10 класс. Биология. Строение клетки. Клеточная мембрана. Ядро

Комментарии преподавателя

 1. Ядро клетки: общие понятия

Ядро необ­хо­ди­мо для жиз­не­де­я­тель­но­сти клет­ки, оно ре­гу­ли­ру­ет её ак­тив­ность. Это свя­за­но с тем, что в ядре со­дер­жит­ся ге­не­ти­че­ская ин­фор­ма­ция в виде мо­ле­ку­лы ДНК (рис. 1). В ядре ло­ка­ли­зо­ва­но более 90% кле­точ­ной ДНК.

Рис. 1. На­след­ствен­ная ин­фор­ма­ция клет­ки: ядро, со­дер­жа­щее хро­ма­тин, хро­ма­тин, су­пер­спи­ра­ли­зо­ван­ный в хро­мо­со­му и уча­сток ДНК (вхо­дя­щей в со­став хро­ма­ти­на), со­дер­жа­щий зна­ча­щую по­сле­до­ва­тель­ность нук­лео­ти­дов

Ядро имеет ша­ро­вид­ную форму диа­мет­ром около 10 мик­рон (рис. 2).

Рис. 2. Ядро: раз­ме­ры и стро­е­ние

Ядро со­сто­ит из ядер­ной обо­лоч­ки, нук­лео­плаз­мы или ядер­но­го сока, в ко­то­ром рас­по­ла­га­ет­ся хро­ма­тин, и од­но­го или несколь­ких яд­ры­шек (рис. 2).

В све­то­вом мик­ро­ско­пе обо­лоч­ка, окру­жа­ю­щая ядро, пред­став­ля­ет­ся оди­нар­ной, по­это­му её в свое время на­зва­ли ядер­ной мем­бра­ной. Позже, од­на­ко, вы­яс­ни­лось, что эта ядер­ная обо­лоч­ка со­сто­ит из двух мем­бран. На­руж­ная пе­ре­хо­дит непо­сред­ствен­но в ЭПС (рис. 3), и, по­доб­но ЭПС, может быть усе­я­на ри­бо­со­ма­ми, в ко­то­рых идет син­тез белка. Ядер­ная обо­лоч­ка про­ни­за­на ядер­ны­ми по­ра­ми, через них про­ис­хо­дит обмен раз­лич­ны­ми ве­ще­ства­ми между ядром и ци­то­плаз­мой, на­при­мер, выход в ци­то­плаз­му мРНК, ри­бо­сом­ных суб­ча­стиц, или по­ступ­ле­ние в ядро ри­бо­сом­ных бел­ков, нук­лео­ти­дов и мо­ле­кул, ре­гу­ли­ру­ю­щих ак­тив­ность ДНК.

Рис. 3. По­ло­же­ние ядра в клет­ке

Поры имеют опре­де­лен­ную струк­ту­ру, пред­став­ля­ю­щую собой ре­зуль­тат сли­я­ния на­руж­ной и внут­рен­ней мем­бран ядер­ной обо­лоч­ки. Со­дер­жи­мое ядра пред­став­ля­ет собой ге­ле­об­раз­ный мат­рикс, это нук­лео­плаз­ма или ядер­ный сок. В ядер­ном соке рас­по­ла­га­ет­ся хро­ма­тин и одно, или несколь­ко яд­ры­шек. В нук­лео­плаз­ме также рас­по­ла­га­ют­ся раз­лич­ные ионы, белки – фер­мен­ты и нук­лео­ти­ды.

Хро­ма­тин со­сто­ит из мно­гих вит­ков ДНК, при­со­еди­нён­ных к бел­кам ос­нов­ной при­ро­ды – ги­сто­нам. Ги­сто­ны и белки объ­еди­не­ны в струк­ту­ру, по виду на­по­ми­на­ю­щую бу­си­ны, их на­зы­ва­ют нук­ле­осо­ма­ми. Перед де­ле­ни­ем клет­ки ДНК плот­но скру­чи­ва­ют­ся, об­ра­зуя хро­мо­со­мы. Во время ме­та­фа­зы под мик­ро­ско­пом хро­мо­со­мы вы­гля­дят, как удли­нён­ные па­лоч­ко­вид­ные тель­ца, со­сто­я­щие из двух плеч, ко­то­рые раз­де­ле­ны между собой цен­тро­ме­рой. Если рас­смот­реть со­дер­жи­мое кле­точ­но­го ядра в про­ме­жут­ке между де­ле­ни­я­ми в ин­тер­фа­зе, то ока­жет­ся, что нити хро­ма­тин скру­че­ны, так как толь­ко в таком со­сто­я­нии могут функ­ци­о­ни­ро­вать гены, участ­ки мо­ле­ку­лы ДНК ко­то­рых от­вет­ствен­ны за син­тез того или иного белка.(Видео).

Яд­рыш­ки внут­ри ядра – хо­ро­шо за­мет­ная струк­ту­ра. В них про­ис­хо­дит син­тез рРНК и сбор­ка субъ­еди­ниц ри­бо­сом, ко­то­рые затем вы­хо­дят через ядер­ные поры в ци­то­плаз­му, и фор­ми­ру­ют уже зре­лые ри­бо­со­мы, на ко­то­рых про­ис­хо­дит син­тез белка (рис. 4)

Рис. 4. Яд­рыш­ко – место тран­скрип­ции – этапа ре­а­ли­за­ции на­след­ствен­ной ин­фор­ма­ции в ядре

 2. Кариотип

Хро­мо­сом­ный набор на­зы­ва­ет­ся ка­ри­о­ти­пом (рис. 5).

Рис. 5. Ка­ри­о­тип че­ло­ве­ка – муж­чи­ны (в пра­вом ниж­нем углу хро­мо­со­мы ХУ) – фо­то­гра­фии ана­фаз­ных хро­мо­сом

Ка­ри­о­тип – это набор хро­мо­сом, со­дер­жа­щий­ся в клет­ках тела, ха­рак­тер­ный для ка­ко­го-ли­бо вида живых су­ществ. Ка­ри­о­тип непо­вто­рим. Даже если число хро­мо­сом в клет­ках ка­ких-то двух видов будет оди­на­ко­вым, на­при­мер, у кар­то­фе­ля и шим­пан­зе по 48 хро­мо­сом в клет­ке, то их форма и стро­е­ние все равно будет раз­лич­ны­ми.

В любом мно­го­кле­точ­ном ор­га­низ­ме су­ще­ству­ет два типа кле­ток, а имен­но по­ло­вые и со­ма­ти­че­ские клет­ки (Схема 1).

Схема 1.

Клет­ки тка­ней лю­бо­го мно­го­кле­точ­но­го ор­га­низ­ма на­зы­ва­ют­ся со­ма­ти­че­ски­ми. Ядра таких кле­ток со­дер­жат ди­пло­ид­ный пол­ный или двой­ной набор хро­мо­сом (рис. 6), ко­то­рый обо­зна­ча­ет­ся 2n.

Рис. 6. Ка­ри­о­тип ди­пло­ид­ных и га­п­ло­ид­ных кле­ток

Ис­ход­но одна по­ло­ви­на до­ста­ет­ся от ма­те­рин­ской яй­це­клет­ки, а вто­рая – от от­цов­ско­го спер­ма­то­зо­и­да. Пар­ные (оди­на­ко­вые по ве­ли­чине, форме и стро­е­нию) хро­мо­со­мы по­лу­чи­ли на­зва­ние го­мо­ло­гич­ных хро­мо­сом (рис. 7).

Рис. 7. Вос­ста­нов­ле­ние ди­пло­ид­но­го на­бо­ра хро­мо­сом при сли­я­нии гамет

Ис­клю­че­ние со­став­ля­ют по­ло­вые хро­мо­со­мы (рис. 8), на­при­мер, у всех мле­ко­пи­та­ю­щих – это X, до­став­ша­я­ся от ма­те­ри, и одна из двух X или Y, до­став­ша­я­ся от отца.

Рис. 8. По­ло­вые хро­мо­со­мы и на­сле­до­ва­ние пола

При об­ра­зо­ва­нии по­ло­вых кле­ток в каж­дую по­па­да­ет одна хро­мо­со­ма из пары го­мо­ло­гич­ных. То есть, если у че­ло­ве­ка в со­ма­ти­че­ских клет­ках со­дер­жит­ся 46 хро­мо­сом, то в по­ло­вых клет­ках – 23 хро­мо­со­мы. Ди­пло­ид­ный набор вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся при опло­до­тво­ре­нии.

