Развитие сперматозоидов и яйцеклеток.

Тема: Деление клетки.

План:

1. Жизненный цикл клетки.

2. Развитие сперматозоидов и яйцеклеток.

Жизненный цикл клетки.

Тело всех многоклеточных форм жизни на Земле (растений, животных, человека) состоит из клеток.

Различают соматические клетки - клетки тела и генеративные - половые клетки (гаметы). По строению клеток все живые существа делятся на эукариоты - ядерные организмы, наследственный материал которых представлен линейной молекулой ДНК и прокариоты - доядерные организмы (т.е. не имеющие оформленного ядра), наследственный материал представлен кольцевой молекулой ДНК. Прокариоты всегда гаплоидны, т.е. имеют одинарный набор генов.

Период жизни клетки со времени ее образования до следующего деления или гибели называется жизненным циклом клетки (ЖЦК), который включает две стадии:

1) Интерфазу - жизнь клетки между двумя делениями.

2) Период деления.

Интерфаза состоит из 3-х периодов:

1) G₁- пресинтетический, наступает сразу после деления. В этот период синтезируется РНК и белок, необходимые для образования клеточных структур. В этот период клетка растет и готовиться к синтезу ДНК.

2) S - синтетический. Так же синтезируется РНК и белки. Но основное что здесь происходит - редупликация ДНК после чего однохроматидные хромосомы превращаются в двухроматиднуые.

3) G₂ - постосинтетический. Накапливается энергия, синтезирует РНК и белки для построения веретена деления. Клетка готовится к предстоящему делению.

Периоды G_1,S, G₂ объединяются в аутосинтетическую интерфазу, когда клетка работает на себя. Однако многие клетки организма в пресинтетическом периоде начинают дифференцироваться приобретают специализацию, работают "на организм". При этом выделяют период G₀, относящийся к гетеросинтетической интерфазе.

Клетки эпителиальной, соединительной тканей при определенных условиях из гетеросинтетической интерфазы возвращаются в аутоситетическую, готовятся к делению и делятся митозом.

Высокоспециализированные клетки (например: нервные, клетки печени, эндокринных желез) перейдя в гетеросинтетический интерфазу, больше в митотический цикл не возвращаются, т.е. они больше не делятся.

После интерфазы наступает процесс деления клетки.

Период деления. Описано три способа деления эукриотических клеток:

- Амитоз - прямое деление

- Митоз - непрямое деление

- Мейоз - редуктивное деление

Амитоз – это деление клеток простым разделением ядра надвое. Происходит вне митотического цикла, т.е. не сопровождается сложной перестройкой всей клетки. Понятно, что при этом не обеспечивается равномерное распределение генетического материала между дочерними ядрами. Амитоз может сопровождаться делением клетки, а может ограничиваться лишь делением ядра без разделения цитоплазмы. Что приводит к образованию дву- и многоядерных клеток. Клетка, претерпевшая амитоз. В дальнейшем не способна вступить в нормальный митотический цикл. Амитоз встречается редко, наблюдается в высокоспециализированных тканях, в клетках, которым уже не предстоит делиться: в эпителии и печени позвоночных, в клетках эндосперма семени растений, в зародышевых оболочках млекопитающих. Амитоз также наблюдается при необходимости быстрого восстановления тканей (после операций, травм). Амитозом часто делятся клетки кожного эпителия, стареющие клетки, клетки скелетной мускулатуры, а также клетки злокачественных опухолей.

Митоз - характерен для соматических клеток. У животных клеток митоз длится 30-60 минут, у растительных 2-3 часа.

Митоз состоит из четырех фаз: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

I. Профаза

1) Хромосомы теряют функциональную активность, спирализуются, в конце профазы становятся хорошо различимы в световой микроскоп.

2) Образуются нити ахромативного веретена.

3) Исчезают ядрышки. Центриоли делятся и расходятся к полюсам.

4) Растворяется ядерная оболочка.

II. Метафаза

1) Хромосомы выстраиваются вдоль экватора, при этом каждая хромосома состоит из 2-х сестринских хроматид.

