Устройството и функциите на животинската клетка
Факултет по ветеринарна медицина и технология на животновъдство
Катедра по обща наука за животните
Насоки
да изпълнява лабораторна работа по дисциплината"Обща генетика"
за студенти от Факултета по ветеринарна медицина и технология на животновъдството, задочници, обучаващи се в направление
111900 (36.03.01) - Ветеринарно-санитарна експертиза
Воронеж - 2015
Съставител: Аристов А.В., Кудинова Н.А., Якушева Т.Н.
Рецензент: Саврасов Д.А., доцент, катедра по терапия и фармакология
Раздел 1
Цитологични основи на наследствеността
Цитология - науката за структурата и функциите на клетката, организацията на живите същества на клетъчно ниво.
Цитогенетика - клон на генетиката, който изучава структурата на клетката и нейните органели и техните промени при възникване на мутации.
Тема 1
Структурата и функцията на животинската клетка
Задача 1.1 Да се изучи структурата на животинската клетка и функциите на отделните й структурни елементи.
Клетката (Cellula) е най-малката елементарна структурна и функционална единица на живите организми, притежаваща всички основни свойства на живия организъм и способна да се самообновява, саморегулира и самовъзпроизвежда.
Клетката е система от взаимосвързани, специализирани биополимери, ограничени от билипидна клетъчна мембрана със селективна пропускливост. При еукариотите биополимерите образуват ядрото и цитоплазмата, като последните осигуряват набор от метаболитни процеси и поддържат структурата и функцията на отделните си части и възпроизвеждат цялата система като цяло.
Основните части на еукариотната клетка са нейният повърхностен апарат, цитоплазмата(цитоплазма) и ядро (ядро).
Освен това клетката се състои от отделения, които се различават по състав и функция и са разделени една от друга с мембрани. Те включват хиалоплазма, кариоплазма, перинуклеарно пространство, гранулиран и гладък ендоплазмен ретикулум, комплекс на Голджи, лизозоми, пероксизоми, митохондрии, включвания, включително транспортни и секреторни везикули (фиг. 1).
Клетъчната мембрана (цитолема, плазмалема) се образува от два слоя липиди с вградени в тях протеини. Изпълнява бариерна функция (отделя вътрешната среда на клетката от междуклетъчното вещество или среда); транспортна функция (непрекъснат обмен с външната среда, трансмембранен транспорт на вещества); рецепторна функция (възприемане на специфични - хормони, мембрани на съседни клетки, адхезивни молекули на междуклетъчното вещество) и адхезивна функция (адхезия и агрегация - адхезия на клетките към себеподобните и междуклетъчните структури и клетъчно взаимодействие).
Ядрото се състои от ядрена мембрана (кариолема) и съдържание (кариоплазма). В кариоплазмата се изолират ядрото, матрицата и хроматинът. Кариолемата е представена от две мембрани, пробити от ядрени пори. Ядрото е хранилище на наследствена информация за хромозомите; претърпява репликация и възстановяване на ДНК, синтез на РНК върху матрицата на ДНК (транскрипция), синтез на рРНК и рибозомни субединици в нуклеола.
Грануларен (груб)ендоплазмен ретикулум (ER) е система от плоски цистерни, тубули, транспортни везикули. Образувани са от мембрана, върху чиято повърхност са прикрепени рибозоми. Гранулираният ендоплазмен ретикулум транспортира протеин, синтезиран върху рибозоми.
Гладък (агрануларен)ендоплазмен ретикулум (ER) се състои отсложна мрежа от тубули, плоски и разширени (вакуоли) цистерни и транспортни везикули. Гладкият ендоплазмен ретикулум участва в липидния синтез и метаболизма на гликоген и стероидни хормони.
Рибозоми, плътни частици, образувани от рибонуклеопротеиновия комплекс, състоящ се от две субчастици - голяма и малка.
Разграничете цитоплазмените и митохондриалните рибозоми. Основната им функция е протеинов синтез (превод от иРНК към протеин).
Митохондриите се състоят от матрикс, вътрешна мембрана, образуваща кристи (инвагинация в матрикса), перимитохондриално пространство и външна мембрана.
Митохондриалната матрица съдържа ензими, едноверижна циклична ДНК, митохондриална РНК и митохондриални рибозоми. В кристалите се извършва окислително фосфорилиране (клетъчно дишане) и трансфер на електрони, а ензимите, участващи в цикъла на Кребс и в окисляването на мастни киселини, работят в матрицата.
Комплекс на Голджи (ламеларен комплекс), купчина сплескани мембранни торбички - цистерни. В единия край на купчината торбичките се оформят непрекъснато, а в другия край се завързват под формата на мехурчета. Комплексът на Голджи участва в транспорта на вещества в цитоплазмата и извънклетъчната среда, синтеза на мазнини и въглехидрати, в растежа и обновяването на плазмената мембрана и в образуването на лизозоми.
Лизозома, проста сферична мембранна торбичка (единична мембрана), пълна с хидролитични (храносмилателни) ензими. Лизозомите участват във вътреклетъчното храносмилане (разрушаване на стари, променени клетъчни структури).
За изследване на структурата на клетката се използват постоянни или временни препарати, наблюдавани под светлинен микроскоп. В този случай клетките или техните структури се оцветяват със специални багрила или се изследват неоцветени.
