Медична біологія як наука. Лекція 1

Структурно-функціональна організація клітини. Розмноження на клітинному рівні.

ПЛАН:
1. МЕДИЧНА БІОЛОГІЯ ЯК НАУКА.
2. РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИВОГО.
3. СТРУКТУРНО-ФУНКЦІОНАЛЬНА ОРГАНІЗАЦІЯ ЕУКАРІОТИЧНОЇ КЛІТИНИ.
4. ЖИТТЄВИЙ ЦИКЛ КЛІТИНИ. МЕХАНІЗМ ПОДІЛУ КЛІТИН. МІТОЗ. ПОРУШЕННЯ МІТОЗУ . СОМАТИЧНІ МУТАЦІЇ. БІОЛОГІЧНЕ ЗНАЧЕННЯ МІТОЗУ.
5. ХАРАКТЕРИСТИКА ТА БІОЛОГІЧНЕ ЗНАЧЕННЯ МЕЙОЗУ.
6. МЕХАНІЗМ ГЕНЕТИЧНОЇ КОМБІНАТОРИКИ В ПРОЦЕСІ МЕЙОЗУ. ПОРУШЕННЯ МЕЙОЗУ. ГЕНЕРАТИВНІ МУТАЦІЇ.

Медична біологія – наука про основи життєдіяльності людини, що вивчає закономірності індивідуального розвитку та морфологічні адаптації до умов навколишнього середовища в зв’язку з впливом молекулярно-генетичних, клітинних, онтогенетичних, популяційних, екологічних факторів на
здоров’я людини.

Рівні організації живого
Молекулярний
Клітинний
Організмовий
Популяційно-видовий
Біогеоценотичний
Біосферний

Молекулярний рівень —Елементарними молекулярними структурами є коди спадкової інформації, які відтворюються в ході реплікації ДНК та реалізуються внаслідок трансляції.
Екологічні проблеми рівня:зростання мутагенних впливов і збільшення частки мутацій у генофондах .
Клітинний рівень визначає будову і властивості більшості живих організмів (крім вірусів), оскільки клітина є головною морфо функціональною одиницею їх організації. Внаслідок диференціації клітин у багатоклітинних організмів формуються тканини і органи. Екологічні проблеми рівня :ріст клітинної патології внаслідок забруднення середовища , порушення відтворенння клітин.

Організмовий рівень. Організми та органи з яких вони складаються – елементарні структури, що здатні до фізіологічних процесів, які забезпечують життєдіяльність.
Екологічні проблеми рівня: зниження можливостей організмів до адаптації
Популяційно-видовий рівень визначається взаємовідносинами організмів одного виду між собою всередині популяцій. Ці взаємовідносини мають свою специфіку і їх наслідки проявляються в тому, що популяція є структурно-функціональною одиницею виду і еволюції. Біогеоценотичний рівень проявляється в тому, що в певній ділянці біосфери з подібними фізико-кліматичними умовами існує угруповання популяцій різних видів, пов'язаних між собою иланцюгами живлення та іншими типами взаємозв'язків (біогеоценози).
Біосферний рівень. Біосфера — це частина оболонок планети (літо-,гідро-та атмосфери), населена живими організмами. Вона є єдиною глобальною екосистемою і має свої закономірності структури і функціонування, які відрізняють її від інших рівнів організації живого.

Структурно-функціональна організація еукаріотичної клітини

Клітина – це структурно-функціональна одинииця живих организмів.
Клітини складаються з плазматичної мембрани, цитоплазми, ядра та органел. Клітинні органели поділяють на немембранні та мембранні, які мають дві чи одну мембрану.
Термін “клітина” ввів Р. Гук у 1665 р.

До одномембранних органел належить:
1) ендоплазматична сітка:
- шорстка (гранулярна);
- гладенька (агранулярна)
2) комплекс Гольджі;
3) лізосоми;
4) вакуолі.
До двомембранних:
1) ядро;
2) мітохондрії;
3) пластиди.
А до немембранних:
1) рибосоми;
2) центріолі;
3) мікротрубочки;
4) мікрофіламенти

Життєвий цикл клітин. Механізм поділу клітин. Мітоз. Порушення мітозу. Соматичні мутації. Біологічне значення мітозу

Життєвий цикл клітини – це життя клітини з моменту її появи до моменту гибелі.

Клітинний цикл складається з двох етапів:
1. Інтерфаза – підготовка до поділу
2. Мітоз - поділ
Інтерфаза поділяється на три періоди:
1. G1/Пресинтетичний – синтез речовин необхідних при диференціації.
2. S/Синтетичний – синтез ДНК – реплікація ДНК і подвоєння хромосом; синтез основних білків.
3. G2/Постсинтетичний – синтез білків метотичного апарату (центросоми); синтез РНК; накопичення АТФ.
Клітина, готова до поділу, вступає в мітоз

Мітоз (каріокінез, непрямий поділ)
Його вперше описав в 1874 р. у рослин російський ботанік І.Д. Чистяков, у тварин у 1878 н. – український гістолог П.І .Перемежко.
Виділяють чотири фази мітозу:
* Профаза
* Метафаза
*Анафаза
*Телофаза

I. Профаза . Спіралізація хромосом, зникає ядерна оболонка.
II. Метафаза починається рухом хромосом до екватора клітини (метакінез). Хромосоми розміщені у центрі, утримані нитями веретена поділу, які відходять від центриолі центросоми до центромери хромосоми.
III. Анафаза – нитки веретена, скорочуючись, відтягують до полюсів за половинки центромер хроматиди хромосом
IV. Телофаза – хромосоми деспіралізуються, навколо них формується ядерна оболонка; з’являються ядерця; поділ цитоплазми (цитокінез). Утворення двох дочірніх клітин, у кожній з них 2n хромосом і 2с ДНК.

