Экзаменационное задание №50

Ситуационные задачи

1)При сравнении двух разных стадий онтогенеза одного и того же организма – зиготы и половозрелой особи, обнаруживаются очевидные различия. В процессе развития организма происходят конкретные количественные и качественные преобразования, упорядоченные во времени и пространстве.

1. Перечислите основные механизмы онтогенеза.

Механизмы онтогенеза: деление клеток, миграция клеток, сортировка клеток, гибель клеток, дифференцировка клеток, эмбриональная индукция, генетический контроль развития.

2. Какие клеточные процессы лежат в основе роста и морфогенеза?

Увеличение массы тела особи, т.е. ее рост, и появление новых структур в ходе ее развития, называемое морфогенезом. Рост и морфогенез подчиняются законам, которые обуславливают приуроченность конкретных процессов онтогенеза к определенному месту зародыша и периоду эмбриогенеза. К ним относятся процессы: пролиферация, или размножение клеток, миграция, или перемещение клеток, сортировка, их запрограммированная гибель, дифференцировка клеток, контактные взаимодействия клеток( индукция и компетенция), дистальные взаимодействия клеток, тканей и органов ( гуморальные и нервные механизмы интеграций).

3. Что такое дифференцировка клеток, ее цитогенетические основы?

Дифференцировка – это процесс, в результате которого клетка становится специализированной, т.е. приобретает химические, морфологические и функциональные особенности. В узком смысле это изменения, происходящие в клетке на протяжении одного, нередко терминального, клеточного цикла, когда начинается синтез главных специфических для данного клеточного типа, функциональных белков. В более широком смысле под дифференцировкой понимают постепенное ( на протяжении нескольких клеточных циклов) возникновение все больших различий и направлений специализаций между клетками, происшедшими из более или менее однородных клеток одного исходного зачатка.

4. В чем заключено явление эмбриональной индукции?

Эмбриональная индукция – взаимодействие частей развивающегося зародыша, при котором один участок зародыша влияет на судьбу другого участка.

5. Приведите примеры индукционных изменений.

Кусочек зародыша из области дорсальной губы бластопора на стадии гаструлы тритона гребенчатого пересаживают на боковую или вентральную сторону гаструлы тритона полосатого. Если пересадить спинную губу ранней гаструлы, то индуцируется развитие структур переднего мозга (головной индуктор), если же пересадить спинную губу поздней гаструлы, то развивается спинной мозг и мезодермальные ткани (туловищный индуктор)

2) У детей, посещающих одну группу в детском саду, появились боли в животе, общее недомогание. Родители обеспокоены также снижением у ребенка аппетита и расстройством пищеварения. При анализе дуоденального содержимого обнаружены одноклеточные простейшие грушевидной формы с двумя ядрами и четырьмя парами жгутиков.

1. Инвазию каким паразитом можно предположить?

2. К какому классу простейших относится этот паразит? Назовите морфологические черты представителей этого класса?

3. Укажите цикл развития паразита?

4. Какая стадия является инвазионной? Как происходит заражение у детей?

5. Назовите меры профилактики данного заболевания?

Ответ к ситуационной задаче

В данном случае можно предположить заражение лямблиями (лямблиоз). Этот паразит относится к классу Жгутиковые. Характерной особенностью строения лямблии является наличие двусторонней симметрии; тело – грушевидной формы, наличие четырех пар жгутиков, двух крупных ядер в цитоплазме, присасывательных дисков на вентральной поверхности. Паразит локализуется в двенадцатиперстной кишке и в желчевыводящих путях печени.

В организм человека лямблия попадает в виде двух или четырех ядерных цист, которые являются инвазионной стадией. Способ заражения – алиментарный. В двенадцатиперстной кишке из цист выходят вегетатавные формы, которые присасываются к стенке кишки. Питаются осмотически.

При попадании в нижние отделы кишечника лямблии инцистируются, с фекалиями выводятся в окружающую среду. Обнаружить паразита у человека можно в содержимом двенадцатиперстной кишки при зондировании (вегетативная форма) или в мазке фекалий (цисты). Основными мерами профилактики данного заболевания является соблюдение правил личной гигиены (употребление кипяченой воды, хорошо промытых овощей и фруктов, борьба с механическими переносчиками цист).

3)В строении висцерального черепа представителей классов наземных позвоночных отмечается сходство многих структурных элементов. Однако, у млекопитающих и человека в висцеральном черепе произошли существенные преобразования: изменился характер прикрепления челюстного аппарата к мозговому черепу, уменьшилось число костей, некоторые элементы преобразовались в структуры органа слуха и опорного аппарата дыхательной системы.

1.Каков хар-р прикрепления челюстного аппарата к мозговому черепу у млекопитающих и человека?

Аутостильный тип прикрепления (т.е челюсти прикреплены непосредственно к черепу)

2. Назовите структурные элементы челюстной и подъязычной висцеральных дуг?

У низших позвоночных челюстная дуга (1-я висцеральная) состоящая из небно-квадратного и Меккелева хряща и подъязычная дуга (2-я висцеральная) состоящая из гиомандибулярного хряща и гиоида, преобразуется в первичные челюсти. У высших позвоночных эти дуги дают начало подъязычному аппарату и слуховым косточкам.

3. Какие структуры висцер. черепа преобразуются в слуховые косточки среднего уха?

Гиомандибулярный хрящ столбик стремечко

Небно-квадратный хрящ наковальня

Меккелев хрящ молоточек

4. Из каких элементов висц. черепа формируется поъязычна кость, хрящи гортани и трахеи?

Гиоид подъязычная кость

3-5 висцеральные дуги хрящи гортани и трахеи

5. Онто-филогенетические пороки развития висцер. черепа у человека?

- увеличение числа костных элементов

- расщелина твердого неба

- 1 слуховая косточка и.т.д.

Проверка практических навыков. Анализ кариограммы.

Проанализируйте кариограммы человека и назовите синдромы.

1) 47; 21⁺ - синдром Дауна. Трисомия 21 может быть результатом случайного не расхождения гомологичных хромосом в мейозе.

2) 47; ХХХ – синдром трисомии Х. Анэплоидный синдром по половым хромосомам указывает на наличие сильного отбора против гамет, не содержащих половых хромосом, или против зигот ХО.

3) 47; 18+ - синдром Эдвардса. Трисомия 18 результат случайного не расхождения гомологичных хромосом.

4) 45; ХО – моносомия ХО, синдром Шершевского-Тернера. Анэуплоидный сндром по половым хромосомам указывает на наличие сильного отбора против гамет, не содержащих половых хромосом, или против зигот ХО. Выжившие зиготы ХО являются результатом не мейотического, а митотического не расхождения, или утраты Х-хромосомы на ранних стадиях развития.

5) 47; ХХУ – синдром Клайнфельтера. Организмы с анэуплоидией по половым хромосомам при наличии У-хромосомы развиваются по мужскому типу и фенотипически дают этот синдром.

СИТУАЦИОНКИ

Ситуационная задача №1.

Одной из важных функций поверхностного аппарата клеток является транспорт веществ. Знание поверхностного аппарата помогло понять механизмы транспорта ионов и веществ, в том числе лекарственных, используемых в медицинской практике.

1.Как устроен поверхностный аппарат животных клеток?

2.Какие функции он выполняет?

3.Что такое гликокаликс и какова его роль?

4.Какие виды белков входят в состав поверхностного аппарата и какова их роль?

5.Приведите примеры активного и пассивного транспорта веществ.

Ответ к ситуационной задаче №1.

Поверхностный аппарат животных клеток состоит из надмембранных структур (гликокаликса), плазматической мембраны, построенной по принципу универсальной биологической мембраны, и субмембранных структур, состоящих из микрофиламентов и микротрубочек. В состав гликокаликса входят молекулы гликопротеидов и гликолипидов. Поверхностный аппарат выполняет разграничительную, защитную, транспортную, рецепторную функции, и имеет градиент электрического поля, согласно которому внутренняя сторона мембраны по отношению к наружной заряжена отрицательно. Наличие потенциала имеет важное значение для транспорта веществ несущих заряд. В составе поверхностного аппарата имеются интегральные, полуинтегральные, поверхностные и транспортные белки (последние образуют ионные каналы). Известно более 30 видов ионных каналов в клетке. Через поверхностный аппарат постоянно осуществляется транспорт веществ. Примером пассивного транспорта являются: осмос, диффузия и фильтрация. Активным транспортом переносятся различные мономеры и ионы. Особым способом транспорта является поглощение веществ клеткой – фагоцитоз и пиноцитоз.

