Существование клеток во времени

а) Периодизация митоза и характеристика его фаз

Фаза	Процессы	Динамика количества хромосом (n) и ДНК (c)
Профаза	Разрушение ядерной оболочки, исчезновение ядрышка. Хроматиды укорачиваются и утолщаются в результате их спирализации и конденсации. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам клетки, между ними микротрубочки образуют веретено деления.	2n4c
Метафаза	Заканчивается образование веретена деления. Хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка). Микротрубочки веретена деления связаны с кинетохорами хромосом. Каждая хромосома продольно расщепляется на две хроматиды (дочерние хромосомы), соединенные в области кинетохора.	2n4c
Анафаза	Снижение вязкости цитоплазмы; сокращение нитей веретена деления. Расхождение хроматид (сестринских хромосом) к полюсам клетки. Анафазное движение связано с удлинением центральных нитей веретена, раздвигающего митотические полюсы, и с укорочением хромосомальных микротрубочек митотического аппарата. По завершении движения на полюсах собирается два равноценных полных набора хромосом.	4c4n
Телофаза	Образование двух дочерних ядер, деление цитоплазмы (цитотомия) – образование двух диплоидных клеток и окончательное разрушении митотического аппарата. Деспирализация хромосом, восстановление ядрышка и ядерной оболочки. Цитокинез осуществляется путём образования клеточной пластинки (в растительной клетке) или путём образования перетяжки (в животной клетке).	2n2c

б) Динамика количества хромосом и ДНК в митотическом цикле

Фаза митотического цикла		Динамика количества хромосом (n) и ДНК (c)
Интерфаза	Постмитотический	2n2c
	Синтетический	2n4c
	Предмитотический	2n4c
Собственно митоз	Профаза	2n4c
	Метафаза	2n4c
	Анафаза	4c4n
	Телофаза	2n2c

в) Биологическое значение митоза

Биологическое значение митоза:

1) Сохранение генетической стабильности (равномерное распределение генетической информации между дочерними клетками)

2) Митоз является главным механизмом роста

3) Обеспечивает бесполое размножение и регенерацию клеток

г) Амитоз, его механизмы и биологическое значение

Амитоз – прямое деление.

При амитозе происходит разделение ядра путем перетяжки или путем образования перегородки без сложной перестройки наследственного материала, и затем деление цитоплазмы.

Бактерии и другие прокариоты не имеют ядра. Поэтому амитоз происходит несколько иначе. Сначала удваивается кольцевая ДНК, прикреплённая к складке цитоплазматической мембраны. Между двумя закреплёнными ДНК образуется перетяжка, разделяющая клетку пополам.

Биологическое значение:

1) Быстрое восстановление тканей;

2) Размножение одноклеточных эукариотических и прокариотических организмов;

3) Амитоз свойственен дрожжам, размножающимся бесполым путём, бактериям, лейкоцитам;

4) Часто амитоз приводит к образованию многоядерных клеток опухолей.

д) Проблемы клеточной пролиферации в медицине

Ткани с высокой скоростью обновления клеток более чувствительные к воздействию различных мутагенов, чем ткани, в которых клетки обновляются медленно.

Действием облучения объясняется его применение в терапии опухолей. Цель облучения не в том, чтобы убить опухолевые клетки в интерфазе, а в том, чтобы они утратили способность к митозу, что приведет к замедлению или прекращению роста опухоли. Излучение в дозах не летальных для клетки может вызвать мутации, приводящие к усиленной пролиферации измененных клеток и дать начало злокачественному росту.

На пролиферацию клеток влияют многие химические вещества, в том числе лекарственные препараты.

Размножение организмов

а) Размножение как основное свойство живого

Размножение – это способность живых организмов воспроизводить себе подобных, обеспечивая непрерывность и преемственность жизни в ряду поколений.

Биологическое значение:

1) Обеспечивает сохранение жизни во времени;

2) Поддерживает состав популяции и не приводит к вымиранию конкретного вида.

