Trepid. Sisenemisgrupp. Materjalid. Uksed. Lukud. Disain

rakuteooria- üks üldtunnustatud bioloogilistest üldistustest, mis kinnitab taimede, loomade ja teiste rakulise struktuuriga elusorganismide maailma struktuuri ja arengu printsiibi ühtsust, milles rakku käsitletakse elusorganismide ühtse struktuurielemendina.

Rakuteooria on 19. sajandi keskel sõnastatud bioloogia fundamentaalne teooria, mis andis aluse elusmaailma seaduspärasuste mõistmiseks ja arenguks. evolutsiooniline doktriin. Matthias Schleiden ja Theodor Schwann sõnastasid rakuteooria, mis põhines paljudel rakku käsitlevatel uuringutel (1838). Rudolf Virchow täiendas seda hiljem (1858) kõige olulisema sättega (iga rakk pärineb teisest rakust).

Schleiden ja Schwann, võttes kokku olemasolevaid teadmisi raku kohta, tõestasid, et rakk on iga organismi põhiüksus. Loomade, taimede ja bakterite rakkudel on sarnane struktuur. Hiljem said need järeldused aluseks organismide ühtsuse tõestamisel. T. Schwann ja M. Schleiden tõid teadusesse raku põhikontseptsiooni: väljaspool rakke pole elu. Rakuteooriat täiendati ja muudeti iga kord.

Schleiden-Schwanni rakuteooria sätted

∙ Kõik loomad ja taimed koosnevad rakkudest.

∙ Taimed ja loomad kasvavad ja arenevad läbi uute rakkude moodustumise.

∙ Rakk on elu väikseim üksus ja kogu organism on rakkude kogum.

∙ Kaasaegse rakuteooria põhisätted[redigeeri | muuda allikat]

∙ Rakk on kõigi elusolendite struktuuri elementaarne funktsionaalne üksus. (Välja arvatud viirused, millel puudub rakuline struktuur)

∙ Rakk on ühtne süsteem, see sisaldab paljusid looduslikult omavahel seotud elemente, mis kujutavad endast terviklikku moodustist, mis koosneb konjugeeritud funktsionaalsetest üksustest – organoididest.

∙ Kõikide organismide rakud on homoloogsed.

∙ Rakk tekib ainult emaraku jagunemisel.

∙ Mitmerakuline organism on kompleksne süsteem, mis koosneb paljudest ühendatud rakkudest

ja integreeritud üksteisega ühendatud kudede ja elundite süsteemidesse.

∙ Mitmerakuliste organismide rakud on totipotentsed.

Rakkude uurimise meetodid.

1. Valgusmikroskoopia meetod.

Valgusmikroskoobi lahutusvõime on ~0,1 - 0,2 mikromeetrit.

Valgusmikroskoopia variandid: faasikontrast-, fluorestsents- ja polarisatsioonimikroskoopia.

2. Elektronmikroskoopia meetod. Eraldusvõime ~0,10 nanomeetrit.Fikseeritud rakkude uurimise meetodid.

3. histoloogilised meetodid.

Fikseerimismeetodid, preparaatide valmistamine koos nende järgneva värvimisega.

4. Tsütokeemilised meetodid on raku erinevate keemiliste elementide (komponentide) (DNA, valgu ...) selektiivne värvimine.

5. Morfoloogilised meetodid on kvantitatiivne meetod, mis uurib peamiste rakustruktuuride parameetreid.

6. Märgistatud isotoopide meetod.

Kasutatakse raskeid süsiniku- või vesinikuaatomeid. Need märgistatud aatomid sisalduvad teatud molekulide sünteesi prekursorites. Näiteks: DNA sünteesis kasutatakse märgistatud tümidiini H3 - tümiini eelkäijat.

7. Märgise tuvastamiseks tsütoloogias kasutatakse autoradiograafia meetodit. Valmistatakse histoloogilised preparaadid ja kaetakse need pimedas fotograafilise emulsiooniga, hoitakse teatud aja teatud temperatuuril, seejärel ilmutatakse preparaate fotoreaktiivide abil, kusjuures jälg tuvastatakse hõbedateradena. Seda meetodit kasutati mitootilise tsükli parameetrite määramiseks.

8. Rakkude fraktsioneerimise meetod võimaldab uurida rakusiseseid komponente. Rakud hävitatakse, asetatakse spetsiaalsetesse tsentrifuugidesse ja erinevad rakukomponendid sadestatakse erinevatel tsentrifuugimiskiirustel.

9. Aatomi tuuma kristallvõre uurimiseks kasutatakse röntgendifraktsioonanalüüsi meetodit.

Elusrakkude uurimise meetodid.

10. Rakustruktuuride meetod võimaldab uurida elusrakku.

11. mikrokirurgia meetod. Näiteks: mikroelektroodi implanteerimine.

12. Kloonimismeetodid.

11. Rakutuum, selle korraldus, eesmärk. tuuma kromatiin.

Tuum (ladina tuum) on üks eukarüootse raku struktuurikomponente, mis sisaldab geneetilist teavet (DNA molekulid) ja täidab järgmisi funktsioone:

1) geneetilise informatsiooni säilitamine ja taastootmine 2) rakus toimuvate ainevahetusprotsesside reguleerimine

Tuuma kuju sõltub suuresti raku kujust ja see võib olla täiesti ebakorrapärane. Eristavad tuumad on sfäärilised, mitmeharulised. Tuumamembraani invaginatsioonid ja väljakasvud suurendavad oluliselt tuuma pinda ja tugevdavad seeläbi seost tuuma- ja tsütoplasmaatiliste struktuuride ja ainete vahel.

Tuuma ehitus Tuum on ümbritsetud kestaga, mis koosneb kahest tüüpilise ehitusega membraanist.

Välimine tuumamembraan tsütoplasma poole jäävalt pinnalt on kaetud ribosoomidega, sisemine membraan on sile.

Tuumaümbris on osa rakumembraani süsteemist. Välise tuumamembraani väljakasvud on ühendatud endoplasmaatilise retikulumi kanalitega, moodustades ühtse sidekanalite süsteemi. Ainevahetus tuuma ja tsütoplasma vahel toimub kahel põhilisel viisil. Esiteks on tuumamembraani läbi imbunud arvukad poorid, mille kaudu toimub molekulide vahetus tuuma ja tsütoplasma vahel. Teiseks võivad ained tuumast tsütoplasmasse ja tagasi sattuda tuumamembraani eendite ja väljakasvude nöörimise tõttu. Vaatamata aktiivsele ainevahetusele tuuma ja tsütoplasma vahel piirab tuumamembraan tsütoplasmast lähtuvat tuuma sisaldust, pakkudes seeläbi erinevusi tuumamahla ja tsütoplasma keemilises koostises.See on vajalik tuumastruktuuride normaalseks funktsioneerimiseks.

Tuuma sisu jaguneb tuumamahlaks, kromatiiniks ja nukleooliks.

Elusrakus näeb tuumamahl välja struktuuritu massina, mis täidab tühimikud tuuma struktuuride vahel. Tuumamahla koostis sisaldab erinevaid valke, sealhulgas enamikku tuuma ensüüme, kromatiini valke ja ribosomaalseid valke, samuti sisaldab tuumamahl DNA ja RNA molekulide ehitamiseks vajalikke vabu nukleotiide, aminohappeid, igat tüüpi RNA-d, aga ka tooteid. nukleool ja kromatiin transporditakse seejärel tuumast tsütoplasmasse.

Kromatiini (tollal kreeka chroma-color, color) nimetatakse tuuma tükkideks, graanuliteks ja võrgustikulaadseteks struktuurideks, mis on mõne värvainega intensiivselt määrdunud ja oma kuju poolest erinevad tuumast. Kromatiin sisaldab DNA-d ja valke ning on kromosoomide spiraalitud ja tihendatud lõigud.Spiraliseerunud kromosoomilõigud on geneetiliselt passiivsed.

Nende spetsiifilist rolli – geneetilise informatsiooni ülekandmist – saavad täita vaid despiraliseeritud kromosoomide keerdumata lõigud, mis oma väikese paksuse tõttu pole valgusmikroskoobis nähtavad.

Kolmas rakule iseloomulik struktuur on tuum. See on tuumamahlasse sukeldatud tihe ümar keha. Erinevate rakkude tuumades, aga ka sama raku tuumas, sõltuvalt selle funktsionaalsest seisundist, võib tuumade arv varieeruda 1 kuni 5-7 või rohkemgi. Nukleoolide arv võib ületada komplektis olevate kromosoomide arvu; see toimub rRNA sünteesi eest vastutavate geenide selektiivse reduplikatsiooni tõttu. Tuumad on ainult mittejagunevates tuumades, mitoosi ajal kaovad need kromosoomide spiraliseerumise ja kõigi varem moodustunud ribosoomide tsütoplasmasse vabanemise tõttu ning pärast jagunemise lõppu ilmuvad nad uuesti.

Tuum ei ole tuuma iseseisev struktuur. See moodustub selle kromosoomi piirkonna ümber, milles rRNA struktuur on kodeeritud. Seda kromosoomi osa - geeni - nimetatakse nukleolaarseks organiseerijaks (NOR) ja sellel toimub rRNA süntees.

Lisaks rRNA akumuleerumisele moodustuvad tuumas ribosoomi subühikud, mis seejärel liiguvad tsütoplasmasse ja koos Ca2+ katioonide osalusega moodustavad terviklikud ribosoomid, mis on võimelised osalema valkude biosünteesis.

Seega on tuum rRNA ja ribosoomide akumulatsioon erinevad etapid moodustumine, mis põhineb kromosoomi lõigul, mis kannab geeni - nukleolaarset organisaatorit, mis sisaldab pärilikku teavet r-RNA struktuuri kohta.

12. Rakumembraanide ehitus ja funktsioonid.

Rakumembraan (või tsütolemma või plasmolemma või plasmamembraan) eraldab mis tahes raku sisu väliskeskkond, tagades selle terviklikkuse; reguleerib raku ja keskkonna vahelist vahetust; rakusisesed membraanid jagavad raku spetsiaalseteks suletud sektsioonideks, sektsioonideks või organellideks, milles säilivad teatud keskkonnatingimused.

Kõigil bioloogilistel membraanidel on ühised struktuurilised tunnused ja omadused. Praegu on membraani struktuuri vedeliku-mosaiikmudel üldiselt aktsepteeritud. Membraani aluseks on lipiidide kaksikkiht, mille moodustavad peamiselt fosfolipiidid. Fosfolipiidid on triglütseriidid, milles üks rasvhappejääk on asendatud jäägiga fosforhappe; molekuli osa, milles asub fosforhappe jääk, nimetatakse hüdrofiilseks peaks, lõike, milles paiknevad rasvhappejäägid, nimetatakse hüdrofoobseteks sabadeks. Membraanis on fosfolipiidid paigutatud rangelt järjestatud viisil: molekulide hüdrofoobsed sabad on vastamisi ja hüdrofiilsed pead väljapoole, vee poole.

Lisaks lipiididele sisaldab membraan valke (keskmiselt ≈ 60%). Need määravad ära suurema osa membraani spetsiifilistest funktsioonidest (teatud molekulide transport, reaktsioonide katalüüs, keskkonna signaalide vastuvõtmine ja muundamine jne). On: 1) perifeersed valgud (asuvad lipiidide kaksikkihi välis- või sisepinnal), 2) poolintegraalsed valgud (sukeldunud lipiidide kaksikkihti erineva sügavusega), 3) integraalsed ehk transmembraansed valgud (läbivad membraani). läbi, puutudes kokku raku välise ja sisekeskkonnaga). Tervikvalke nimetatakse mõnel juhul kanalite moodustamiseks ehk kanaliks, kuna neid võib pidada hüdrofiilseteks kanaliteks, mille kaudu polaarsed molekulid rakku sisenevad (membraani lipiidkomponent ei lase neid läbi).

Membraan võib sisaldada süsivesikuid (kuni 10%). Membraanide süsivesikute komponenti esindavad oligosahhariid- või polüsahhariidahelad, mis on seotud valgu molekulidega (glükoproteiinid) või lipiididega (glükolipiididega). Põhimõtteliselt asuvad süsivesikud membraani välispinnal. Süsivesikud tagavad membraani retseptori funktsioonid. Loomarakkudes moodustavad glükoproteiinid epimembraanikompleksi – glükokalüksi, mille paksus on mitukümmend nanomeetrit. Selles asuvad paljud raku retseptorid, selle abiga toimub rakkude adhesioon.