Не су­ще­ству­ет за­ви­си­мо­сти между ко­ли­че­ством хро­мо­сом и уров­нем ор­га­ни­за­ции дан­но­го ор­га­низ­ма. Неко­то­рые при­ми­тив­ные ор­га­низ­мы могут иметь боль­шее ко­ли­че­ство хро­мо­сом (см. видео). У ка­на­рей­ки 80 хро­мо­сом, у ку­ри­цы 78, у хвоща 216, а вот у че­ло­ве­ка всего 46 хро­мо­сом.

 3. Функции ядра

Да­вай­те оха­рак­те­ри­зу­ем функ­ции ядра.

Во-пер­вых, это хра­не­ние и пе­ре­да­ча на­след­ствен­ной ин­фор­ма­ции, по­сколь­ку в ядре со­дер­жит­ся мо­ле­ку­ла ДНК.

Во-вто­рых, это ре­а­ли­за­ция на­след­ствен­ной ин­фор­ма­ции, свя­зан­ная с уча­сти­ем в син­те­зе белка.

 4. Ведущая роль ядра в наследственности

В ядре клет­ки на­хо­дят­ся хро­мо­со­мы, ко­то­рые со­дер­жат мо­ле­ку­лу ДНК – хра­ни­ли­ще на­след­ствен­ной ин­фор­ма­ции, по­это­му ядро иг­ра­ет ве­ду­щую роль в на­след­ствен­но­сти. Дан­ное важ­ное по­ло­же­ние до­ка­за­но рядом точ­ных опы­тов.

При­ве­дем один из них. В Сре­ди­зем­ном море оби­та­ет несколь­ко видов од­но­кле­точ­ных зе­ле­ных во­до­рос­лей – аце­та­бу­ля­рий. Они со­сто­ят из тон­ких сте­бель­ков, на верх­них кон­цах ко­то­рых рас­по­ла­га­ют­ся шляп­ки. По форме шля­пок раз­ли­ча­ют виды аце­та­бу­ля­рий (см. видео). В ниж­нем конце сте­бель­ка аце­та­бу­ля­рии на­хо­дит­ся ядро.

У аце­та­бу­ля­рии од­но­го вида ис­кус­ствен­но уда­ли­ли шляп­ку и ядро, а к сте­бель­ку под­са­ди­ли ядро, из­вле­чен­ное из аце­та­бу­ля­рии дру­го­го вида (Рис. 9).

Рис. 9. По­сле­до­ва­тель­ность опы­тов с аце­та­бу­ля­ри­ей, ко­то­рые до­ка­зы­ва­ют функ­ци­о­наль­ное зна­че­ние ядра

Через неко­то­рое время на во­до­рос­ли с под­са­жен­ным ядром об­ра­зо­ва­лась шляп­ка, ха­рак­тер­ная для того вида, ко­то­ро­му при­над­ле­жа­ло пе­ре­са­жен­ное ядро.

Таким об­ра­зом, имен­но в ядре со­дер­жит­ся на­след­ствен­ная ин­фор­ма­ция, ко­то­рая опре­де­ля­ет при­зна­ки и свой­ства дан­но­го ор­га­низ­ма.

 5. Синдром Дауна

Дан­ное яв­ле­ние пред­став­ля­ет собой одну из форм хро­мо­сом­ной па­то­ло­гии, при ко­то­рой ка­ри­о­тип че­ло­ве­ка со­став­ля­ет не 46 хро­мо­сом, а 47 (рис. 10).

Рис. 10. Ка­ри­о­тип муж­чи­ны с син­дро­мом Дауна – три­со­ми­ей 21 хро­мо­со­мы

Таким за­бо­ле­ва­ни­ем стра­да­ют как маль­чи­ки, так и де­воч­ки. Дан­ный син­дром был на­зван в честь ан­глий­ско­го врача Дж. Дауна (рис. 11). Имен­но он стал пер­вым че­ло­ве­ком, ко­то­рый смог опи­сать дан­ную па­то­ло­гию.

Рис. 11

Это до­ста­точ­но рас­про­стра­нён­ная врож­ден­ная па­то­ло­гия на се­го­дняш­ний день. В первую оче­редь, она свя­за­на с воз­рас­том ма­те­ри. После 35 лет уве­ли­чи­ва­ет­ся риск по­яв­ле­ния имен­но детей с син­дро­мом Дауна.

У детей с син­дро­мом Дауна череп круг­лой формы, раз­рез глаз косой, за­ты­лок ско­шен (см. видео). Под­рас­тая, дети с син­дро­мом Дауна ста­но­вят­ся при­зе­ми­сты­ми. Руки, ноги у них ко­ро­че, чем у обыч­ных людей.

Кроме этого, дети с син­дро­мом Дауна склон­ны к из­бы­точ­но­му весу. Если го­во­рить о пси­хи­че­ском раз­ви­тии, то, как пра­ви­ло, они от­ста­ют в пси­хи­че­ском раз­ви­тии и раз­ви­ва­ют­ся как бы в за­мед­лен­ной съем­ке. То есть они, в прин­ци­пе, могут осво­ить школь­ную про­грам­му до 4 клас­са, но осва­и­ва­ют её в те­че­ние 8 – 10 лет.

Как пра­ви­ло, у боль­шин­ства взрос­лых боль­ных на­блю­да­ют­ся те или иные при­зна­ки ум­ствен­ной от­ста­ло­сти. Ко­неч­но, мно­гое за­ви­сит от тя­же­сти за­бо­ле­ва­ния, мно­гие боль­ные за­ни­ма­ют­ся твор­че­ством, и даже пишут книги (рис. 12).

Рис. 12. Люди, стра­да­ю­щие син­дро­мом Дауна, спо­соб­ны к нор­маль­ной адап­та­ции в об­ще­стве

Ле­че­ние детей с син­дро­мом Дауна – это те­ра­пия с при­ме­не­ни­ем ви­та­ми­нов, а также ле­кар­ствен­ных пре­па­ра­тов, уско­ря­ю­щих пси­хи­че­ское раз­ви­тие, за­ня­тия с гра­мот­ны­ми пе­да­го­га­ми и ло­го­пе­да­ми (см. видео).

Также ре­бен­ку необ­хо­ди­мо по­мочь сфор­ми­ро­вать все ос­нов­ные на­вы­ки, а имен­но: речь, мо­то­ри­ку, слух и зре­ние.

 6. Клонирование

Кло­ни­ро­ва­ние яв­ля­ет­ся вос­про­из­ве­де­ни­ем того или иного объ­ек­та в ка­ком-то ко­ли­че­стве копий. Есте­ствен­но, копии долж­ны со­дер­жать иден­тич­ный набор ге­не­ти­че­ско­го ма­те­ри­а­ла, то есть оди­на­ко­вое ко­ли­че­ство на­след­ствен­ных фор­ма­ций. Если го­во­рить о кло­ни­ро­ва­нии, то пер­вые ра­бо­ты по кло­ни­ро­ва­нию были осу­ществ­ле­ны в 40-х годах XX века, в Рос­сии. Их осу­ще­ствил рус­ский эм­брио­лог Ге­ор­гий Вик­то­ро­вич Ло­па­шов (Рис. 13).

Рис. 13

Он раз­ра­бо­тал эф­фек­тив­ный метод пе­ре­сад­ки ядра в яй­це­клет­ку ля­гуш­ки. В ав­гу­сте 1948 года уче­ный на­пи­сал ста­тью и по­слал её в жур­нал общей био­ло­гии, но, к со­жа­ле­нию, в то же время со­сто­я­лась всем из­вест­ная пе­чаль­ная сес­сия ВАСХНИЛ, на ко­то­рой были утвер­жде­ны идеи Лы­сен­ко, и ста­тью, ко­то­рую уже при­ня­ли к на­бо­ру, от­кло­ни­ли. О ра­бо­те Ло­па­шо­ва за­бы­ли, а в 50-е годы аме­ри­кан­ские эм­брио­ло­ги Бриггс и Кинг осу­ще­стви­ли ана­ло­гич­ные опыты, и при­о­ри­тет от­кры­тия до­стал­ся им. В даль­ней­шем ис­сле­до­ва­тель Гор­дон (Рис. 14) усо­вер­шен­ство­вал ме­то­ди­ку уда­ле­ния из яй­це­клет­ки ядра и по­ме­ще­ния туда ядра из дру­гих спе­ци­а­ли­зи­ро­ван­ных кле­ток.

Рис. 14

Он начал пе­ре­са­жи­вать ядра из кле­ток взрос­ло­го ор­га­низ­ма, в част­но­сти, из эпи­те­лия ки­шеч­ни­ка. Гор­дон до­бил­ся того, что яй­це­клет­ка с чужим ядром раз­ви­ва­лась до до­ста­точ­но позд­них ста­дий (рис. 15).

Рис. 15. Схема кло­ни­ро­ва­ния ля­гуш­ки путем пе­ре­сад­ки ядра одной ля­гуш­ки в яй­це­клет­ку дру­гой

В его экс­пе­ри­мен­тах до 1-2% осо­бей про­хо­ди­ли ста­дию ме­та­мор­фо­за и пре­вра­ща­лись во взрос­лых ля­гу­шек.

Од­на­ко дол­гое время все по­пыт­ки при­ме­нить вы­ше­опи­сан­ный метод для кло­ни­ро­ва­ния мле­ко­пи­та­ю­щих были без­успеш­ны­ми. И толь­ко в 1997 году было опуб­ли­ко­ва­но со­об­ще­ние, в ко­то­ром со­труд­ни­ки Рос­лин­ско­го ин­сти­ту­та (Шот­лан­дия) под ру­ко­вод­ством Яна Виль­му­та кло­ни­ро­ва­ли мле­ко­пи­та­ю­щее – овеч­ку Долли.

Суть ис­поль­зо­ван­но­го ме­то­да за­клю­ча­лась в сле­ду­ю­щем. Яй­це­клет­ки из­вле­ка­ли из овец по­ро­ды «шот­ланд­ская чер­но­мор­дая», по­ме­ща­ли в ис­кус­ствен­ную пи­та­тель­ную среду с до­бав­ле­ни­ем те­ля­чьей сы­во­рот­ки при 37OC и про­ве­ли опе­ра­цию энукле­а­ции (уда­ле­ние соб­ствен­но­го ядра). После этого воз­ник­ла за­да­ча обес­пе­че­ния яй­це­клет­ки ге­не­ти­че­ской ин­фор­ма­ци­ей от ор­га­низ­ма, ко­то­рый над­ле­жа­ло кло­ни­ро­вать. Для до­сти­же­ния этой цели ис­поль­зо­ва­ли раз­ные клет­ки до­но­ра, но наи­бо­лее удоб­ны­ми ока­за­лись ди­пло­ид­ные клет­ки мо­лоч­ной же­ле­зы взрос­лой бе­ре­мен­ной овцы по­ро­ды фин-дор­сет. Эти клет­ки сли­ва­ли с яй­це­клет­кой, ли­шен­ной ядра. Яй­це­клет­ку затем ак­ти­ви­ро­ва­ли к раз­ви­тию по­сред­ством элек­три­че­ско­го удара. Раз­ви­ва­ю­щий­ся за­ро­дыш по­ме­ща­ли в матку при­ем­ной ма­те­ри, где он раз­ви­вал­ся до сво­е­го рож­де­ния (рис. 16).

Рис. 16. Схема кло­ни­ро­ва­ния овцы

В даль­ней­шем были про­ве­де­ны успеш­ные экс­пе­ри­мен­ты по кло­ни­ро­ва­нию раз­лич­ных мле­ко­пи­та­ю­щих. Кло­ни­ро­ва­ли не толь­ко ма­лень­ких мле­ко­пи­та­ю­щих, таких как мышь, но и коз, сви­ней, коров. Надо ска­зать, что ме­то­ди­ка кло­ни­ро­ва­ния на­хо­дит­ся еще в ста­дии раз­ра­бот­ки, так как боль­шое ко­ли­че­ство кло­ни­ро­ван­ных жи­вот­ных живут с раз­лич­ны­ми па­то­ло­ги­я­ми или урод­ства­ми.

источник конспекта - http://interneturok.ru/ru/school/biology/10-klass/bosnovy-citologii-b/stroenie-kletki-kletochnaya-membrana-yadro

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=oHIwu0ZUgu0

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=v2v0nhvT9LA

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=XFqVuhv44e4

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=TwBESefQqXk

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=w2DngdWkz3A

источник презентации - http://www.myshared.ru/slide/download/

Файлы