Термин биология (от греч. bios- жизнь, logos - наука) введен в 1802 г. французским ученым Ж.Б.Ламарком и немецким ученым Г.Р.Тревиранусом для обозначения науки о жизни. Биолог ия - наука о жизни, её формах и закономерностях существования и развития. Современная биология - комплексная наука, которая занимается изучением многообразных форм живых организмов, их строения, функций, эволюции, индивидуального развития и взаимоотношений с окружающей средой. Вместе с физикой, химией, геологией, астрономией и другими науками изучающими природу, биология относится к естественным наукам.Предметом изучения биологии является жизнь во всех её проявлениях. Объектом изучения биологии являются все живые организмы, включая человека. Основные методы биологии. 1. Метод наблюдения - описание и анализ биологического явления. 2. Сравнительный метод - сопоставление, нахождение закономерностей, общих для различных явлений. 3. Исторический метод - познание процессов развития живой природы. 4. Экспериментальный метод (опыт) - искусственно создаётся ситуация, которая помогает изучить свойства биологических объектов. 5. Метод моделирования - имитируются отдельные биологические процессы или явления. Использование в биологии методов, подходов, идей физики, химии, математики и других наук позволило: а) обогатить методический арсенал биологии; б) изучать биологические процессы на различных уровнях: от молекулярного и субклеточного до биосферного. Современная биология включает в себя комплекс таких наук как: зоология, ботаника, анатомия, физиология, микробиология, генетика, цитология, гистология, антропология, экология и другие. Биологические науки имеют большое теоретическое и практическое значение: в производстве продовольствия; в выведении новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов; в охране природы и защите окружающей среды от загрязнений и многом другом. Биология является основой практической и теоретической медицины. Известный ученый И.В.Давыдовский сказал: «Медицина, взятая в плане теории - это прежде всего, общая биология.» Прогресс биологии в XX веке, её возросшая роль среди других наук и делают её не только одной из важнейших наук XX. но и XXI века.
Эволюционно обусловленные уровни организации жизни.
На протяжении развития биологии как науки многие ученые пытались определить суть понятия «жизнь». Аристотель"питание, рост и одряхление" Г.Тревиранус "стойкое единообразие процессов при различии внешних явлений" А.И.Опарин "особая, очень сложная форма движения материи" Диалектика определяет Жизнь - как "способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей внешней средой, с прекращением обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка». В настоящее время ЖИЗНЬ определяют как высшую биологическую форму движения материи, которая представляет собой способ существования открытых, т.е обменивающихся веществом и энергией, нуклеопротеидных систем, обладающих свойствами саморегуляции, самообновления и самовоспроизведения. Фундаментальные свойства живого: Рост Размножение Раздражимость Движение. Наследственность Изменчивость Гомеостаз Способность к адаптации. Дискретность. Конвариантная редупликация Онтогенез Филогенез. Живая природа является целостной, но неоднородной системой, которой характерна иерархическая организация.
Уровни организации живой материи.1. Биологические микросистемы.1) Молекулярный уровень.2) Субклеточный уровень (уровень органоидов).3) Клеточный уровень.2. Биологические мезосистемы,4) Тканевой уровень.5) Органный уровень.6) Органиэменный уровень.3. Биологические макросистемы.7) Популяционно-видовой уровень.8) Биогеоценотический уровень.9) Биосферный уровень.
Современная систематика живых организмов Органический мир на Земле отличается поразительным многообразием видов (более 2млн.) Систематика - это наука, занимающаяся вопросами классификации живых существ. 1. Царство Вирусы 2 Царство Дробянки Подцарство Бактерии и Цианобактерии 3, Царство Грибы Подцарство Низшие и Высшие грибы 4 Царство Растения Подцарство Низшие и Высшие растения 5Царство Животные подцарство Одноклеточные и Многоклеточные.
История создания и современные представления клеточной теории.
