Lektsii-biologia

Спирализованные участки хроматина называются гетерохроматин, а деспирализованные – эухроматин. На участках эухромати - на идут процессы транскрипции (синтез иРНК).

Гетерохроматин – неактивный участок хроматина, здесь не происходит транскрипции.

В начале клеточного деления хроматин скручивается (спирали - зуется) и образует хромосомы, которые хорошо различимы в све - товой микроскоп. Значит, хромосома – суперспирализованный хроматин. Спирализация достигает своего максимума в метафазе митоза. Каждая метафазная хромосома состоит их двух сестрин - ских хроматид. Хроматиды содержат одинаковые молекулы ДНК, которые образуются при удвоении (репликации) ДНК в синтети - ческий период интерфазы. Хроматиды соединены друг с другом в области первичной перетяжки – центромеры. Центромеры делят хромосомы на два плеча. В зависимости от места расположения центромеры различают следующие типы хромосом:

1)метацентрические (равноплечие);

2)субметацентрические (неравноплечие);

3)акроцентрические (палочковидные);

4)спутничные (имеют вторичную перетяжку, которая отделяет небольшой участок хромосомы, называемый спутником).

Число, величина и форма хромосом в ядрах клеток являются важными знаками каждого вида. Набор хромосом соматических клеток данного вида называется кариотипом.

Клеточный (или жизненный) и митотический циклы клетки

Жизненный цикл клетки

21D

G1 – пресинтетический период S – синтетический период

G2 – постинтетический период

G0 – период пролиферативного покоя

Клеточным циклом или жизненным циклом клетки называется совокупность процессов, происходящих в клетке от 1-го деления (появление ее в результате деления) до следующего деления или до смерти клетки.

Митотический цикл – период подготовки клетки к делению и само деление. Митотический цикл клетки состоит из интерфазы и митоза. Интерфаза разделена на 3 периода:

1.Пресинтетический или постмитотический.

2.Синтетический.

3.Постсинтетический или премитотический. Продолжительность митотического цикла составляет от 10 до 50 часов. В пресинтетический период клетка выполняет свои функ - ции, увеличивается в размерах, т.е. активно растет, увеличивается количество митохондрий, рибосом, идет синтез белков, нуклеоти - дов, накапливается энергия в виде АТФ, синтезируется РНК.

Хромосомы представляют собой тонкие хроматиновые нити, каждая состоит из одной хроматиды. Содержание генетического материала в клетке обозначают следующим образом: с- количе - ство ДНК в одной хроматиде, n – набор хромосом.

Клетка в G 1 содержит диплоидный набор хромосом, каждая хромосома имеет одну хроматиду (2с ДНК 2n хромосом).

ВS- периоде происходит репликация молекул ДНК и их содер - жание в клетке удваивается, каждая хромосома становится двух - роматидной (т.е. хроматида достраивает себе подобную). Генети - ческий материал становится 4с2п, центриоли клетки тоже удваи - ваются.

Продолжительность S- периода у млекопитающих 6-10 часов. Клетка продолжает выполнять свои специфические функции.

ВG2 - периоде клетка готовится к митозу: накапливается энер - гия, затухают все синтетические процессы, клетка прекращает выполнять основные функции, накапливаются белки для постро -

22D

ения веретена деления. Содержание генетической информации не изменяется (4с2n). Продолжительность этого периода 3-6 часов.

Митоз – это непрямое деление, основной способ деления со - матических клеток.

Митоз – непрерывный процесс и условно делится на 4 стадии: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Наиболее продолжительны первая и последняя. Длительность митоза 1-2 часа.

1. Профаза. В начале профазы центриоли расходятся к полюсам клетки, от центриолей начинают формироваться микротрубочки, которые тянутся от одного полюса к другому и по направлению к экватору клетки, образуя веретено деления . К концу профазы рас - творяются ядрышки, ядерная оболочка. К центромерам хромосом прикрепляются нити веретена деления, хромосомы спирализуют - ся и устремляются к центру клетки. Содержание генетической информации при этом не изменяется (4с2n).

2.Метафаза. Длительность 2-10 мин. Короткая фаза, хромосомы располагаются на экваторе клетки, причем центромеры всех хро - мосом располагаются в одной плоскости – экваториальной. Меж - ду хроматидами появляются щели. В области центромер с двух сторон имеются небольшие дисковидные структуры – кинетохо - ры. От них так же, как и от центриолей отходят микротрубочки, которые располагаются между нитями веретена деления.

Существует точка зрения, что именно кинетохорные микротру - бочки заставляют центромеры всех хромосом выстраиваться в области экватора. Это стадия наибольшей спирализации хромо - сом, когда их удобнее всего изучать. Содержание генетической информации при этом не изменяется (4с2n).

