Признаки биологических объектов генов хромосом клеток конспект

Обновлено: 05.07.2024

Генетическая информация каждого живого организма находится именно в клетке, так как основная её структура – ядро содержит хромосомы, которые и отвечают за определённые внешние и внутренние признаки. У организмов, не имеющих ядра, например у вирусов, наследственная информация содержится в виде кольцевой ДНК. Поэтому для воспроизводства данные организмы проникают в многоклеточные организмы, так как генетический материал не реализуется вне клетки. Из этого следует, что клетка является генетической единицей всего живого, потому что она обладает минимальным набором компонентов для хранения, изменения, реализации и передачи потомкам информации о фенотипе и генотипе организма.

Все эти процессы возможны, благодаря тому, что в ядре находятся хромосомы.

Строение и функции хромосом

Хромосома – структура клеточного ядра, имеющая в своём составе дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и белок - гистон, что и определяет её наследственную функцию.

Соединение ДНК и белка гистона называется хроматином. Из него в профазе митоза, в самом начале деления клетки, образуются хромосомы. Строение хромосомы наиболее хорошо удаётся рассмотреть под световым микроскопом в процессе деления клетки, а конкретно в метафазе митоза.

Хромосома состоит из двух сестринских хроматид, представляющих собой нити молекулы ДНК с белками. Хроматиды образуются в результате удвоения хромосомы в процессе деления клетки.

У каждой хромосомы имеется участок ДНК, называемый центромерой (кинетохором). Здесь в стадии профазы и метафазы деления клетки осуществляется соединение двух дочерних хроматид. Центромера делит хромосому на два плеча.

Схема строения хромосомы в поздней профазе - метафазе митоза.

Существуют хромосомы, имеющие вторичные перетяжки, которые отделяют от плеча хромосомы так называемый спутник, из которого в последующем в интерфазном ядре образуется ядрышко.

Концевые участки хромосом принято называть теломерами.

По форме хромосомы различают:

Метацентрические. Центромера находится в середине и плечи её равны.
Субметацентрические. Центромера смещена относительно середины и одно плечо короче другого.
Акроцентрические. Центромера расположена у конца хромосомы и одно плечо намного короче другого.

Существует две классификации хромосом по размеру и форме:

Денверская классификация помимо размеров хромосом, также учитывает их форму, расположение кинетохора и наличие вторичных перетяжек, спутников. Важным является значение центромерного индекса, отражающего процентное соотношение длины короткого плеча к длине всей хромосомы. Проводилось сплошное окрашивание хромосом.

Группы хромосом по денверской классификации:

Группу А образуют 1 – 3 большие метацентрические и субметанцентрические хромосомы, имеющие центромерный индекс (ЦИ) от 38 – 49.
Группу В образуют 4 – 5 пары больших субметацентрических хромосом с центромерным индексом 24 – 30.
Группа С состоит из 6 – 12 пары субметацентрических хромосом среднего размера с центромерным индексом 27 – 35. Х-хромосому относят именно к этой группе.
Группу D составляют 13 – 15 пары акроцентрических хромосом сильно отличающихся от всех остальных хромосом человека, ЦИ около 15.
Группа Е образована 16 – 18 парами относительно коротких метацентрических хромосом с ЦИ 26 – 40.
Группа F (19 – 20 пары): две короткие, субметанцентрических хромосомы с ЦИ 36 – 46.
Группа G, образованная 21 – 22 парами маленьких акроцентрических хромосом с ЦИ 13 -33. В неё входит Y – хромосома.

Парижская классификация основывается на методах специального дифференциального окрашивания, при котором каждая хромосома имеет индивидуальный порядок чередующихся светлых и тёмных сегментов.

Число хромосом и их видовое постоянство. Соматические и половые клетки

У многоклеточных организмов клетки подразделяются на два вида:

Соматическими называют все клетки тела, которые образуются в результате митоза.

Для этих клеток характерным признаком является наличие постоянного числа хромосом. Для каждого вида организмов их количество строго определено. Человек имеет 23 пары хромосом.

Набор хромосом соматических клеток называется диплоидным (двойным).

Половые же клетки всегда содержат уменьшенный вдвое, гаплоидный (одинарный) набор хромосом. Половые клетки также называются гаметами.

Совокупность полного набора хромосом, присущая клеткам определённого биологического вида, отдельного организма или линии клеток называется кариотипом.