Задача 1.2 Да се изучи структурата на хромозомите, техните основни форми и видове хромозомни сателити.
Хромозомата е постоянен компонент на ядрото, който се отличава със специална структура, функция и способност за самовъзпроизвеждане, което осигурява тяхната непрекъснатост и по този начин предаването на наследствена информация от едно поколение растителни и животински организми към друго.
Животинските и растителните хромозоми са пръчковидни структури с различна дължина с относително постоянна дебелина. Отвън хромозомите са покрити с протеинова обвивка от хистони.
Хромозомата на деляща се клетка се състои от двехроматиди, свързани чрез стеснение, което разделя хромозомата на две рамена. Всяка от хроматидите от своя страна се състои от две половини - полухроматиди илихромонема.
Първичното стесняване е размотан участък от ДНК. В областта на първичната констрикция имацентромер. Някои хромозоми иматвторично свиване. Вторичните стеснения могат да бъдат в някои хромозоми на дългото рамо, в други - на късото рамо.
Крайните участъци на хромозомата се наричат теломери Тяхната особеност е, че те не могат да се свързват с други участъци на хромозомите.
Хромонемите съдържат уплътнени области -хромомери, които изглеждат като тъмно оцветени гранули в светлинен микроскоп. Техният брой, позиция и размер в двете хроматиди са еднакви и относително постоянни за всяка хромозома. Разстоянията между хромомерите се наричат интерхромомерни области.
Някои хромозоми имат сателити - това са хромозомни сегменти, най-често хетерохроматични, разположени дистално от вторичната констрикция.
Според класическите определения сателитът е сферично тяло с диаметър, равен надиаметъра на хромозомата или по-малък от него, който е свързан с хромозомата чрез тънка нишка.
Вторичното стесняване, свързващо сателита с тялото на хромозомата, може да участва в процеса на образуване и сглобяване на ядрата. Следователно това вторично стесняване се нарича ощенуклеоларен организатор.
Сателитът заедно с вторичното стесняване съставляватсателитна зона.
Фигура 2. Схема на структурата на хромозомата
Хроматин, Основният компонент на клетъчното ядро е комплекс от дезоксирибонуклеинови киселини с протеини, където ДНК е в различна степен на кондензация. Средно 40% от хроматина е ДНК и около 60% са протеини.
По електронна и светлинна оптична плътност се разграничават плътен, грубо оцветен хетерохроматин и по-меко оцветен, по-малко плътен еухроматин.
Хетерохроматин – генетично неактивни части от хромозоми, които са постоянно в кондензирано състояние. При електронна микроскопия образува тъмни струпвания с неправилна форма. Хетерохроматинът, в зависимост от локализацията, се разделя на париетален, матричен и перинуклеарен.
Еухроматин е целият генетичен материал на интерфазното ядро - област от слабо кондензирана ДНК. Нуклеиновите киселини в еухроматина са свързани главно с нехистонови протеини.
Морфологията на хромозомата се определя главно от позицията на центромера. В съответствие с местоположението на центромера се разграничават основните форми на хромозомите (фиг. 3):
Фигура 3. Видове хромозоми:
1 - метацентричен; 2 - субметацентричен; 3 - акроцентричен.
Метацентричните хромозоми се различават по това, че техните рамена са еднакви или почти еднакви по дължина.
Субметацентричните хромозоми имат рамена с различна дължина. Заакроцентрични хромозомицентромерът е разположен близо до една от теломерите.
При характеризиране на морфологията на хромозомите се вземат предвид следните характеристики: дължината на рамената, положението на центромера, наличието на вторично стесняване или сателит.
Сателитите на различни хромозоми се различават по форма, размер и дължина на нишката, която ги свързва с основното тяло. Различават се следните пет вида спътници (фиг. 4):
1.микросателити - сфероидни, малки сателити с диаметър наполовина или дори по-малък от диаметъра на хромозомата;
2.макросателитите са доста големи форми на сателити с диаметър, надвишаващ половината от диаметъра на хромозомата;
3.линейни сателити - сателити с формата на дълъг хромозомен сегмент. Вторичното стеснение е значително отстранено от крайния край;
4.терминални сателити - сателити, разположени в края на хромозомата;
5.интеркаларни сателити – сателити, разположени между две вторични стеснения.
Фигура 4. Видове хромозомни сателити:
1 – микросателит; 2 - макросателит; 3 - линеен сателит; 4 - интеркаларен сателит; 5 - терминален сателит.
Размерът на хромозомите в различните организми варира значително. Дължината на хромозомите може да варира от 0,2 до 50 микрона. Нормалната дължина на всяка хромозома и общата дължина на всички кариотипни хромозоми е постоянна.
Понастоящем за всяка група хромозоми се препоръчва да се определят два параметъра: общ размер, рамо и индекс на центроида.
Общият размер се изчислява чрез сумиране на дължината на двете рамена. Абсолютната дължина на хромозомата се изразява в µm.
Индексът на рамото е съотношението на дължината на дългото рамо на хромозомата към дължината на късото рамо, изразено като процент.
Индексът Centromet е съотношението на дължината на един отрамена спрямо дължината на цялата хромозома, изразена като процент.
Тема 2
не намери ли това, което търсиш? Използвайте търсачката: