Жасушалық айналым. Жасушалық биология

Тақырыпты талдау

Тарихы және жасуша теориясы

Р. Гук (1665) тоз ұяшықтарын көріп, оларды жасушалар деп атады; А. ван Левенгук (XVII ғасыр) бактериялар мен біржасушалыларды алғаш бақылады; Р. Броун (1831) ядроны сипаттады.

Жасуша теориясы (Шлейден мен Шванн, 1838–1839; Вирховтың толықтыруы, 1855): жасуша — барлық ағзалардың құрылысы мен дамуының негізгі бірлігі; барлық ағзалардың жасушалары құрылысы мен химиялық құрамы бойынша ұқсас; жаңа жасушалар тек бастапқы жасушалардың бөлінуі арқылы түзіледі.

Прокариоттар мен эукариоттар

Прокариоттар (бактериялар, цианобактериялар, археялар): ядросы жоқ — сақиналы ДНҚ (нуклеоид) цитоплазмада жатады; жарғақшалы органоидтары жоқ; рибосомалары ұсақ (70S); жасуша қабырғасы муреиннен; плазмидалары мен талшықтары болады.

Эукариоттар (протистер, саңырауқұлақтар, өсімдіктер, жануарлар): ядро қабықшасы бар ядро, сызықты хромосомалар, жарғақшалы органоидтар, 80S рибосомалар.

Өсімдік жасушасы жануар жасушасынан ерекшеленеді: целлюлозадан тұратын жасуша қабырғасы, пластидтер, жасуша шырыны бар ірі орталық вакуоль, крахмал жинайды, әдетте центриольдері жоқ. Жануар жасушасы: қабырғасы жоқ, центриольдері бар жасуша орталығы бар, гликоген жинайды.

Органоидтар

Ядро: тұқым қуалау ақпаратын (хромосомаларды) сақтайды, жасушаны басқарады; ядрошық рибосома суббірліктерін түзеді.

Митохондриялар (қос жарғақшалы, ішкі жарғақшасы кристалар түзеді): жасушалық тыныс алу және АТФ синтезі — «энергия станциялары». Өз сақиналы ДНҚ-сы мен рибосомалары бар.

Пластидтер (қос жарғақшалы, тек өсімдіктерде): хлоропластар — фотосинтез; хромопластар — гүлдер мен жемістердің түсі; лейкопластар — крахмал қоры. Олардың да өз ДНҚ-сы бар.

Эндоплазмалық тор (ЭПТ): бұдырлы (рибосомалары бар) — ақуыз синтезі; тегіс — липидтер мен көмірсулар синтезі, улы заттарды залалсыздандыру.

Гольджи кешені: заттарды жинау, орау және жасушадан шығару, лизосомалардың түзілуі.

Лизосомалар: ферменттері бар көпіршіктер, сіңірілген бөлшектер мен ескірген органоидтарды қорытады.

Рибосомалар (жарғақшасыз, рРНҚ мен ақуыздан тұратын екі суббірлік): ақуыз синтезі. Жасуша орталығы (центриольдер) — бөліну ұршығын түзеді. Вакуольдер — заттар мен су қоры, тургор.

Жарғақша және зат тасымалы

Плазмалық жарғақша — ендірілген ақуыздары бар қос фосфолипид қабаты (сұйық-мозаикалық модель). Қасиеті — талғамды өткізгіштік.

Енжар тасымал (энергия жұмсалмайды, концентрация градиенті бойынша): қарапайым диффузия (O₂, CO₂), арна-ақуыздар арқылы жеңілдетілген диффузия (глюкоза), осмос (су).

Белсенді тасымал (АТФ жұмсалады, градиентке қарсы): натрий-калий сорғысы.

Эндоцитоз — ірі бөлшектерді (фагоцитоз) және сұйықтықты (пиноцитоз) сіңіру; экзоцитоз — заттарды шығару.

