Деление клеток, размножение организмов.

План лекции:

1. АМИТОЗ – ПРЯМОЕ ДЕЛЕНИЕ КЛЕТКИ.

2. МИТОЗ, МИТОТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ.

3. ОБРАЗОВАНИЕ ПОЛОВЫХ КЛЕТОК, МЕЙОЗ.

4. ОПЛОДОТВОРЕНИЕ – ОСНОВА РАЗМНОЖЕНИЯ И ИНДИВИДУАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ ОРГАНИЗМА.

5. ПАРТЕНОГЕНЕЗ – БЕСПОЛОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ

6. ВЕГЕТАТИВНОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ.

С размножением клеток связаны рост и обновление многих структур в многоклеточном организме. Размножение клетки, как в многоклеточном организме, так и у одноклеточных структур, идет путем деления.

Существует несколько способов деления клетки. Довольно редко встречается прямое деление клетки – амитоз.

Амитоз – характеризуется удлинением и перешнурованием ядрышка, затем ядра, после чего разделяется перегородкой цитоплазма и образуются две клетки. То есть амитоз – это деление ядра без образования митотического аппарата и без спирализации хромосом. Амитотическое деление описано в клетках скелетной мускулатуры, клетках кожного эпителия, а также в патологически измененных клетках (рак).

В природе чаще встречается непрямое деление – митоз (от греческого mitos – нить) – так как на первых стадиях деления отчетливо выражена нитевидность хромосом. С одной стороны, митоз – это деление клетки и рост организма, с другой стороны – это простейшая форма бесполого размножения одноклеточных организмов – амёб, инфузорий. Совокупность процессов, происходящих в клетке от деления до следующего деления, и заканчивающихся образованием двух клеток новой генерации называют митотическим циклом. В нем различают два периода – интерфаза – фаза между делением клетки, и собственно митоз.

В интерфазе различают 3 периода:

1. просинтетический – он следует непосредственно за делением клетки, синтеза ДНК в это время еще не происходит.

2. синтетический – характеризуется синтезом ДНК и самоудвоением молекулы ДНК, а также редупликацией хромосомных структур (хроматид).

3. постсинтетический – происходят процессы, связанные с накоплением энергии.

Затем наступает митоз, в котором выделяют 4 фазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.

В клетке, вступившей в деление, хромосомы приобретают вид клубка из множества тонких слабо спирализованных нитей. В это время каждая хромосома состоит из двух хроматид.

1. Профаза: В самом начале профазы центриоль делится на две, и они расходятся к полюсам клетки. Двухроматидные хромосомы спирализуются, ядрышки растворяются, растворяется также ядерная оболочка. Одновременно появляется ахроматиновая фигура, которая состоит из нитей, тянущихся от полюсов клетки или от центриолей, эта фигура напоминает веретено и называется веретено деления.

2. Метафаза (фаза скопления хромосом). Нити веретена деления присоединяются к центромерам хромосом, двухроматидные хромосомы сосредоточиваются на экваторе клетки.

3. Анафаза (фаза расхождения хромосом). Центромеры делятся, однохроматидные хромосомы растягиваются нитями веретена деления к полюсам.

4. Телофаза (фаза окончания деления). Однохроматидные хромосомы деспирализуются, сформировывается ядрышко, восстанавливается ядерная оболочка, на экваторе начинает закладываться перегородка между клетками, растворяются нити веретена деления.

После окончания митоза клетка может сразу же вступить в новый митотический цикл или же перейти в состояние покоя, в котором она будет находиться неопределенное время, пока под воздействием какого-либо стимула она не войдет в новый митотический цикл.

Особой формой митоза является мейоз, характерный для развивающихся половых клеток, которым свойственен гаплоидный или одинарный набор хромосом. Половая форма размножения связана с образованием особых половых клеток – гамет. Женские половые клетки – яйцеклетки и мужские половые клетки – сперматозоиды. У животных половые клетки образуются в специальных органах – сперматозоиды в семенниках, яйцеклетки в яичниках. Для высших животных наиболее характерны сперматозоиды, состоящие из трех отделов: головки, шейки, хвостика. В головке располагается ядро, хвостик служит органом движения.

Яйцеклетка является относительно крупной клеткой, имеющей округлую форму. У большинства животных она лишена способности к активному движению.

Подавляющее большинство животных раздельнополые, то есть состоят из мужских и женских особей. Но встречаются животные, у которых одна особь может иметь и мужские, и женские половые железы. Таких животных называют «гермафродитами», что очень редко встречается среди людей.

В норме соматические клетки человека содержат двойной (диплоидный) набор хромосом. Все половые клетки в результате процессов преобразования содержат одинарный, так называемый гаплоидный набор хромосом. У человека в половых клетках он равен 23 хромосомам.

Процесс развития половых клеток (овогенез, сперматогенез) состоит из ряда периодов: 1 – размножения, 2 – роста, 3 – созревания.

В период размножения происходит увеличение числа половых клеток посредством непрямого деления - митоза. В период роста клетки перестают делиться, но становятся более крупными. Особенно процесс роста характерен для будущих женских половых клеток. В период созревания каждая половая клетка делится дважды, образуя четыре клетки с одинаковым набором хромосом. У мейоза также 4 фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

В профазе мейоза – происходит сближение однородных хромосом и переплетение их друг с другом. Этот процесс называется конъюгацией. В результате имеет место обмен отдельными участками хромосом, что приводит к обмену наследственной информацией.

В метафазе эти однородные пары располагаются в плоскости экватора клетки.

В анафазе проявляются существенные различия между митозом и мейозом. Так, при митозе к полюсам клетки отходят половины хромосом (хроматиды), а при мейозе – целые хромосомы. Таким образом, набор хромосом как бы разделяется на две части. В результате из одной диплоидной клетки образуются две гаплоидные с уменьшенным вдвое набором хромосом.

В телофазе – происходит формирование двух клеток с одинарным набором хромосом (23 у человека), а затем их повторное деление – по типу митоза. В итоге, в процессе мейоза, благодаря двукратному делению из одной клетки с диплоидным набором хромосом образуется 4 клетки с гаплоидным набором. Но в семенниках образуется 4 полноценных сперматозоида, а в яичниках – лишь одна яйцеклетка и 3 маленьких неполноценных (направительные тельца), которые затем гибнут. Зрелые клетки готовы к оплодотворению.

Оплодотворением называется соединение двух гамет, в результате чего образуется зигота – начальная стадия развития нового организма. Зигота содержит полный набор хромосом (46).

Внешняя фаза оплодотворения – встреча мужской и женской гамет, внутренняя фаза оплодотворения – процессы, происходящие в зиготе после слияния клеток.

Проникновение сперматозоида в яйцеклетку осуществляется либо через крошечное отверстие в его оболочке, либо через воспринимающий бугорок на поверхности яйцеклетки, который втягивает сперматозоид внутрь. По-видимому, сперматозоид проходит через оболочку яйцеклетки с помощью растворяющих её ферментов. Как только в яйцеклетку проникает один сперматозоид, вокруг неё образуется плотная оболочка. Оплодотворенное яйцо получает ровно половину хромосом от матери и половину от отца. Хромосомы вновь становятся парными, в каждой паре одноименных хромосом одна от отца, а другая – материнская. Таким образом, в зависимости от характера взаимодействия генов потомство может походить на мать или отца. Биологическое значение оплодотворения состоит в том, что благодаря слиянию женской и мужской половых клеток возникает новый организм.

Наружное оплодотворение – (вне организма) характерно для водных животных.

Внутреннее оплодотворение – (внутри организма) наблюдается у насекомых, птиц, млекопитающих.

Особую форму полового размножения представляет собой партеногенез (партенос – девственница, генезис – рождение), девственное размножение или развитие организма из неоплодотворенной яйцеклетки. Партеногенез биологически менее полноценен, чем развитие после оплодотворения, так как при этом не происходит слияния материнской и отцовской наследственности.

Партеногенез встречается у тлей, пчёл, ос, муравьёв, иногда у птиц, и чаще всего чередуется с типичным половым размножением.

Андрогенез (андрос – мужчина, генезис – рождение) – возможно развитие яйца с мужским ядром – это в том случае, если погибает ядро женской клетки, а проникшие в неё ядра сперматозоидов сливаются между собой (шелкопряд).

Вегетативное размножение – характерно для растений. Оно осуществляется посредством отдельных частей растения (стебля, корня, черенка, листьев).

Вопросы для самоподготовки:

1. Дать определение митоза.

2. Отличия амитоза и митоза.

3. Фазы митоза, их особенности.

4. Мейоз, сходство и различие с митозом.

Лекция 6.