Клеточный цикл Митоз Meйоз ПЛАН ЗАНЯТИЯ

Клеточный цикл. Митоз. Meйоз.

ПЛАН ЗАНЯТИЯ • • • 1. Клеточная теория. 2. Клетка – элементарная единица живого. 3. Клеточный цикл. 4. Митоз. 5. Мейоз. 6. Апоптоз и некроз.

Какие основные характеристики живых организмов? 1. Состоят из клеток, имеют строгую организацию. 2. Требуют энергии (пища). 3. Способны к репродукции. 4. Поддержание гомеостаза. 5. Взаимодействуют с окружающей средой. 6. Растет и развивается. 7. Открытая система. 3

Уровни организации 1. ATOM (элемент) 2. МОЛЕКУЛЫ (белки, жиры, углеводы и т. д. ) 3. ОРГАНЕЛЛЫ (ядро, ЭПР, Гольджи …) 4. КЛЕТКИ (состоят все живые организмы) 5. ТКАНИ 6. ОРГАНЫ 7. СИСТЕМЫ ОРГАНОВ 8. ОРГАНИЗМ 9. ПОПУЛЯЦИЯ (один вид) 10. СООБЩЕСТВО (несколько популяций) 11. Экосистема 12. БИОМ (Tундра, тропические леса) 13. Биосфера (все живое и неживое на Земле) 4

История изучения клетки. История изучения клетки неразрывно связана с развитием микроскопической техники и методов исследования. В тайну клеточного строения человек смог проникнуть только благодаря изобретению в конце XVI столетия микроскопа. Галилео Галилей в 1609 – 1610 гг. сконструировал первый микроскоп.

Роберт Гук в 1665 г. Впервые описал строение коры пробкового дуба и стебля растений, ввел в науку термин «клетка» .

Голландский купец Антони ван Левенгук (1632 – 1723) завоевал славу учёного и подарил науке величайшие открытия. Он усовершенствовал микроскоп Гука и создал линзы, дающие увеличение в 100 -300 раз! Так открыли мир одноклеточных организмов (1632 – 1719 гг. ).

История изучения клетки В 1831 г. Роберт Броун, шотландский ботаник, впервые описал ядро в растительной клетке. Роберт Броун (1773 -1858) Ядро растительной клетки

Русский ученый П. Ф. Горянинов в 1834 г. отметил в своих исследованиях, что все животные и растения состоят из соединенных между собой клеток

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ В 1839 г. Теодор Шванн издал в Берлине книгу «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений. » , в которой он сформулировал клеточную теорию. При создании клеточной теории Т. Шванн исходил из открытия М. Шлейдена в 1838 г. клеточного строения растений и гомологичности происхождения клеток. Ошибки теории Шванна - Шлейдена М. Шлейден и Т. Шванн ошибочно считали, что клетки возникают путём новообразований из клеточного вещества.

Немецкий ученый Рудольф Вихров в 1858 году доказал, что клетки возникают из клеток путем размножения, что дополнило клеточную теорию.

Основные положения клеточной теории: 1. Клетка является основной структурой и функциональной единицей жизни. Все организмы состоят из клеток и жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием его клеток. 2. Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям. 3. Все новые клетки образуются при делении исходных клеток. Слово клетка произошло от латинского слова cella, ( «маленькая комната» )

Сегодня используют такие методы изучения клеток: анализ - рентгеноструктурный - гистохимия - дифференциальное центрифугирование

Одноклеточные (состоят из единственной клетки; включая большинство бактерий) многоклеточные (состоят из множества клеток, которые организованы в ткани, включая растения и животных). Человек состоит из 10 триллионов (1013) клеток. Существует около 250 -300 различных типов клеток у млекопитающих. Клетки в многоклеточном организме становятся специализированными за счет включения и выключения генов – это называется дифференциация.

Основной метод изучения клетки – использование микроскопа светового или электронного.

ПРОКАРИОТЫ (бактерии) • Бактерии или микроорганизмы размером 10 -100 мкн. • Наследственный материал в виде кольцевидной ДНК. • Не имеют ядра, генетический материал в нуклеоиде. • Клеточная оболочка состоит из мурреина. • В неблагоприятных условиях бактерии образуют споры. • По типу питания могут быть гетеротрофы и автотрофы. • По отношению к кислороду бактерии делятся на аэробы и анаэробы. • Бактерии различаются по форме и особенностям объединения клеток.