Іс жүзіндегі осмос: гипертониялық ерітіндіде өсімдік жасушасы су жоғалтады (плазмолиз), гипотониялық ерітіндіде ісінеді; таза суда эритроцит жарылады (гемолиз). Физиологиялық ерітінді — 0,9 % NaCl.

Жасушалық цикл және интерфаза

Жасушалық цикл — жасушаның бөлінуден бөлінуге дейінгі тіршілігі: интерфаза (уақыттың ≈ 90 %-ы) және митоз.

G₁ — жасушаның өсуі, ақуыздар мен РНҚ синтезі, жиынтығы 2n2c. S — ДНҚ-ның екі еселенуі (репликация): әр хромосома енді екі хроматидтен тұрады, 2n4c. G₂ — бөлінуге дайындық, АТФ пен ұршық ақуыздарының синтезі.

Жасушалық циклдің бақылауы бұзылса, бақылаусыз бөліну — ісіктер пайда болады.

Митоз

Профаза: хромосомалар спиральданып, көрінеді, ядро қабықшасы мен ядрошық жойылады, бөліну ұршығы түзіледі. (2n4c)

Метафаза: хромосомалар жасуша экваторына тізіледі (метафазалық пластинка) — бұл кезде оларды санау ыңғайлы. (2n4c)

Анафаза: центромералар бөлініп, апалы-сіңлілі хроматидтер полюстерге ажырайды да, дербес хромосомаларға айналады. (жасушада 4n4c)

Телофаза: екі ядро түзіледі, хромосомалар деспиральданады, цитоплазма бөлінеді (цитокинез). Әр еншілес жасуша — 2n2c.

Маңызы: ағзаның өсуі, регенерация, жыныссыз көбею; еншілес жасушалардың генетикалық бірдейлігі.

Мейоз

Қатар жүретін екі бөліну, ДНҚ тек біріншісінің алдында екі еселенеді.

I мейоз (редукциялық): I профазада гомологты хромосомалар жақындасып (конъюгация), бөліктермен алмасады (кроссинговер); I метафазада экваторға гомологтар жұптары тізіледі; I анафазада полюстерге тұтас гомологты хромосомалар ажырайды. Нәтижесі: n2c болатын 2 жасуша.

II мейоз (эквациялық, митоз сияқты): апалы-сіңлілі хроматидтер ажырайды. Нәтижесі: nc болатын 4 жасуша.

Маңызы: гаметалар мен споралардың түзілуі, ұрпақтарда хромосомалар санының тұрақтылығы, комбинативтік өзгергіштік (кроссинговер және хромосомалардың тәуелсіз ажырауы).

Хромосомалар жиынтығы

Соматикалық жасушалар — диплоидты (2n), гаметалар — гаплоидты (n). Адамда 2n = 46 (22 жұп аутосома + XX немесе XY жыныс хромосомалары), гаметада n = 23.

2n мысалдары: дрозофила 8, бұршақ 14, жүгері 20, ит 78, жұмсақ бидай 42.

Кариотип — түрге тән жасушаның хромосомалар жиынтығы (саны, мөлшері, пішіні).

Өсімдіктер мен жануарлардың ұлпалары 8 сынып

Өсімдіктер: түзуші (меристема), жабын (қабық, тоз), өткізгіш (ксилема, флоэма), механикалық, негізгі (фотосинтездеуші, қор жинаушы).

Жануарлар: эпителий (жабындар, бездер), дәнекер (сүйек, шеміршек, қан, май), бұлшықет, жүйке.

Үлкейту және жасуша өлшемдері 9 сынып

Үлкейту $=\dfrac{\text{кескін өлшемі}}{\text{нақты өлшем}}$. Бірліктерді аудару: 1 мм = 1000 мкм, 1 мкм = 1000 нм. Әдеттегі өлшемдер: бактерия 1–5 мкм, эритроцит ~7 мкм, жануар жасушасы 10–30 мкм, вирус 20–300 нм.

