Лекция. Овариальный цикл и оплодотворение у человека

Чередование гапло- и диплофаз в жизненных циклах

Нужно вспомнить, что у всех живых организмов имеется в жизненном цикле, в развитии две фазы: Гаплофаза (представлена у некоторых растений- в данном случае плавуны и мхи, это сосудистые, т.е. высшие растения) и диплофаза (которая представлена соответственно спорофитом и гаметофитом). Все тоже самое мы видим у покрытосеменных растений. Мы видим, что есть гаплофаза- мужской и женский гаметофит. Больная часть животных представлена диплоидной фазой, а гаплоидная фаза представлена фактически только гаметами, т.е. половыми клетками, половыми продуктами.

Говоря о человеке, мы понимаем, что здесь все то же самое: происходит чередование гапло- и диплофаз. Если мы посмотрим на человека с репродуктивной точки зрения, с точки зрения генетики, физиологии, размножения, то конечно же главными частями человеческого организма являются ганады (репродуктивные органы- яичники у женщин и семенники у мужчин). Все остальное служит для того, чтобы обеспечить гаметогенез, образование гамет и, следовательно, последующих поколений. Если говорить более подобно, то мы понимаем, что в семенниках и яичниках находятся родоначальники будущих половых клеток — это гониальные клетки (гонии), соответственно, агонии и сперматогонии, которые претерпевают мейоз, после того как реплицируется ДНК и в конце концов после завершения мейоза, мы имеем гаметы. При этом в гаметах, в половых клетках уровень плоидности снижен в два раза, если диплоидный уровень у нас 2n, то в гаметах мы получаем 1n или просто n. Мы говорим, что мейоз проходит, но это тоже условность, потому что хрестоматийных вещей в жизни не бывает, и у человека мейоз проходит до конца только у мужских организмов, только у мужчин. При этом из каждой гониальной клетки формируются 4 продукта мейоза, т.е. 4 сперматозоида. В конечном итоге из продуктов мейоза, из клеток, которые получаются в результате мейоза, в результате созревания и дифференцировки образуются 4 сперматозоида из одной гониальной клетки. У женского организма все обстоит несколько иначе, потому что всего один продукт из возможных четырех, будет давать начало тому, что мы называем яйцеклеткой, но у человека яйцеклетка фактически не образуется. Дело в том, что мейоз останавливается на стадии метафазы 2, т.е. метафазы второго миотического деления, и оплодотворению подвергается ооцит второго порядка, у которого уровень плоидности другой, но тем не менее условно мы можем сказать, что гаметы все-таки формируются. Затем наступает оплодотворение. Оплодотворение — это непростой процесс и его нельзя воспринимать как какую-то схематическую вещь. В результате оплодотворения формируются зигота, которая изначально диплоидной не является, но после того, как она выделяет из себя полярное тельце второго порядка, диплоидность восстанавливается. Эта диплоидная клетка начинает делиться уже путем митоза и это второй тип клеточного деления, отличающийся от мейоза, в результате чего формируется эмбрион- организм следующего поколения. Таким образом, мы видим чередование двух фаз: диплоидной, представленной взрослыми организмами и развивающимися организмами, и гаплоидную фазу, которая представлена только половыми продуктами- сперматозоидами и ооцитами.

Митоз и мейоз

И говоря об этих двух типах клеточных делений, мы должны понимать, чем они отличаются друг от друга.

Митоз — это такое деление, при помощи которого размножаются, делятся соматические клетки и клетки ганиальные, т.е. это клетки полового пути, но они размножаются путем деления митозом. Характерные особенности метоза: из одной материнской клетки формируются две дочерних, при этом их генетический состав и генетическая конституция сохраняются, точно такими же как в материнской клетке. Значит дочерние являются точными копиями материнской. (картинака) Здесь показаны хромосомы: синяя и голубая- 2 гомологичных хромосомы и Гомологию мы устанавливаем по наличию одного и того же гена в этих хромосомах- это ген Б. Другое дело, что в верхней хромосоме он находится в доминантном состоянии, а в нижней- в рецессивном, а ген один и тот же, просто он представлен двумя разными аллелями. Тоже самое и про ген А, мы видим, что идет удвоение хромосом, репликация ДНК и хромосом, в результате каждая хромосома представлена двумя хроматидами, находящимися на одной центромере, поэтому это одна хромосома. Затем наступает клеточное деление, принципиальный смысл которого заключается в том, хроматиды расходятся к разным полюсам в результате деления центромер и формируются две дочерние клетки с таким же набором, как и в материнской исходной клетке.

Совсем другое дело происходит в мейозе. Мы видим, что начальная вещь, то есть материнская клетка и то, что получается в конце это не одно и то же. Число хромосом снижена вдвое, продуктов мейоза получается 4 в хрестоматийном случае и сам мейоз состоит из двух делений: первое- это деление, которое мы называем редукционным, потому что в результате этого деления число хромосом в каждой клетке уменьшается в два раза, но каждой из хромосом остается удвоенной. И вот эта редукция числа хромосом осуществляется, потому что в профазе 1 деления мейоза происходит такой процесс, который мы называем синапсисом или конъюгацией гомологичных хромосом. Каждая из гомологичных хромосом находит себе пару, при этом каждая из хромосом удвоена в результате репликации, формируется синаптоменный комплекс, который удерживает эти хромосомы друг с другом физически, а затем входит деление эти хромосомы, не разделяя хроматиды расходятся к разным полюсам, поэтому число хромосом и уменьшается в два раза. А затем после очень короткой интерфазы, наступает второе деление мейоза, которая похожа по осуществлению на то, что мы называем митозом — это эквационное деление, в результате которого хроматиды расходятся к разным полюсам и получаем 4 продукта мейоза (два продукта деления одной клетки, два продукта- другой). (на фотке) показано два расхождения хромосом, потому что они осуществляются равновероятно, потому что с хромосомой, которая помечена А гена а, может находиться в одной клетке после первого деления мейоза, либо хромосома второй пары, изображённой и помеченной маркированной, аллелем Б или аллелем б, потому что поведение хромосом не зависит от того что их окружает, они ведут себя независимо друг от друга. Для того чтобы понять, где и как осуществляется клеточное деление, посмотрим на клеточный цикл и рассмотрим на примере клеток млекопитающих, которые делятся в культурах клеток. В культуре клеток принципиально в плане деления осуществляется все точно также, как и в целом организме. Поэтому мы можем рассмотреть круг-цикл. Первая фаза- интерфаза- длительная часть клеточного цикла, занимает 23 часа и включает в себя: G1 фазу- осуществляются все катаболические, анаболические процессы, процессы синтеза, вообще процессы жизнедеятельности клетки. Затем длительный период= 9 часов- синтетический период (S-период)- посвящен репликации ДНК, репликации хромосом. Из того что это длительный процесс мы можем заключить, что это очень важный процесс, потому что в это время копируется генетическая информация и создаются те самые хроматиды, дочерние хроматиды. Правильнее их называть сестринские хроматиды, потому что синтез ДНК полу консервативен, и мы помним, что одна нить ДНК старая, материнская, а вторая новая, заново синтезированная. Затем наступает фаза G2- подготовка к делению, здесь клетка синтезирует и собирает все необходимые инструментарии, молекулярные вещи-белки и тд, которые необходимы для обеспечения процесса деления, а вот сам процесс деления идет очень быстро= 1 час, клетка делится надвое, те получается две клетки, поэтому все должно быть готово. Мы видим, что здесь, это клеточное деление состоит профазы, когда хромосомы готовятся к тому, чтобы разойтись правильно, они компактизуются, они становятся видимыми в световой микроскоп, генетический материал упаковывается так чтобы хромосомы моли себя более-менее свободно чувствовать и легко расходиться. Затем метафаза- хромосомы располагаются в экваториальной плоскости, то есть по середине клетки. Это может быть собственная экваториальная плоскость, вертикальная плоскость у разных объектов, организмов, это происходит по-своему. Затем наступает анафаза с сформированным уже клеточным центром, расходятся хромосомы, к их кинетохорам центромер прикрепляются нити веретена деления, которые не сокращаются, а они синтезируются или расщепляются в клеточном центре, расходятся к полюсам после того как центромеры разделились (митоз), а затем наступает телофаза, она завершается формированием ядер, а цитокенез- это собственно деление клетки, у растительных и животных клеток сам процесс деления цитоплазмы и структур, которые в ней находятся осуществляется по-разному, но в целом это действительно просто разделение клеток на две клетки. Яйцеклетка- одна из крупных клеток организма.