Клеточная теория (К.Т.) - это обобщённые представления о строении клеток как единиц живого, об их размножении и роли в формировании многоклеточного организма. Появлению и созданию К.Т. предшествовал довольно длительный период. Основной вклад в создание клеточной теории (1838 - 1839 гг.) внесли немецкие ученые; ботаник Маттиас Шлейден и физиолог Теодор Шванн. Основные этапы развития клеточной теории. 1 Зарождение понятия о клеточном строении и первые сведения о клетках, их строении и функциях. начало XVII в. (1609-1610гг.) Галилей впервые сконструировал микроскоп. Р.Гук описал строение коры пробкового дуба и стебля растений. Ввел в науку термин «клетка», так же усовершенствовал микроскоп. 1671-1682г Н.Грю ввел термин «ткань» 1676-1719г А. Левенгук описал некоторых простейших, эритроциты и спермотозоиды животных. 1831г Р. Броун открыл важнейшую часть клетки – ядро. 2 создание клеточной теории 1838г. М.Шлейден сформулировал представление о клеточном строении и о гомологичности происхождения клеток. 1839г. Шванн сформулировал клеточную теорию. Основные положения теории 1 Все ткани растений и животных состоят из клеток. 2 Все клетки образуются единым способом. 3 организм является суммой клеток с точки зрения строения и функций (Недостатки Взгляд на организм как на простую сумму клеток, Ошибочное представление что клетки в организме возникают путем новообразования и первичного неклеточного вещества) 3 Дальнейшее развитие КТ 1828г. К. Бэр клетка не только единица строения но и ед развития живых организмов, учение о зародышевых листках 1855-1858г Р.Вихров Клетки возникают только путем деления предшествующих клеток, вне клетки нет жизни, Наибольшее значение в ж/д клеток играет не оболочка а протоплазма и ядро, КТ должна быть распространена на патологию. (ошибки Клетки самостоятельные единицы отрицал целостность организма понимая его за сумму автономных единиц, патологический процесс как локальный) 4Современная КТ 1Клетка—элементарная единица живого 2 Клетки разных организмов гомологичны по своему строению 3 Размножение клеток происходит путем деления исходной клетки. 4Клетки многоклеточных организмов развиваются из одной исходной клетки – зиготы 5Многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток, объединенные в целостные системы тканей и органов. Создание К.Т. стало важнейшим событием в биологии и было одним из доказательств единства живой природы. Она оказала значительное влияние на развитие биологии. Ф.Энгельс назвал К.Т. одним из трёх выдающихся открытий XIX в. и поставил её в один ряд с законом преобразования энергии и эволюционной теорией Ч.Дарвина. Клеточная теория, являясь очень крупным в истории естествознания теоретическим обобщением, сохранила своё значение и на сегодняшний день, несмотря на то, что с момента её создания были получены новые сведения о структуре, жизнедеятельности и развитии клеток.
Прокариотические и эукариотические клетки. Все живые организмы представлены двумя формами жизни: Неклеточной и Клеточной. К неклеточным Формам жизни относятся вирусы, которые проявляют жизнедеятельность только в живых клетках. Клеточные формы в свою очередь делятся на 2 группы: Прокариоты и Эукариоты Доядерные(Бактерии и сине-зеленые водоросли) Ядерные. (Клетки растений, животных, простейших, грибов.) 1. Строение. Одноклеточные или нитчатые. Одноклеточные, нитчатые или многоклеточные. 2. Размеры клеток. Диаметр в среднем составляет 0,05 - 5 мкм. Диаметр обычно до 40 мкм. 3. Ядро. Не имеют оформленного ядра, т.к. нет ядерной оболочки, вместо него в клетке есть зона, заполненная ДНК - нуклеоид (или генофор). Нет ядрышка. Есть типичное ядро, отделённое от цитоплазмы ядерной оболочкой, состоящей из двух типичных мембран. Внутри ядра есть ядрышко (1 или несколько). 4.Хромосомы Дополнительная ДНК. Имеется одна кольцевая хромосома. Это замкнутая в кольцо двойная спираль молекулы ДНК. Не имеет в составе основных (гистоновых белков). В виде плазмид в бактериальных клетках (1-несколько генов). Количество хромосом -2 и более, они имеют линейную структуру. Состоят из ДНК, гистоновых и негистоновых белков. В митохондриях, пластидах, центросомах. 5. Плоидность Гаплоидные (п). Диплоидные (2п); половые -гаплоидные (п). 6. Редупликация ДНК. Комплекс ДНК + белок выражен слабо, белка мало, поэтому редупликация ДНК идет быстрее и непрерывно. Комплекс: ДНК + белок выражен хорошо, белок тормозит редупликацию ДНК, поэтому она идет медленнее. 7. Способность к делению. Высокая (деление идет через 15-20 минут). Ниже. 8. Деление. Амитоз. Митоз. 9. Мейоз. Отсутствует, при половом процессе передаётся лишь часть наследственной информации, а гаметой является сам организм. Имеет место, идёт равномерное распределение генетического материала. 10. Клеточная стенка. Присутствует, содержит полисахариды и аминокислоты. Основной упрочняющий компонент - муреин. Отсутствует в животных клетках, есть в растительных клетках и у грибов; содержит полисахариды. Основной упрочняющий компонент клеточной стенки растений -целлюлоза, у грибов - хитин. Муреин всегда отсутствует. 11. Органоиды. Отсутствуют митохондрии, пластиды, клеточный центр, внутренние мембраны (цитоплазма слабо поделена на отсеки). ЭПС выражена слабо, рибосомы мельче. Есть митохондрии, пластиды (только в растительных клетках), внутриклеточные мембраны, ЭПС, рибосомы и др. 12. Вакуоли. Встречаются редко. Присутствуют в клетках, особенно много - в растительных. 13. Жгутики. Простые, микротрубочки отсутствуют. Находятся вне клетки (не окружены плазматической мембраной). Сложные, с расположением микротрубочек типа 9X2. Располагаются внутри клетки (окружены плазматической мембраной). 14. Движение цитоплазмы. Нет. Есть 15. Дыхание. У бактерий происходит в мезосомах, у сине-зеленых водорослей - в цитоплазматических мембранах. Аэробное дыхание происходит в митохондриях. 16. Фотосинтез. Хлоропластов нет. Происходит на мембранах, не имеющих специфической упаковки. Осуществляется с помощью пигмента бактериохлорофилла, а восстановителями служат соединения серы. В хлоропластах, содержащих специальные мембраны, которые уложены в граны. Осуществляется с помощью хлорофилла и цитохрома, восстановителем служит вода. 17. Эндоцитоз (фагоцитоз и пиноцитоз). Всегда нет. Широко распространен. 18 Чувствительность к антибиотикам. Высокая. Низкая, относительно устойчивы 19. Чувствительность к высоким температурам и к рентгеновскому излучению. Наоборот 20. Способность существовать с другими клетками. Не способны. Способны; образуют ткани Считают, что жизнь на Земле существует не менее 3,5 млрд, лет. Первыми организмами были прокариоты, которые отличались простотой строения и функций (они господствовали на Земле более 2 млрд.лет). Их эволюция привела к клеткам эукариотического типа. Ископаемые останки эукариотических клеток обнаружены в породах, возраст которых не превышает 1,0 -1,4 млрд. лет.
В настоящее время под КЛЕТКОЙ понимают элементарную живую систему, которая является основой строения, развития и жизнедеятельности растений и животных. Клетка составляет основу строения, жизнедеятельности и развития всех живых форм -одноклеточных и многоклеточных. Благодаря, заложенным в ней механизмам клетка обеспечивает обмен веществ, использование генетической информации, размножение, свойства наследственности, изменчивости и другие. Поэтому клетка является элементарной структурной, функциональной и генетической единицей. Клетка состоит из 1Цитоплазматическая мембрана(ЦПМ), плазмолемма. 2Ядро 3 Цитоплазма. ЦПМ толщина от 7 до 21нм. Жидкостно-мозаичная модель строения ЦПМ была предложена в 1972г. Синджером и Николсоном и в настоящее время является общепризнанной. Согласно этой модели ЦПМ состоит из биомолекулярного слоя липидов («липидное озеро»). Гидрофобные участки их молекул направлены друг к другу, а гидрофильные к белкам. Разнообразные белки встроены в этот слой или размещены на его поверхности. Снаружи – слой гликокаликса толщиной 10-20 нм. В основе его – комплексы полисахаридов: (с белками и с жирами). Функции ЦПМ Отграничивающая (барьерная). Защитная. Транспортная. Регуляция и обеспечение избирательной проницаемости веществ. Рецепторная. Компартментализация. Взаимодействие между клетками. Ядро состоит из Ядерной оболочки. Ядерного сока. Ядрышка. Хроматина. Функции ядра: Хранение ген информации. Передача ген информации. Реализация ген инф. Контроль и регуляция процессов идущих в клетке. Цитоплазма состоит из: I Основного вещества ( матрикс-гиалоплазма, заполняет пространство между ЦПМ, ядерной оболочкой и другими внутриклеточными структурами. Это внутренняя среда клетки, которая объединяет все органоиды, обеспечивает взаимодействие их друг с другом. Химический состав гиалоплэзмы - сложен и разнообразен, в нём много белков-ферментов. С помощью электронного микроскопа в гиалоплазме можно увидеть сеть; образованную тонкими фибриллами толщиной 2-3 нм, которая пронизывает всю цитоплазму (функции: объединяющая и каркасная). Гиалоплазма - сложная биоколлоидная система, которая может переходить из состояния золя в состояние геля и наоборот. Золь {более жидкое и активное), гель (более вязкое, менее активное). ) II Ораганеллы ( Участки цитоплазмы, имеющие определённое строение и выполняющие определённые функции 1.Органоиды общего назначения а) есть во всех клетках;б) выполняет жизненно- необходимые функции. Примеры: - эпс. - пластинчатый комплекс; - митохондрии; - рибосомы; - лизосомы: - микрофибриллы; - микротрубочки; - центриоли кл. центра; - пластиды (в раст. Клетках) 2. Органоиды специального назначения а) в некоторых клетках; б) выполняют узкоспециализированные функции. Примеры: - микроворсинки эпителия кишечника; - реснички эпителия дыхательной системы: - миофибриллы в мышечных клетках. По наличию и количеству мембран органоиды делятся на 3 группы: Немембранные-- рибосомы; - центриоли; - микротрубочки; - реснички; - жгутики: - миофибриллы. Одномембранные: -ЭПС; - аппарат Гольджи; - лизосомы. Двумембранные – митохондрии; - пластиды. ) III Включения ( Это непостоянные составные части цитоплазмы, которые могут возникать и исчезать в процессе жизнедеятельности клетки. Основные группы включений. 1. Трофические (жир, гликоген). 2. Секреторные (гранулы секрета). З. Специальные (некоторые пигменты) .) Форма клеток: непостоянная (лейкоциты, амебы) и постоянная: однообразная полигональная у раст. кл. и разнообразная у животных клеток (звезчатая-нервные; призматическа, кубическая-эпителиальные; овальная-эритроциты низших позвоночных и птиц; удлиненная-сперматозоид; шаровидная-яйцеклетки; веретеновидная-гладкие мышечные клетки)
строение эукариотической кл 1)Клет мембрана. толш-7-21нм. 50%белки, 40%лип, 10%у/в *бутербродная модель б-л-л-б. 3Х слойная модель-жидк-мозаичная 1972г Синджером и Николсоном. белки плавают в липидном бислое(гидрофобные уч внутри) и образуют мозайку, снаружи слой гликокаликса. Ф:Барьерная(отдел от окруж ср+целостность кл), Транспортная(облад избирательной проницаемостью; Эндоцитоз:Фагоц.-захват и поглощение кл крупных частиц,-обр-ся большие эндоцитозные вакуоли — фагосомы,затем сливаясь с лизосомами обр фаголизосомы. Пиноц.-поглощение клеткой воды или водных растворов разных веществ. Акт.транспорт-перенос в-в через кл М, протекающий против градиента конц. из обл низкой конц в обл высокой, т. е. с затратой свобод Е организма. В больш случ источн Е служит АТФ. Пасс транспорт:Осмос-односторон диффузия Р-ЛЯ (вода) через мембрану в более концентрир р-р. т.к он содерж меньшую конц мол р-ля, в него путем ДИФФУЗИИ просачивается р-ль из менее конц р-ра и разбавляет его до тех пор, пока конц не станет равной по обе стороны мембраны. Корни впитывают влагу, а кл раст не выпускают ее. Диффуз-перенос в-в по из обл высокой конц в обл низкой, без затрат Е), Защитная, Рецепторная(восприним и преобраз внешн сигналы+обеспеч узнавание кл), Взаимодействие м/у кл в составе тк(межкл контакты), Компактментализация (раздел на отсеки),*уч в образовании различных выростов для передвиж некотор кл в пространстве(амеба). Св-ва М:Текучесть, избират проницаемоть,полярность(внутри«-»К; снаружи+»Na;активный транспорт ионов),ассиметр. Кл стенка у раст-целл,у гриб-хитин. 2)Органоиды: а)одномембр.:ЭПС- сист соедин м/у собой каналов и полостей, отлич по формам и размерам, соедин с мембр ядра и наружн цитопл м. 2 вида-гранулярная=шероховат(связана с рибосомами),агранул=гладк.Ф:раздел цит кл на отдельн отсеки-компактменты,препятств смешив хим проц в кл; синтез слож у/в,лип и транспорт их внутри кл,преим в кГольджи; транспорт белков шЭПС, в полостях форм-ся 2я и тд структуры.ПЕРОКСИСОМЫ-одномембр пузырьки сферич формы,содерж кристал.белок фермент (каталаза).Ф:обеспеч расщепл-е Н2О2 на О2 и воду. ЛИЗОСОМЫ- одномембр пузырьки,заполнен гидролитич ферментами.3 вида:первичные(пузырьки отшнуровыв-ся от кГольджи), вторичные(обр-ся рои слиянии первичн лиз с субстратом,котор необходимо расщепить), остаточные тельца(неперевар остатки вторичн лизосомы,выводятся экзоцитозом).Ф:пищевар, санитарная(перевар микроорган),при голодании могут перевар органоиды кл для пополнения запаса Е; автофагич(уничтож ненужн кл структуры),осущ автолиз(саморазруш кл при ее гибели). К.ГОЛЬДЖИ-крупн цистерны+уплощен цистерн+ микровакуоли.Ф:секреторная(накопление, упаковка и транспорт продуктов секреции), форм-е первичн лиз и пероксисом, синтез структ компонентов кл(коллаген), участие в синтезе желтка яйцекл, полисахаридов. б)двумембр: МИТОХ-снаружи окружена мембраной, под котор находится внутрен мембр- имеет складки-кристы (увел внутрен S пов-ти), есть межмембр пространство, осн в-во-матрикс. полуавтономный органоид кл(есть собствен кольц мол-ла днк и рибосомы). Симбиотич гипотеза происхождения мит: возможно были самостоят орг-ми или паразитами. Док-ва: а)мит днк им кольцевую форму как у бактерий б)мит рибосомы меньше цитоплазм и сходны с бактериальными (тип 70S) в)движение мит напоминает движ некоторых бакт г)механизмы синтеза белка в мит и у бакт чувствит к действию одинаковых антидиотиков. Ф: а)дыхательная (аэробн дых-е, 3й этап энергетич обмена), б)энергетическая (в рез расщепл-я в-в синтецир-ся атф), в)генетическая (синтезир собствен белки, лип, у/в, нукл к-ты; митохондр наследственность). ПЛАСТИДЫ-внуст мембр им выросты внутрь, образует замкнутые мешочки-тиллакоиды, котор располагаясь др над др образуют стопочки-граны; осн в-во-строма. Полуавт органоид как митохондрии. 3 вида: лейкопласты - б/ц мелкие пластиды округл формы, Ф-запас пит в-в(крахмала), на свету превращ-ся в хлоропласты -форма двояковыпуклой линзы(лучше улавливает свет), содерж хл-филл на мембранах тиллакоидов, есть каротиноиды-доп пигменты в липидном слое мембран. Ф: автотрофное пит-е, ф/синтез (световая фаза на тиллакоидах, темновая в строме), запас у/в. По окончании жизненного цикла разруш-ся и превращ в хромопласты- окрашенные пластиды разл формы, каротиноиды кристаллиз-ся. Ф: привлечение насекомых-опылит птиц и др.*немного ф/синтез. в)немембр: РИБОСОМЫ-рРНК+ белок+ Mg. В рабочем виде состоят из большой и малой субъединицы, они образуются в ядрышках и в цитоплазме наход в свободном состоянии, соедин-ся только в момент синтеза белка. Есть Р цитоплазмы (тип 80S) и Р митохондрий и пластид (тип 70S). Ф: синтез белков для внутр потребления и выходящих за пределы кл(Р на шероховат эпс). КЛ ЦЕНТР-сов-сть центриолей и центросферы. Есть у животных и нисш раст. Центриоль-циллиндр, стенка котор состоит из 9 триплетов микротруб. Ф: обр-е цитоплазматич микротрубочек, создание цитоскелета; обр-е ресничек и жгутиков; построение веретена деления (в анафазе нити притягивают хроматиды (-сомы) к полюсам кл. МИКРОФИЛАМЕНТЫ-нити из сократительных белков раполаг по периферии кл (миофибриллы-скопление миофиламентов в мышечных волокнах) Ф: каркас кл, ресничек, жгутиков; передвиж-е кл и ее органоидов; впячивание мембраны при эндоцитозе; гибкость кл. МИКРОТРУБОЧКИ-полые цилиндры, стенки котор образованы тубулином. Ф: скелет кл; передвиж-е органелл; сокращ-е нитей веретена деления. ЖГУТИКИ И РЕСНИЧКИ-выросты на пов-ти кл покрытые цитоплазм мембраной. Стенка из 9 дуплетов микротрубочек и одной центральной пары, в основании базальное тельце. Ф: передвиж-е кл.
