Главная страница
qrcode

биолог. УМО. Социального развития российской федерации астраханская государственная


Скачать 10.36 Mb.
НазваниеСоциального развития российской федерации астраханская государственная
Дата15.10.2020
Размер10.36 Mb.
Формат файлаdocx
Имя файлабиолог. УМО.docx
ТипУчебное пособие
#43478
страница7 из 11
Каталог
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

9. Репродукция клеток


В конце ХIХ века один из создателей клеточной теории Р. Вирхов показал, что каждая клетка образуется за счет деления предшествующей материнской клетки, что полностью исключает образование клетки из неклеточного «живого вещества». Выделяют несколько основных способов клеточного деления – митотическое деление и мейотическое деление.

Ранее выделялся как самостоятельный способ деления амитоз (прямое деление). В настоящее время, большинство цитологов считает амитоз видоизмененным, а часто и патологическим митозом, встречающимся в стареющих и гибнущих клетках, отмирающих клетках эпителия, в клетках очага воспаления и раковых, фолликулярных клетках яичника и т.д.

Митотическое деление является основным для всех клеток многоклеточного организма, за исключением половых. У одноклеточных митоз является и способом размножения. Суть митоза заключается в равномерном и идентичном распределении наследственной информации между двумя дочерними клетками. Делению клетки предшествует период интерфазы, во время которого клетки готовятся к очередному делению, а так же выполняют присущие им функции. Интерфаза вместе с митозом составляет жизненный цикл клетки, называемый так же клеточным циклом или митотическим циклом. Продолжительность клеточного цикла у разных типов клеток различно от 8 часов до 100 дней, но в среднем составляет от 10 до 50 часов. Ряд клеток многоклеточного организма вообще не делятся, например, нервные клетки или эритроциты. Эти клетки находятся весь клеточный цикл в интерфазе.

Интерфаза – период жизни клетки от окончания одного деления и до начала другого. Интерфаза занимает в среднем около 90% времени клеточного цикла и включает три периода: G
Период G1
постмитотического, так как следует сразу за митозом или пресинтетический, так как за ним следует синтетический период. Именно продолжительность периода G
Происходит завершение формирования ядрышек, начавшееся еще в телофазе митоза.

Интенсивно синтезируются цитоплазматические белки, необходимые для роста дочерних клеток и процессов жизнедеятельности.

Синтезируются различные виды РНК – и-РНК, р-РНК, т-РНК.

В митохондриях образуется большое количество АТФ.

Синтезируются различные клеточные ферменты и, в частности, нуклеотидфосфокиназы, необходимые для синтеза ДНК в синтетическом периоде интерфазы.

Происходит образование органелл, не удвоившихся перед делением – ЭПС, аппарата Гольджи, лизосом и других.

В конце периода Gрестрикцио – отрезать). Если клетка проходит точку рестрикции, то далее она вступает в период S и в митоз. Переход клеткой точки рестрикции связан с накоплением в ее цитоплазме определенной пороговой концентрации особых триггерных белков. Если клетка не проходит точку R, то она навсегда или на длительное время остается в периоде G
Период S – синтетический. Назван так потому, что в нем происходит важнейший процесс – репликация (самоудвоение ДНК). Продолжительность этого периода в клетках человека и других эукариотов составляет 7-12 часов. Репликация ДНК у эукариотов происходит полуконсервативным способом, в результате чего каждая молекула ДНК образует свою точную копию и состоит из одной материнской цепи и одной вновь синтезированной. Если до синтетического периода количество хромосом и число молекул составляющих их ДНК выражалось формулой 2n2c, то после синтетического периода – 2n4c. Например, у человека до синтетического периода число хромосом 46 и они состояли из одной молекулы ДНК, то после синтетического периода количество хромосом остается равным 46, а количество молекул ДНК их образующих увеличивается до 92. Каждая хромосома теперь состоит из двух совершенно одинаковых молекул ДНК, образующих хроматиды. Синтетический период интерфазы является узловым в клеточном цикле, так как удвоение ДНК обеспечивает идентичное распределение наследственной информации между дочерними клетками. Без репликации ДНК неизвестно ни одного случая вступления клеток в митоз. Помимо репликации ДНК в синтетическом периоде синтезируются белки гистоны, входящие в состав хромосом.

Период G2 – постсинтетический или премитотический. Продолжительность от окончания синтетического периода и до начала митоза 2-3 часа. Длительность этого периода интерфазы обычно короче всех остальных. В этот период происходят процессы, направленные на непосредственную подготовку к делению:

Синтезируются белки тубулины, необходимые для образования микротрубочек веретена деления.