Порушення мітозу
Порушення мітозу призводить до появи поліплоїдів. Цей термін запропонував у 1916 р. Г.Венклер, який розумів під поліплоїдією змінену кількість хромосом.
Анеуплоїди – це поліплоїди, диплоїдні клітини яких мають в основному наборі збільшену або зменшену кількість хромосом на одну або декілька. Моносоміки – анеуплоїди, у яких з пари гомологічних хромосом недостатня одна з гомологічних хромосом будь-якої пари (2n-1).
Трисоміки – одна гомологічна пара має три хромосоми (2n+1).
Амітоз – прямий поділ. Утворення багатоядерних клітин. Показник патології, переродження клітин у ракові.

Приклади життєздатних анеуплоїдій у людини
Синдром Дауна - у 94% випадків трисомія 21-ї пари.
Синдром Патау - трисомія 13-ї пари хромосом.

Синдром Шерешевського-Тернера – моносомія 23-ї пари хромосом

Біологічне значення мітозу.
Мітоз забезпечує точний і рівномірний розподіл хромосом між двома дочірними клітинами. Кожна з них одержує стільки хромосом, скільки їх мала материнська.
Дочірні клітини генетично ідентичні материнській, ідентичні вони і між собою.
Мітоз підтримує сталість числа хромосом у соматичних клітинах і наступність їх у ряді клітинних поколінь. Завдяки мітозу збільшується кількість клітин в організмі, відбувається ріст, регенерація, а в багатьох видів він є формою безстатевого розмноження і веде до збільшення їхньої чисельності (найпростіші).

Характеристика та біологічне значення мейозу.

Мейоз – тип клітинного поділу, який зменшує число хромосом у два рази (2n – n), тому цей поділ називається редукційним (лат. reductio – зменшення). У мейозі з однієї диплоїдної клітини утворюються чотири гаплоїдні.
Відбувається при гаметогенезі на стадії дозрівання гамет і при спорогенезі у рослин.
Складається з двох послідовних поділів: першого мейотичного (редукційний) і другого мейотичного (зрівняльний) – практично як мітоз.

Профаза I мейотичного редукційного поділу має п’ять стадій:
- Лептонема (ядро збільшується, хромосоми двохроматидні і мають вигляд тонких деспіралізованих ниток).
- Зигонема (парні гомологічні хромосоми наближуються і всіма ділнками зливаються. Злиття двох гомологічних хромосом називають кон’югацією).
- Пахінема (біваленти вкорочуються і стовщуються. На цій стадії між ідентичними ділянками гомологічної пари хромосом відбувається перехрест і обмін – кросинговер).
- Диплонема (продовжується вкорочення і стовщення, яке призводить до відштовхування сестринських хроматид).
- Діакінез (хромосоми спіралізовані , оболонка ядра руйнується, починається наступна фаза).
Метафаза I: гомологічні хромосоми розташовані попарно і екваторіальній площині клітин. Кожна хромосома двохроматидна.
Анафаза I: з кожної пари гомологічних хромосом до протилежних полюсів розходиться по одній хромосомі. Так відбувається репродукція (зменшення вдвічі) кількості хромосом.
Телофаза I: навколо хромосом на полюсах клітини формується ядерна оболонка, потім відбувається цитокінез. Кожна з двох дочірніх клітин має гаплоїдний набір хромосом (n) та подвоєну кількість ДНК.

Другий мейотичний поділ подібний до мітозу. Профаза II супроводжується: спіралізацією двохроматидних хромосом, руйнацією ядерної оболонки і зникненням ядерця, формуванням ахроматинового веретену поділу. Метафаза II характеризується наявністю сформованого веретена поділу; центромери хромосом розміщуються в один ряд по екватору. До хромосом приєднуються нитки ахроматинового веретена. Анафаза II супроводжується поділом центромер кожної хромосоми і розходженням хроматид до полюсів клітин. Телофаза II характеризується деспіралізацією хромосом, розчиненням веретена поділу і формуванням ядерця та ядерної оболонки. Потім відбувається цитокінез.

Біологічне значення мейозу.
1. Мейоз підтримує з покоління в покоління постійне число хромосом виду, яке дорівнює диплоїдному, шляхом зменшення в два рази числа хромосом у гаметах.
2. Мейоз забезпечує генетичну неоднорідність гамет. Механізмів цього забезпечення – два: 1) кросинговер в профазі I обумовлює нові комбінації алелей. 2) внаслідок незалежного розходження негомологічних хромосом в анафазі I виникають різні комбінації батьківських і материнських хромосом у гаметах.

Порівняльна таблиця сперматогенезу та овогенезу

Порівняльна таблиця

КЛІТИНИ В СПЕРМАТОГЕНЕЗІ

п