Өсімдік пен жануар жасушасы 7–8 сынып

Өсімдік жасушасында целлюлозадан тұратын жасуша қабырғасы, пластидтер, үлкен орталық вакуоль бар; қор көмірсуы — крахмал. Жануар жасушасында жасуша қабырғасы жоқ, центриольдер бар; қор көмірсуы — гликоген. Саңырауқұлақтарда жасуша қабырғасы хитиннен тұрады.

Электрондық микроскоппен көрінетін органоидтар 10 сынып

Жарық микроскобы (үлкейтуі ≈ ×1500-ге дейін, ажырату қабілеті ≈ 0,2 мкм) ядроны, жасуша қабырғасын, вакуольді, хлоропластарды көрсетеді. Электрондық микроскоп (жүздеген мың есеге дейін үлкейтеді, ажырату қабілеті шамамен 1 нм) митохондрия кристаларын, хлоропласт граналарын, ЭПТ-ны, рибосомаларды, Гольджи кешенін көрсетеді. Бірақ электрондық микроскопта тек арнайы өңделген өлі жасушаларды зерттейді.

Жарғақшалары бойынша органоидтар үш топқа бөлінеді. Қос жарғақшалы: ядро, митохондриялар, пластидтер; митохондриялар мен пластидтердің өз сақиналы ДНҚ-сы және 70S рибосомалары бар — олардың симбионт бактериялардан шыққанының дәлелі (симбиогенез теориясы). Бір жарғақшалы: ЭПТ, Гольджи кешені, лизосомалар, вакуольдер. Жарғақшасыз: рибосомалар, жасуша орталығы, цитоқаңқа (микротүтікшелер, микрофиламенттер), кірпікшелер мен талшықтар.

Органоидтар конвейер сияқты жұмыс істейді: ақуыз бұдырлы ЭПТ рибосомаларында синтезделеді → оның өзекшелері арқылы Гольджи кешеніне түседі → көпіршіктерге оралады → экзоцитозбен шығарылады (ұйқы безінің ферменттері, антиденелер). Сондықтан «экспорттаушы» жасушаларда бұдырлы ЭПТ көп және Гольджи кешені ірі, ал бұлшықет жасушалары мен сперматозоидтарда митохондриялар көп.

Жарғақша: құрылысы және өткізгіштігі 10 сынып

Фосфолипид молекуласының гидрофильді «басы» және екі гидрофобты «құйрығы» бар. Суда фосфолипидтер өздігінен қос қабатқа жиналады: бастары сыртқа, құйрықтары ішке. Молекулалар қабатта қозғалады, сондықтан жарғақша «сұйық», ал ақуыздар оған мозаика сияқты ендірілген (Сингер–Николсон моделі, 1972). Жануар жасушаларының жарғақшаларындағы холестерин олардың аққыштығын реттейді.

Жарғақша ақуыздары: арналар мен тасымалдаушылар (тасымал), рецепторлар (гормондарды таниды), ферменттер. Жануар жасушаларының сыртында гликокаликс бар — ақуыздармен және липидтермен байланысқан көмірсу тізбектері; ол жасушалардың бірін-бірі тануына және жасушааралық байланыстарға жауап береді. Липид қабаты арқылы ұсақ және полюссіз молекулалар (O₂, CO₂, майда еритін заттар) оңай өтеді, ал иондар мен глюкоза тек ақуыздардың көмегімен өтеді.

Қызылшамен тәжірибе: тамыржемістің кесектерін жуып, әртүрлі температурадағы суда ұстайды. Қызыл пигмент вакуольдерде болады; ≈ 50–60 °C-тан жоғары қыздырғанда жарғақша ақуыздары денатурацияланып, липид қабаты бұзылады — пигмент шығып, су қаттырақ боялады. Жарғақшаны спирт пен жуғыш заттар да осылай бұзады. Боялу қарқындылығын колориметрмен өлшейді.