Строение и функции ядра и его компонентов.
В клетке выделяют три главных компонента: цитоплазматическую мембрану, ядро и цитоплазму. Ядро является важнейшей составной частью, так как в нем сосредоточена практически вся генетическая информация данного организма и биологического вида. Клеточное ядро впервые описал Р. Броун в 1830 г., он же впервые применил этот термин в 1833 году. Количество. 1 ядро имеет большинство эукариотических клеток; 2 ядра присутствуют у одноклеточного организма лямблии, а 2 качественно различных (вегетативное и генеративное ядра) - у инфузории туфельки; много ядер содержат поперечно-полосатые мышечные волокна, часть клеток печени (тетраплоидные). Некоторые клетки не имеют ядра (зрелые эритроциты). форма. Зависит от формы клетки и выполняемых ею функций. Форма ядра может быть: - округлой; - овальной; - палочковидной; - серповидной; - сегментированной и др. Размеры. Диаметр ядра в среднем равен 5-10 мкм, что составляет около 50% от диаметра клетки. По объему ядро занимает 10-40 % от объема клетки. Ядерно-плазменное отношение:m ядра/m цитоплазмы = const. Ядро может находится в двух функционально-различных состояниях. Интерфазное - ядро более активное, так как идут основные процессы биологического синтеза, реализуется наследственная информация, идёт репликация ДНК и др. Митотическое (делящееся ядро) - менее активное, так как главным является равномерное разделение наследственного материала между дочерними клетками. Химический состав ядра: ДНК; РНК; 5 различных фракций гистонов;негистоновые белки (более 100); фосфолипиды и др. липиды; полисахариды. Состав интерфазного ядра. (1. Ядерная оболочка. 2. Ядерный сок 3. Ядрышки (1 - 10).4. Хроматин.) Функции ядра. Хранение наследственной информации Реализация наследственной информации в процессах биосинтеза белка. Передача генетической информации дочерним клеткам при делении Контроль и регуляция всех процессов идущих в клетке. 1. Ядерная оболочка отделяет клеточное ядро от цитоплазмы. Её толщина в соматических клетках, например клетках печени, составляет 30-50 нм.
Ядерная оболочка состоит из наружной и внутренней мембран, ядерных пор, и плотного фиброзного слоя, или «ламины». Каждая мембрана имеет толщину 8-10 нм. между ними находится перинуклеарное пространство, которое сообщается с ЭПС благодаря тому, что наружняя ядерная мембрана переходит в мембраны ЭПС. Поры «пронизывают» ядерную оболочку в местах соединения внутренней и наружной мембран ядра. Диаметр ядерных пор составляет в среднем '70-80 нм. Количество пор тем больше, чем выше синтетическая активность в клетке. Имеются сетчатые диафрагмы, напоминающие велосипедное колесо. В области порового комплекса начинается плотная пластинка (ламина) - белковый слой, подстилающий на всем протяжении внутреннюю мембрану ядра со стороны нуклеоплазмы. Ламина выполняет опорную функцию, так как при её наличии форма ядра сохраняется даже в случае разрушения обеих мембран ядра. Кроме того, она способствует упорядоченному расположению хромосом в интерфазном ядре. Поровые комплексы и ламина относятся к немембранным компонентам ядерной оболочки. Функциональная роль ядерной оболочки заключается в обособлении генетического материала (хромосом) эукариотической клетки от цитоплазмы, а также в регуляции взаимодействий ядра и цитоплазмы.формообразующая, барьерная, транспортная, обмен веществ. 2. Ядерный сок (нуклеоплазма, кариоплазма).Ядерный сок образует внутреннюю среду ядра и содержит белки, ряд ферментов, РНК, неорганические ионы и низкомолекулярные метаболиты Ядерный сок содержит жидкую часть, ядерный матрикс и включения. В ядерном матриксе, присутствуют нитчатые, или фибриллярные, белки, выполняющие опорную функцию. 3. Ядрышки. В интерфазном ядре имеется одно или несколько ядрышек сферической формы. Они содержат РНК (15%), негистоновые белки (80%), ДНК и другие соединения. В ядрышках различают нитчатый, или фибриллярный компонент (комплекс белка и РНК) и зернистый, или глобулярный компонент, который состоит главным образом из предшественников рибосом. Ядрышки видны в интерфазе, а во время митоза (в профазу) исчезают. Ядрышки имеют хромосомное происхождение и образуются в области ядрышкового организатора некоторых хромосом, имеющих вторичную перетяжку. Функции ядрышек:1) синтез рибосом и их предшественников (субъединиц); 2) синтез ядерных белков; 3) синтез р-РНК4. Хроматин.Хроматин является интерфазной формой существования хромосом клетки. Хроматин(в интерфазу)-----спирализация, конденсация -- Хромосомы (во время деления). Хромосомы (во время деления)--- деспиреляээцнн, декомпенсация--- Хроматин(в интерфазу). Так как главным химическим компонентом хроматина является ДНК, то его функции соответствуют функциям ДНК: хранение, реализация, передача наследственной информации в клетке.
Химический состав хроматина (хромосом). Изучение химической организации хромосом эукариотических клеток показало, что они состоят в основном из ДНК и белков, которые образуют нуклеопротеиновый комплекс, ДНК является материальным носителем свойств наследственности и изменчивости и заключает в себе генетическую информацию, записанную с помощью особого кода. Количество ДНК в ядрах клеток организма данного вида постоянно и пропорционально их плоидности. В соматических клетках организма ДНК вдвое больше, чем в гаметах. Значительную часть вещества хромосом составляют белки, на их долю приходится около 65 % массы. Все хромосомные белки разделяются на 2 группы: гистоны и негистоновые белки. Гистоны - положительно заряженные основные белки, играющие роль в упаковке хромосомной ДНК и в регуляции транскрипции. Гистоны представлены 5 фракциями: Н1, Н2А, Н2В, НЗ, Н4. В хроматине все фракции гистонов обнаруживаются в приблизительно равных количествах, кроме Н1, которого примерно в два раза меньше любой из других фракций. Число фракций негистоновых белков превышает 100, многие из них являются ферментами синтеза и процессинга РНК, редупликации и репарации ДНК. Они выполняют структурную и регуляторную роль. РНК хромосом представлена частично продуктами транскрипции, которые ещё не покинули место синтеза. Некоторым фракциям РНК свойственна регуляторная функция. Помимо ДНК. белков и РНК в составе хромосом обнаруживаются липиды, полисахариды, ионы металлов: Ca, Mg, Fe. Массовые соотношения равны: ДНК: гистоны:негистоновые белки: РНК: липиды (1: 1: (0,2-0,5): (0,1-0,15): (0,01-0,03)). Другие компоненты встречаются в незначительном количестве.