Формы бактерий • Кокки • Стептококки • Диплококки • Сарцины • Стафилококки • Бациллы • Вибрионы • Спириллы • Шарообразные • Кокки в виде цепочки • Попарно сближенные кокки • Кокки в виде пачек • Скопления кокков , в виде грозди • Вид палочек • Дугообразно изогнуты • Форма завитка

Размножение бактерий • • Размножение: деление надвое. 1. Клетка удлиняется 2. Образуется поперечная перегородка 3. Дочерние клетки расходятся или остаются связанные в характерные группы( цепочки, пакеты)

Структура прокариот на примере E. coli

Различия между про- и эукариотами

Животная клетка

Растительная клетка

Химический состав клетки Неорганический ( в % на сухую массу) Органический ( в % на сырую массу) Макроэлементы: Вода………………. . . . . 75 -85 Кислород………………. . …… 65 -75 Углерод………………. …. …. . 15 -18 Белки……………. . …. 10 -20 Водород…………………. …. . 8 -10 Азот……………. …. . . 1, 5 -3 Жиры. . . . . 1 -5 Магний…………………. . . 0, 02 -0, 03 Железо………………… 0, 01 -0, 015 Углеводы…………. . 0, 2 -2 Микроэлементы: Медь…………… 0, 0002 Нуклеиновые кислоты………. . 1 -2 Иод…………. . 0, 0001 Цинк…………………. 0, 0003 Низкомолекулярный вещества. . 0, 1 Ультрамикроэлементы: Уран Радий Не превышает 0, 000001 Золото

Организация клетки

Ядро Имеет форму шара с диаметром от 3 -10 мкм. Окружено ядерной оболочкой, состоящей из двух мембран, которые пронизаны порами. Через множество ядерных пор осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой. В ядрах присутствует одно или несколько ядрышек, которые состоят из белка и РНК. При делении клеток ядро распадается. Содержимое ядра заполнено ядерным соком (кариоплазма). Функции ядра: Ш Хранение наследственной информации. Ш Образование малых субъединиц рибосом

Мембраны - это липопротеиновые структуры. Толщина плазматической мембраны составляет 10 нм. Для строения мембран характерна жидкостно-мозаичная модель. Липиды в мембране образуют двойной слой, а белки пронизывают всю ее толщу, погружены на разную глубину, или располагаются на внешней и внутренней мембраны.

Функции мембраны: v Отделяет клеточное содержимое от внешней среды. v Регулирует обмен веществ между клеткой и средой. v Протекают ферментативные реакции. v Рецепторные участки для распознавания внешних стимулов.

Транспорт веществ через плазматические мембраны q активный транспорт (перенос молекул из области с меньшей концентрацией в область с большей, например, посредством специальных транспортных белков, требует затраты энергии АТФ); q диффузия (газы, жирорастворимые молекулы проникают прямо через плазматическую мембрану); при облегчённой диффузии растворимое в воде вещество проходит через мембрану по особому каналу, создаваемому какой-либо специфической молекулой; q осмос (диффузия воды через полунепроницаемые мембраны); q при эндоцитозе мембрана образует впячивания, которые затем трансформируются в пузырьки или вакуоли. q Различают: 1. фагоцитоз – поглощение твёрдых частиц (например, лейкоцитами крови) 2. пиноцитоз – поглощение жидкостей; q экзоцитоз – процесс, обратный эндоцитозу; из клеток выводятся непереварившиеся остатки твёрдых частиц и жидкий секрет.

Транспорт веществ через плазматические мембраны Эндоцитоз Экзоцитоз

• Надмембранный комплекс. Наружная клеточная мембрана животных клеток покрыта слоем олигосахаридных цепей. Это углеводное покрытие мембраны называют гликокаликсом. Он выполняет рецепторную функцию.

Содержит наследственный материал. Состоит из 60 -90% воды, ионы, протеины и продукты метаболизма. ь Среда для химических и физиологических процессов в клетке.

Взаимодействие клеток с внеклеточным матриксом через мембраносвязанные гликозилтрансферазы. Гликозилтрансфераза образует прочную связь с внеклеточным матриксом за счёт взаимодействия с одним из двух своих субстратов- нерастворимым акцептором. При добавлении второго субстрата- NDP-сахара - осуществляется ферментативная реакция сахар переносится на акцептор и связь феремента с внеклеточным матриксом обрывается. Участие галактозилтрасферазы в миграции клеток мезодермы зародыша цыпленка. На срезе зародыша (стадия 10 -и сомитов) видно, что радиоактивный низкомолекулярный субстрат фермента: УДФ-галактоза (NDP-sugar) располагается вдоль поверхности мигрирующих клеток мезодермы

• При контакте клеток их плазмолеммы вступают во взаимодействие. При этом образуются структуры – межклеточные контакты. Межклеточные контакты Простые Сложные

• Простые соединения • Плазмолеммы соседних клеток формируют выросты, которые напоминают зубцы, так что зубец одной клетки углубляется между двумя зубцами другой клетки (зубчатое соединение) или переплетаются между собой (пальцеподобное соединение). • Между плазмолеммами соседних клеток всегда сохраняется межклеточная щель диаметром 15 -20 нм.

Способы передачи сигналов от клетки к клетке Через воздействие паракринных факторов, взаимодействие клеток с внеклеточным матриксом, через межклеточные контакты

Сигнальный путь через рецепторы, действующие через активацию Gбелка • G-БЕЛОК –СВЯЗАННЫЕ (адреноэргические) РЕЦЕПТОРЫ

• Сложные соединения • Делят на адгезивные, замыкающие и коммуникационные. • К адгезивным относят десмосому, полудесмосому и лентоподобную десмосому. • Плотные соединения или запирающие зоны, проходят через апикальные поверхности клеток в виде поясков диаметром 0, 5 -0, 6 мкм. • К проводящим соединениям относятся нексус, или щелевой контакт, синапс и плазмодесмы.

Щелевые контакты (15 -40 нм) между эпителиальными клетками и их белки (gap-белки). Коннексины и коннексоны

Клеточная стенка • Растительная клетка, как и животная, окружена цитоплазматической мембраной, поверх которой располагается, как правило, толстая клеточная стенка, отсутствующая у животных клеток. • Основным компонентом клеточной стенки является целлюлоза (клетчатка). • Функции клеточной стенки: придает клетке определенную форму и прочность; защищает живое содержимое клетки; играет определенную роль в поглощении, транспорте и выделении веществ.

Структурная единица клеток, которая выполняет определенные функции в клеточном метаболизме. Органелла= “маленький орган” (микроскопический), имеющий уникальную структуру и функции.

Немембранные органоиды. Рибосомы Образуются в ядре, в ядрышке. В ядро поступают рибосомальные белки из цитоплазмы и образуются субъединицы рибосом. Объединение субъединиц в целую рибосому происходит в цитоплазме, во время биосинтеза белка. Органоиды, диаметром порядка 20 нм. Рибосомы состоят из двух субъединиц неравного размера — большой и малой, на которые они могут диссоциировать. В состав рибосом входят белки и рибосомальные РНК (р. РНК), которые составляют 50 -63% массы рибосомы и образуют ее структурный каркас. Рибосом в клетке сотни тысяч, их функции – синтез белков. Во время биосинтеза белка рибосомы могут «работать» поодиночке или объединяться в комплексы — полирибосомы (полисомы). В таких комплексах они связаны друг с другом одной молекулой и. РНК.

Микротрубочки Филаменты Немембранные органоиды. Цитоскелет Одной из отличительных особенностей эукариотической клетки является наличие в ее цитоплазме скелетных образований в виде микротрубочек , микрофиламентов - пучков белковых волокон. Определяет форму клетки, участвует в ее движениях, в делении и внутриклеточном транспорте. Центром образования цитоскелета является клеточный центр. Actin

Немембранные органоиды. Клеточный центр (центросома) – это органоид, контролирующий образование микротрубочек цитоскелета, органоидов движения, веретена деления. Образован двумя центриолями и уплотненной цитоплазмой — центросферой.

Микротрубочки и микрофиламенты • Полые цилиндрические • Сократимые элементы структуры цитоскелета, образованы нитями актина и других • Образуют цитоскелет сократительных белков клетки, веретено • Участие в формировании деления, центриоли, цитоскелета клетки, жгутики и реснички амебоидном движении. Микротрубочки обозначены зеленым цветом

Центриоли • Основа клеточного центра. • Обычно центриоли располагаются парами: одна центриоль – материнская, а другая – дочерняя. Такая пара центриолей – диплосома – имеет Т–образную или Г– образную форму. • Материнская центриоль – активная, именно на ней образуются новые микротрубочки. Дочерняя центриоль становится активной только после полного отделения от материнской. • В начале интерфазы в клетке имеется одна диплосома. Перед началом деления клетки происходит удвоение центриолей: материнская и дочерняя центриоли расходятся, и от каждой центриоли отпочковывается новая центриоль. В результате образуется две диплосомы на клетку.

Строение центриоли • Одиночная центриоль представляет собой полый цилиндр диаметром около 0, 15 мкм и длиной 0, 3. . . 0, 5 мкм (реже – несколько мкм). • Стенки центриолей состоят из 9 триплетов микротрубочек, соединенных поперечными сшивками. .

Двумембранные органоиды. Митохондрии Длина митохондрий 1, 5 -10 мкм, диаметр — 0, 25 - 1, 00 мкм. Наружная мембрана митохондрий гладкая, внутренняя мембрана образует многочисленные впячивания — кристы, обладающие строго специфичной проницаемостью и системами активного транспорта. Число крист может колебаться от нескольких десятков до нескольких сотен и даже тысяч, в зависимости от функций клетки. Кристы увеличивают поверхность внутренней мембраны, на которой размещаются мультиферментные системы, участвующие в синтезе молекул АТФ. Увеличение числа митохондрий происходит или путем деления или в результате появления перегородок и отшнуровывания мелких фрагментов.

Двумембранные органоиды. Митохондрии Внутренняя мембрана содержит белки двух главных типов: белки дыхательной цепи; ферментный комплекс, называемый АТФсинтетазой, отвечающий за синтез основного количества АТФ. Митохондрии осуществляют синтез АТФ, происходящий в результате процессов окисления органических субстратов и фосфорилирования АДФ. Субстратами являются углеводы, аминокислоты, глицерин и жирные кислоты; Кроме того в митохондриях происходит синтез многих митохондриальных белков.

Геном митохондрий В клетке человека 100 - 1000 митохондрий 16500 п. н. у человека 37 генов для 13 белковых цепей, 22 т. РНК и 2 р. РНК Нет интронов, перекрывающиеся гены, нет метилирования отклонения от универсального кода. Код митохондрий уникален Мутаций в 10 раз больше, чем в ядерном геноме Наследуются по женской линии

Пластиды • По окраске и выполняемой функции выделяют три основных типа пластид: лейкопласты, хромопласты, хлоропласты. • Содержат ДНК и РНК.

Хлоропласты Синтез АТФ, углеводов, собственных белков

Согласно гипотезе симбиогенеза, митохондрии произошли от бактерий-окислителей, вступивших в симбиоз с анаэробной клеткой. Значение симбиоза – при окислении образуется в 19 раз больше энергии, чем при гликолизе, бескислородном окислении. Доказательства симбиотического происхождения митохондрий: в органоидах своя ДНК, кольцевая, как у бактерий, синтезируются свои белки, размножаются – как бактерии – делением. Но в процессе симбиоза большая часть генов перешла в ядро.

Лейкопласты Местонахождение Функции В неосвящённых частях растения Накопление зёрен крахмала

Хромопласты ч а с т я х х В неосвещённых частях растения р а с т е н и я Местонахождение Функции Привлечение насекомых опылителей Привлечение животныхраспространителей плодов и семян

Опорно-двигательная система клетки Микротрубочки Реснички Функции Жгутики Функции Опорную Двигательная (изменение формы тела) Передвижения В пространстве

Клеточные включения Зёрна (гранулы) Белок Жир Углеводы Гликоген Крахмал

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) • Система мембран, образующих канальца, пузырьки, цистерны, трубочки. • Соединена с плазмолеммой и ядерной мембраной. • Транспорт веществ в клетке. • Разделение клетки на отсеки. • Складирование белков и транспортизация веществ по трубочкам, канальцам и цистернам.

Комплекс Гольджи (пластинчатый комплекс) пузырьки цистерны • Это мембранная структура эукариотической клетки, в основном предназначенная для выведения веществ, синтезированных в эндоплазматическом ретикулуме. • Синтез углеводов, жиров; образование лизосом.