Valkude, süsivesikute ja lipiidide molekulid on liikuvad, võimelised liikuma membraani tasapinnal. Plasmamembraani paksus on ligikaudu 7,5 nm.

Membraanide funktsioonid Membraanid täidavad järgmisi funktsioone:

1. raku sisu eraldamine väliskeskkonnast,

2. raku ja keskkonna vahelise ainevahetuse reguleerimine,

3. rakkude jagunemine sektsioonideks ("kambriteks"),

4. "ensümaatiliste konveierite" asukoht,

5. side pakkumine rakkude vahel mitmerakuliste organismide kudedes (adhesioon),

6. signaalituvastus.

Membraanide kõige olulisem omadus on selektiivne läbilaskvus, s.o. membraanid on mõnele ainele või molekulile hästi läbilaskvad ja teistele halvasti (või täielikult mitteläbilaskvad). See omadus on membraanide regulatoorse funktsiooni aluseks, mis tagab ainete vahetuse raku ja väliskeskkonna vahel. Ainete läbimise protsessi läbi rakumembraani nimetatakse ainete transpordiks. Eristada: 1) passiivne transport - ainete läbimise protsess, energiata kulgemine; 2) aktiivne transport - ainete läbimise protsess, energiakuludega kaasas käimine.

13. Nukleiinhapped. DNA, selle struktuur ja roll rakus.

Nukleiinhapped on elusorganismide fosforit sisaldavad biopolümeerid, mis võimaldavad talletada ja edastada pärilikku teavet. Need avastas 1869. aastal Šveitsi biokeemik F. Miescher leukotsüütide, lõhe spermatosoidide tuumadest. Seejärel leiti nukleiinhappeid kõigist taime- ja loomarakkudest, viirustest, bakteritest ja seentest.

Looduses on neid kahte tüüpi nukleiinhapped- desoksüribonukleiinne (DNA) ja ribonukleiinne (RNA). Nimede erinevus on seletatav asjaoluga, et DNA molekul sisaldab viie süsinikusisaldusega suhkru desoksüriboosi ja RNA molekul sisaldab riboosi. Praegu on teada suur hulk DNA ja RNA sorte, mis erinevad üksteisest struktuuri ja tähtsuse poolest ainevahetuses.

DNA paikneb peamiselt raku tuuma kromosoomides (99% kogu raku DNA-st), samuti mitokondrites ja kloroplastides. RNA on osa ribosoomidest; RNA molekule leidub ka tsütoplasmas, plastiidide maatriksis ja mitokondrites.

Nukleotiidid on nukleiinhapete struktuurikomponendid. Nukleiinhapped on biopolümeerid, mille monomeerideks on nukleotiidid.

Nukleotiidid on keerulised ained. Iga nukleotiid sisaldab lämmastikku sisaldavat alust, viie süsinikusisaldusega suhkrut (riboos või desoksüriboos) ja fosforhappe jääki.

Seal on viis peamist lämmastiku alust: adeniin, guaniin, uratsiil, tümiin ja tsütosiin. Esimesed kaks on puriin; nende molekulid koosnevad kahest rõngast, millest esimene sisaldab viit liiget, teine

Kuus. Järgmised kolm on pürimidiinid ja neil on üks viieliikmeline tsükkel Nukleotiidide nimetused on tuletatud vastavate lämmastikualuste nimedest; mõlemad on tähistatud suurtähtedega: adeniin - adenülaat (A), guaniin - guanülaat (G), tsütosiin - tsütidülaat (C), tümiin - tümidülaat (T), uratsiil - uridülaat (U).

Nukleotiidide arv nukleiinhappemolekulis varieerub 80-st transport-RNA molekulis kuni mitmesaja miljonini DNA-s.

DNA. DNA molekul koosneb kahest polünukleotiidahelast, mis on üksteise suhtes spiraalselt keerdunud.

AT DNA molekuli nukleotiidide koostis sisaldab nelja tüüpi lämmastiku aluseid: adeniin, guaniin, tümiin ja tsütotsiin. AT Polünukleotiidahelas on külgnevad nukleotiidid omavahel ühendatud kovalentsete sidemetega, mis moodustuvad ühe nukleotiidi fosfaatrühma ja teise nukleotiidi 3"-hüdroksüülrühma vahel. Selliseid sidemeid nimetatakse fosfodiestersidemeteks. Fosfaatrühm moodustab silla nukleotiidide vahel. 3"-süsinik ühest pentoositsüklist ja 5-järgmine süsinik. DNA ahelate selgroo moodustavad seega suhkru-fosfaadi jäägid (joonis 1.2).

Kuigi DNA sisaldab nelja tüüpi nukleotiide, saavutatakse nende erineva järjestuse tõttu pikas ahelas neid molekule tohutult palju. DNA polünukleotiidahel on keerdunud spiraali kujul nagu keerdtrepp ja on ühendatud teise, sellega komplementaarse ahelaga, kasutades vesiniksidemeid, mis on moodustunud adeniini ja tümiini (kaks sidet), samuti guaniini ja tsütosiini (kolm sidet) vahel. Nukleotiide A ja T, G ja C nimetatakse komplementaarseteks.

AT Selle tulemusena on igas organismis adenüülnukleotiidide arv võrdne tümidüüli arvuga ja guanüülnukleotiidide arv tsütidüüli arvuga. Seda mustrit nimetatakse "Chargaffi reegliks". Selle omaduse tõttu määrab nukleotiidide järjestus ühes ahelas nende järjestuse teises. Sellist nukleotiidide valikulise kombineerimise võimet nimetatakse komplementaarsuseks ja see omadus on algmolekulil põhinevate uute DNA molekulide moodustumise (replikatsioon, st kahekordistumine) aluseks.

DNA molekulis on ahelad vastassuunalised (antiparallelism). Seega, kui ühe ahela jaoks valime suuna Z "otsast 5" otsani, siis teine ​​selle suunaga ahel on esimesele vastupidine - 5. otsast Z "otsani, teisisõnu, ühe keti "pea" on ühendatud teise "sabaga" ja vastupidi.

Esimest korda pakkusid DNA molekuli mudeli välja 1953. aastal Ameerika teadlane J. Watson ja inglane F. Crick, tuginedes E. Chargaffi andmetele DNA molekulide puriini ja pürimidiini aluste suhte kohta ning saadud röntgendifraktsioonianalüüsi tulemused

M. Wilkins ja R. Franklin. Watson, Crick ja Wilkins said 1962. aastal Nobeli preemia DNA molekuli kaheahelalise mudeli väljatöötamise eest.

DNA on suurimad bioloogilised molekulid. Nende pikkus on vahemikus 0,25 (mõnedel bakteritel) kuni 40 mm (inimestel). See on palju suurem kui suurim valgumolekul, mis lahtivoldituna ulatub kuni 100–200 nm pikkuseni. DNA molekuli mass on 6x10-12 g.

DNA molekuli läbimõõt on 2 nm, spiraali samm on 3,4 nm; iga spiraali pööre sisaldab 10 aluspaari. Spiraalset struktuuri säilitavad arvukad vesiniksidemed komplementaarsete lämmastikaluste ja hüdrofoobsete interaktsioonide vahel. Eukarüootsete organismide DNA molekulid on lineaarsed. Prokarüootides on DNA, vastupidi, suletud ringis ja sellel pole ei 3- ega 5-otsa.

Kui tingimused muutuvad, võib DNA, nagu ka valgud, sub-. läbivad denaturatsiooni, mida nimetatakse sulamiseks. Järk-järgult normaalsete tingimuste juurde naasmisel DNA renatureerub. DNA funktsioon on geneetilise teabe salvestamine, edastamine ja reprodutseerimine mitme põlvkonna jooksul. Mis tahes raku DNA kodeerib teavet antud organismi kõigi valkude kohta, milliseid valke, millises järjestuses ja millises koguses sünteesitakse. Valkude aminohapete järjestus registreeritakse DNA-s nn geneetilise (tripleti) koodiga.

DNA peamine omadus on selle võime paljuneda.

Replikatsioon on DNA molekulide kahekordistumise protsess, mis toimub ensüümide kontrolli all. Replikatsioon toimub enne iga tuumajaotust. See algab tõsiasjaga, et DNA heeliks keritakse ajutiselt lahti DNA polümeraasi ensüümi toimel. Igal ahelal, mis moodustub pärast vesiniksidemete katkemist, sünteesitakse komplementaarsuse põhimõttel DNA tütarahel. Sünteesi materjaliks on tuumas olevad vabad nukleotiidid (joonis 1.3).

Seega toimib iga polünukleotiidahel uue komplementaarse ahela mallina (seetõttu viitab DNA molekulide kahekordistamise protsess matriitsi sünteesi reaktsioonidele). Tulemuseks on kaks DNA molekuli, millest igaüks "üks ahel jääb lähtemolekulist (pool) alles ja teine ​​sünteesitakse äsja. Veelgi enam, üks uus ahel sünteesitakse pidevana ja teine ​​- kõigepealt lühikeste fragmentide kujul, mis seejärel õmmeldakse pika ahelaga spetsiaalne ensüüm-DNA ligaas.Replikatsiooni tulemusena on kaks uut DNA molekuli originaalmolekuli täpne koopia.

Replikatsiooni bioloogiline tähendus seisneb päriliku informatsiooni täpses ülekandumises emarakust tütarrakkudele, mis toimub somaatiliste rakkude jagunemisel.

14. Ribonukleiinhapped, nende liigid, struktuur, otstarve.

RNA. RNA molekulide struktuur on paljuski sarnane DNA molekulide ehitusega. Siiski on ka mitmeid olulisi erinevusi. RNA molekulis sisaldavad desoksüriboosi asemel nukleotiidid riboosi ja tümidüülnukleotiidi (T) asemel uridüülnukleotiidi (U). Peamine erinevus DNA-st seisneb selles, et RNA molekul on üheahelaline. Selle nukleotiidid on aga võimelised moodustama omavahel vesiniksidemeid (näiteks tRNA, rRNA molekulides), kuid antud juhul räägime komplementaarsete nukleotiidide ahelasisesest ühendusest. RNA ahelad on palju lühemad kui DNA.

Rakus on mitut tüüpi RNA-d, mis erinevad molekulide suuruse, struktuuri, asukoha rakus ja funktsioonide poolest:

1. Informatiivne (maatriks) RNA (mRNA). See liik on suuruse ja struktuuri poolest kõige heterogeensem. mRNA on avatud polünukleotiidahel. See sünteesitakse tuumas ensüümi osalusel RNA polümeraas, mis on komplementaarne DNA piirkonnaga, kus seda sünteesitakse. Vaatamata suhteliselt madalale sisaldusele (3-5% raku RNA-st), toimib see oluline funktsioon rakus: toimib mallina valkude sünteesil, edastades teavet nende struktuuri kohta DNA molekulidest. Iga rakuvalku kodeerib spetsiifiline mRNA, seega vastab nende tüüpide arv rakus valgutüüpide arvule.

2. Ribosomaalne RNA (rRNA). Need on üheahelalised nukleiinhapped, mis moodustavad koos valkudega ribosoome - organellid, millel toimub valgusüntees. Ribosomaalsed RNA-d sünteesitakse tuumas. Teave nende struktuuri kohta on kodeeritud DNA piirkondadesse, mis asuvad kromosoomide sekundaarse ahenemise piirkonnas. Ribosomaalsed RNA-d moodustavad 80% kogu raku RNA-st, kuna rakus on tohutult palju ribosoome. Ribosomaalsetel RNA-del on keeruline sekundaarne ja tertsiaarne struktuur, mis moodustavad komplementaarsetes piirkondades silmuseid, mis viib nende molekulide iseorganiseerumiseni keerukaks kehaks. Ribosoomid sisaldavad kolme tüüpi rRNA-d prokarüootides ja nelja tüüpi rRNA-d eukarüootides.

3. Transpordi (transfer) RNA (tRNA) tRNA molekul koosneb keskmiselt 80 nukleotiidist. tRNA sisaldus rakus on umbes 15% kogu RNA-st. tRNA ülesanne on viia aminohapped valgusünteesi kohta. Erinevat tüüpi tRNA hulk rakus on väike(20-60). Kõigil neil on sarnane ruumiline korraldus. Tänu ahelasisestele vesiniksidemetele omandab tRNA molekul iseloomuliku sekundaarse struktuuri, mida nimetatakse ristikuleheks. tRNA 3D-mudel näeb välja mõnevõrra erinev. tRNA-s eristatakse nelja ahelat: aktseptorsilmus (toimib aminohappe kinnitamise kohana), antikoodoni silmus (tunneb translatsiooni ajal mRNA-s koodoni ära) ja kaks külgsilmust.

15. Orgaanilised ained rakkudes, nende otstarve.

AT Rakk sisaldab mitmesuguseid orgaanilisi ühendeid, millel on erinev struktuur ja funktsioon. Orgaanilised ained võivad olla madala molekulmassiga (aminohapped, suhkrud, orgaanilised happed, nukleotiidid, lipiidid jne) ja suure molekulmassiga. Enamik rakus olevatest suure molekulmassiga orgaanilistest ühenditest on biopolümeerid. Polümeere nimetatakse molekulideks, mis koosnevad suurest hulgast korduvatest ühikutest – monomeeridest, mis on omavahel ühendatud kovalentsete sidemetega. Biopolümeeridele, s.o. Polümeerid, mis moodustavad raku, hõlmavad valke, polüsahhariide ja nukleiinhappeid.

Raku orgaaniliste ühendite erirühm on lipiidid (rasvad ja rasvataolised ained). Kõik need on hüdrofoobsed ühendid, s.t. ei lahustu vees, kuid lahustub mittepolaarsetes orgaanilistes lahustites (kloroform, benseen, eeter) Lipiidide hulka kuuluvad neutraalsed rasvad, fosfolipiidid, vahad, steroidid ja mõned muud ühendid. Lipiidide funktsioonid elusorganismides on mitmekesised. Fosfolipiide leidub kõigis rakkudes, mis täidavad struktuurset funktsiooni bioloogiliste membraanide alusena. Steroidkolesterool on loomadel membraanide oluline komponent. Neutraalsed rasvad ja mõned teised lipiidid tagavad energiafunktsiooni. Need kogunevad elusorganismides varutoitainetena. 1 g rasva oksüdeerumisel vabaneb 38 kJ energiat, mis on kaks korda rohkem kui sama koguse glükoosi oksüdeerumisel. Rasvade energiafunktsioon on seotud nende säilitamise funktsiooniga. Märkimisväärne osa keha energiavarust salvestub rasva kujul. Lisaks toimivad rasvad vee allikana, mis vabaneb selle oksüdatsiooni käigus. See on eriti oluline kõrbeloomade puhul, kellel on veepuudus. Näiteks rasvaladestused asuvad kaameli küürus. Paljudel lipiididel on kaitsefunktsioon. Imetajatel toimib nahaalune rasv soojusisolaatorina. Vaha kaitseb sulgi ja loomakarvu märgumise eest. Paljud lipiidid täidavad kehas regulatoorset funktsiooni. Näiteks neerupealiste koore hormoonid on oma keemilise olemuse poolest steroidid. Mõned lipiidid osalevad aktiivselt ainevahetuses, näiteks rasvlahustuvad A-, D-, E- ja K-vitamiinid.

Süsivesikud (suhkrud, sahhariidid) on ühendid, mille summaarne keemiline valemСn(H2O)n. Polümeerahela lülide arvu järgi eristatakse kolme peamist süsivesikute klassi: monosahhariidid (lihtsad suhkrud), oligosahhariidid (koosnevad 2-10 lihtsate suhkrute molekulist) ja polüsahhariidid (koosnevad enam kui 10 lihtsuhkru molekulist). Sõltuvalt monosahhariidi moodustavate süsinikuaatomite arvust eristatakse trioosisid, tetroose, pentoose, heksoose ja heptoose.

AT Looduses on kõige levinumad heksoosid (glükoos ja fruktoos) ja pentoosid (riboos ja desoksüriboos). Glükoos on raku peamine energiaallikas, 1 g glükoosi täielikul oksüdeerumisel vabaneb 17,6 kJ energiat. Riboos ja desoksüriboos on nukleiinhapete koostisosad. Oligosahhariididest on disahhariididest levinumad maltoos (linnasesuhkur), laktoos (piimasuhkur), sahharoos (peedisuhkur). Monosahhariidid ja disahhariidid lahustuvad vees hästi ja neil on magus maitse. Polüsahhariidid on suure molekulmassiga, neil puudub magus maitse ja nad ei suuda vees lahustuda. Need on biopolümeerid. Looduses levinumad polüsahhariidid on glükoosi, tärklise, glükogeeni ja tselluloosi polümeerid, samuti kitiin, mis koosneb glükoosamiini jääkidest. Tärklis on taimede peamine varuaine, loomadel glükogeen. Tselluloos ja kitiin täidavad kaitsefunktsiooni, tagades taimede, loomade ja seente naha tugevuse. Seega on süsivesikute põhifunktsioonid looduses energia, ladustamine ja struktuurne.

Valgud on biopolümeerid, mille monomeerideks on aminohapped. Valkude moodustumisel osaleb 20 erinevat aminohapet. Valgumolekulides olevad aminohapped on omavahel seotud kovalentsete peptiidsidemetega. Valgu molekul võib sisaldada kuni mitu tuhat aminohapet. Valgumolekuli ruumilisel korraldusel on 4 taset. Aminohapete järjestust polüpeptiidahelas nimetatakse valgu primaarseks struktuuriks. Iga valgu molekuli esmane struktuur on ainulaadne ja määrab selle ruumilise korralduse, omadused ja funktsioonid rakus. Valgu sekundaarstruktuur määratakse aminohapete ahela voltimisega spetsiifilisteks struktuurideks, mida nimetatakse a-heeliksiks ja b-kihiks. Valgu sekundaarstruktuuri moodustavad vesiniksidemed. Tertsiaarne struktuur moodustub polüpeptiidahela voltimisel sekundaarse struktuuri elementidega spiraaliks (gloobuliks) ja seda säilitavad ioonsed, hüdrofiilsed ja kovalentsed (disulfiid) sidemed. mitmesugused jäänused aminohapped.

Kvaternaarne struktuur on iseloomulik mitmest polüpeptiidahelast koosnevatele valkudele. Valgu molekuli struktuurse organisatsiooni kadumist, näiteks kuumutamise tõttu, nimetatakse denaturatsiooniks. Denaturatsioon võib olla pöörduv või pöördumatu. Pöörduva denaturatsiooni korral võivad valgu kvaternaarsed, tertsiaarsed ja sekundaarsed struktuurid olla häiritud, kuid primaarstruktuur ei ole häiritud ning normaalsete tingimuste taastumisel on tänu sellele võimalik renaturatsioon - normaalse konfiguratsiooni taastamine. Primaarstruktuuri rikkudes on denaturatsioon pöördumatu.

Valkude kõige olulisem funktsioon on katalüütiline. Kõik ensüümid, bioloogilised katalüsaatorid on valgud. Tänu ensüümidele suureneb keemiliste reaktsioonide kiirus rakus miljoneid kordi. Ensüümid on väga spetsiifilised: iga ensüüm katalüüsib teatud tüüpi keemilisi reaktsioone rakus. Tänu ensüümidele on kõik elusorganismides esinevad metaboolsed reaktsioonid võimalikud.

Nukleiinhapped! (vt küsimust 13 eespool)

16. Mineraalained rakkudes, nende roll, otstarve. Osmootsed protsessid taime- ja loomarakkudes.

Sõltuvalt sisaldusest organismis jagunevad mineraalained 3 rühma: makro-, mikro- ja ultramikroelemendid.

Makrotoitained on anorgaaniliste ainete rühm keemilised ained organismis mõnekümnest grammist rohkem kui kilogrammini. Soovitatav päevane kogus on üle 200 mg. Nende hulka kuuluvad kaltsium, magneesium, fosfor, kaalium, naatrium, kloor ja väävel. Makrotoitained tagavad kõigi süsteemide ja organite normaalse funktsioneerimise, millest organismi rakud on "ehitatud". Ilma nendeta on ainevahetus inimkehas võimatu.

Mikroelementide hulka kuuluvad mineraalid, mille sisaldus organismis ulatub mõnest grammist kümnendiku grammini. Nende vajadus arvutatakse milligrammides, kuid nad osalevad biokeemilistes protsessides ja on organismile vajalikud. Nende hulka kuuluvad: raud, vask, mangaan, tsink, koobalt, jood, fluor, kroom, molübdeen, vanaadium, nikkel, strontsium, räni ja seleen. AT viimastel aegadel hakati kasutama Euroopa keeltest laenatud terminit mikroelement.

Ultramikroelemente leidub organismis tühises koguses, kuid neil on kõrge bioloogiline aktiivsus. Peamised esindajad on kuld, plii, elavhõbe, hõbe, raadium, rubiidium, uraan. Mõnda neist eristab mitte ainult väike sisaldus tavalistes toiduainetes, vaid ka toksilisus, kui neid tarbitakse suhteliselt suurtes annustes. MINERAALID – ROLL KEHAS Mineraalidel on inimorganismis suur ja mitmekülgne roll. Nad sisenevad selle struktuuri ja esinevad suur hulk olulisi funktsioone.

1. Reguleerige vee-soola ainevahetust.

2. Säilitada osmootset rõhku rakkudes ja rakkudevahelistes vedelikes.

3. Säilitage happe-aluse tasakaal.

4. Tagada närvisüsteemi, südame-veresoonkonna süsteemi normaalne toimimine-veresoonkonna-, seede- ja muud süsteemid.

5. Pakkuda vereloome ja vere hüübimise protsesse.

6. Need on osa või aktiveerivad ensüümide, hormoonide, vitamiinide toimet ja osalevad seega igat tüüpi ainevahetuses.

7. Need reguleerivad rakkude normaalseks funktsioneerimiseks, närviimpulsside juhtimiseks ja lihaskiudude kokkutõmbumiseks vajalikku transmembraanset potentsiaali.

8. Säilitage keha struktuurne terviklikkus.

9. Osaleda kehakudede, eriti luu ehituses, kus fosfor ja kaltsium on peamised struktuurikomponendid.

10. Nad säilitavad vere normaalse soola koostise ja osalevad seda moodustavate elementide struktuuris.

11. Need mõjutavad keha kaitsefunktsioone, selle immuunsust.

12. Need on toidu asendamatud koostisosad ning nende pikaajaline puudumine või liigne toitumine põhjustab ainevahetushäireid ja isegi haigusi.

Osmootseteks nähtusteks nimetatakse nähtusi, mis esinevad kahest poolläbilaskva membraaniga eraldatud lahusest koosnevas süsteemis. Taimerakus täidavad poolläbilaskvate kilede rolli tsütoplasma piirkihid: plasmalemma ja tonoplast.

Plasmalemma on rakuseinaga külgnev tsütoplasma välimine membraan. Tonoplast on vakuooli ümbritsev tsütoplasma sisemine membraan. Vakuoolid on rakumahlaga täidetud õõnsused tsütoplasmas – süsivesikute, orgaaniliste hapete, soolade, madala molekulmassiga valkude, pigmentide vesilahus.

Ainete kontsentratsioon rakumahlas ja väliskeskkonnas (pinnases, veekogudes) ei ole enamasti sama. Kui ainete rakusisene kontsentratsioon on suurem kui väliskeskkonnas, siis difundeerub vesi keskkonnast rakku, täpsemalt vakuooli, kiiremini kui vastupidises suunas ehk rakust keskkonda. Mida suurem on rakumahlas sisalduvate ainete kontsentratsioon, seda tugevam on imemisjõud – jõud, millega rakk<всасывает воду>. Rakumahla mahu suurenemisega, mis on tingitud vee sisenemisest rakku, suureneb selle rõhk membraaniga tihedalt külgnevale tsütoplasmale. Kui rakk on veega täielikult küllastunud, on sellel maksimaalne maht. Raku sisepinge seisund, mis on tingitud kõrgest

veesisaldust ja raku sisu arenevat survet selle membraanile nimetatakse turgoriks. Turgor tagab, et elundid säilitavad oma kuju (näiteks lehed, lignifitseerimata varred) ja asukoha ruumis, samuti vastupidavuse mehaaniliste tegurite mõjule. Kui rakk on hüpertoonilises lahuses, mille kontsentratsioon on suurem kui rakumahla kontsentratsioon, siis vee difusioonikiirus rakumahlast ületab vee difusioonikiirust ümbritsevast lahusest rakku. Vee vabanemise tõttu rakust väheneb rakumahla maht, väheneb turgor. Raku vakuooli mahu vähenemisega kaasneb tsütoplasma eraldumine membraanist - toimub plasmolüüs.

17. Valkude biosüntees rakkudes.

Valkude biosüntees toimub igas elusrakus. See on kõige aktiivsem noortes kasvavates rakkudes, kus sünteesitakse valke nende organellide ehitamiseks, samuti sekretoorsetes rakkudes, kus sünteesitakse ensüümvalke ja hormoonvalke.

Peamine roll valkude struktuuri määramisel kuulub DNA-le. DNA tükki, mis sisaldab teavet üksiku valgu struktuuri kohta, nimetatakse geeniks. DNA molekul sisaldab mitusada geeni. DNA molekul sisaldab valgu aminohapete järjestuse koodi kindlalt kombineeritud nukleotiidide kujul. DNA kood on peaaegu täielikult dešifreeritud. Selle olemus on järgmine. Iga aminohape vastab kolme külgneva nukleotiidi DNA ahela lõigule.

Näiteks, lõik T-T-T vastab aminohappe lüsiinile, segment A-C-A vastab tsüstiinile, C-A-A valiinile jne. Seal on 20 erinevat aminohapet, 4 nukleotiidi võimalike kombinatsioonide arv 3 võrra on 64. Seetõttu on kolmikuid kodeerimiseks rohkem kui piisavalt kõik aminohapped.

Valkude süntees on keeruline mitmeetapiline protsess, mis kujutab endast maatrikssünteesi põhimõttel kulgevat sünteetiliste reaktsioonide ahelat.

Kuna DNA asub raku tuumas ja valgusüntees toimub tsütoplasmas, siis on olemas vahendaja, mis edastab informatsiooni DNA-st ribosoomidesse. Selline vahendaja on mRNA. : Valkude biosünteesis määratakse järgmised etapid, mis toimuvad raku erinevates osades:

1. Esimene etapp - süntees mRNA toimub tuumas, mille käigus transkribeeritakse DNA geenis sisalduv informatsioon mRNA-ks. Seda protsessi nimetatakse transkriptsiooniks (ladina keelest "transkriptsioon" - ümberkirjutamine).

2. Teises etapis ühendatakse aminohapped molekulidega tRNA-d, mis koosnevad järjestikku kolmest nukleotiidist - antikoodonitest, mille abil määratakse nende kolmikkoodon.

3. Kolmas etapp on polüpeptiidsidemete otsese sünteesi protsess, mida nimetatakse translatsiooniks. See esineb ribosoomides.

4. Neljandas etapis moodustub valgu sekundaarne ja tertsiaarne struktuur, see tähendab valgu lõpliku struktuuri moodustumine.

Seega moodustuvad valkude biosünteesi käigus uued valgumolekulid vastavalt DNA-s sisalduvale täpsele informatsioonile. See protsess tagab valkude uuenemise, ainevahetusprotsessid, rakkude kasvu ja arengu ehk kõik rakkude elutegevuse protsessid.

18. Energia metabolism rakkudes.

Energiat on vaja organismi eluks. Taimed koguvad fotosünteesi käigus päikeseenergiat orgaanilises aines. Energiavahetuse käigus lagundatakse orgaanilisi aineid ja vabaneb keemiliste sidemete energia. Osaliselt hajub see soojuse kujul ja osaliselt talletatakse ATP molekulides. Loomadel toimub energiavahetus kolmes etapis.

Esimene etapp on ettevalmistav. Toit siseneb loomade ja inimeste kehasse keerukate makromolekulaarsete ühendite kujul. Enne rakkudesse ja kudedesse sisenemist tuleb need ained lagundada madala molekulmassiga aineteks, mis on rakuliseks assimilatsiooniks paremini kättesaadavad. Esimeses etapis toimub orgaaniliste ainete hüdrolüütiline lõhustamine, mis toimub vee osalusel. See toimub ensüümide toimel mitmerakuliste loomade seedetraktis, ainuraksete loomade seedetrakti vakuoolides ja raku tasandil - lüsosoomides. Ettevalmistava etapi reaktsioonid:

valgud + H20 -> aminohapped + Q;

rasvad + H20 -> glütserool + kõrgemad rasvhapped + Q; polüsahhariidid -> glükoos + Q.

Imetajatel ja inimestel lagunevad valgud maos ja kaksteistsõrmiksooles ensüümide – peptiidhüdrolaaside (pepsiin, trüpsiin, kemotripsiin) toimel aminohapeteks. Polüsahhariidide lagunemine algab kl suuõõne ensüümi ptyaliini toimel ja seejärel jätkub kaksteistsõrmiksooles amülaasi toimel. Seal lagunevad lipaasi toimel ka rasvad. Kogu sel juhul vabanev energia hajub soojuse kujul.

Saadud madala molekulmassiga ained sisenevad vereringesse ja viiakse kõikidesse organitesse ja rakkudesse. Rakkudes sisenevad nad lüsosoomi või otse tsütoplasmasse. Kui lüsosoomides toimub lõhustumine raku tasandil, siseneb aine kohe tsütoplasmasse. Selles etapis valmistatakse ained ette intratsellulaarseks lõhustamiseks.

Teine etapp on hapnikuvaba oksüdatsioon. Teine etapp viiakse läbi rakutasandil hapniku puudumisel. See toimub raku tsütoplasmas. Pidage glükoosi lagunemist üheks peamiseks raku metaboolseks aineks. Kõik muud orgaanilised ained (rasvhapped, glütserool, aminohapped) kaasatakse selle muundumisprotsessidesse erinevates etappides. Glükoosi hapnikuvaba lagunemist nimetatakse glükolüüsiks. Glükoos läbib rea järjestikuseid muundumisi (joonis 16). Esiteks muundatakse see fruktoosiks, fosforüülitakse

Aktiveeritakse kahe ATP molekuli poolt ja muudetakse fruktoosdifosfaadiks. Lisaks laguneb kuueaatomiline süsivesikute molekul kaheks kolme süsiniku ühendiks - kaheks glütserofosfaadi (trioosi) molekuliks. Pärast mitmeid reaktsioone need oksüdeeritakse, kaotades igaüks kaks vesinikuaatomit ja muutuvad kaheks püroviinamarihappe (PVA) molekuliks. Nende reaktsioonide tulemusena sünteesitakse neli ATP molekuli. Kuna algselt kulutati glükoosi aktiveerimiseks kaks ATP molekuli, siis kokku on 2ATP. Seega salvestub glükoosi lagunemisel vabanev energia osaliselt kahes ATP molekulis ja kulub osaliselt ära soojuse kujul. Neli vesinikuaatomit, mis eemaldati glütserofosfaadi oksüdeerimisel, ühendatakse vesiniku kandjaga NAD+ (nikotiinamiiddinukleotiidfosfaat). See on sama vesinikukandja nagu NADP+, kuid osaleb energia metabolismi reaktsioonides.

Kolmas etapp on bioloogiline oksüdatsioon ehk hingamine. See etapp toimub ainult hapniku juuresolekul ja seda nimetatakse ka hapnikuks. See toimub mitokondrites.

Püruviinhape tsütoplasmast siseneb mitokondritesse, kus see kaotab süsinikdioksiidi molekuli ja muutub äädikhappeks, ühinedes aktivaatori ja kandja koensüüm-A-ga (joonis 17). Saadud atsetüül-CoA osaleb seejärel tsüklilistes reaktsioonides. Hapnikuvaba lõhustumisproduktid - piimhape, etüülalkohol - läbivad samuti edasisi muutusi ja oksüdeeruvad hapnikuga. Piimhape muundatakse püroviinamarihappeks, kui see tekkis hapnikupuuduse tõttu loomade kudedes. Etüülalkohol oksüdeeritakse äädikhape ja seondub CoA-ga.

Tsüklilisi reaktsioone, milles äädikhape muundub, nimetatakse di- ja trikarboksüülhappe tsükliks või Krebsi tsükliks, teadlase järgi, kes neid reaktsioone esmakordselt kirjeldas. Järjestikuste reaktsioonide tulemusena toimub dekarboksüülimine - süsinikdioksiidi elimineerimine ja oksüdatsioon - vesiniku eemaldamine saadud ainetest. Süsinik

PVC dekarboksüülimisel ja Krebsi tsüklis tekkinud gaas vabaneb mitokondritest ning seejärel hingamise käigus rakust ja kehast. Seega tekib süsinikdioksiid otse orgaaniliste ainete dekarboksüülimise protsessis. Kogu vaheühenditest eemaldatud vesinik ühineb NAD + kandjaga ja moodustub NAD 2H. Fotosünteesi käigus ühineb süsihappegaas vaheainetega ja taandub vesinikuga. Siin on vastupidine protsess.

Jälgime nüüd ÜLE 2H molekulide teed. Nad sisenevad mitokondrite kristlasse, kus asub ensüümide hingamisahel. Sellel ahelal eraldatakse vesinik kandjast koos elektronide samaaegse eemaldamisega. Iga redutseeritud NAD 2H molekul loovutab kaks vesinikku ja kaks elektroni. Eemaldatud elektronide energia on väga kõrge. Nad sisenevad ensüümide hingamisahelasse, mis koosneb valkudest - tsütokroomidest. Liikudes läbi selle süsteemi kaskaadidena, kaotab elektron energiat. Tänu sellele energiale sünteesitakse ensüümi ATP-aasi juuresolekul ATP molekulid. Samaaegselt nende protsessidega pumbatakse vesinikioone läbi membraani selle välisküljele. 12 NAD-2H molekuli oksüdatsiooniprotsessis, mis tekkisid glükolüüsi käigus (2 molekuli) ja Krebsi tsükli reaktsioonide tulemusena (10 molekuli), sünteesitakse 36 ATP molekuli. Vesiniku oksüdatsiooni protsessiga seotud ATP molekulide sünteesi nimetatakse oksüdatiivseks fosforüülimiseks. Seda protsessi kirjeldas esmakordselt vene teadlane V. A. Engelgardt aastal 1931. Elektroni lõplik aktseptor on hapniku molekul, mis siseneb hingamise käigus mitokondritesse. hapnikuaatomid sisse väljaspool membraanid võtavad vastu elektrone ja saavad negatiivse laengu. Positiivsed vesinikuioonid ühinevad negatiivselt laetud hapnikuga, moodustades veemolekule. Tuletame meelde, et õhuhapnik tekib fotosünteesi tulemusena veemolekulide fotolüüsi käigus ja vesinikku kasutatakse süsinikdioksiidi vähendamiseks. Energiavahetuse käigus ühinevad vesinik ja hapnik uuesti ning muutuvad veeks.

19. Päriliku aparatuuri korraldus eukarüootsetes rakkudes. Somaatilise raku genoom. Eukarüootse raku geneetiline aparaat asub tuumas ja on kaitstud membraaniga. Eukarüootne DNA on lineaarne, 50/50 seotud valkudega. Nad moodustavad kromosoomi. Erinevalt eukarüootidest on DNA prokarüootides ringikujuline, alasti (peaaegu ei ole valkudega ühendatud), asub tsütoplasma spetsiaalses piirkonnas - nukleoidis ja on ülejäänud tsütoplasmast eraldatud membraaniga. Eukarüootne rakk jaguneb mitoosi, meioosi või nende meetodite kombinatsiooni teel. Eukarüootide elutsükkel koosneb kahest tuumafaasist. Esimest (haplofaasi) iseloomustab üks kromosoomide komplekt. Teises faasis (diplofaasis) ühinevad kaks haploidset rakku, moodustades diploidse raku, mis sisaldab kahekordset kromosoomide komplekti. Pärast paari jagunemist muutub rakk uuesti haploidseks.

Genoomis on 24 erinevat kromosoomi: 22 neist ei mõjuta sugu ning kaks kromosoomi (X ja Y) määravad soo. Kromosoomid 1 kuni 22 on nummerdatud suuruse vähenemise järjekorras. Somaatilistes rakkudes on tavaliselt 23 kromosoomipaari: üks koopia kromosoomidest 1 kuni 22 vastavalt kummaltki vanemalt, samuti X-kromosoom emalt ja Y- või X-kromosoom isalt. Kokku selgub, et somaatiline rakk sisaldab 46 kromosoomi.

20. Geen, genotüüp, homo- ja heterosügootsus. Fenotüübi geneetiline tingimuslikkus. Elusorganismide pärilikkuse geenistruktuurne ja funktsionaalne üksus. Gene

on DNA osa, mis määrab konkreetse polüpeptiidi või funktsionaalse RNA järjestuse. Geenid (täpsemalt geenide alleelid) määravad ära organismide pärilikud omadused, mis kanduvad edasi vanematelt järglastele sigimise käigus. Samas on osadel organellidel (mitokondrid, plastiidid) oma omadused määrav DNA, mis organismi genoomi ei kuulu.