б) Бесполое и половое размножение, их биологическое значение

Бесполое размножение		Половое размножение
одноклеточные	многоклеточные	одноклеточные	многоклеточные
деление на двое	вегетативное	копуляция	с оплодотворением
множественное деление (шизогония)	продольное или поперечное	конъюгация	без оплодотворения (партеногенез: андрогенез и гиногенез)
	фрагментация
почкование	почкование
образование спор	полиэмбриония

Существует два основных типа размножения – бесполое и половое.

При бесполом размножении участвует один родитель и новые особи имеют такой же генотип, что и родительский. Основной механизмом - митоз. Генетическая изменчивость при бесполом размножении минимальна и связана лишь с мутационным процессом.

Биологическое значение:

1) Быстрое увеличение количества особей;

2) Новые организмы – это точные копии материнского;

3) Не происходит появления новых признаков.

Половое размножение предполагает наличие двух родительских особей. При половом размножении происходит слияние двух половых клеток с гаплоидным набором хромосом и образованием диплоидной зиготы. Основной механизм - мейоз.

Биологическое значение: создает более сильное, более жизненное потомство, чем потомство, получаемое от бесполого размножения

в) Формы и механизмы бесполого размножения у одноклеточных и многоклеточных

I. У одноклеточных:

а) Деление на двое – материнская клетка на две одинаковые дочерние клетки;

б) Шизогония (множественное деление) – из одной материнской (шизонт) образуется большое количество дочерних клеток (мирозоиды);

в) Спорообразование – организмы образуют споры;

г) Почкование – из одной материнской образуется две дочерних, но разных размеров.

II. У многоклеточных:

а) Вегетативное – новый организм развивается из отдельных органов;

б) Фрагментация – деление и образование новой особи;

в) Спорообразование;

г) Почкование – на материнской особи вырастают дочерние и отделяются;

д) Полиэмбриония – многоклеточный зародыш на стадии бластулы разделяется на несколько частей, которые развиваются в самостоятельный организм.

г) Формы и механизмы полового размножения у одноклеточных и многоклеточных

I. У одноклеточных:

а) Копуляция – слияние двух одноклеточных организмов с перекомбинацией их наследственного материала;

б) Конъюгация – две инфузории подходят, образуется мостик, растворяются ядра, делятся мейозом и обмениваются ядрами.

II. У многоклеточных:

а) Партеногенез (без оплодотворения) – дочерний организм развивается из неоплодотворенной клетки;

б) Андрогенез – из яйцеклетки с мужским пронуклеусом;

в) Гиногенез – новый организм из яйцеклетки женским пронуклеусом, но изначально она активирована сперматозоидом

д) Этапы эволюции полового размножения

I. этап: изогамный способ размножения - принимают участие изогаметы, но они морфологически одинаковы;

II. этап: гетерогамный -мужские и женские половые клетки морфологически отличаются,

III. этап: появление специализированных органов, где происходит формирование половых клеток-половые железы. Являлись гермафродитами, в процессе эволюции произошло разделение полов на мужские женские (половой деморфизм);

IV. этап: переход от внешнего оплодотворения к внутреннему, развиваются наружные половые органы.

Гаметогенез

а) Прогенез: биологическая роль и общая характеристика

Дроблению предшествуют процессы гаметогенеза и оплодотворения, которые не являются непосредственно индивидуальным развитием и могут даже не привести к нему, но которые во многом определяют дальнейшее развитие зародыша в том случае, если зачатие состоится.

Прогенез - проэмбриональный период, включающий процессы формирования половых клеток (сперматогенез и овогенез).

б) Стадии сперматогенеза и их характеристика

Сперматогенез – процесс образования мужских половых клеток (сперматозоидов), происходит в извитых канальцах семенников.

Сперматогенез человека длится 70-75 дней. Начинается в период полного созревания (12-14 лет) и идет непрерывно в течение всей жизни мужчины.

Для оплодотворения достаточно 100 мнл сперматозоидов

Сперматогенез состоит из 4 стадий:

Размножения: На этой стадии из зачаточной клетки, в результате митоза происходит образование сперматогоний.