3. Анафаза длится 2-3 минуты, самая короткая стадия. В анафазе происходит расщепление центромер и разделение хроматид. По - сле разделения одна хроматида (сестринская хромосома) начина - ет двигаться к одному полюсу, а другая половина – к другому.

Предполагается, что движение хроматид обусловлено скольже - нием кинетохорных трубочек по микротрубочкам центриолей. Именно микротрубочки генерируют силу, обуславливающую рас - хождение хроматид. По другой версии, нити веретена деления плавятся и увлекают за собой хроматиды.

23D

В клетке находится два диплоидных набора хромосом4с4n (у каждого полюса 2с2n).

4. Телофаза. В телофазу формируются ядра дочерних клеток, хромосомы деспирализуются, строятся ядерные оболочки, в ядре появляются ядрышки.

Цитокинез – деление цитоплазмы, происходит в конце телофазы. В животных клетках цитоплазматическая мембрана впячивает -

ся внутрь. Клеточные мембраны смыкаются, полностью разделяя две клетки. В растительных клетках из мембран пузырьков Голь - джи образуется клеточная пластинка, расположенная в экватори - альной плоскости. Клеточная пластинка, разрастаясь полностью, разделяет две дочерние клетки. В каждой клетке 2с 2n.

Митоз

Значение митоза.
1.Поддержание постоянства числа хромосом. Митоз – наслед	-
ственно равное деление.
Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом
распределении сестринских хромосом между дочерними клетка	-

ми, что обеспечивает образование генетически равноценных кле - ток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.

2. Обеспечивание роста организма.

3.Замещение изношенных клеток, поврежденных тканей, регене - рацию утраченных частей.

Так, у человека замещаются клетки кожи, эпителий кишечника, эпителий легких, клетки крови – всего в день 1011 клеток.

4. Митоз лежит в основе бесполого размножения.

Амитоз - прямое деление клетки путем перешнуровки ядра без спирализации считывается равномерное распределение генетиче -

24D

ского материала между дочерними ядрами. После амитотического деления клетки не могут митотически делиться. Амитозом делят - ся клетки при воспалительных процессах, злокачественном росте. Амитоз встречается в клетках некоторых специализированных тканей, например, в поперечно – полосатой мускулатуре, соеди - нительной ткани.

Пролиферация клеток

Пролиферация - увеличение числа клеток путем митоза, кото - рое приводит к росту и обновлению ткани. Интенсивность про - лиферации регулируется веществами, которые вырабатываются как внутри клеток, так и вдали от клеток. Современные данные свидетельствуют о том, что одним из регуляторов пролиферации на клеточном уровне являются кейлоны. Кейлоны – гормонопо -

добные вещества, являющиеся полипептидами или гликопротеи	-
нами. Они образуются всеми клетками и внутри клеток высших
организмов, обнаружены в различных жидкостях организма, в
том числе и в моче. Кейлоны подавляют митотическую актив	-
ность клеток. Так же они участвуют в регуляции роста тканей,
заживлении ран, иммунных реакциях.

Гормональные механизмы – дистантные регуляторы пролифе - рации на организменном уровне. Например, уровень эритроцитов в высокогорных районах повышается за счет секреции в специа - лизированных клетках почек гормона эритропоэтина. У жителей высокогорья количество эритроцитов больше, чем у людей, жи - вущих на равнине.

Кроме того, существуют гипотезы о причинах, побуждающих клетку делиться. Например:

- объемная – клетка, достигнув определенного объема, делится. Изменяются ядерно–цитоплазматические отношения (от 1/6 до

1/69), - гипотеза «митогенетических лучей». Делящиеся клетки сти -

мулируют к митозу расположенные рядом клетки,

25D

- гипотеза «раневых гормонов». Поврежденные клетки выделяют особые вещества, способствующие митозу неповрежденных клеток.

26D

Лекция 4

Размножение организмов

План

1.Формы размножения живых организмов.

2.Гаметогенез.

3.Мейоз.

Формы размножения живых организмов

Размножение-свойство живых организмов воспроизводить себе подобных. Выделяют две основные формы размножения: беспо - лое и половое.

Бесполое размножение способствует сохранению наибольшей приспособленности в неменяющихся условиях обитания, т.к. об - разуются генетически точные копии родителей.

Формы бесполого размножения

1. Деление клетки надвое характерно для одноклеточных орга - низмов (простейших, бактерий).

2. Множественное деление – шизогония (малярийный плазмодий).

3.Спорообразование – размножение с помощью специальных клеток–спор (грибы, папоротники, мхи, водоросли).

4.Почкование - на материнском организме образуется бугорок – почка, развивающаяся в самостоятельный организм (кишечно - полостные).

5. Фрагментация – распад тела на части, которые затем превра - щаются в полноценные организмы (кольчатые черви).

6. Вегетативное размножение – образование новой особи из части родительской. Встречается у растений и грибов.

Половое размножение

При половом размножении происходит рекомбинация наслед - ственного материала и появляется потомство, генетически отлич - ное от родителей.

Половое размножение характерно для многоклеточных, но су - ществует и у одноклеточных организмов. Выделяют две формы полового процесса у одноклеточных:

1) конъюгация – при этой форме половые клетки не образуются

27D

2) гаметическая копуляция – когда формируются половые клетки и происходит их попарное слияние.

Конъюгация как своеобразная форма полового процесса суще - ствует у инфузорий. Две инфузории временно соединяются, меж -

ду ними образуется цитоплазматический мостик, через который
происходит обмен наследственной информацией. Затем инфузо	-
рии расходятся и у них появляются новые свойства и признаки.

Копуляцией называется половой процесс у одноклеточных ор - ганизмов, при котором две особи приобретают половое различие, т.е. превращаются в гаметы и полностью сливаются, образуя зи - готу.

Виды копуляции:

1)изогамия – две половые клетки не имеют внешних различий, обе маленькие и подвижные,

2)анизогамия – мужская половая клетка маленькая и подвижная,

женская – крупная и тоже подвижная. Сливаться могут как ма - ленькая с большой, так и две маленькие, 3) овогамия – половые клетки различны по форме и размерам.

Гаметогенез

Гаметогенез-развитие половых клеток - гамет . Развитие мужских половых клеток называется - сперматогенез , а женских –

овогенез.

Сперматогенез Участок поперечного разреза извитого канальца семенни -

ка (см.стр.27)

28D

Cellules germinales primordiales – первичная зародышевая клетка, Mitoseмитоз; Meiose 1 –первое мейотическое деление; Meios 11второе мейотическое деление; Testicule-яичко; Tubule seminifere-

семявыносящие канальца; Tubule seminifere (section transversale) –

семявыносящие канальца (поперечный разрез); Cellule de Sertoli-

клетки Сертоли; Spermatogonie-сперматогонии; Spermatocyte de premier ordre-сперматоцит первого порядка; Spermatocyte de deuxieme ordre-сперматоцит второго порядка; Spermatides-спер - матида; Spermatozoides-сперматозоид.

Развитие сперматозоидов происходит в извитых канальцах се - менника. Стенки этих канальцев состоят из соединительной

29D

тканной основы и слоя сертолиевых клеток. Крупные клетки Сер - толи обеспечивают созревающим сперматозоидам механическую опору, защиту и питание. Эти клетки секретируют и жидкость, с которой сперматозоиды проходят по канальцам семенника. Меж -

ду клетками Сертоли находятся половые клетки на различных
стадиях развития. У человека сперматозоиды образуются с мо	-
мента наступления половой зрелости до самой смерти.
В сперматогенезе, как и в овогенезе, различают несколько пе	-
риодов.
Период размножения. На этой стадии из первичных половых

клеток образуются сперматогонии, которые несколько раз делят - ся путем митоза, в результате чего их количество возрастает. Сперматогонии имеют округлую форму, относительно большое ядро и небольшое количество цитоплазмы (2с2п).

Период роста. В этом периоде происходит рост половых кле - ток, интерфаза мейоза (репликация ДНК), накопление питатель - ных веществ, образующиеся клетки носят название сперматоци - тов I порядка (4с2n). Ядро их проходит стадию профазы мейоза I,

т.е. совершается конъюгация гомологичных хромосом, кроссин	-
говер и образуются биваленты.
Период созревания заключается в том, что происходят два по	-
следовательных мейотических деления. В результате первого де	-

ления из каждого сперматоцита I порядка образуются два сперма - тоцита II порядка (2с 1n), а после второго деления – 4 одинаковые по размерам сперматиды – мелкие округлые клетки. При этих де - лениях происходит уменьшение (редукция) числа хромосом вдвое

(сДНК, n хромосом).
Сперматиды вступают в 4 период – формирования и превра	-
щаются в сперматозоиды. Сперматозоиды состоят из головки,
шейки и хвостовой части (жгутик). Основную массу головки
сперматозоида составляет ядро, цитоплазма практически отсут	-
ствует. В передней части головки образуется акросома (преобра	-

зованный аппарат Гольджи), содержащая фермент гиалуронидазу,

который растворяет оболочки яйцеклетки во время оплодотворе	-
ния. В средней части сперматозоида – шейке – располагаются
центриоль и спиральная нить, образованная митохондриями.
Микротрубочки одной из центриолей удлиняются, образуя осе	-

30D