Принято считать, что кариотип является видовой характеристикой. Но бывает и так, что он различается у особей одного вида. Пример этого отличающиеся друг от друга половые хромосомы мужских и женских организмов. У Y – хромосомы отсутствуют некоторые аллели (модификационные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках гомологичных хромосом), тогда как у Х – хромосомы они есть. Мужчины гетерогаметны, то есть несут и X –и Y – хромосомы, в то время как женщины гомогаметны, так как их половой набор содержит только X – хромосомы. Немаловажным фактором являются мутации, которые приводят к различным изменениям кариотипа. Важно отметить, что количество хромосом и уровень организации вида не имеют прямой зависимости. То есть, если вид имеет большое количество хромосом, это не говорит о его высокой организации. Кариотипы диплоидных клеток состоят из пар хромосом, названных гомологичными. Хромосомы одной пары называются гомологичными, они находятся в одинаковых локусах (местах расположения) и несут аллельные гены. Одну из хромосом организм всегда получает от матери, другую от отца.

В ядрах некоторых соматических клеток количество хромосом может отличаться от их количества в соматических клетках. Встречаются полплоидные клетки, они содержат более одного гаплоидного набора хромосом и называются соответственно три-, тетраплоидные и т.д. Метаболические процессы в полиплоидных клетках протекают в разы интенсивнее.

Хромосомы человека делятся на две группы: аутосомы (неполовые) и половые хромосомы, также называемые гетерохромосомами. В соматических клетках организма человека содержится 22 пары аутосом, которые являются одинаковыми и для мужчин и для женщин, половых же хромосом всего одна пара, эта пара и определяет пол особи. Различают два вида половых хромосом — X и Y. В половых клетках женщины содержится по две X-хромосомы, а в половых клетках мужчин две различных хромосомы — X и Y.

Раздел ОГЭ: 2.1. … Гены и хромосомы. Нарушения в строении и функционировании клеток — одна из причин заболеваний организмов. …

Ген — это участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одной белковой молекулы. Существуют также гены, содержащие информацию о структуре всех видов РНК, и регуляторные гены. Ген считается единицей наследственности .

Передача информации осуществляется с помощью генетического кода — соответствия между триплетами (тройками) нуклеотидов и аминокислотами. Это соответствие расшифровано и публикуется в виде таблиц генетического кода, универсального для всех живых существ на Земле. Последовательность триплетов нуклеотидов в ДНК (и комплементарная ей последовательность триплетов в иРНК) определяет последовательность аминокислот в белке. Например:

В длинных молекулах ДНК гены идут последовательно, образуя группы сцепления. Каждая такая молекула является основой для формирования хромосомы.

Хромосома — комплекс из молекулы ДНК и белков, способствующих её компактной укладке. Наиболее длинной ДНК является в период удвоения (репликации), происходящий перед делением клетки в интерфазе, т. е. в период жизни клетки между делениями.

Сначала разрываются водородные связи между цепями ДНК, потом цепи расходятся и к нуклеотидам каждой цепи подходят из раствора комплементарные нуклеотиды, затем вновь выстроенные нуклеотиды сшиваются в цепи с помощью фермента ДНК-полимеразы и образовавшиеся две двухцепочечные молекулы скручиваются, образуя спирали. Эти две одинаковые молекулы — хроматиды остаются связанными в точке, называемой центромерой. Так формируется двухроматидная хромосома. В начале деления каждая такая хромосома спирализуется. При этом нити ДНК накручиваются на специальные белки, формируются более короткие и толстые структуры — хромосомы становятся видны в световой микроскоп.

Митоз — способ деления клеток, обеспечивающий бесполое размножение, а также рост многоклеточных организмов,— состоит из 4 фаз.

В профазе растворяется оболочка ядра, элементы клеточного центра расходятся к полюсам клетки, формируя нити веретена деления, удвоенные хромосомы спирализуются.

В метафазе хромосомы окончательно спирализуются и выстраиваются на экваторе клетки с помощью нитей веретена деления, прикрепляющихся к их центромерам.

В анафазе центромеры, соединявшие сестринские хроматиды, делятся, и хроматиды с помощью сокращающихся нитей веретена деления расходятся к полюсам. С этого момента хроматиды можно называть самостоятельными однохроматидными хромосомами.

В телофазе у полюсов собираются комплекты хромосом, вокруг них формируются оболочки ядер, затем происходит разделение цитоплазмы и получаются две клетки.

Дочерние клетки содержат одинаковый набор хромосом и являются генетическими копиями материнской клетки.

Мейоз — особый способ деления, характерный для организмов, размножающихся половым путём, и приводящий к формированию половых клеток — гамет (у растений — спор). Гаметы способны к слиянию с образованием зиготы — первой клетки дочернего организма. Чтобы в клетках потомства набор хромосом не увеличивался каждый раз вдвое, в ходе мейоза происходит редукция — уменьшение числа хромосом в два раза.

Клетки организмов, размножающихся половым путём, содержат диплоидный — двойной — набор хромосом (2n), в котором каждая хромосома имеет пару — гомологичную хромосому с похожим набором генов (одна из гомологичных хромосом досталась от матери, другая — от отца). Такие клетки делятся последовательно два раза, причём каждое деление состоят из четырёх фаз.

В профазе I (первого деления) происходит то же, что в профазе митоза, кроме того, гомологичные хромосомы находят друг друга и попарно скручиваются — происходит конъюгация. При этом они могут обмениваться участками — происходит кроссинговер.

В метафазе I хромосомы окончательно спирализуются и с помощью нитей веретена деления выстраиваются на экваторе клетки гомологичными парами — бивалентами.

В анафазе I нити веретена деления сокращаются и с их помощью к полюсам расходятся целые двухроматидные хромосомы, по одной от каждой гомологичной пары.

В телофазе I, как и в митозе, получаются две клетки, но дочерние клетки содержат одинарный т. е. гаплоидный набор хромосом. Эти хромосомы двойные — каждая состоит из двух хроматид.

Первое деление является редукционным. Затем, минуя интерфазу (период между делениями, сопровождающийся удвоением хромосом), обе клетки приступают ко второму делению. Второе деление протекает в четыре обычные фазы, события которых аналогичны фазам митоза.

Получаются четыре клетки — будущие гаметы, в каждой из которых одинарный набор одно-хроматидных хромосом, вдвое меньший, чем был в исходной клетке. Кроме того, все эти четыре клетки отличаются друг от друга в зависимости от того, чьи гены и хромосомы (материнские или отцовские) в них попали при независимом расхождении хромосом в I делении и в результате кроссинговера. Таким образом, мейоз приводит к комбинативной изменчивости гамет.

Нарушения в строении и функционировании клеток

Нарушения в строении и функционировании клеток — одна из причин заболеваний организмов.

На клеточном уровне происходят важнейшие процессы жизнедеятельности организмов. Это процессы обмена веществ, а также процессы деления и роста клеток, обеспечивающие рост и размножение организмов. Нормальное протекание любого процесса требует отсутствия нарушений в строении и функционировании отдельных органоидов и клеток в целом. Так, нормальное обеспечение животных клеток энергией в процессе дыхания требует правильной работы мембраны, с помощью которой поглощаются органические вещества и кислород, затем работы лизосом, ферментов цитоплазмы и митохондрий.

Особенно следует отметить работу ферментов, без помощи которых не может протекать практически ни одна химическая реакция в клетке. Для того чтобы форма активного центра фермента как ключ к замку подходила к форме вещества, подвергаемого реакции, строение белка фермента должно быть абсолютно правильным. При синтезе такого белка требуется в правильном порядке соединить аминокислоты. Информация об этом хранится в генах и реализуется в ходе биосинтеза белка. Затем информация копируется в ходе удвоения ДНК и передаётся при делении дочерним клеткам.

Нарушение, возникающее на любом из этапов функционирования клетки, может привести к заболеванию организма. Так, клетки здорового человека могут захватывать и перерабатывать содержащуюся в молоке аминокислоту фенилаланин. В клетках имеется фермент, способный катализировать химическую реакцию превращения фенилаланина в вещество, подвергающееся дальнейшей нормальной переработке, вплоть до выделения конечных продуктов обмена — СO₂, Н₂O, NH₃ и мочевины.

При удвоении ДНК могут происходить ошибки (может быть поставлен не комплементарный нуклеотид) или произойти потеря или вставка одного или нескольких нуклеотидов. Если такое изменение (мутация) произойдёт в гене, содержащем информацию о данном ферменте, то фермент, хотя и будет синтезироваться, работать не будет. Изменение порядка нуклеотидов в гене вызовет изменение порядка аминокислот в белке-ферменте, у фермента сформируются неправильные I, II и III структуры, и он не сможет катализировать реакцию. Фенилаланин не будет нормально перерабатываться, что приведёт к развитию заболевания — фенилкетонурии, сопровождающейся нарушением работы нервной системы. Описанная мутация относится к генным, точковым

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Выберите документ из архива для просмотра:

Выбранный для просмотра документ Гены, геном и хромосомы.pptx

Описание презентации по отдельным слайдам:

БИОСИНТЕЗ БЕЛКОВ тРНК иРНК Аминокислоты Энергия (АТФ) Ферменты (белки) рРНК ДНК Пища Вновь образованные Пища Сложность процесса –биосинтез белка.

ДНК (А-Г-Ц-Т) в ядре БЕЛОК (аминокислоты) в цитоплазме ? Проблемный вопрос

Транскрипция-……………………………. Необходимо 1. Цепь ДНК - матрица 2. Свободные нуклеотиды 3. Фермент РНК - полимераза Происходит В ядре клетки Образуется и-РНК

Трансляция-………………………. Необходимо 1. и-РНК 2. Аминокислоты (20) 3. Ферменты 4. АТФ 5. т-РНК Происходит В цитоплазме на рибосомах Образуется Белковая молекула

Гены, геномы и хромосомы

ГЕН Ген- это участок ДНК (или РНК у вирусов), несущий информацию о первичной структуре одного полипептида, одной молекулы т-РНК или одной молекулы р-РНК. В ДНК гены располагаются линейно.

Гены прокариот. У прокариот гены образуют блоки-опероны, которые являются матрицей для транскрипции. Блоки-опероны представляют собой непрерывную последовательность нуклеотидов, входящих в состав кодонов.

Этапы синтеза и-РНК Кепирование- модификация конца про-иРНК (правильная посадка на рибосому, запрет ферментам нуклеазам гидролизовать РНК) Полиаденилирование- присоединение к другому концу про-иРНК адениловых нуклеотидов, что удлиняет жизнь и-РНК Сплайсинг- сшивание копий экзонов

ГЕНОМ Геном- совокупность генов и некодирующих последовательностей ДНК, которые входят в гаплоидный набор хромосом вида. Известно, что длина всех интронов одного гена превышает суммарную длину всех экзонов. Более 70% нуклеотидов являются регуляторными зонами генов, с ними взаимодействуют многие белки, активирующие или подавляющие транскрипцию разных генов.

Геном человека Трехбуквенный генетический код к 1964 г. расшифровал Ф.Крик. Вряд ли он тогда предполагал, что в обозримом будущем станет возможной расшифровка генома человека. Эта задача долгое время казалась неразрешимой.

Хромосомы На примере человека- 46 молекул ДНК- это 4 метра. Как они умещаются в ядре диаметром 10 мкм Ген- это основа хромосомы (ДНК+белок гистон) Белки обеспечивают упаковку ДНК в ядре Существует 4 уровня комплектации ДНК

Уровни комплектации ДНК в хромосоме На первом уровне двойная спираль ДНК наматывается на множество одинаковых белковых комплексов, содержащих по 8 молекул гистонов – белков с повышенным содержанием положительно заряженных аминокислотных остатков лизина и аргинина. В состав нуклеосомы входит по 2 одинаковые молекулы четырёх разных гистонов. Между нуклеосомами содержится 20, 20 или 40 пар нуклеотидов. нуклеосома

На втором уровне- нуклеосомы сближаются с помощью пятого гистона, отличающегося от тех, которые входят в состав сердцевины нуклеосомы. Образуется фибрилла.

На четвертом уровне- петли укладываются в стопки, хромосома утолщается и становится видна в световой микроскоп.

Уровни комплектации ДНК

Строение хромосомы на четвертом уровне упаковки. Каждая хромосома состоит из 2-х идентичных хроматид, каждая из которых содержит по одной молекуле ДНК. Центромера- участок соединения хроматид. Теломера – конец хромосомы. Состоит из 10 тыс.пар нуклеотидов. Теломеры защищают кодирующие последовательности ДНК –гены от действия экзонуклеаз –ферментов, гидролизирующих молекулы нуклеиновых кислот с концов, и обеспечивают прикрепление хромосом во время удвоения к внутренней мембране ядра. Плечо- часть хромосомы от центромеры до теломеры.

Классификация хромосом 1- телоцентрическая (центромера отсутствует либо расположена на конце хромосомы) 2- акроцентрическая (центромера смещена к концу плеча хромосомы) 3- субметацентрическая (центромера делит хромосому на два неравных плеча) 4- метацентрическая (центромера делит хромосому на два равных плеча)

Кариотип Кариотип- совокупность признаков хромосомного набора. Кариотипы разных видов различаются числом, размерами и формой хромосом

У человека нормальный кариотип состоит из 46 хромосом. Тогда как у шимпанзе, гориллы — 48. Кариотип бурозубки обыкновенной составляет от 20 до 33 хромосом в зависимости от конкретной популяции

Митохондриальный геном Генетическая информация содержится не только в хромосомах клеточного ядра, но и в митохондриях(это самовоспроизводящиеся полуавтономные органеллы клетки) Митохондриальный геном – это 1 или несколько кольцевых(редко линейных) молекул мтДНК В митохондриях также содержатся рибосомы, но они синтезируют только 5% белков Свой геном имеют также и хлоропласты

Назовите части в структуре хромосом. 1 2 3 4 1-теломера 2-центромера 3-плечо 4-хроматида

Спасибо за внимание!

Краткое описание документа:

"Описание материала:

"Цель "урока : "объяснить "учащимся "основные "отличия "понятий "ген "и "геном , "уровни "комплектаций "ДНК , "отличие "генов "прокариот "и "эукариот , "строение "и "классификацию "хромосом .