Роста: На этой стадии сперматогонии растут развиваются, наступает интерфаза первого мейоза и из сперматогоний образуются сперматоциты I порядка.

Созревания: Эта стадия характеризуется I и II мейотическим делением, в ходе первого деления из одной ссперматоциты I порядка, образуется две сперматоциты II порядка. А в результате второго деления из одной сперматоциты II порядка - 2 сперматиды.

Формирования: На этой стадии из сперматид формируются непосредственно сперматозоиды.

в) Стадии овогенеза и их характеристика

Овогенез – процесс образования женских половых клеток (яйцеклеток), происходит в яичниках.

Яйцеклетки у человека начинают формироваться в эмбриональном периоде. Изначально у женского эмбриона закладывается 6-8 млн овогоний, но к моменту рождения остается 1-2 млн, в период полового созревания (11-13 лет) – 100 тыс.

Овогенез состоит из 3 стадий:

Осуществяется в 3 стадии:

Размножения: На этой стадии из зачаточной клетки происходит образование в результате митоза многочисленных овогоний.

Роста: На этой стадии в интерфазу первого мейоза из овогоний образуются овоциты I порядка.

Созревания: В эту стадию в результате первого мейотического деления из одной овоциты I порядка образуется один овоцит II порядка и одно редукционное (полярное) тельце. В результате второго мейотического деления из одной овоциты II порядка образуется одна яйцеклетка и 3 редукционных тельца.

 

Сравнительная характеристика сперматогенеза и овогенеза

стадия	сперматогенез	клеточные формы, тип деления клеток			овогенез
Размножения		сперматогонии	митоз	овогонии
Роста		сперматоцит I порядка	интерфаза	ооцит I порядка
Созревания		сперматоцит II порядка	1 деление мейоза	ооцит II порядка
		сперматиды	2 деление мейоза	яйцеклетка
Формирования		сперматозоиды

г) Цитологические и цитогенетические характеристики спермато- и овогенеза

д) Морфология сперматозоидов и яйцеклеток. Типы яйцеклеток

Сперматозоиды - это очень мелкие подвижные мужские гаметы; их количество исчисляется миллионами. Форма спермиев у разных животных различна, однако строение их однотипно. В каждом сперматозоиде можно выделить: головку, шейку, хвост. В головке находится ядро с гаплоидным числом хромосом и акросома. Акросома содержит гидролитические фер­менты, способствующие проникновению спермия в ооцит при оплодотво­рении. В шейке сперматозоида расположена пара центриолей и многочис­ленные митохондрии, собранные в спираль. Эти митохондрии синтезиру­ют энергию, обеспечивающую движение хвоста.

Зрелая яйцеклетка имеет большие размеры, неподвижна, покрыта не­сколькими оболочками. В ходе овогенеза в цитоплазме яйцеклетки, где располагается ядро, резервируется большое количество веществ, необхо­димых для ее созревания и обеспечения раннего эмбриогенеза. Запасенные вещества представлены желтком (запас питательных веществ); компонен­ты, необходимые для репликации, транскрипции и трансляции (рибосомы, мРНК, тРНК и др.); регуляторные вещества. В ядре яйцеклетки человека содержится 23 хромосомы, одна из них является половой — Х-хромосомой.

Типы яйцеклеток:

В зависимости от количества желтка:

1) Алецитальная – желтка нет – он в желточных клетках (плацентарные);

2) Олиголецитальная – мало желтка (ланцетник, представители низших хордовых);

3) Мезолецитальная – среднее количество желтка (осетровые рыбы, амфибии);

4) Полилецитальная – очень много желтка (высшие позвоночные: пресмыкающиеся, птицы и яйцекладущие млекопитающие).