Ситуационная задача №2.

В середине 40-х годов ΧΧ века было установлено, что обеспечение свойств наследственности и изменчивости связано с молекулой ДНК.

1.Какова молекулярная структура ДНК?

2.Охарактеризуйте свойства ДНК как вещества наследственности.

3.Что такое генетический код, каковы его свойства?

4.Чем объясняется большой объем наследственного материала у эукариот?

5.В каких структурах эукариотической клетки, кроме ядра, располагается ДНК?

Ответ к ситуационной задаче №2

В молекулярной организации ДНК можно выделить первичную структуру – полинуклеотидную нить; вторичную структуру – две комплементарные друг другу и антипараллельные спирально-скрученные полинуклеотидные цепи, соединенные водородными связями, и третичную структуру – трехмерную спираль. ДНК характеризуется способностью к репликации, хранению наследственной информации, химической стабильностью, способностью к транскрипции и мутациям. Последовательность аминокислот в полипептидах зашифрована в ДНК с помощью генетического кода, характеризующегося такими свойствами как универсальность, триплетность, специфичность, вырожденность, неперекрываемость. У эукариот объем наследственного материала огромен, что объясняется существованием в нем уникальных, умеренно и высокоповторяющихся последовательностей. Избыточность генома связана также с экзон-интронной организацией большинства генов эукариот. Помимо ядра ДНК эукариот располагается в митохондриях и пластидах.

Ситуационная задача №3.

Длина молекулы ДНК человека 174см, и, тем не менее, она свободно умещается в такой микроскопической структуре как ядро клетки.

1.В каких формах существует хроматин (хромосомы) в митотическом цикле?

2.Какие различают уровни компактизации (спирализации) хроматина?

3.Что такое эухроматин и гетерохроматин?

4.Как устроены метафазные хромосомы?

5.Что такое кариотип?

Ответ к ситуационной задаче №3

Хромосомы в зависимости от стадии клеточного цикла меняют свое строение. В интерфазе они не видны и представлены глыбками хроматина. На стадии метафазы митоза в результате спирализации приобретают хорошо видимые структуры. Поэтому различают интерфазную и метафазную форму существования хромосом. Выделяют несколько уровней компактизации хроматина: нуклеосомная нить, микрофибрилла, интерфазная хромонема, метафазная хроматида. Разные участки интерфазных хромосом имеют неодинаковую степень компактизации, что имеет очень важное функциональное значение. Различают эухроматин, имеющий меньшую плотность и большую генетическую активность, и гетерохроматин, характеризующийся большей компактизацией и генетической инертностью. Метафазные хромосомы в связи с суперспирализацией имеют разную форму и строение. В хромосомах различают плечи, перетяжки, спутники, теломеры..

Кариотип представляет собой диплоидный набор хромосом соматических клеток определенного вида, характеризующийся определенным числом и строением хромосом.

Ситуационная задача №4.

В процессе биосинтеза белка у эукариот, в результате транскрипции образуется первичный транскрипт. Однако на рибосому поступает зрелая информационная РНК, отличающаяся от первичного транскрипта.

1.Какие процессы происходят при преобразовании первичного транскрипта в зрелую и - РНК?

2.Какое значение для эукариот имеет процесс посттранскрипции?

3.Почему у прокариот нет этапа посттранскрипции?

4.Как называются кодоны, расположенные на концах первичного транскрипта?

5.Какие этапы синтеза белка следуют за посттранскрипцией? Чем они характеризуются?