"Урок "лучше "всего "начать "с "повторения "основных "вопросов "по "синтезу "белка .

"Какие "компоненты "входят "в "схему "синтеза "белка ?
"Ответить "на "проблемный "вопрос . "Что "является "посредником "между "ДНК "и "синтезируемой "молекулой "белка ?
"Что "такое "транскрипция ?
"Что "такое "трансляция ?
"Объяснить "по "рисунку "на "слайде "механизм "синтеза "белка .

"П "осле "объяснения "новой "темы , "идёт "закрепление .

" Синдром "Клайнфельтера
"Синдром "Шерешевского — "Тернера
"Синдром "Дауна
"Синдром "Эдвардса
"Синдром "Патау
"Синдром "кошачьего "крика

"Выдержка из материала:

"Ген - "это "участок "ДНК ( "или "РНК "у "вирусов ), "несущий "информацию "о "первичной "структуре "одного "полипептида , "одной "молекулы "т - "РНК "или "одной "молекулы "р - "РНК .
"В "ДНК "гены "располагаются "линейно .

"У "прокариот "гены "образуют "блоки - "опероны , "которые "являются "матрицей "для "транскрипции .
"Блоки - "опероны "представляют "собой "непрерывную "последовательность "нуклеотидов , "входящих "в "состав "кодонов .

"У "эукариот "единицей "транскрипции "является "отдельный "ген .
"

"Экзоны – "нуклеотидная "последовательность , "кодирующая "аминокислоты

"Интроны – "ничего "не "кодируют

"Кепирование - "модификация "конца "про - "иРНК ( "правильная "посадка "на "рибосому , "запрет "ферментам "нуклеазам "гидролизовать "РНК )

"Полиаденилирование - "присоединение "к "другому "концу "про - "иРНК "адениловых "нуклеотидов , "что "удлиняет "жизнь "и - "РНК
"Сплайсинг - "сшивание "копий "экзонов

"Геном - "совокупность "генов "и "некодирующих "последовательностей "ДНК , "которые "входят "в "гаплоидный "набор "хромосом "вида .

"Известно , "что "длина "всех "интронов "одного "гена "превышает "суммарную "длину "всех "экзонов .

"Митохондриальный "геном – "это "1 "или "несколько "кольцевых ( "редко "линейных ) "молекул "мтДНК
"В "митохондриях "также "содержатся "рибосомы , "но "они "синтезируют "только "5 % "белков

Наследственность и изменчивость в живой природе существуют благодаря генам и хромосомам , дезоксирибонуклеиновой кислоте ( ДНК ). Хранится и передается генетическая информация в виде цепочки нуклеотидов в составе ДНК. Какая роль в этом явлении принадлежит генам? Что такое хромосома с точки зрения передачи наследственных признаков? Ответы на подобные вопросы позволяют разобраться в принципах кодирования и генетическом разнообразии на нашей планете. Во многом оно зависит от того, сколько хромосом входит в набор, от рекомбинации этих структур.

Предпосылки хромосомной теории наследственности

Американский исследователь Уолтер Саттон выяснил, сколько хромосом содержится в клеточном ядре. Ученый считал эти структуры носителями единиц наследственности, признаков организма . Саттон обнаружил, что хромосомы состоят из генов, с помощью которых потомкам от родителей передаются свойства и функции. Генетик в своих публикациях дал описания хромосомных пар, их движения в процессе деления клеточного ядра . Независимо от американского коллеги, работы в том же направлении вел Теодор Бовери. Оба исследователя в своих трудах изучали вопросы передачи наследственных признаков, сформулировали основные положения о роли хромосом (1902-1903). Дальнейшая разработка теории Бовери-Саттона происходила в лаборатории нобелевского лауреата Томаса Моргана. Выдающийся американский биолог и его помощники установили ряд закономерностей размещения генов в хромосоме, разработали цитологическую базу, объясняющую механизм законов Грегора Менделя — отца-основателя генетики.

Строение хромосом

Хромосомы — наиважнейший элемент клетки. Они отвечают за передачу и реализацию наследственной информации и в эукариотической клетке локализуются в ядре. По химическому строению хромосомы представляют собой комплексы дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) и связанных с ними белков, а также небольшого количества других веществ и ионов. Таким образом, хромосомы являются дезоксирибонуклеопротеидами (ДНП).

Каждая хромосома в интерфазе включает одну длинную двухцепочечную молекулу ДНК. Ген — это последовательность определенного количество следующих друг за другом нуклеотид, составляющих ДНК. Гены, входящие в состав ДНК одной хромосомы, следуют друг за другом. В интерфазе в клетке протекает множество процессов, многие участки хромосомы деспирализованы в разной степени. На многих участках ДНК идет синтез РНК .

Строение удвоенной хромосомы. 1 — хроматида; 2 — центромера; 3 — короткое плечо; 4 — длинное плечо.

В период клеточного деления (как при митозе, так и при мейозе) хромосомы спирализуются (происходит их компактизация). При этом их длина сокращается, а синтез на них РНК становится невозможным. До спирализации каждая хромосома удваивается. Говорят, что хромосома становится состоящей из двух хроматид. То есть в период интерфазы хромосома состояла из одной хроматиды.

В компактизации хроматид важную роль играют белки , входящие в состав хромосомы.

Таким образом, в зависимости от фазы клеточного цикла по внешнему строению хромосомы могут быть представлены

в виде невидимого в световой микроскоп хроматина (в интерфазе) и состоять из одной хроматиды
в форме двух спирализованных хроматид, видимых в световой микроскоп (в фазах клеточного деления, начиная с метафазы).

В строении хромосом есть еще один важный элемент — центромера (первичная перетяжка). Она имеет белковую природу и отвечает за движение хромосомы, также к ней крепятся нити веретена деления . В зависимости от места расположения центромеры различают равноплечие (метацентрические), неравноплечие (субметацентрические) и палочковидные (акроцентрические) хромосомы. У первых центромера находится по-середине, разделяя каждую хроматиду на два равных плеча, у вторых плечи неравной длины, а у третьих центромера находится у одного из концов хроматиды.

В удвоенных хромосомах хроматиды соединены между собой в области центромеры. Наличие первичной перетяжки в строении хромосом обязательно. Однако кроме них бывают вторичные перетяжки (ядрышковые организаторы), они наблюдаются не у всех хромосом. В ядре на вторичных перетяжках хромосом происходит синтез ядрышек. На концах хроматид находятся так называемые теломеры . Они препятствуют слипанию хромосом.

В гаплоидном наборе каждая хромосома по своему строению уникальна. Положение центромеры (и обусловленные этим длины плеч хромосомы) позволяет отличать каждую среди остальных. В диплоидном наборе у каждой хромосомы есть гомологичная ей, имеющая такое же строение и тот же набор генов (но возможно других их аллелей) и доставшаяся от другого родителя.

Для каждого вида живых организмов характерен свой кариотип , т. е. свое количество хромосом и их особенности (длина, положение центромер , особенности химического строения). По кариотипу можно определить биологический вид .

Формы хромосом

Каждая хромосома обладает индивидуальным строением, отличается от других особенностями окрашивания. При изучении морфологии важно определить положение центромеры, длину и размещение плеч относительно перетяжки. В набор хромосом обычно входят следующие формы: метацентрические, или равноплечие, для которых характерно срединное расположение центромеры; субметацентрические, или неравноплечие (перетяжка смещена в сторону одного из теломеров); акроцентрические, или палочковидные, в них центромера находится практически на конце хромосомы; точковые с трудно поддающейся определению формой. Функции хромосом Хромосомы состоят из генов — функциональных единиц наследственности. Теломеры — концы плеч хромосомы. Эти специализированные элементы служат для защиты от повреждения, препятствуют слипанию фрагментов. Центромера выполняет свои задачи при удвоении хромосом. На ней есть кинетохор, именно к нему крепятся структуры веретена деления. Каждая пара хромосом индивидуальна по месту расположения центромеры. Нити веретена деления работают таким образом, что в дочерние клетки отходит по одной хромосоме, а не обе. Равномерное удвоение в процессе деления обеспечивают точки начала репликации. Дупликация каждой хромосомы начинается одновременно в нескольких таких точках, что заметно ускоряет весь процесс деления.

Роль ДНК и РНК

Выяснить, что такое хромосома, какую функцию выполняет эта ядерная структура, удалось после изучения ее биохимического состава и свойств. В эукариотических клетках ядерные хромосомы образованы конденсированным веществом — хроматином. По данным анализа, в его состав входят высокомолекулярные органические вещества: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК); рибонуклеиновая кислота (РНК); белки- гистоны .

Нуклеиновые кислоты принимают самое непосредственное участие в биосинтезе аминокислот и белков, обеспечивают передачу наследственных признаков из поколения в поколение. ДНК содержится в ядре эукариотической клетки, РНК сосредоточена в цитоплазме. Гены Рентгеноструктурный анализ показал, что ДНК образует двойную спираль, цепи которой состоят из нуклеотидов. Они представляют собой углевод дезоксирибозу, фосфатную группу и одно из четырех азотистых оснований: А – аденин. Г – гуанин. Т – тимин. Ц – цитозин. Участки спиралевидных дезоксирибонуклеопротеидных нитей — это гены, несущие закодированную информацию о последовательности аминокислот в белках или РНК. При размножении наследственные признаки от родителей потомству передаются в виде аллелей генов. Они определяют функционирование, рост и развитие конкретного организма. По мнению ряда исследователей, те участки ДНК, что не кодируют полипептиды, выполняют регулирующие функции. Геном человека может насчитывать до 30 тыс. генов. Набор хромосом Общее число хромосом, их особенности — характерный признак вида. У мухи-дрозофилы их количество — 8, у приматов — 48, у человека — 46. Это число является постоянным для клеток организмов, которые относятся к одному виду.

Генетические черты связаны с половой принадлежностью. Для их передачи служат Y и Х-хромосома у мужчин, две X у женщин. Аутосомы содержат оставшуюся часть информации о наследственных признаках. Существуют методики, позволяющие индивидуализировать все 23 пары. Они хорошо различимы на рисунках, когда окрашены в определенный цвет. Заметно, что 22-я хромосома в геноме человека – самая маленькая. Ее ДНК в растянутом состоянии имеет длину 1,5 см и насчитывает 48 млн пар азотистых оснований. Специальные белки гистоны из состава хроматина выполняют сжатие, после чего нить занимает в тысячи раз меньше места в ядре клетки. Под электронным микроскопом гистоны в интерфазном ядре напоминают бусы, нанизанные на нить ДНК.

Генетические заболевания

Существует более 3 тыс. наследственных болезней разного типа, обусловленных повреждениями и нарушениями в хромосомах. К их числу относится синдром Дауна. Для ребенка с таким генетическим заболеванием характерно отставание в умственном и физическом развитии. При муковисцидозе происходит сбой в функциях желез внешней секреции. Нарушение ведет к проблемам с потоотделением, выделению и накоплению слизи в организме. Она затрудняет работу легких, может привести к удушью и летальному исходу. Нарушение цветового зрения — дальтонизм — невосприимчивость к некоторым частям цветового спектра. Гемофилия приводит к ослаблению свертываемости крови. Непереносимость лактозы не позволяет организму человека усваивать молочный сахар. В кабинетах планирования семьи можно узнать о предрасположенности к тому или иному генетическому заболеванию. В крупных медицинских центрах есть возможность пройти соответствующее обследование и лечение.

Генотерапия — направление современной медицины, выяснение генетической причины наследственных заболеваний и ее устранение. С помощью новейших методов в патологические клетки вместо нарушенных вводят нормальные гены. В таком случае врачи избавляют больного не от симптомов, а от причин, вызвавших заболевание. Проводится только коррекция соматических клеток, методы генной терапии пока не применяются массово по отношению к половым клеткам .

Вирусы

Вирусы – неклеточные формы жизни.

Вирусы являются облигатными паразитами — они не способны размножаться вне клетки. В настоящее время известны вирусы, размножающиеся в клетках растений, животных, грибов и бактерий (последних обычно называют бактериофагами). Обнаружен также вирус, поражающий другие вирусы.

Строение вируса

Вирусы представляют собой молекулы нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключённые в защитную белковую оболочку (капсид). Наличие капсида отличает вирусы от других инфекционных агентов, вироидов. Вирусы содержат только один тип нуклеиновой кислоты : либо ДНК, либо РНК. Ранее к вирусам также ошибочно относили прионы, однако впоследствии оказалось, что эти возбудители представляют собой особые белки и не содержат нуклеиновых кислот.

Размер 0,015 – 0,350 мкм. Открыты (вирусы табачной мозаики) Д. И. Ивановским в 1892 г. Вирус активен только в клетке хозяина, в нем клетке он не имеет признаков живого организма.

Вирусные частицы (вирионы) представляют собой белковую капсулу — капсид, содержащую геном вируса, представленный одной или несколькими молекулами ДНК или РНК. Капсид построен из капсомеров — белковых комплексов, состоящих, в свою очередь, из протомеров. Нуклеиновая кислота в комплексе с белками обозначается термином нуклеокапсид. Некоторые вирусы имеют также внешнюю липидную оболочку. Размеры различных вирусов колеблются от 20 (пикорнавирусы) до 500 (мимивирусы) и более нанометров. Вирионы часто имеют правильную геометрическую форму (икосаэдр, цилиндр).