В зависимости от распределения желтка:

1) Изолецитальная – желток распределен в цитоплазме равномерно и ядро располагается примерно в центре - обычно при малом количестве желтка (млекопитающие, человек);

2) Телолецитальная - основная масса желтка скапливается у одного из полюсов клетки — вегетативного полюса. Противоположный полюс, к которому оттесняется свободная от желтка активная цитоплазма, называют анималъным:

3) Цетролецитальная – желток распределен в центре (насекомые).

 

Мейоз

а) Мейоз, его общая характеристика и место в гаметогенезе

Мейоз – это особый тип деления клеток, в результате которого формируются половые клетки – гаметы, содержащие гаплоидное количество хромосом и наследственного материала. Он происходит в половых железах.

Мейоз состоит из двух делений, следующих друг за другом. Первое мейотическое деление (I) – редукционное, когда происходит редукция (сокращение) количества хромосом в два раза. Второе мейотическое деление (II) – эквационное, оно аналогично митозу. Каждое деление, в свою очередь, состоит из ряда последовательных фаз: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Первому делению предшествует интерфаза, где происходит редупликация ДНК.

б) Характеристика фаз 1 и 2 мейотических делений

	Фаза мейоза	Стадии		Динамика количества хромосом (n) и ДНК (c)
I мейотическое деление (редукционное)	Интерфаза I	G1	Увеличение массы клетки.	2n2c
		S	Редупликация ДНК (удваивается количество наследственного материала клетки).	2n4c
		G2	Завершение удвоения массы цитоплазмы.	2n4c
	Профаза I	Лептотена	Спирализация хромосом, хромосомы имеют вид длинных и тонких нитей, собранных в ядре в виде рыхлого клубка.	2n4c
		Зиготена	Начало конъюгации гомологичных хромосом, которые объединяются синаптонемальным комплексом в бивалент.
		Пахитена	На фоне продолжающейся спирализации хромосом и их укорочения, между гомологичными хромосомами осуществляется кроссинговер — перекрест с обменом соответствующими участками.
		Диплотена	Возникновение сил отталкивания между гомологичными хромосомами, которые начинают отдаляться друг от друга в первую очередь в области центромер, но остаются связанными в областях прошедшего кроссинговера — хиазмах.
		Диктиотена (жен)	Хромосомы, приняв форму «ламповых щеток», прекращают какие-либо дальнейшие структурные изменения на многие годы. По достижении женским организмом репродуктивного возраста под влиянием ЛГ гипофиза, как правило, один овоцит ежемесячно возобновляет мейоз.
		Диакинез	Завершающая стадия профазы I мейоза, в которой гомологичные хромосомы удерживаются вместе лишь в отдельных точках хиазм. Биваленты приобретают форму колец, крестов, и т.д.
	Метафаза I		Биваленты выстраиваются в экваториальной плоскости, образуя метафазную пластинку.	2n4c
	Анафаза I		Хиазмы разрушаются и гомологичные хромосомы из бивалента расходятся к полюсам.	2n4c
	Телофаза I		Образуются 2 клетки.	n2c
II мейотическое деление (эквационное)	Интерфаза II		Эта стадия наблюдается только в животных клетках. Отсутствует синтетический период (S), то есть репликации ДНК не происходит.	n2c
	Профаза II		Процессы, происходящие во втором делении мейоза, по своему механизму сходны с процессами, происходящими в митозе.	n2c
	Метафаза II			n2c
	Анафаза II			2n2c
	Телофаза II			nc

в) Динамика количества хромосом и ДНК в мейотическом делении

	Фаза мейотического цикла	Динамика количества хромосом (n) и ДНК (c)
I мейотическое деление	Интерфаза I	2n2c
		2n4c
		2n4c
	Профаза I	2n4c
	Метафаза I	2n4c
	Анафаза I	2n4c
	Телофаза I	n2c
II мейотическое деление	Интерфаза II	n2c
	Профаза II	n2c
	Метафаза II	n2c
	Анафаза II	2n2c
	Телофаза II	nc

г) Биологическое значение мейоза

1) Происходит редукция числа хромосом и наследственного материала, что обусловливает формирование половых клеток с гаплоидным набором хромосом и ДНК (nc). При последующем оплодотворении, когда осуществляется слияние 2 гамет, организм нового поколения будет иметь диплоидное количество хромосом и диплоидное количество ДНК, что обеспечивает постоянство кариотипа в ряду поколений у организмов данного биологического вида.