Mõnede organismide, enamasti üherakuliste organismide hulgas toimub horisontaalne geeniülekanne, mis ei ole seotud paljunemisega.

Termini "geen" võttis 1909. aastal kasutusele Taani botaanik Wilhelm Johansen kolm aastat pärast seda, kui William Batson võttis kasutusele termini "geneetika".

Geeni omadused:

1. stabiilsus - võime säilitada struktuuri;

2. labiilsus - võime korduvalt muteeruda;

3. mitmekordne alleelism – populatsioonis eksisteerib palju geene mitmesugustes molekulaarsetes vormides;

4. alleelism - diploidsete organismide genotüübis ainult kaks geenivormi;

5. spetsiifilisus – iga geen kodeerib oma tunnust;

6. pleiotroopia - geeni mitmekordne toime;

7. ekspressiivsus - geeni ekspressiooniaste tunnuses;

8. penetrance - geeni avaldumise sagedus fenotüübis;

9. amplifikatsioon - geeni koopiate arvu suurenemine.

GENOTÜÜP, kõik organismi geenid, mis ühiselt määravad organismi kõik omadused – selle fenotüübi. Kui genoom on liigi geneetiline tunnus, siis genotüüp on konkreetse organismi geneetiline tunnus (konstitutsioon). Teatud tunnuste pärilikkuse uurimisel ei nimetata genotüübiks mitte kõiki geene, vaid ainult neid, mis need tunnused määravad.

Genotüüp ei ole autonoomsete, iseseisvalt toimivate geenide mehaaniline summa, vaid kompleksne ja terviklik süsteem – genotüübiline keskkond, milles iga geeni toimimine ja juurutamine sõltub teiste geenide mõjust. Seega on alleelgeenide interaktsioonis lisaks lihtsatele domineerimise ja retsessiivsuse juhtumitele võimalik mittetäielik domineerimine, kodominantsus (kahe alleelse geeni avaldumine korraga) ja üledominantsus (tunnuse tugevam ilming heterosügootidel võrreldes homosügootidega). .

Sama genotüübiga indiviididel, kes arenevad erinevates keskkonnatingimustes, võivad olla erinevad fenotüübid. Seoses sellega töötati geneetikas välja reaktsiooninormi kontseptsioon, st nende piiride kohta, mille piires võib erinevate keskkonnatingimuste mõjul fenotüüp antud genotüübiga muutuda. Seega määrab fenotüübi varieeruvuse ulatuse ka genotüüp ehk teisisõnu fenotüüp on genotüübi ja keskkonna koosmõju tulemus. Mõlema lahendamise jaoks on oluline sama genotüübiga rakkude ja isendite saamine vegetatiivse paljundamise ja kloonimise teel teaduslikud probleemid ja praktilisi ülesandeid Põllumajandus, meditsiin, biotehnoloogia.

Homosügootsus on organismi päriliku aparaadi seisund, kus homoloogsetel kromosoomidel on antud geeniga sama vorm. Geeni üleminek homosügootsesse olekusse toob kaasa retsessiivsete alleelide avaldumise organismi struktuuris ja talitluses (fenotüübis), mille mõju heterosügootsena pärsitakse domineerivate alleelide poolt. Homosügootsuse test on segregatsiooni puudumine teatud tüüpi ristamise korral. Homosügootne organism toodab selle geeni jaoks ainult ühte tüüpi sugurakke.

Heterosügootsus on mis tahes hübriidorganismile omane seisund, mille korral selle homoloogsed kromosoomid kannavad teatud geeni erinevaid vorme (alleele) või erinevad geenide suhtelise asukoha poolest. Mõiste "heterosügootsus" võttis esmakordselt kasutusele inglise geneetik W. Batson aastal 1902. Heterosügootsus tekib siis, kui geeni või struktuurse koostise poolest erineva kvaliteediga sugurakud ühinevad heterosügootideks. Struktuurne heterosügootsus tekib siis, kui toimub ühe homoloogse kromosoomi kromosomaalne ümberkorraldus, seda saab tuvastada meioosi või mitoosi korral. Heterosügootsus tuvastatakse ristandite analüüsimisel. Heterosügootsus on reeglina seksuaalse protsessi tagajärg, kuid võib tuleneda mutatsioonist. Kell

Heterosügootsuse korral pärsib kahjulike ja surmavate retsessiivsete alleelide mõju vastava domineeriva alleeli olemasolul ja see avaldub alles siis, kui see geen läheb homosügootsesse olekusse. Seetõttu on heterosügootsus looduslikes populatsioonides laialt levinud ja on ilmselt üks heteroosi põhjusi. Heterosügootsuses domineerivate alleelide maskeeriv toime on kahjulike retsessiivsete alleelide säilimise ja leviku põhjuseks populatsioonis (nn heterosügootne kande).

Fenotüüp (kreeka sõnast phainotip - paljastan, paljastan) - teatud arenguetapis indiviidile omaste omaduste kogum. Fenotüüp kujuneb genotüübi alusel, mida vahendavad mitmed keskkonnategurid. Diploidsetes organismides esinevad fenotüübis domineerivad geenid.

Fenotüüp - ontogeneesi (individuaalse arengu) tulemusena omandatud organismi välis- ja sisetunnuste kogum.

Esiteks ei ole enamik geneetilise materjali poolt kodeeritud molekule ja struktuure organismi välimuses nähtavad, kuigi need on osa fenotüübist. Näiteks on see nii inimese veregruppide puhul. Seetõttu peaks fenotüübi laiendatud määratlus hõlmama omadusi, mida saab tuvastada tehniliste, meditsiiniliste või diagnostiliste protseduuridega. Veel üks radikaalsem laiendus võib hõlmata õpitud käitumist või isegi organismi mõju sellele keskkond ja muud organismid.Fenotüüpi võib määratleda kui geneetilise informatsiooni "eemaldamist" keskkonnategurite suunas. Esimeses lähenduses saame rääkida kahest fenotüübi tunnusest: a) väljavoolu suundade arv iseloomustab keskkonnategurite hulka, mille suhtes fenotüüp on tundlik - fenotüübi dimensioonilisust; b) eemaldamise "vahemik" iseloomustab fenotüübi tundlikkuse astet antud keskkonnateguri suhtes. Need omadused koos määravad fenotüübi rikkuse ja arengu. Mida mitmemõõtmelisem ja tundlikum on fenotüüp, mida kaugemal on fenotüüp genotüübist, seda rikkam see on.

21. Geneetiline kood, selle omadused:

Geneetiline kood on nukleotiidide paigutus DNA molekulis, mis kontrollib aminohapete järjestust valgu molekulis.

Looduses eksisteerivatest valkudest on leitud umbes 20 erinevat aminohapet. Sellise arvu krüpteerimiseks võib ainult kolmikkood anda piisava arvu nukleotiidide kombinatsioone, milles iga aminohape on krüpteeritud kolme kõrvuti asetseva nukleotiidiga. Sel juhul moodustub neljast nukleotiidist = 64 tripletti. Kahest nukleotiidist koosnev kood võimaldaks kodeerida ainult = 16 erinevat aminohapet.

1) samu aminohappeid võivad kodeerida erinevad kolmikud (sünonüümsed koodonid). Sellist koodi nimetatakse degenereerunud või üleliigne. Dubleeritud kolmikud erinevad kolmanda nukleotiidi poolest.

2) DNA molekulis sisaldub iga nukleotiid ainult mis tahes koodon. Seega DNA kood mittekattuvad. Järjepidevus- nukleotiidjärjestus loetakse ilma lünkadeta kolmikhaaval. Mittekattuva geeni dokumentatsioon. kood toimib ainult ühe aminohappe asendajana peptiidis, kui asendada üks nukleotiidi DNA-s.

3) Spetsiifilisus – iga kolmik on võimeline kodeerima ainult ühte kindlat aminohapet.

4) Mitmekülgsus ( täielik koodi järgimine mitmesugused elusorganismid.) Geneetiline kood annab tunnistust kogu Maa eluvormide mitmekesisuse päritolu ühtsusest bioloogilise evolutsiooni protsessis.

Kolmikute järjestus määrab aminohapete paigutuse valgu molekulis, st toimub kollineaarsus. Teisisõnu, kollineaarsus on omadus, mis realiseerib sellise aminohapete järjestuse valguses, mille geenis asuvad vastavad koodonid. See tähendab, et iga aminohappe positsioon polüpeptiidahelas sõltub geeni konkreetsest piirkonnast. Geneetiline kood loetakse kollineaarseks, kui nukleiinhapete ja neile vastavate aminohapete koodonid valgus paiknevad samas lineaarses järjekorras.

22. Kromosoomide ehitus, tüübid, klassifikatsioon inimese karüotüübis.

Termini kromosoom pakkus välja 1888. aastal saksa morfoloog W. Waldeyer, kes kasutas seda eukarüootse raku tuumasiseste struktuuride tähistamiseks, mis on hästi värvitud põhiliste värvainetega (kreeka keelest chroma – värv, värv ja soma – keha).

Chem. kromosoomide koostis:

Need koosnevad peamiselt DNA-st ja valkudest, mis moodustavad nukleoproteiini kompleksi, mida nimetatakse kromatiiniks, mis on saanud nime selle võime järgi värvida põhiliste värvainetega. Kromatiin koosneb kahte tüüpi valkudest: histoonidest ja mittehistoonilistest valkudest.

Histoonid on esindatud viie fraktsiooniga: HI, H2A, H2B, H3, H4. Olles positiivselt laetud aluselised valgud, on nad üsna kindlalt kinni DNA molekulidega, mis takistab selles sisalduva bioloogilise informatsiooni lugemist. See on nende reguleeriv roll. Lisaks täidavad need valgud struktuurset funktsiooni, pakkudes kromosoomides DNA ruumilist korraldust.

Mittehistoonvalkude fraktsioonide arv ületab 100. Nende hulgas on ensüüme RNA sünteesiks ja töötlemiseks, reduplikatsiooniks ja DNA parandamiseks. Kromosoomide happelised valgud mängivad samuti struktuurset ja reguleerivat rolli. Lisaks DNA-le ja valkudele leidub kromosoomides ka RNA-d, lipiide, polüsahhariide ja metalliioone.

Kromosoomi RNA-d esindavad osaliselt transkriptsiooniproduktid, mis pole veel sünteesikohast lahkunud. Mõnel fraktsioonil on reguleeriv funktsioon.

Kromosoomide komponentide regulatiivne roll on keelata või lubada DNA molekulist informatsiooni mahakandmist.

DNA: histoonide: mittehistoonproteiinide: RNA: lipiidide massisuhted on võrdsed 1:1: (0,2-0,5): (0,1-0,15): (0,01-0,03). Teisi komponente leidub väikestes kogustes.

Kromosoomide morfoloogia

Valgusmikroskoopia. Mitoosi esimesel poolel koosnevad need kahest kromatiidist, mis on omavahel ühendatud primaarse ahenemise (tsentromeer või kinetokoor) piirkonnas, mis on mõlema sõsarkromatiidi jaoks ühine kromosoomi eriliselt organiseeritud osa. Mitoosi teisel poolel eralduvad kromatiidid üksteisest. Need moodustavad üksikud kiud. tütarkromosoomid, jaguneb tütarrakkude vahel.

∙ võrdse käega või metatsentriline (keskel on tsentromeer),

∙ ebavõrdne või submetatsentriline (keskmeer on nihutatud ühte otsa),

∙ vardakujuline või akrotsentriline (tsentromeer asub peaaegu kromosoomi lõpus),

∙ täpp – väga väike, mille kuju on raske määrata

Kariotüübiks nimetatakse teatud tüüpi elusorganismide rakkudele iseloomulike kromosoomide komplekti kõigi struktuursete ja kvantitatiivsete tunnuste kogumit.

Tulevase organismi karüotüüp moodustub kahe suguraku (sperma ja munaraku) ühinemise protsessis. Samal ajal kombineeritakse nende kromosoomikomplektid. Küpse iduraku tuum sisaldab pool komplekti kromosoome (inimestel - 23). Sarnast üksikut kromosoomide komplekti, mis sarnaneb sugurakkude omaga, nimetatakse haploidseks ja tähistatakse - n. Kui munarakk viljastatakse seemnerakuga uues organismis, luuakse uuesti sellele liigile omane karüotüüp, mis sisaldab inimesel 46 kromosoomi. Tavalise somaatilise raku kromosoomide kogukoostis on diploidne (2n). Diploidses komplektis on igal kromosoomil teine ​​paaristatud kromosoom, mis on tsentromeeri suuruse ja asukoha poolest sarnane. Selliseid kromosoome nimetatakse homoloogseteks. Homoloogsed kromosoomid ei ole mitte ainult sarnased üksteisega, vaid sisaldavad ka geene, mis vastutavad samade tunnuste eest.

Naise kariotüüp sisaldab tavaliselt kahte X-kromosoomi ja selle võib kirjutada - 46, XX. Meeste kariotüüp sisaldab X- ja Y-kromosoome (46, XY). Kõik ülejäänud 22 kromosoomipaari on nimetatud

autosoomid. Autosome rühmad:

∙ A-rühm sisaldab 3 paari pikimaid kromosoome (1, 2, 3.);

∙ rühm B ühendab 2 paari suuri submetatsentrilisi kromosoome (4 ja 5.).

∙ rühm C, sealhulgas 7 paari keskmisi submetatsentrilisi autosoome (koos 6. kuni 12.). Morfoloogiliste tunnuste järgi on X-kromosoomi sellest rühmast raske eristada.

∙ Keskmised akrotsentrilised kromosoomid 13, 14 ja D-grupis on 15. paar.

∙ Kolm paari väikesi submetatsentrilisi kromosoome moodustavad E rühma (16, 17 ja 18).

∙ Väikseimad metatsentrilised kromosoomid (19 ja 20) moodustavad F rühma.

Lühikeste akrotsentriliste kromosoomide 21. ja 22. paar kuuluvad rühma G. Y-kromosoom on morfoloogiliselt väga sarnane selle rühma autosoomidega.

23. T. Morgani kromosoomiteooria.

Kromosomaalne pärilikkuse teooria - teooria, mille kohaselt on päriliku teabe ülekandmine mitmes põlvkonnas seotud kromosoomide ülekandmisega, milles geenid paiknevad kindlas ja lineaarses järjestuses.

1. Pärilikkuse materiaalsed kandjad - geenid paiknevad kromosoomides, paiknevad neis lineaarselt üksteisest teatud kaugusel.

2. Samas kromosoomis asuvad geenid kuuluvad samasse aheldusrühma. Aheldusrühmade arv vastab kromosoomide haploidsele arvule.

3. Tunnused, mille geenid asuvad samas kromosoomis, päritakse seotud viisil.

4. Heterosügootsete vanemate järglastel võivad meioosi ajal tekkida uued geenide kombinatsioonid, mis paiknevad samas kromosoomipaaris.

5. Ristumise sagedus, mis on määratud ristuvate indiviidide protsendiga, sõltub geenidevahelisest kaugusest.

6. Lähtudes geenide lineaarsest paigutusest kromosoomis ja ristumise sagedusest kui geenidevahelise kauguse indikaatorist, saab koostada kromosoomide kaarte.

T. Morgani ja tema kaastöötajate töö mitte ainult ei kinnitanud kromosoomide tähtsust üksikute geenidega esindatud päriliku materjali peamiste kandjatena, vaid tegi kindlaks ka nende paiknemise lineaarsuse kromosoomi pikkuses.

Pärilikkuse ja varieeruvuse materiaalse substraadi seotuse tõestuseks kromosoomidega oli ühelt poolt G. Mendeli avastatud tunnuste pärilikkuse mustrite range vastavus kromosoomide käitumisele mitoosi, meioosi ja viljastumise ajal. Seevastu T. Morgani laboris avastati eriline tunnuste pärilikkuse tüüp, mis oli hästi seletatav vastavate geenide seotusega X-kromosoomiga. Me räägime Drosophila silmavärvi sooga seotud pärandist.

Kromosoomide kui geenikomplekside kandjate kontseptsiooni väljendati mitmete vanemlike tunnuste omavahel seotud pärimise vaatluse põhjal nende edasikandumise ajal mitme põlvkonna jooksul. Sellist mittealternatiivsete tunnuste seost seletati vastavate geenide paiknemisega ühte kromosoomi, mis on üsna stabiilne struktuur, mis säilitab geenide koostise mitmes põlvkonnas rakus ja organismis.

Pärilikkuse kromosoomiteooria järgi moodustub ühe kromosoomi moodustav geenide kogum sidurigrupp. Iga kromosoom on ainulaadne

geenide komplekt, mida see sisaldab. Aheldusrühmade arvu antud liigi organismide pärandmaterjalis määrab seega kromosoomide arv nende sugurakkude haploidses komplektis. Viljastamise käigus moodustub diploidne komplekt, milles iga aheldusrühma esindab kaks varianti - isa- ja emakromosoomid, mis kannavad vastava geenikompleksi algseid alleelide komplekte.

Iga kromosoomi geenide paigutuse lineaarsuse idee tekkis homoloogsetes kromosoomides sisalduvate geenide ema ja isa komplekside vahelise sageli esineva rekombinatsiooni (vahetuse) vaatluse põhjal. Leiti, et rekombinatsiooni sagedust iseloomustab teatud konstantsus iga geenipaari jaoks antud aheldusrühmas ja see on erinevate paaride puhul erinev. See tähelepanek võimaldas oletada seost rekombinatsiooni sageduse ja kromosoomis leiduvate geenide järjestuse ning homoloogide vahelise ristumise protsessi vahel meioosi I profaasis (vt punkt 3.6.2.3).

Geenide lineaarse jaotuse idee selgitas hästi rekombinatsiooni sageduse sõltuvust nendevahelisest kaugusest kromosoomis.

Mittealternatiivsete tunnuste seotud pärilikkuse avastamine pani aluse kromosoomide geneetiliste kaartide koostamise metoodika väljatöötamisele geenianalüüsi hübridoloogilise meetodi abil.

Seega XX sajandi alguses. kromosoomide kui peamiste päriliku materjali kandjate roll eukarüootses rakus oli vaieldamatult tõestatud. Seda kinnitas ka õppimine keemiline koostis kromosoomid.

24. Somaatiliste rakkude jagunemine. Mitoosi har-ka faasid.

Somaatilise raku ja selle tuuma jagunemisega (mitoos) kaasnevad keerulised kromosoomide mitmefaasilised transformatsioonid: 1) mitoosi protsessis dubleeritakse iga kromosoom DNA molekuli komplementaarse replikatsiooni alusel kahe õe filamentse moodustumisega. tsentromeeris ühendatud koopiad (kromatiidid); 2) seejärel eraldatakse õdekromatiidid ja jaotatakse võrdselt tütarrakkude tuumade vahel.

Selle tulemusena säilib kromosoomikomplekti ja geneetilise materjali identsus jagunevates somaatilistes rakkudes.

Eraldi tuleks öelda neuronite kohta - väga diferentseeritud postmitootilised rakud, mis ei läbi kogu elu jooksul raku jagunemist. Neuronite kompenseerivaid võimeid vastuseks kahjustavate tegurite toimele piirab rakusisene regeneratsioon ja DNA parandamine mittejagunevas tuumas, mis määrab suuresti päriliku ja mittepäriliku iseloomuga neuropatoloogiliste protsesside spetsiifilisuse.

Mitoos on raku tuuma kompleksne jagunemine, mille bioloogiline tähtsus seisneb tütarkromosoomide ja neis sisalduva geneetilise informatsiooniga täpselt identses jaotumises tütarrakkude tuumade vahel, selle jagunemise tulemusena arenevad rakkude tuumad. tütarrakkudel on kromosoomide komplekt, mis on koguselt ja kvaliteedilt identne emaraku omaga.

Kromosoomid on pärilikkuse põhisubstraat; need on ainsad struktuurid, mille sõltumatu reduplikatsioonivõime on tõestatud. Kõik teised raku organellid, mis on võimelised redutseerima, teostavad seda tuuma kontrolli all. Sellega seoses on oluline säilitada kromosoomide arvu püsivus ja jaotada need ühtlaselt tütarrakkude vahel, mis saavutatakse kogu mitoosi mehhanismi abil. Selle taimerakkudes jagunemise meetodi avastas 1874. aastal vene botaanik I. D. Chistyakov ja loomarakkudes - 1878. aastal vene histoloog P. I. Peremežko (1833-1894).

AT Mitoosi protsessis (joonis 2.15) kulgeb järjest viis faasi: profaas, prometafaas, metafaas, anafaas ja telofaas. Need üksteisele vahetult järgnevad faasid on ühendatud märkamatute üleminekutega. Iga eelnev tingimus viib järgmiseni.

AT jagunemises olevas rakus on kromosoomid paljude õhukeste, nõrgalt spiraalsete niitide palli kujul. Sel ajal koosneb iga kromosoom kahest õdekromatiidist. Kromatiidid moodustuvad maatriksi põhimõttel aastal Mitootilise tsükli S-periood DNA replikatsiooni tagajärjel.

Profaasi alguses ja mõnikord enne selle algust jagatakse tsentriool kaheks ja need lahknevad

tuuma poolused. Samal ajal läbivad kromosoomid väändumise (spiraliseerumise) protsessi, mille tulemusena need oluliselt lühenevad ja pakseneb. Kromatiidid eemalduvad üksteisest mõnevõrra, jäädes ühendatuks ainult tsentromeeridega. Kromatiidide vahele ilmub tühimik. Profaasi lõpuks moodustub loomarakkudes tsentrioolide ümber särav kuju. Enamikul taimerakkudel puuduvad tsentrioolid.

Profaasi lõpuks nukleoolid kaovad, tuuma ümbris lahustub lüsosoomidest ensüümide toimel ja kromosoomid sukeldatakse tsütoplasmasse. Samal ajal ilmub akromaatiline kujund, mis koosneb niitidest, mis ulatuvad raku poolustest (kui on tsentrioolid, siis nendest). Kromosoomide tsentromeeride külge kinnituvad akromaatilised niidid. Moodustub iseloomulik spindlit meenutav kujund. Elektronmikroskoopilised uuringud on näidanud, et spindli keermed on torukesed, torukesed.

Prometafaasis raku keskel on tsütoplasma, millel on väike viskoossus. Sellesse sukeldatud kromosoomid saadetakse raku ekvaatorile.

Metafaasis on kromosoomid ekvaatoril järjestatud olekus. Kõik kromosoomid on selgelt nähtavad, mille tõttu toimub karüotüüpide uurimine (arvu loendamine, kromosoomide kuju uurimine) just selles etapis. Sel ajal koosneb iga kromosoom kahest kromatiidist, mille otsad on lahknenud. Seetõttu on metafaasiplaatidel (ja metafaasikromosoomide idiogrammidel) kromosoomidel A-kujuline. Kromosoomide uurimine toimub just selles etapis.

Anafaasis jaguneb iga kromosoom pikisuunas kogu pikkuses, sealhulgas piirkonnas

tsentromeer, täpsemalt on kromatiidide lahknemine, millest saavad seejärel õde või tütar kromosoomid. Neil on vardakujuline kuju, mis on esmase ahenemise piirkonnas kõverad. Spindli niidid lühenevad, liiguvad pooluste suunas ja nende taga hakkavad tütarkromosoomid pooluste suunas lahknema. Nende lahknemine on kiire ja

kõik samal ajal, justkui käsu peale. Seda näitavad hästi jagunevate rakkude filmikaadrid. Ägedad protsessid toimuvad ka tsütoplasmas, mis meenutab kile peal keevat vedelikku.

Telofaasis jõuavad tütarkromosoomid poolustele. Pärast seda kromosoomid despiraliseerivad, kaotavad oma selged piirjooned ja nende ümber moodustuvad tuumamembraanid. Tuum omandab emaraku interfaasiga sarnase struktuuri. Tuum taastatakse.

25. Inimese sugurakud, nende ehitus. Munarakkude struktuuri tüübid.

Vanemlikes organismides sugulisel paljunemisel osalemiseks toodetakse sugurakke - generatiivse funktsiooni tagamiseks spetsialiseerunud rakke.

Ema ja isa sugurakkude sulandumine viib sügootide tekkeni - raku, mis on isendi arengu esimesel, kõige varasemal etapil tütarindiviid.

Kell Mõnes organismis moodustub sügoot struktuurilt eristamatute sugurakkude ühinemise tulemusena. Sellistel juhtudel räägitakse isogaamia.

Kell enamik liike, struktuursete ja funktsionaalsete omaduste järgi jagunevad sugurakud

ema (munad) ja isa (spermatosoidid). Tavaliselt toodetakse munarakke ja spermat erinevad organismid- emane (emased) ja isased (isased). Sugurakkude jagunemisel munadeks ja spermatosoidideks ning isendite emas- ja isasloomadeks on nähtus seksuaalne dimorfism (joon. 5.1; 5.2). Selle esinemine looduses peegeldab erinevusi ülesannete vahel, mida lahendatakse sugulise paljunemise protsessis isase või naise suguraku, isase või naise poolt.

