Размножение на клеточном и организменном уровне

Лекция 3 Размножение на клеточном и организменном уровне

Основные способы размножения Размножение - универсальное свойство живого, заключающееся в воспроизведении себе подобных. В основе размножения лежит передача генетической информации от одного поколения клеток или организмов к другому.

Схема способов размножения клеток

Клеточный и митотический циклы Клеточный (жизненный) цикл - это период в жизнедеятельности клетки от момента ее появления до гибели или образования дочерних клеток. Митотический цикл — это период в жизнедеятельности клетки от момента ее образования и до разделения на дочерние клетки.

Митотический цикл Митотический цикл включает интерфазу и митоз Интерфаза состоит из трех периодов: пресинтетического (постмитотического) G1, синтетического S и постсинтетического (премитотического) — G2.

Схема митотического цикла Содержание генетической информации в клетке: п - набор хромосом, хр - число хроматид в одной хромосоме, с - число молекул ДНК. Образовавшаяся после митоза клетка содержит диплоидный набор хромосом и удвоенное число молекул ДНК, каждая хромосома имеет одну хроматиду (2n1хр2с). Такая клетка вступает в пресинтетический период (G1) интерфазы, продолжительность которого колеблется от нескольких часов до нескольких месяцев и даже лет. В этот период клетка выполняет свои функции, увеличивается в размерах, в ней идет синтез белков и нуклеотидов, накапливается энергия в виде АТФ.

Клеточный и митотический циклы В синтетический период (S) происходит репликация молекул ДНК и ее содержание в клетке удваивается, т. е. каждая хроматида достраивает себе подобную, и генетическая информация к концу этого периода становится 2n2хр4с. Одновременно в клетке идут обменные процессы, и она продолжает выполнять свои функции. Длительность этого периода 6-8 ч. В постсинтетический период (G2) клетка готовится к митозу: накапливается энергия, синтезируются белки ахроматинового веретена. Постепенно затухают все синтетические процессы, необходимые для репродукции органоидов, меняется вязкость цитоплазмы и ядерно-цитоплазменное соотношение, прекращается выполнение клеткой основных функций. Содержание генетической информации не изменяется (2п2хр4с). Клетка вступает в митоз.

Митоз это основной способ размножения соматических клеток. Главными причинами начала митоза являются: изменение ядерно-цитоплазменного соотношения (в разных клетках оно достигает 1/69 - 1/89); появление "митогенетических лучей" - делящиеся клетки "заставляют" расположенные рядом клетки вступать в митоз; наличие "раневых гормонов" - поврежденные клетки выделяют особые вещества, вызывающие митоз неповрежденных клеток. Регуляция деления клеток осуществляется белками-циклинами, изменяющими продолжительность фазы G1.

Митоз Процесс митоза - непрерывный 4 стадии: профаза, метафаза, анафаза телофаза

Митоз В стадии профазы происходит увеличение объема ядра, спирализация хроматиновых нитей, расхождение центриолей к полюсам клетки и формирование веретена деления. К концу профазы фрагментируются ядрышки и ядерная оболочка, хромосомы выходят в цитоплазму и устремляются к центру клетки. В конце профазы к центромерам хромосом прикрепляются нити веретена деления. Содержание генетического материала при этом не изменяется (2n2хр4с). Метафаза - самая короткая фаза, когда хромосомы располагаются на экваторе клетки. В этой стадии достигается наибольшая спирализация хромосом и их удобнее всего изучать. Содержание генетического материала остается прежним.

Митоз В стадии анафазы происходит продольное разделение хроматид в области центромеры. Нити веретена деления сокращаются, и хроматиды (дочерние хромосомы) расходятся к полюсам клетки. Содержание генетической информации становится 2n1хр2с у каждого полюса. В стадии телофазы формируются ядра дочерних клеток: хромосомы деспирализуются, строятся ядерные оболочки, в ядре появляются ядрышки. Митоз заканчивается цитокинезом - делением цитоплазмы материнской клетки. В конечном итоге образуются две дочерние клетки, каждая из которых имеет 2n хромосом, одну хроматиду в хромосоме и 2с наборов ДНК.

Основное значение митоза заключается в поддержании постоянства числа хромосом, обусловленном точным распределением генетической информации между дочерними клетками. Разновидности митоза: эндомитоз, политения и мейоз. При эндомитозе происходит удвоение хромосом без деления ядра, что приводит к образованию полиплоидных клеток. При политении наблюдается многократное удвоение хроматид, но они не расходятся, и в результате образуются политенные (многохроматидные, гигантские) хромосомы, например в слюнных железах мухи дрозофилы.

Деление клетки Амитоз - прямое деление клеток и ядер, находящихся в условиях физиологической и репаративной регенерации, либо опухолевых клеток. Начинается с образования перетяжки ядра, затем цитоплазмы, и далее они делятся на две части. Установлено, что и при амитозе происходит равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками.

Мейоз это деление соматических клеток половых желез, в результате которого образуются половые клетки - гаметы. Мейотическое деление протекает в два этапа - мейоз-I и мейоз- II. 4 фазы: профаза, метафаза, анафаза телофаза

Схема мейоза мейоз -I. 1 - лептотена; 2 - зиготена; 3 - пахитена; 4 - диплотена; 5 - диакинез; 6- метафаза; 7- анафаза; 8 - телофаза; 9- интеркинез; мейоз- II: 10- метафаза; 11 - анафаза; 12 — дочерние клетки

Профаза мейоза-I. 5 стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена и диакинез. Стадия лептотены. Хроматиновые нити спирализуются, утолщаются и укорачиваются, становятся различимы под микроскопом. Заметны интенсивно окрашивающиеся участки - хромомеры, в которых хроматин сильно спирализован, и слабо окрашивающиеся, в которых хроматин слабо спирализован. Нитевидные гомологичные хромосомы начинают движение друг к другу центромерными участками. Содержание генетического материала составляет 2n2хр4с. Стадия зиготены. Начинается конъюгация - попарное соединение гомологичных хромосом. Гомологичные хромосомы соприкасаются сначала в области центромер, а затем по всей длине. Их хромомеры точно совпадают. Содержание генетического материала не изменяется: 2n2хр4с.

Профаза мейоза-I. 5 стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена и диакинез. Стадия пахитены. Гомологичные хромосомы тесно соприкасаются по всей длине, образуя биваленты. Бивалент - это пара гомологичных хромосом, каждая из которых состоит из двух хроматид, т. е. в биваленте содержится 4 хроматиды (отсюда другое название бивалентов — тетрады). Число бивалентов соответствует гаплоидному набору хромосом – 1n. К концу этого периода начинают действовать силы отталкивания в области центромер, и становится заметным, что каждая хромосома состоит из 2 хроматид. Конъюгирующие хромосомы могут обмениваться участками хроматид — происходит кроссинговер. Содержание генетического материала не изменяется, однако его можно записать иначе -1nбив4хр4с (1n бивалентов, каждый бивалент состоит из 4 хроматид и 4 наборов ДНК).

Профаза мейоза-I. 5 стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена и диакинез. На стадии диплотены конъюгирующие гомологичные хромосомы продолжают действовать силы отталкивания, в результате чего хроматиды начинают расходиться, оставаясь соединенными в участках перекрестов — хиазм. Расхождение хроматид увеличивается, а хиазмы постепенно смещаются к их концам. Содержание генетического материала остается прежним (1nбив4хр4с). На стадии диакинеза завершается спирализация и укорочение хромосом (они окрашиваются равномерно). Биваленты, соединенные только своими концами, обособляются и располагаются по периферии ядра.

Профаза мейоза-I. 5 стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена и диакинез. В течение профазы центриоли расходятся к полюсам клетки, а в конце профазы фрагментируются ядрышко и ядерная оболочка. Проконъюгировавшие хромосомы выходят в цитоплазму и движутся к экватору клетки. К центромерам хромосом прикрепляются нити ахроматинового веретена. Содержание генетического материала – 1nбив4хр4с.

Мейоз