Классификация вирусов по содержанию наследственной информации

РНК-вирусы: одноцепочечные и двуцепочечные РНК-вирусы (большинство вирусов) – СПИД, грипп, корь и т.д.
ДНК-вирусы: одноцепочечные и двуцепочечные ДНК-вирусы – натуральная оспа

Классификация вирусов по объекту заражения

Вирусы растений: происходит разрушение хлоропласта , обесцвечивание листьев, неспособность к фотосинтезу – мозаичная болезнь табака, гороха
Вирусы человека и животных – свинка, бешенство, полиомиелит
Вирусы бактерий и микроорганизмов – бактериофаг

Применение вирусов

Генная инженерия
Нанотехнологии
Биологическое оружие

Одна из серьезных проблем, с которой сталкиваются разработки в области нанотехнологии, – это разброс размеров компонентов. Действительно, получить идентичные нанообъекты чрезвычайно сложно. Нанотрубки и нанопроволочки, предлагаемые в качестве элементов наноэлектронных приборов и устройств, несмотря на все усилия, имеют отличия по форме и/или размеру. Недавно был предложен новый подход к решению этой проблемы. Он заключается в использовании биологических объектов, имеющих заложенные природой строго определенные размеры и форму. К успеху привели вирусы, прекрасно работающие в качестве наноматриц для производства органических и неорганических наноматериалов или устройств.

Электронная версия цитат из пособия: ОГЭ Биология. Справочник с комментариями (Панина). Блок 2. ПРИЗНАКИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ. § 2.1. Клеточное строение организмов как доказательство их родства, единства живой природы. Основные признаки живого. Гены и хромосомы. Нарушения в строении и функционировании клеток — одна из причин заболеваний организмов. Вирусы — неклеточные формы жизни. Цитаты из пособия использованы на сайте в учебных целях.

2.1. Клеточное строение организмов как доказательство их родства, единства живой природы. Основные признаки живого. Гены и хромосомы. Нарушения в строении и функционировании клеток — одна из причин заболеваний организмов. Вирусы — неклеточные формы жизни.

Клеточная теория, созданная в XIX веке М. Шлейденом и Т. Шванном (табл. 1, разд. 1.1.), была впоследствии дополнена и в настоящее время включает следующие положения:

Клетка — основная структурная и функциональная единица, а также единица развития всех организмов (т. е. все организмы построены из клеток и их производных, все функции организмов обеспечиваются работой клеток, а развитие организмов обеспечивается делением и ростом клеток).
Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по строению, химическому составу и основным проявлениям жизнедеятельности.
Размножение клеток происходит путём их деления.
В многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани.

Клеточное строение явилось одним из основных признаков, отличающих живое от неживого. Необходимо также наличие ещё целого ряда свойств. Рассмотрим подробнее некоторые из свойств живого.

Химические элементы могут находиться в организмах в виде ионов, в составе неорганических веществ (например, вода и соли, кислоты, кислород и углекислый газ) и органических веществ.

Органические вещества — соединения углерода с другими элементами, которые образуются только при участии живых существ и обладают способностью к горению. Органические вещества в клетках можно разделить на две группы:

биополимеры (макромолекулы): белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и др. Молекулы этих веществ представляют собой цепочки из одинаковых (гомополимеры) или разных (гетерополимеры) структурных звеньев;
неполимерные вещества: липиды, моно- и дисахариды, АТФ и др.

Клеточное строение характерно практически для всех живых существ. По строению клеток выделяют организмы:

— прокариотические, у которых в клетках нет ядра, кольцевая ДНК лежит в цитоплазме: бактерии;
— эукариотические, у которых линейные хромосомы заключены в ядро: животные, растения, грибы (сравнительная характеристика клеток про- и эукариотических организмов приведена в табл. 1, разд. 2.2.).

Все клетки содержат различные органоиды — постоянные клеточные структуры, обеспечивающие выполнение специфических функций, — и включения — временные компоненты цитоплазмы, представляющие собой отложения различных веществ: гранулы запасных белков, зёрна крахмала, капли жира, а также вредные вещества, исключающиеся из процессов обмена веществ, например, кристаллы оксалата натрия (табл. 4, разд. 2.1).

Обмен веществом и энергией с окружающей средой осуществляется организмами в ходе процессов жизнедеятельности. Процессы клеточного метаболизма обычно подразделяют на:

— пластический обмен (ассимиляция, анаболизм) — синтез органических веществ за счёт энергии распада АТФ, например, биосинтез белка, конечные фазы фотосинтеза и хемосинтеза;
— энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) — распад, окисление органических веществ с целью получения энергии и накопления её в виде синтезированной АТФ, например, брожение, клеточное дыхание (табл. 5, разд. 2.1).

Под энергетическим обменом понимают также любые процессы в организме, сопровождающиеся превращением энергии, включая её поглощение, внутренние превращения и выделение.

Электронная версия пособия: ОГЭ Биология. Справочник с комментариями (Панина). Блок 2. ПРИЗНАКИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ. § 2.1. Клеточное строение организмов как доказательство их родства, единства живой природы. Основные признаки живого. Гены и хромосомы. Нарушения в строении и функционировании клеток — одна из причин заболеваний организмов. Вирусы — неклеточные формы жизни.

Читайте также: