začnú dozrievať a dávajú vznikať bunkám pre vajíčko. To znamená, že rôzne nepriaznivé faktory, ktorým je ženské telo počas života vystavené, môžu ovplyvniť ich ďalší vývoj; toxické látky (vrátane nikotínu a alkoholu), ktoré sa dostanú do tela, sa môžu dostať do oocytov a následne spôsobiť poruchy normálneho vývoja budúceho potomstva.

Už viete, že všetky živé organizmy sa skladajú z buniek. Niektoré sú len z jednej bunky (veľa baktérií a protistov), ​​iné sú mnohobunkové.

Bunka je základná štrukturálna a funkčná jednotka organizmu, ktorá má všetky základné vlastnosti živej veci. Bunky sú schopné reprodukovať sa, rásť, vymieňať si hmotu a energiu s prostredím a reagovať na zmeny v tomto prostredí. Každá bunka obsahuje dedičný materiál, ktorý obsahuje informácie o všetkých charakteristikách a vlastnostiach daného organizmu. Aby ste pochopili, ako živý organizmus existuje a funguje, musíte vedieť, ako sú bunky organizované a fungujú. V každej z jeho buniek sa vyskytuje veľa procesov, ktoré sú vlastné telu ako celku (napríklad syntéza organických látok, dýchanie atď.).

Štúdium štruktúry bunky a princípov jej životnej činnosti cytológie(z gréčtiny kitos- bunka, klietka a logá – výučba, veda).

História objavenia bunky. Väčšina buniek je malá, a preto ich nemožno vidieť voľným okom. Dnes je známe, že priemer väčšiny buniek je v rozmedzí 20 – 100 mikrónov a u guľovitých baktérií nepresahuje 0,5 mikrónu. Preto sa objav bunky stal možným až po vynájdení zväčšovacieho zariadenia - mikroskopu. Stalo sa tak koncom 16. – začiatkom 17. storočia. Avšak až o pol storočia neskôr, v roku 1665, Angličan R. Hooke použil mikroskop na štúdium živých organizmov a videl bunky. R. Hooke odrezal tenkú vrstvu korku a vypil jeho bunkovú štruktúru, podobnú plástu. R. Hooke nazval tieto bunky bunkami. Čoskoro bunkovú stavbu rastlín potvrdili taliansky lekár a mikroskop M. Malpighi a anglický botanik N. Grew. Ich pozornosť upútal tvar buniek a štruktúra ich membrán. Výsledkom bola myšlienka buniek ako „vrecia“ alebo „bubliny“ naplnené „nutričnou šťavou“.

Významný príspevok k štúdiu buniek priniesol holandský mikroskop A. van Leeuwenhoek, ktorý objavil jednobunkové organizmy - nálevníky, améby, baktérie. Prvýkrát pozoroval aj živočíšne bunky – červené krvinky a spermie.

Začiatkom 19. stor. Uskutočňujú sa pokusy študovať vnútorný obsah bunky. V roku 1825 objavil český vedec J. Purkinė jadro vo vajci vtákov. Zaviedol tiež pojem „protoplazma“ (z gréčtiny. protos – prvý a plazma - zdobené), čo zodpovedá dnešnému poňatiu cytoplazmy. V roku 1831 anglický botanik R. Brown prvýkrát opísal jadro v rastlinných bunkách a v roku 1833 dospel k záveru, že jadro je nevyhnutnou súčasťou rastlinnej bunky. V tom čase sa teda zmenila myšlienka štruktúry buniek: za hlavnú vec v organizácii bunky sa začala považovať nie bunková stena, ale jej vnútorný obsah.*

Bunková teória. V roku 1838 vyšla práca nemeckého botanika Matthiasa Schleidena, v ktorej vyjadril myšlienku, že bunka je základnou stavebnou jednotkou rastlín. Na základe prác M. Schleidena, nemeckého zoológa a fyziológa T. Schwanna len o rok neskôr vydal knihu „Microscopic Studies on the Correspondence in the Structure and Growth of Animals and Plants“, v ktorej považoval bunku za univerzálnu štrukturálnu zložku živočíchov a rastlín. T. Schwann urobil množstvo zovšeobecnení, ktoré boli neskôr tzv bunkovej teórie:

Všetky živé veci sú vyrobené z buniek;

Rastlinné a živočíšne bunky majú podobnú štruktúru;

Každá bunka je schopná samostatnej existencie;

Činnosť organizmu je súhrnom životne dôležitých procesov buniek, ktoré ho tvoria.

T. Schwann, podobne ako M. Schleiden, sa mylne domnieval, že bunky v tele vznikajú z nebunkovej hmoty. Preto veľmi dôležitým doplnkom bunkovej teórie bol princíp Rudolfa Virchowa: „Každá bunka je z bunky“ (1859).

V roku 1874 mladý ruský botanik I.D. Chistyakov prvýkrát pozoroval delenie buniek. Neskôr nemecký vedec Walter Fleming podrobne opísal štádiá bunkového delenia a Oscar Hertwig a Eduard Strassburger nezávisle dospeli k záveru, že informácie o dedičných vlastnostiach bunky sú obsiahnuté v jadre. Práca mnohých výskumníkov teda potvrdila a rozšírila bunkovú teóriu, ktorej základ položil T. Schwann.

V súčasnosti bunková teória obsahuje nasledujúce hlavné ustanovenia.