Образуются различные ферменты и, в частности, протеинкиназы, ответственные за растворение ядерной оболочки в профазе митоза.

Синтезируются различные виды РНК.

Удваиваются органеллы, имеющие в своем составе нуклеиновые кислоты.

Удваиваются центриоли клеточного центра.

Происходит образование АТФ, необходимой для процесса митоза.

Генетическая характеристика этого периода 2n4c.


Схема. Стадии клеточного цикла.


10. Митоз


Митоз включает в себя процесс деления ядра – кариокинез и деление цитоплазмы – цитокинез. Митотическое деление протекает строго координировано в 5 фаз:

Профаза характеризуется тем, что из хроматина путем спирализации (конденсации) образуются видимые в световой микроскоп хромосомы. Так как в синтетическом периоде интерфазы произошла репликация ДНК, то каждая хромосома состоит из двух идентичных молекул ДНК – хроматид. Эти хроматиды называются сестринскими и объединяются центромерой, называемой так же кинетохором. Ядрышки разрушаются и исчезают.

Микротрубочки состоящие из белков тубулинов формируют нити веретена деления (митотическое или ахроматиновое веретено). Пары центриолей расходятся к полюсам клетки. Раньше считалось, что именно центриолям принадлежит ведущая роль в образовании веретена деления. Теперь стало известно, что образованием митотического веретена занимаются особые области цитоплазмы – центры организации, а центриоли необходимы только для обозначения полюсов клетки, куда сходятся нити веретена деления, а затем перемещаются дочерние хромосомы и будут располагаться ядра дочерних клеток. В профазу уменьшается число полисом и резко снижается уровень синтеза белков клетки.



Прометафаза – под действием фермента протеинкиназы происходит растворение ядерной оболочки и хромосомы оказываются свободно лежащими в цитоплазме. Нити веретена деления соединяются с хромосомами. Уже в профазе митоза образуются два типа нитей: а) кинетохорные – отходят от центромер (кинетохоров) и направляются к полюсам клетки, б) полюсные – отходят от центриолей лежащих в области полюсов клетки и направляющихся к хромосомам. Для прометафазы характерна высокая активность нитей веретена деления, старающегося «захватить» все хромосомы и расположить их в экваториальной плоскости. К каждой хромосоме присоединяются примерно 20-40 нитей веретена деления. Достаточно часто профаза и прометафаза митоза объединяются вместе, и все выше перечисленные процессы относят к профазе.

Метафаза – хромосомы с прикрепленными к ним нитями веретена деления выстраиваются по экватору клетки, образуя так называемую «метафазную пластинку». В эту фазу хромосомы статичны и наиболее удобны для изучения.



Фотография. Хромосомы клетки человека непосредственно перед делением ядра (увеличение в 950 раз). Хорошо заметно, что пары хромосом всё ещё связаны между собой центромерами.
Анафаза – во всех хромосомах одновременно ДНК центромер удваивается, хроматиды отходят друг от друга и становятся сестринскими хромосомами. Хромосомы, состоящие теперь из одной молекулы ДНК приобретают вид шпилек и начинают движение к полюсам клетки со скоростью 0,2 -5 мкм/мин. Механизм расхождения дочерних хромосом окончательно не выяснен, но очевидно связан с работой белков аналогичных сократительным белкам поперечно-полосатой мышечной ткани и ферментами расщепляющими АТФ.

Телофаза (цитокинез) – заключительная стадия митоза. Происходит разрушение нитей веретена деления. Хромосомы, разошедшиеся к полюсам клетки, деспирализуются, вокруг них формируются ядерные оболочки и образуются ядра дочерних клеток. Внутри ядер восстанавливаются ядрышки, а затем происходит разделение цитоплазмы. Телофаза заканчивается образованием дочерних клеток с диплоидным набором хромосом 2n2c.


Фотография. Цитокинез в животной клетке
Биологическое значение митоза в многоклеточном организме очень велико:

В процессе жизнедеятельности клетки стареют и погибают и для сохранения целостности организм должен воспроизводить клетки с такой же скоростью с какой они погибают. Так, например, клетки эпителия тонкого кишечника обновляются у человека каждые 7-8 дней. В организме взрослого человека примерно 1013 клеток и все они образуются путем последовательных митотических делений из одной клетки – зиготы.

Процессы роста сопровождаются увеличением количества клеток образующихся путем митоза.

Митотическое деление имеет большое значение для процессов репаративной регенерации, когда происходит восстановление клеток утраченных в результате травмы или болезни.


11. Мейоз


Мейоз (от греческого meiosis – уменьшение) был открыт У. Флемингом у животных в 1882 году и у растений Э. Стасбургером в 1888 году. При этой форме деления клеток происходит уменьшение числа хромосом: из одной диплоидной образуется четыре гаплоидных клетки. Мейоз происходит в процессе образования половых клеток (гамет) у животных и у большинства растений. У млекопитающих и у человека мейоз происходит в зоне созревания половых желез – семенников и яичников и состоит из двух следующих друг за другом делений.

Перед первым мейотическим делением клетка осуществляет репликацию ДНК и каждая хромосома начинает состоять из двух сестринских хроматид. Первое мейотическое деление называется редукционным, так как именно в нем происходит уменьшение (редукция) числа хромосом и из одной диплоидной клетки образуются две гаплоидные. Первое мейотическое деление протекает в несколько фаз:

Профаза 1 – самая длительная и поэтому ее делят на несколько стадий:

Лептотена – происходит спирализация хромосом, и они становятся видны в световой микроскоп в виде тонких нитей.

Зиготена – гомологичные хромосомы сближаются (конъюгируют) и образуют пары. Гомологичные хромосомы имеют одинаковые размеры, их центромеры занимают одинаковое положение и содержат одинаковый набор и расположение генов. Пара конъюгировавших гомологичных хромосом называется бивалентом.

Пахитена – каждая из гомологичных хромосом расщепляется, и каждый бивалент теперь состоит из четырех хроматид, лежащих параллельно друг другу. Однако, отдельные участки этих хроматид остаются соединенными. Эти точки соединения называются хиазмами. Именно в стадии пахитены гомологичные хромосомы обмениваются аллельными генами, лежащими в области хиазм. Процесс обмена аллельными генами называется кроссинговер и служит механизмом комбинативной изменчивости, так как в каждой из гомологичных хромосом возникает новая комбинация генов.

Диплотена – гомологичные хромосомы, завершив процесс кроссинговера, начинают отходить друг от друга, оставаясь частично соединенными в области хиазм.

Диакинез – хромосомы конденсируются и укорачиваются. Ядерная оболочка и ядрышко исчезают, хромосомы оказываются свободно лежащими в цитоплазме. Образуются нити веретена деления.

Метафаза 1. Гомологичные хромосомы (биваленты), состоящие из двух хроматид располагаются по экватору клетки.

Анафаза 1. Гомологичные хромосомы каждой пары начинают, с помощью нитей веретена деления, расходиться к полюсам клетки и на каждом полюсе располагается по гаплоидному набору хромосом (n2c). Исходный набор хромосом до их разделения был 2n4c.

Телофаза 1. Первое мейотическое деление завершается разделением цитоплазмы, и образуются две клетки с гаплоидным (половинным) набором хромосом.

Интерфаза между первым и вторым мейотическим делением очень короткая и в ней не происходит репликация ДНК. Второе мейотическое деление называется эквационным и состоит из таких же фаз, как и митоз.

Профаза 2. Ядрышки и ядерные мембраны разрушаются. Хроматиды отчетливо видимые в световой микроскоп укорачиваются и утолщаются. Происходит образование нитей веретена деления.

Метафаза 2. Хромосомы, состоящие из двух хроматид, число которых уменьшилось в два раза в первом мейотическом делении, выстраиваются по экватору клетки.

Анафаза 2. Центромеры хромосом разделяются и хроматиды, которые становятся дочерними хромосомами, расходятся к полюсам клетки, формируя два гаплоидных набора. Каждая хромосома при этом состоит из одной хроматиды (nc).

Телофаза 2. Хромосомы деспирализуются, окружаются ядерными оболочками. Нити веретена деления разрушаются, а затем происходит разделение цитоплазмы. В результате двух мейотических делений образуются четыре клетки с гаплоидным набором хромосом.

Биологическое значение мейоза:

Образование гаплоидных гамет предотвращает удвоение количества хромосом при оплодотворении.

Процесс кроссинговера и независимое расхождение хромосом (из пары хромосом каждая попадает в гамету случайным образом) – создают условия для комбинативной изменчивости.

В результате мейоза каждая гамета несет только одну аллель из пары, что лежит в основе закона «чистоты гамет».

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

перейти в каталог файлов


связь с админом