III. Анафаза

1) Центромеры всех хромосом одновременно делятся, и сестринские хроматиды, увлекаемые нитями веретена деления, расходятся к полюсам клетки. В этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом.

IV. Телофаза.

1. Хромосомы деспирализуются (раскручиваются), нити веретена исчезают.

2. Делится цитоплазма (цитотомия).

3. В дочерних клетках образуются ядерные оболочки и формируются ядрышки.

В результате митоза из одной материнской клетки с диплоидным набором хромосом образуются две также диплоидные дочерние клетки,

Биологическое значение митоза состоит из строго одинаковых распределений между дочерними клетками генетической информации в том же объеме, что и родительская клетка. Благодаря равномерному распределению реплицированных хромосом происходит восстановление органов и тканей после повреждения. Рост - увеличение числа клеток в организме - один из главных механизмов роста.

Мейоз -это деление клетки, в результате которого происходит редукция (уменьшение) числа хромосом вдвое и переход клеток из диплоидного состояния (2п) в гаплоидное (п). С помощью мейоза образуется споры и половые клетки - гаметы, следовательно мейоз свойственен клеткам гаметоцитам (клетки из которых образуются гаметы) – у животных и спорогенным клеткам (клетки из которых образуются споры) - у растений.

Мейоз состоит из 2-х последовательных делений, первое из которых редукционное (т.е. именно здесь происходит уменьшение числа хромосом вдвое), а второе деление - обычный митоз (эквационное деление). Первому митотическому делению предшествует интерфаза I, когда происходит удвоение ДНК.

Первое деление подразделяется на те же фазы, что и митоз. Но в профазе I происходят сложные изменения хромосом, в связи с которыми профазу I делят на 5 стадий: лептонему, зигонему, пахинему, диплонему и диакнез.

Профаза I. Здесь происходит:

- коньюгация - сближение гомологичных хромосом;

- кроссинговер - обмен участками хромосом;

- образование бивалентов - хромосомные пары связанные между собой участками где произошел кроссинговер.

1) Лептонема

Хромосомы спирализуются. Каждая хромосома обоими концами прикреплена к ядерной мембране с помощью прикрепленных дисков. Сестринские хроматиды тесно сближены

2) Зигонема

Начало зигонемы - это возникновение синапсиса - тесной конъюгации 2х гомологов. Конъюгация начинается с того, что гомологические концы двух хромосом сближаются на ядерной мембране, а затем процесс соединения распространяются вдоль хромосомы от обоих концов. Вдоль каждого из гомологов формируется белковая нить. Когда гомологи коньюгируют, их белковые нити сближаются, образуя два белковых элемента синаптонемального комплекса (ск). СК удерживает гомологические хромосомы рядом, скрепляя их по всей длине.

3) Пахинема.

Начинается сразу после завершения синапса по всей длине хромосом. В щели синаптотонемального комплекса появляются рекомбинативные узелки, которые играют важную роль в кроссинговере — обмене участками между хромасомами. Такие обмены осуществляются между двумя несестринскими хроматидами; в обменах участвуют по одной хроматиде из 2-х гомологических хромосом.

После кроссинговера расходятся уже измененные хромосомы, т.е. с другим сочетанием генов.

4) Диплонема.

Коньюгировавшие хромосомы разделяются. СК распадается, что позволяет гомологическим хромосомам несколько отодвинуться друг от друга. Однако они все еще связаны одной или несколькими хиазами, т.е. местами, где произошел кроссингвер.

5) Диакенез.

Происходит дальнейшая сперализация хромосом, они утолщаются и отделяются от ядерной мембраны.

Хромосомы разбиты на бивалентны - хромосомные пары. Каждая хромосома, как отмечалась выше, имеет удвоенное содержание наследственного материала и состоит из 2-х хроматид, поэтому бивалент состоит из 4-х нитей (хроматид) - пара гомологов, причем каждая пара сестринских хроматид соединена центромерой, а несестринские хроматиды, претерпевшие кроссинговер, связаны хиазмами. На этом профаза заканчивается.

Метафаза I

Биваленты выстраиваются по экватору клетки. При этом материнские и отцовские хромосомы в паре располагаются произвольно: со стороны одного полюса может оказаться больше материнских, а с другого – отцовских, т.е. пары гомологичных хромосом комбинируются случайно, а вместе с ними комбинируются и гены, локализованные в них.

Анафаза I

Происходит расхождение хромосом. Но в отличие от митоза, расходятся не сестринские хроматиды, а гомологичные хромосомы, состоящие из 2-х сестринских хроматид.

Телофаза I

Формируются 2 дочерние клетки с гаплоидным набором хромосом, но состоящие из 2-х хроматид.

Далее следует короткая интерфаза, синтеза ДНК не происходит и обе клетки приступают ко второму делению мейоза, которое сходно с митозом. В Анафазе II, в отличие от Анафазы I, к полюсам клетки расходятся сестринские хроматиды.

В результате мейоза из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидные клетки отличающиеся друг от друга генетически.

Биологическое значение мейоза:

1) Поддержание постоянного числа хромосом вида из поколения в поколение (Диплоидный набор хромосом каждый раз восстанавливается в ходе оплодотворения в результате слияние двух гаплоидных гамет).

2) Мейозобеспечивает разнородность гамет по генному составу (в профазе – кроссинговер, в метафазе – свободное перекомбинирование хромосом).

3) Случайная встреча гамет с различным набором генов обуславливает комбинативную изменчивость.

Отличия митоза от мейоза (самостоятельно)

Мейоз: 1)

Митоз: 1)

Развитие сперматозоидов и яйцеклеток.

Гонады – половы органы образующие половые клетки. Мужские гонады – семенники, женские – яичники.

Гаметы – половые клетки, обеспечивающие передачу наследственной информации от родителей потомкам. Мужские гаметы – сперматозоиды, женские – яйцеклетки.

Процесс развития гамет называется гаметогенезом, развитие сперматозоидов – сперматогенезом, развитие яйцеклетки – овогенезом.

Сперматогенез.

Начинается с наступлением периода половой зрелости. Семенник состоит из многочисленных канальцев. Сперматогенез происходит в стенке семенных канальцев.

Периоды сперматогенеза:

I. Размножения. Представлена диплоидными сперматогониями, которые с наступлением полового созревания организма начинают интенсивно делиться митозом, на протяжении всего периода половой зрелости.

II. Роста – сперматогонии растут и превращаются в сперматоциты 1-го порядка.

III. Созревания. Здесь происходит мейоз. В результате первого деления мейоза образуются два сперматоцита 2-го порядка, а в результате второго – 4 сперматиды.

IV. Формирования - из сперматид образуются сперматозоиды.

Овогенез.

Овогенез протекает в яичниках. Проходит периоды:

I. Размножения. Первичные клетки – диплоидные овогонии проходят период размножения и роста до рождения организма.

II. Роста - овогонии превращаются в овоцит 1 порядка.

III. Созревания - здесь происходит мейоз. Мейоз овоцита 1-го порядка начинается на 2-4 месяце эмбриогенеза. К моменту рождения мейоз останавливается на длительное время в стадии диакинеза (профаза мейоза I). В период полового созревания (обычно ежемесячно) лютеинизирующий гормон стимулирует мейоз – происходит первое мейотическое деление.

В результате мейоза I из овоцита 1-го порядка, образуются овоцит 2-го порядка и маленькое редукционное (полярное) тельце.

Овоцит 2-го порядка, вступает во второе деление мейоза, где на стадии метафазы его настигает овуляция. Ему так и суждено погибнуть в маточной трубе, не завершив весь путь овогенеза. Но у молодой женщины может сложиться иначе. Если в фаллопиевой трубе произойдет зачатие, то второе деление дойдет до конца с образованием сначала двуядерной яйцеклетки (овотида), а потом одноядерной диплоидной зиготы. Как побочный продукт образуется и быстро растворится второе полярное тельце.

Таким образом, при овогенезе из одной овогонии образуется одна яйцеклетка и 3 редукционных тельца, которые «забирают» лишнюю генетическую информацию, а при сперматогенезе – из одного сперматогония - 4 сперматозоида.

Схема гематогенеза.

Зоны

Сперматогенез

Овогенез

I. размножения

митоз

Сперматогонии