Митоз бен мейозды салыстыру 9 сынып

Митоз: бір бөліну; бір 2n жасушадан генетикалық бірдей екі 2n жасуша. Соматикалық жасушаларда жүреді; өсуді, регенерацияны, жыныссыз көбеюді қамтамасыз етеді. Конъюгация мен кроссинговер жоқ; метафазада экваторда жеке хромосомалар тұрады.

Мейоз: қатар жүретін екі бөліну; бір 2n жасушадан генетикалық әртүрлі төрт n жасуша. Гаметалар (жануарларда) мен споралар (өсімдіктерде) түзілгенде жүреді. I профазада гомологтар конъюгацияланып, биваленттер түзеді (адамда 23), кроссинговер жүреді; I метафазада экваторда гомологтар жұптары тұрады; I және II мейоз арасында S кезеңі болмайды.

Суреттен қалай ажыратуға болады: полюстерге екі хроматидті хромосомалар ажыраса — мейоздың I анафазасы; бір хроматидті және әр полюсте 2n жиынтық болса — митоз анафазасы; бір хроматидті және әр полюсте n жиынтық болса — мейоздың II анафазасы. Амитоз — ядроның ұршықсыз, тартылу арқылы тікелей бөлінуі (бауыр, шеміршек, ісік жасушалары); бұл кезде хромосомалар біркелкі бөлінбейді.

Пияз тамыршасындағы митоз; митоздық индекс 9 сынып

Пияз тамырының ұшы — ыңғайлы нысан: оның меристемасында жасушалар үнемі бөлінеді. Тамыршаны бекітеді, қышқылмен жұмсартады, ацетокарминмен немесе ацетоорсеинмен бояйды (хромосомалар қараяды) және жасушалар бір қабат болып жатуы үшін жапқыш шынымен басады.

Микроскоппен әр фазадағы жасушаларды санайды. Митоздық индекс (МИ) = бөлініп жатқан жасушалар саны / жасушалардың жалпы саны × 100 %. Ол ұлпаның қаншалықты белсенді бөлінетінін көрсетеді: меристемада жоғары, созылу аймағында нөлге жақын; ісікте қалыпты ұлпадағыдан жоғары.

Фаза неғұрлым ұзақ болса, онда соғұрлым көп жасуша көрінеді. Сондықтан фазадағы жасушалардың үлесі ≈ сол фазаның жасушалық циклдегі уақыт үлесі: цикл 24 сағат созылып, метафазада жасушалардың 5 %-ы болса, метафаза ≈ 1,2 сағатқа созылады. Жасушалардың ең көбі әрқашан интерфазада — ол ең ұзақ кезең.

Хромосоманың құрылысы және кариотип 10 сынып

Метафазалық хромосома центромерада (бірінші реттік тартылыста) қосылған екі апалы-сіңлілі хроматидтен тұрады; центромераға ұршық жіпшелері бекиді. Хромосомалардың ұштарында — ДНҚ-ны қысқарудан және жабысып қалудан қорғайтын теломерлер. Центромераның орнына қарай хромосомалар метацентрлік (иықтары тең), субметацентрлік (тең емес) және акроцентрлік (бір иығы өте қысқа) болады.

ДНҚ көп деңгейлі түрде оралған: қос спираль гистон ақуыздарына оралады (нуклеосомалар — «жіпке тізілген моншақтар») → хроматин жібі → ілмектер → спиральданған хромосома. Осылайша жасушаның жалпы ұзындығы шамамен 2 м ДНҚ-сы диаметрі ≈ 5–10 мкм ядроға сыяды. Эухроматин — борпылдақ, белсенді; гетерохроматин — тығыз, белсенді емес.

Кариограмма — кариотиптің реттелген бейнесі: хромосомаларды метафазада суретке түсіріп, өлшемі мен пішіні бойынша жұп-жұбымен орналастырады. Адамда 22 жұп аутосома өлшемінің кемуі бойынша 1-ден 22-ге дейін нөмірленеді, 23-жұп — жыныс хромосомалары. Кариограмма бойынша хромосомалық ауруларды анықтайды (артық 21-хромосома — Даун синдромы).