2) При мейозе происходит перекомбинация генетического материала. Новые комбинации генов возникают в результате случайного расхождения хромосом (независимое распределение) и обмена генетическим материалом между гомологичными хромосомами (кроссинговер).

3) Мейоз – один из ключевых механизмов наследственности и наследственной изменчивости будущего потомства.

д) Отличия мейоза и митоза

	Митоз	Мейоз
Сходства	1. Имеют одинаковые фазы деления. 2. Перед митозом и мейозом в синтетическом периоде интерфазы происходит редупликация (удвоение) ДНК, образование двухроматидных хромосом (число хромосом 2n, молекул ДНК 4с)
Различия	1. Одно деление	1. Два сменяющих дуг друга деления
	2. Кроссинговер не происходит	2. Гомологичные хромосомы конъюгируют с образованием бивалентов, между гомологичными хромосомами происходит кроссинговер
	3. В анафазу к полюсам расходятся сестринские хроматиды	3. В анафазе I мейотического деления к полюсам расходятся гомологичные хромосомы
	4. В период интерфазы перед каждым делением происходит удвоение молекулы ДНК	4. Между I-м и II-м делением в период интерфазы не происходит удвоение молекулы ДНК
	5. Образуется 2 дочерние клетки с диплоидным набором хромосом и ДНК (2n2c)	5. Образуется 4 клетки с гаплоидным набором хромосом и ДНК (nc)

 

Оплодотворение

а) Оплодотворение, его биологическая роль

Оплодотворение – это процесс слияния женских и мужских половых клеток, в результате чего образуется зигота.

Биологическое значение:

1) Восстановление диплоидного набора хромосом и ДНК в зиготе;

2) Объединение наследственных задатков отца и матери;

3) Обеспечение материальной непрерывности между поколениями.

б) Виды оплодотворения

1) Внешнее оплодотворение – вне тела самки, обычно в водной среде (земноводные, рыбы, амфибии, моллюски)

2) Внутреннее – в половых путях самки (пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие).

в) Этапы оплодотворения

Процесс оплодотворения протекает в несколько этапов:

1. Сближение гамет.

2. Контактные взаимоотношения, в результате которых происходит про­никновение сперматозоида в яйцеклетку (акросомальная и др. реакции).

3. Слияние пронуклеусов (мужского и женского ядер) - кариогамия.

г) Механизмы оплодотворения

1. Цитологический – происходит слияние мужской и женской половых клеток (сингамия). В реализации данного механизма важно наличие полноценных сперматозоидов в необходимом количестве в половых путях женского организма в период овуляции яйцеклетки;

2. Генетический – слияние гаплоидных наборов наследственного материала мужской и женской гамет и формирование диплоидной зиготы;

3. Химический механизм. В оплодотворении важную роль играет химический состав среды половых путей женского организма. В кислой среде сперматозоиды теряют активность, и вероятность оплодотворения снижается;

4. Иммунологический механизм. Иммунологическая несовместимость мужской спермы и среды женских половых путей может препятствовать процессу оплодотворения;

5. Физиологический – целый ряд физиологических процессов, протекающих в женском (гормональные реакции образования яйцеклетки) и мужском (гормональная реакция образования сперматозоидов) организмах.

д) Партеногенез, его разновидности и характеристика

Партеногенез (девственное развитие) - вид полового размножения, при котором дочерний организм иногда развивается из неоплодотворенной яйцеклетки.

Разновидности:

ü Гиногенез - источник наследственного материала для развития потомка в этом случае обычно служит ДНК яйцеклетки;

ü Андрогенез (реже) — развитие потомка из клетки с цитоплазмой ооцита и ядром сперматозоида. Ядро женской гаметы в случае андрогенеза погибает.