Inimese mehe sugurakud – spermatosoidid , ehk umbes 70 mikroni pikkusel spermal on pea, kael ja saba.

Spermatosoon on kaetud tsütolemmaga, mis sisaldab eesmises osas retseptorit, mis tagab munaraku retseptorite äratundmise.

Spermatosoidi peas on väike tihe tuum, millel on haploidne kromosoomide komplekt. Tuuma eesmine pool on kaetud lameda kotiga, mis moodustab spermatosoidi korgi. Selles asub akrosoom (kreeka keelest asgo - top, soma - keha),

mis koosneb modifitseeritud Golgi kompleksist. Akrosoom sisaldab ensüümide komplekti. Inimese spermatosoidi tuumas hõivatud

suurem osa peast sisaldab 23 kromosoomi, millest üks on seksuaalne (X või Y), ülejäänud on autosoomid. Spermatosoidi sabaosa koosneb vahe-, põhi- ja lõpposast.

Spermatosoone elektronmikroskoobi all uurides selgus, et selle pea protoplasmas ei ole mitte kolloidne, vaid vedelkristalliline olek. Sellega saavutatakse spermatosoidide vastupidavus ebasoodsatele keskkonnamõjudele. Näiteks kahjustab neid ioniseeriv kiirgus vähem kui ebaküpsed sugurakud.

Kõik spermatosoidid kannavad sama (negatiivset) elektrilaengut, mis takistab nende kokkukleepumist.

Inimene vabastab umbes 200 miljonit spermatosoidi

Ootsüüdid ehk munarakud(lad. oum - muna), valmivad mõõtmatult väiksemas koguses kui spermatosoidid. Naisel 24-28-päevase seksuaaltsükli ajal küpseb reeglina üks munarakk. Seega moodustub sünnitusperioodil umbes 400 küpset munarakku.

Munaraku vabanemist munasarjast nimetatakse ovulatsiooniks. Munasarjast väljuvat munarakku ümbritseb follikulaarsete rakkude kroon, mille arv ulatub 3-4 tuhandeni.See korjatakse üles munajuha (munajuha) servadest ja liigub seda mööda. Siin lõpeb sugurakkude küpsemine. Muna on sfäärilise kujuga, suurem kui sperma oma, tsütoplasma maht, ei oma iseseisva liikumise võimet.

Struktuur. Inimese munaraku läbimõõt on umbes 130 mikronit. Tsütolemma kõrval on läikiv või läbipaistev tsoon ja seejärel folliikulite kiht. Naise suguraku tuumas on X-sugukromosoomiga haploidne kromosoomide komplekt, täpselt määratletud tuum ja karüolemmas on palju pooride komplekse.

AT munaraku kasvuperioodil tuumas toimuvad intensiivsed mRNA ja rRNA sünteesi protsessid.

AT tsütoplasmas areneb valgusünteesi aparaat (endoplasmaatiline retikulum, ribosoomid) ja Golgi aparaat. Mitokondrite arv on mõõdukas, need asuvad munakollase tuuma läheduses, kus toimub intensiivne süntees.

munakollane, rakukeskus puudub. Golgi aparaat varases arengujärgus asub tuuma lähedal ja munaraku küpsemise käigus nihkub see tsütoplasma perifeeriasse.

Kaetud on munarakud, mis täidavad kaitsefunktsiooni, tagavad vajaliku ainevahetuse, platsentaarsetel imetajatel täidavad need embrüo emaka seina ja täidavad ka muid funktsioone.

Muna tsütolemmas on folliikulite rakkude protsesside vahel paiknevad mikrovillid. Follikulaarsed rakud täidavad troofilisi ja kaitsefunktsioone.

Ootsüüdid on palju suuremad kui somaatilised rakud. Tsütoplasma rakusisene struktuur neis on igale loomaliigile omane, mis tagab spetsiifilised (ja sageli ka individuaalsed) arengutunnused. Munad sisaldavad mitmeid embrüo arenguks vajalikke aineid. Nende hulka kuuluvad toitaine (kollane).

Ootsüütide klassifikatsioon põhineb munakollase (letsitoosi) olemasolu, koguse ja jaotumise tunnustel, mis on embrüo toitmiseks kasutatav valk-lipiidide inklusioon tsütoplasmas.

On kollase (aletsital), madala kollase (oligolecital), keskmise munakollase (mesoletsitaalse), mitmekollase (polületsitaal) munad.

Inimestel on väikese koguse munakollase esinemine tingitud embrüo arengust ema kehas.

Munarakkude polaarsus. Kui munas on väike kogus munakollast, jaotub see tavaliselt tsütoplasmas ühtlaselt ja tuum asub ligikaudu keskel. Neid mune nimetatakse isoletsitaalne(kreeka keelest isos - võrdne). Enamikul selgroogsetel on palju munakollast ja see on muna tsütoplasmas ebaühtlaselt jaotunud. See on anisoletsitaalne rakud. Suurem osa munakollast koguneb raku ühele poolusele - vegetatiivne poolus. Neid mune nimetatakse teloletsitaalne(kreeka keelest telos – lõpp). Vastaspoolust, millele lükatakse munakollast vaba aktiivne tsütoplasma, nimetatakse loomaks. Kui munakollane on endiselt tsütoplasmasse sukeldatud ega eraldata sellest eraldi fraktsioonina, nagu tuuradel ja kahepaiksetel, nimetatakse mune nn. mõõdukalt teloletsitaalne. Kui munakollane on tsütoplasmast täielikult eraldatud, nagu amnioni puhul, siis see teravalt teloletsitaalne munad.

26. Elavate paljundamine. Paljunemismeetodite klassifikatsioon.

Paljunemine ehk paljunemine on üks peamisi elu iseloomustavaid omadusi. Paljunemine viitab organismide võimele toota oma liiki. Paljunemisnähtus on tihedalt seotud ühe elu iseloomustava tunnusega – diskreetsusega. Nagu teate, koosneb terviklik organism diskreetsetest üksustest - rakkudest. Peaaegu kõigi rakkude eluiga on lühem kui indiviidi eluiga, seetõttu hoiab iga isendi olemasolu üleval rakkude paljunemine. Iga organismitüüp on ka diskreetne, see tähendab, et see koosneb eraldi isenditest. Igaüks neist on surelik. Liigi olemasolu toetab isendite sigimine (paljunemine). Seetõttu paljunemine vajalik tingimus liigi olemasolu ja järjestikuste põlvkondade järjepidevus liigi sees. Paljunemisvormide klassifikatsioon põhineb rakkude jagunemise tüübil: mitootiline (aseksuaalne) ja meiootiline (seksuaalne). Paljundusvorme saab kujutada järgmise skeemina

Mittesuguline paljunemine. Üherakulistel eukarüootidel on see mitoosil põhinev jagunemine, prokarüootidel on see nukleoidi jagunemine ja mitmerakulistes organismides vegetatiivne (ladina vegetatio

Kasvatada) paljunemine, st kehaosad või somaatiliste rakkude rühm.

Üherakuliste organismide mittesuguline paljunemine. Üherakulistes taimedes ja loomades eristatakse järgmisi mittesugulise paljunemise vorme: jagunemine, endogoonia, mitmekordne jagunemine (skisogoonia) ja pungumine.

Jagunemine on omane üherakulistele organismidele (amööb, lipikud, ripslased). Esiteks toimub tuuma mitootiline jagunemine ja seejärel üha süvenev ahenemine tsütoplasmas. Sel juhul saavad tütarrakud võrdsel hulgal teavet. Organellid on tavaliselt ühtlaselt jaotunud. Paljudel juhtudel on leitud, et jagamisele eelneb nende kahekordistamine. Pärast jagunemist tütarisikud kasvavad ja, olles saavutanud emaorganismi suuruse, lähevad uuele jagunemisele.

Endogoonia – sisemine pungumine. Kahe tütarisendi - endodyogoonia - moodustumisel annab ema ainult kaks järglast (nii paljuneb toksoplasma), kuid võib esineda mitu sisemist pungumist, mis viib skisogooniani.

Shizogony ehk mitmekordne jagunemine on paljunemisvorm, mis on arenenud eelmisest. Seda leidub ka üherakulistes organismides, näiteks malaaria põhjustavas aines - malaariaplasmoodiumis. Skisogoonia korral toimub mitmekordne tuuma lõhustumine ilma tsütokineesita ja seejärel jaguneb kogu tsütoplasma osakesteks, mis eralduvad tuumade ümber. Üks rakk toodab palju tütarrakke. See paljunemisvorm vaheldub tavaliselt sugulise paljunemisega.

Pungamine seisneb selles, et emarakule moodustub algselt väike tuberkuloos, mis sisaldab tütartuuma ehk nukleoidi. Neer kasvab, saavutab ema suuruse ja seejärel eraldub sellest. Seda paljunemisvormi täheldatakse bakteritel, pärmseentel ja üherakulistel loomadel imetavatel ripsloomadel.

sporulatsioon leitud loomadel, kes kuuluvad algloomade tüüpi, eosloomade klassi. Eos on üks elutsükli etappe, mis on mõeldud paljunemiseks, see koosneb rakust, mis on kaetud membraaniga, mis kaitseb ebasoodsate keskkonnatingimuste eest. Mõned bakterid on pärast seksuaalset protsessi võimelised moodustama eoseid. Bakterite eosed ei ole mõeldud paljunemiseks, vaid ebasoodsate tingimuste kogemiseks ja erinevad oma bioloogilise tähtsuse poolest algloomade ja mitmerakuliste taimede eostest.

Mitmerakulise vegetatiivne paljunemine Noh Vegetatiivsel paljunemisel paljurakulistel loomadel moodustub uus organism rakurühmast, mis eraldub vanemorganismist. Vegetatiivne paljunemine toimub ainult kõige primitiivsematel mitmerakulistel loomadel: käsnadel, mõnedel koelenteraatidel, lamedatel ja anneliididel.

Käsnades ja hüdras, mis on tingitud rakurühmade paljunemisest kehas, väljaulatuvad osad (neerud). Neerud hõlmavad ekto- ja endodermirakke. Hüdras suureneb neer järk-järgult, sellele tekivad kombitsad ja lõpuks eraldub see emast. Tsiliaar ja anneliidid jagunevad kitsendustega mitmeks osaks; puuduvad elundid taastatakse igas neist. Seega saab moodustada isendite ahel. Mõnes sooleõõnes toimub paljunemine strobilatsiooni teel, mis seisneb selles, et polüploidne organism kasvab üsna intensiivselt ja hakkab teatud suuruse saavutamisel põikkonstriktsioonide abil jagunema tütarisenditeks. Sel ajal meenutab polüüp plaatide virna. Moodustatud isendid

Meduusid tulevad maha ja alustavad iseseisvat elu. Paljudel liikidel (näiteks koelenteraadid) vaheldub vegetatiivne paljunemisvorm sugulise paljunemisega.

seksuaalne paljunemine

Seksuaalne protsess. Seksuaalset paljunemist iseloomustab seksuaalse protsessi olemasolu, mis pakub vahetust pärilikku teavet ja loob tingimused päriliku muutlikkuse tekkeks. Reeglina osaleb selles kaks isendit - emane ja isasloom, kes moodustavad haploidseid nais- ja isassugurakke - sugurakke. Viljastumise ehk emas- ja isassugurakkude sulandumise tulemusena moodustub uue pärilike tunnuste kombinatsiooniga diploidne sügoot, millest saab uue organismi esivanem.

Suguline paljunemine, võrreldes mittesugulise paljunemisega, tagab pärilikult mitmekesisemate järglaste ilmumise. Seksuaalprotsessi vormid on konjugatsioon ja kopulatsioon.

Konjugatsioon on seksuaalse protsessi omapärane vorm, mille puhul viljastumine toimub migreeruvate tuumade vastastikuse vahetuse teel, mis liiguvad ühest rakust teise mööda kahe isendi moodustatud tsütoplasmasilda. Konjugatsiooni käigus isendite arvukuse suurenemist tavaliselt ei toimu, küll aga toimub rakkudevaheline geneetilise materjali vahetus, mis tagab pärilike omaduste rekombinatsiooni. Konjugatsioon on tüüpiline tsiliaarsetele algloomadele (näiteks ripsloomadele), mõnele vetikale (spirogyra).

Kopulatsioon (gametogaamia)- seksuaalse protsessi vorm, mille käigus kaks soost erinevat rakku - sugurakku - ühinevad ja moodustavad sügoodi. Sel juhul moodustavad suguraku tuumad ühe sügootide tuuma.

Gametogaamia põhivormid on järgmised: isogaamia, anisogaamia ja oogaamia.

Isogaamiaga moodustuvad liikuvad, morfoloogiliselt identsed sugurakud, kuid füsioloogiliselt erinevad need "meesteks" ja "naisteks". Isogaamiat leidub paljudes vetikates.

Kell anisogaamia (heterogaamia) moodustuvad liikuvad, morfoloogiliselt ja füsioloogiliselt erinevad sugurakud. Seda tüüpi seksuaalprotsess on iseloomulik paljudele vetikatele.

Oogaamia puhul on sugurakud üksteisest väga erinevad. Emassuguraat on suur liikumatu munarakk, mis sisaldab suures koguses toitaineid. Isassugurakud – spermatosoidid

Väikesed, enamasti liikuvad rakud, mis liiguvad ühe või mitme lipukese abil. Seemnetaimedes pole isassugurakkudel – spermatosoididel – vimpe ja need viiakse munarakku õietolmutoru abil. Oogaamia on iseloomulik loomadele, kõrgematele taimedele ja paljudele seentele.

27. Ovogenees ja spermatogenees.

spermatogenees. Munand koosneb paljudest tuubulitest. Torukese läbiv põiklõige näitab, et sellel on mitu rakukihti. Need esindavad spermatosoidide arengu järjestikuseid etappe.

Väliskiht (paljunemistsoon) koosneb spermatogooniatest - ümara kujuga rakkudest; neil on suhteliselt suur tuum ja märkimisväärne kogus tsütoplasmat. Embrüonaalse arengu ajal ja pärast sündi kuni puberteedieani jagunevad spermatogooniad mitoosi teel, mille tõttu suureneb nende rakkude ja munandi enda arv. Intensiivse jagunemise perioodi nimetatakse pesitsusperioodiks.

Pärast puberteedi algust jätkab osa spermatogooniatest samuti mitootilist jagunemist ja samade rakkude moodustamist, kuid osa neist liigub järgmisse tuubuli valendikule lähemal asuvasse kasvutsooni. Siin on raku suurus märkimisväärselt suurenenud tsütoplasma hulga suurenemise tõttu. Selles etapis nimetatakse neid primaarsed spermatotsüüdid.

Meessugurakkude arengu kolmandat etappi nimetatakse valmimisperiood. Sel perioodil toimub üksteise järel kaks kiiresti arenevat jaotust. Igast primaarsest spermatotsüüdist kaks sekundaarne spermatotsüüt, ja seejärel neli spermatiidi, mis on ovaalsed ja palju väiksemad. Rakkude jagunemisega küpsemisperioodil kaasneb kromosoomiaparaadi ümberkorraldamine (tekib meioos; vt allpool). Spermatiidid liiguvad tuubulite valendikule lähimasse tsooni, kus neist moodustuvad spermatosoidid.

Enamikul metsloomadel toimub spermatogenees ainult teatud aastaaegadel. Nendevahelistes intervallides sisaldavad munandite tuubulid ainult spermatogooniat. Kuid inimestel ja enamikul koduloomadel toimub spermatogenees aastaringselt.

Ovogenees. Oogeneesi faasid on võrreldavad spermatogeneesi faasidega. Sellel protsessil on ka paaritumis hooaeg kui ovogoonia intensiivselt jaguneb - suhteliselt suure tuumaga väikesed rakud ja väike kogus tsütoplasma. Imetajatel ja inimestel lõpeb see periood enne sündi. moodustatud selleks ajaks primaarsed munarakud püsib muutumatuna palju aastaid. Puberteedi alguses sisenevad üksikud munarakud perioodiliselt rakkude kasvuperioodi, suurenevad ja kogunevad neisse munakollast, rasva ja pigmente.

Raku tsütoplasmas, selle organellides ja membraanides toimuvad keerulised morfoloogilised ja biokeemilised transformatsioonid. Iga munarakk on ümbritsetud väikeste folliikulite rakkudega, mis tagavad selle toitumise.

Järgmine tuleb valmimisperiood. mille käigus toimub kaks järjestikust jagunemist, mis on seotud kromosoomiaparaadi transformatsiooniga (meioos). Lisaks kaasneb nende jagunemistega tsütoplasma ebaühtlane jagunemine tütarrakkude vahel. Primaarse munaraku jagunemisel moodustub üks suur rakk - sekundaarne munarakk, mis sisaldab peaaegu kogu tsütoplasma ja väikest rakku nimega primaarne polotsüüt. Teisel küpsemise jaotusel jaotub tsütoplasma taas ebaühtlaselt. Moodustub üks suur sekundaarne munarakk ja sekundaarne polotsüüt. Sel ajal võib ka primaarne polotsüüt jaguneda kaheks rakuks. Seega moodustub ühest primaarsest munarakust üks sekundaarne munarakk ja kolm polotsüüdi (redutseerimiskeha). Edasi moodustub sekundaarsest munarakust munarakk ja polotsüüdid lahustuvad või jäävad muna pinnale, kuid ei osale edasises arengus. Tsütoplasma ebaühtlane jaotus annab munarakule märkimisväärse koguse tsütoplasmat ja toitaineid, mida on tulevikus vaja embrüo arenguks.

Kell imetajatel ja inimestel toimuvad munarakkude paljunemis- ja kasvuperioodid folliikulites (joon. 3.5). Küps folliikul on täidetud vedelikuga, selle sees on munarakk. Ovulatsiooni ajal lõhkeb folliikuli sein, muna siseneb kõhuõõnde ja seejärel reeglina munajuhadesse. Muna küpsemise periood toimub torudes ja siin toimub viljastumine.

Kell Paljudel loomadel toimub ovogenees ja munarakkude küpsemine ainult teatud aastaaegadel. Naistel küpseb üks munarakk tavaliselt iga kuu ja seda kogu puberteediperioodi jooksul

Umbes 400. Inimesele on hädavajalik, et moodustuksid esmased munarakud

lepitakse juba enne sündi ja püsivad seejärel kogu elu ning alles järk-järgult hakkavad mõned neist küpsema ja annavad munarakke. See tähendab, et mitmesugused ebasoodsad tegurid, millega naisorganism elu jooksul kokku puutub, võivad mõjutada nende edasist arengut; kehasse sattunud mürgised ained (sh nikotiin ja alkohol) võivad tungida munarakkudesse ja põhjustada edasisi häireid normaalne areng tulevased järglased.

Küsimus 1. Rääkige meile raku avastamise ajaloost.
Elusorganismide rakulise struktuuri avastamine sai võimalikuks tänu mikroskoobi tulekule. Selle prototüübi leiutas 1590. aastal Hollandi klaasiveski Zachary Jansen. Teadaolevalt koosnes esimene mikroskoop aluse külge kinnitatud torust ja sellel oli kaks suurendusklaasi.
Mikroskoobi tähtsust taimsete ja loomsete objektide sektsioonide struktuuri uurimisel hindas esmakordselt inglise füüsik ja botaanik Robert Hooke. 1665. aastal avastas ta korgilõikudelt kärgstruktuuri meenutavad struktuurid ja nimetas neid rakkudeks või rakkudeks. Hooke aga eksis, uskudes, et rakud on tühjad ja elusaine on rakuseinad.
Hollandi loodusteadlane Anthony van Leeuwenhoek 17. sajandi teisel poolel. täiustas mikroskoopi ja nägi esimesena elusrakke. Ta jälgis ja joonistas mitmeid algloomi, spermatosoide, baktereid, erütrotsüüte ja isegi nende liikumist kapillaarides.

2. küsimus. Kes ja millal rakuteooria esimest korda sõnastas?
Taime- ja loomarakkude uurimine võimaldas üldistada nende struktuuri kõiki tunnuseid. 1838. aastal lõi M. Schleiden tsütogeneesi (rakkude moodustumise) teooria. Tema põhiteene on tõstatada küsimus rakkude päritolu kohta kehas. 1839. aastal lõi T. Schwann M. Schleideni töö põhjal rakuteooria. Rakuteooria põhisätted (M. Schleiden ja T Schwann):
1) kõik koed koosnevad rakkudest;
2) taime- ja loomarakkudel on ühised ehituspõhimõtted, tk. tekivad samal viisil;
3) iga üksikrakk on sõltumatu ja organismi aktiivsus on üksikute rakkude elutegevuse summa.
1858. aastal pööras R. Virchow suurt tähelepanu ka rakuteooria edasiarendamisele. Ta mitte ainult ei toonud kokku kõik arvukad erinevad faktid, vaid näitas ka veenvalt, et rakud on püsiv struktuur ja tekivad ainult omalaadse paljunemise teel - "iga rakk pärineb teisest rakust jagunemise tulemusena, täpselt nagu taim. moodustuvad taimest ja loomadest loomad”, s.o. avastas rakkude jagunemise.

3. küsimus. Loetlege rakuteooria praegused sätted.
Meie ajal areneb tsütoloogia, kasutades geneetika, molekulaar- ja füüsikalis-keemilise bioloogia saavutusi, väga kiiresti. Ja kuigi T. Schwanni ja M. Schleideni teooria põhisätted on jätkuvalt aktuaalsed, võimaldasid saadud andmed kujundada sügavama arusaama raku ehitusest ja funktsioonidest. Nende põhjal formuleeriti kaasaegne rakuteooria. Loetleme selle peamised sätted:
1) rakk on elusorganismide ehituse, talitluse, paljunemise ja arengu üksus;
2) kõigi organismide rakud on ehituselt ja keemiliselt koostiselt sarnased;
3) rakkude paljunemine toimub emaraku jagunemise teel;
4) mitmerakuliste organismide rakud on spetsialiseerunud: täidavad erinevaid funktsioone ja moodustavad kudesid.

Küsimus 4. Kirjeldage rakuteooria tähtsust bioloogia arengule.
Teaduse ajalugu uurinud filosoofide (näiteks Friedrich Engelsi) definitsiooni kohaselt on rakuteooria üks suurimaid. avastused XIX sisse. Ta mängis tohutut rolli mitte ainult bioloogia, vaid ka loodusteaduste arendamisel üldiselt. Algloomad, bakterid, paljud seened ja vetikad on rakud, mis eksisteerivad üksteisest eraldi. Kõikide hulkrakseliste organismide – taimede, seente ja loomade – keha on üles ehitatud enam-vähem rakkudest, mis on kompleksse organismi moodustavad elementaarstruktuurid. Sõltumata sellest, kas rakk on terviklik elussüsteem või selle osa, on tal rida tunnuseid ja omadusi, mis on ühised kõigile rakkudele.
Rakuteooria osutas esimest korda ühemõtteliselt elava maailma ühtsusele. Selle ilmumisega kadus lõhe loomariigi ja taimeriigi vahel. Rakuteooria põhjal XIX sajandi keskel. Tekkis tsütoloogia – teadus, mis uurib raku ehitust ja funktsioone.
Mõelge, milliste orgaanilise maailma esindajate jaoks langevad kokku mõisted "rakk" ja "organism".
Rakk on elusolendite organisatsiooni põhiline struktuurne, funktsionaalne ja geneetiline üksus, elementaarne elusüsteem. Rakk võib eksisteerida eraldi organismina.
Mõisted "rakk" ja "organism" langevad kokku juhul, kui räägime üherakulistest organismidest. Nende hulka kuuluvad prokarüootid või mittetuumalised (eelkõige bakterid) ja eukarüootidest ehk tuumalistest kõige lihtsamad (nt ripsmeline king, klamüdomoon, roheline euglena). Nende keha koosneb ühest rakust, mis teostab kõiki organismi funktsioone – ainevahetust, ärrituvust, paljunemist, liikumist. Neid funktsioone hõlbustavad mitmesugused organellid, sealhulgas spetsiaalsed (näiteks lipukesed ja ripsmed pakuvad liikumist). Üherakulised organismid on sageli võimelised moodustama klastreid – kolooniaid. Kuid mõiste "mitmertsellulaarne organism" on koloonia puhul endiselt kohaldamatu, kuna selle koostises olevad rakud on sama tüüpi struktuuriga (need ei jagune kudedeks), interakteeruvad üksteisega nõrgalt ja kolooniast eraldatuna jätkavad iseseisvalt eksisteerida ja probleemideta paljuneda.