Тонкая структура хромосом. Хромосомы в зависимости от фазы клеточного цикла меняют своё строение. В интерфазе они представлены ядерной структурой - хроматином, который окрашивается основными красителями. При переходе клетки к митозу, особенно в метафазе, хроматин приобретает вид хорошо различимых отдельных интенсивно окрашенных телец - хромосом. Таким образом, интерфазная и метафазная формы существования хромосом - это два полярых варианта их структурной организации, связанных в митотическом цикле взаимными переходами.В интерфаэном ядре хромосомы - это непрерывные нуклеопротеидные структуры с преобладанием линейных размеров над поперечными. Количество ДНК в гаплоидном геноме человека составляет 3 пкг, что соответствует почти двухметровой непрерывной молекуле двухцепочечной ДНК, тогда как общая длина метафазных хромосом равна всего 150 мкм. В ходе формирования метафазных хромосом наблюдаются существенные изменения как поперечной, так и продельной организации. ДНК в хромосоме «уложена» таким образом, что длина её сокращается на 4 порядка, то есть приблизительно в 10000 раз.Согласно современным взглядам хроматин (хромосомы) представлен спиралиэован-ными нитями, которые проходят несколько уровней компактизации (спирализации). 1 уровень - нуклеосомная фибрилла. В хромосоме ДНК с помощью гистонов упакована в специальные регулярно повторяющиеся структуры нуклеосомы. Образуется структура, похожая на бусы, где каждая «бусина» - нуклеосома, диаметром около 10 нм. В нуклеосомную сердцевину - кор, входит 8 молекул гистонов (по 2 молекулы каждого вида: Н2А, Н2В, НЗ, Н4). Каждая нуклеосома содержит 1 молекулу гистона Н1. Молекула ДНК спирально накручивается (1,75 витка) на белковый кор, при этом в контакте с каждым кором находится участок ДНК из 146 пар нуклеотидов (п.н.). Свободные от контакта с белковыми телами участки ДНК называют связующими или линкерными, они включают от 15 до 100 п.н. (в среднем 60 п.н.) в зависимости от типа клетки. Таким образом, отрезок молекулы ДНК длиной около 200 п.н. вместе с белковым кором составляет нуклеосому.Геном человека, состоящий из Зх109 п.н., представлен двойной спиралью ДНК, упакованной в 1,5х107 нуклеосом. В результате нуклеосомной организации хроматина двойная спираль ДНК диаметром 2 нм приобретает диаметр 10 нм, а её укорочение происходит в 7-10 раз. 2 уровень -нуклеомерная фибрилла. Дальнейшая компактиззция хроматина приводит к появлению ДНП фибрилл толщиной 30 нм. С линкерными участками и с «сердцевиной» нуклеосом связан гистон Н1, который обеспечивает сближение нуклеосом друг с другом.Имеются 2 гипотезы образования нуклеомерных фибрилл.Г.Кирьянов и др. в 1976 году предложили гипотезу нуклеомер, по которой 4-8, до 12нуклеосом образуют глобулу.В 1977 году Дж. Финч и А.Клуг предложили модель, согласно которой нуклеосомная нить образует сверхспираль (соленоид), в которой 6-7 нуклеосом образует полный оборот. В настоящее время большинство авторов отдают предпочтение соленоидной структуре, но не исключено, что существуют оба типа укладки нуклеосом в структуру высшего порядка.Соленоидная или нуклеомерная структура хроматина способствует укорочению нити ДНК примерно в 6 раз, а оба уровня приводят к компактизации ДНК в среднем в 50 раз (42-60). 3 уровень - петельная структура. Следующий уровень компактизации и генетического материала заключается в том, что нуклеомерные фибриллы формируют многочисленные петли. За счет сближения в линейном порядке петель образуются хромонемные нити. Суперспирализозачные петли закреплены своими концами на ядерном матриксе интерфазного ядра или на остове митотических хромосом. В образовании петельной струкгуры хромосом принимают участие негистоновые белки, которые узнают специфические нуклеотидные последовательности вненуклеосомной ДНК, отдаленные друг от друга на расстоянии в несколько тысяч пар нуклеотидов. Эти белки сближают указанные участей с образованием петель из расположенных между ними фрагментов хроматиновой фибриллы. Участок ДНК, соответствующий одной петле, содержит от 20000 до 100000 п.н. В результате такой упаковки хроматиновая фибрилла диаметром 30 нм, преобразуется в структуру диаметром 100-200 нм, которая называется интерфазно й хромонемой. Отдельные участки интерфазной хромонемы подвергаются дальнейшей компактизации образуя структурные блоки, объединяющие соседние петли с одинаковой организацией. Они выявляются в интерфазном ядре в виде глыбок хроматина.Укорочение фибриллы на третьем уровне происходит в среднем в 25 раз, а на всех 3-х уровнях - в 1000-1500 раз. 4 уровень -хромосомный. Хромосомы образуются в результате спиральной укладки хромонем (или хроматид), что сокращает их длину примерно в 10 раз. В интерфазу хромосом; как плотных тел, не видно, так как они находятся в разрыхленном, деконденсированном состоянии. Вступление клетки из интерфазы в митоз сопровождается суперспирализацией хроматина. Отдельные хромосомы становятся хорошо различимыми. Этот процесс начинается в профазе и достигает своего максимального выражения в метафазе. Морфологию хромосом изучают в момент их наибольшей конденсации - в метафазу митоза.Таким образом, за счет нескольких уровней компактизации длина ДНК сокращена на 4 порядка, то есть приблизительно в 10000 раз.