Ответ к ситуационной задаче №4

На втором этапе синтеза белка (посттранскрипции) происходит удаление интронов пре-м-РНК, сплайсинг экзонов и модификация концов РНК – с одной стороны присоединяется колпачок, а с другой – поли-А участок. Альтернативный сплайсинг ведет к образованию разных вариантов м-РНК. В результате появляется возможность синтезировать разные варианты белка, закодированные на одном гене. Это имеет большое значение при дифференцировке клеток у эукариот – они могут иметь различное строение и выполнять специфические функции, хотя их гены идентичны. Прокариоты – одноклеточные организмы. У них нет дифференцировки клеток, нет экзон – интронного строения генов, поэтому сразу образуется зрелая м-РНК. Первый кодон пре-м-РНК называется стартовым, последний - стоп – кодон. Третий этап синтеза белка – трансляция. Идет в три этапа: инициация, элонгация и терминация. В результате трансляции происходит синтез полипептидной цепи, последовательность аминокислот в которой соответствует информации, зашифрованной последовательностью кодонов м-РНК. Четвертый этап синтеза белка – посттрансляция. Формируются вторичная, третичная и четвертичная структуры белка. Возможна модификация белковой молекулы или образование комплекса с другими молекулами.

Ситуационная задача №5.

В среду, где находятся бактерии кишечной палочки, добавле- на лактоза. Используя знания теории оперона Ф.Жакоба и Ф.Моно, объясните какие механизмы регуляции будут работать в бактериальных клетках?

1.Как устроен лактозный оперон?

2.Как он работает по типу индукции?

3.Какое значение в работе имеет зона терминатор?

4.Почему при работе оперона образуется полицистронная и-РНК?

5.Каков механизм репрессии оперона при избыточном образовании конечного продукта?

Ответ к ситуационной задаче №5.

Лактозный оперон представлен группой тесно связанных генов (промотор, оператор, структурные гены, терминатор), работой которых руководит ген – регулятор. Если питательный материал (лактоза) для кишечной палочки в среде отсутствует, то оперон не работает, т.к. нарабатываемый геном-регулятором белок-репрессор связывается с оператором. Это не позволяет РНК-полимеразе свызаться с промотором и осуществить транскрипцию со структурных генов. Как только появляется индуктор -–лактоза, она связывается с белком-репрессором и такой комплекс не может присоединиться к оператору. РНК-полимераза прикрепляется к промотору, достигает структурных генов и осуществляет транскрипцию со всех структурных генов оперона в виде одного полицистронного транскрипта. С него затем синтезируются отдельные ферменты, участвующие в метаболизме лактозы. Если при работе других оперонов прокариот образуется избыточное количество конечного продукта, то работа оперона на время блокируется в результате объединения конечного продукта с белком-репрессором, он связавшись с оператором блокирует транскрипцию.

Ситуационная задача №6.

Основным свойством наследственного материала, обеспечивающего непрерывность поколений, является способность к самокопированию или репликации. При удвоении молекул ДНК действует большой комплекс ферментов – репликативная машина.

1.Назовите основные ферменты, участвующие в репликации ДНК?

2.Каковы функции ферментов, участвующих в репликации?

3.Почему образование дочерних цепей ДНК идет в разных направлениях?

4.Что такое фрагменты Оказаки и как они образуются?

5.Какие вы знаете способы репликации ДНК? Какой из них является основным?

Ответ к ситуационной задаче №6.

Репликативную машину образуют:

Геликаза – расщепляет две цепи ДНК

Праймаза – синтезирует затравку (небольшие фрагменты РНК)

ДНК-полимераза – основной фермент, синтезирующий дочерние цепи ДНК из отдельных нуклеотидов.

Лигаза – сшивает фрагменты ДНК

Топоизомераза – разрезает одну из цепей ДНК и раскручивает ее, снимая напряжение суперспирали перед репликативной вилкой

Синтез ДНК идет только в направлении 5¢ - 3¢, а так как две матричные цепи ДНК антипараллельны, то и образование дочерних цепей идет в противоположных направлениях. При этом одна из новых цепей ДНК (отстающая) образуется из отдельных фрагментов (фрагменты Оказаки), которые синтезируются по мере нарастания репликативной вилки. Возможны три способа репликации ДНК – полуконсервативный, консервативный и дисперсный. Репликация ДНК, как правило, происходит полуконсервативно: в образующихся молекулах одна цепь старая (матричная), другая – новая (дочерняя).