Лизосомы • Мембранные пузырьки величиной до 2 мкм • Участвуют в формировании пищеварительных вакуолей, разрушении крупных молекул клетки. • Расщепление старых органоидов до более простых соединений.

Лизосомы

Пероксисомы RH 2+O +O 2 = R+H H 2 O 2 2 H 2 O 2 = 2 H 2 H 2 O+O 2 Ферменты: Каталаза Уратоксидаза Оксидазы аминокислот Функции: β−Окисление жирных кислот Детоксикация Фотодыхание Формирование: непосредственно от ЭПР

Центральная вакуоль • Покрыта тонопластом – мембраной • Заполнена клеточным соком • Формируется при участии ЭПС

• Период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти называют жизненным (клеточным) циклом. М фаза G 2 -период интерфаза S-период G 1 -период

G 1 + S+ G 2 = Интерфаза Период покоя клетки (G 0)- в период покоя судьба клетки не известна: она либо может начать подготовку к делению, либо погибнуть.

Клеточный цикл

Митотический цикл состоит из деления – митоза и интерфазы – времени до следующего деления. Наиболее распространены митотические циклы длительностью 18 -20 ч. Встречаются циклы продолжительностью несколько суток.

Митотический цикл Пресинтетический перирод (2 n 2 c) осуществляется рост и подготовка к синтезу ДНК. Синтетический период. Продолжительность синтетического периода различна: от нескольких минут у бактерий до 6 -12 часов в клетках млекопитающих. Во время синтетического периода происходит самое главное событие интерфазы — удвоение молекул ДНК. Каждая хромосома становится двухроматидной, а число хромосом не изменяется (2 n 4 c). Постсинтетический период (2 n 4 c). Начинается после завершения синтеза (репликации) ДНК. Обеспечивает подготовку клетки к делению и также характеризуется интенсивными процессами синтеза и увеличения числа органоидов.

ДНК Репликация üДНК должна быть реплицирована ДНК или скопирована перед клеточным делением. Две новые üКаждая новая гомологичные ДНК клетка будет иметь идентичную копию ДНК. 73

Длительность клеточных циклов • Дробящееся яйцо у золотой рыбки – 20 мин • Эпителий 12 -перстной кишки – 11 час • Эпителий толстой кишки – 19 час • Клетки кончика лука – 20 час • Эпителий роговицы глаза – 3 дня • Кожный эпителий – 24 дня

• • 1. 2. 3. Интерфаза период подготовки клетки к делению, Интерфаза – это период между двумя первый этап клеточного цикла клеточными делениями. В интерфазе Фаза относительного покоя клетки. ядро компактное, не имеет выраженной структуры, хорошо Здесь происходят процессы: видны ядрышки. Совокупность Репликация (удвоение ДНК). интерфазных хромосом Накопление питательных веществ. представляет собой хроматин. В состав хроматина входят: ДНК, Хромосомы представляют собой белки и РНК в соотношении 1 : 1, 3 : вытянутые нитевидные образования. Перед началом деления клетки путем митоза, каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных друг с другом перетяжкой - центромерой 0, 2, а также неорганические ионы. Структура хроматина изменчива и зависит от состояния клетки

G 1 -пресинтетический период Это рабочее состояние клетки. В этом состоянии идет транскрипция, трансляция, биосинтез жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, ферментов, которые необходимы для репликации ДНК. Образование органоидов. На деспирализованных молекулах ДНК синтезируются и-РНК. S -синтетический период – репликация ДНК Синтез ДНК - самоудвоение молекулы ДНК. Построение второй хроматиды. Получаются двухроматидные хромосомы. Активно синтезируются гистоны и другие белки хроматина. G 2 - постсинтетический период Подготовка к делению Синтез белка, ферментов, необходимых для клеточного деления, накопление энергии, завершается формирование двух центросом, а система интерфазных микротрубочек начинает разрушаться, высвобождая тубулин. Хромосомы начинают конденсироваться.

G 1 -циклины проводят клетку через «старт» или точку рестрикции G 2 Циклин В Cdk 1 . Митоз S-циклины необходимы для инициации репликации G 1 S Циклин D 1–D 3 Cdk 4 -6 Циклин А Cdk 2 G 1/S-циклины подводят клетку к репликации Циклин Е Cdk 2

КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ Контроль клеточного цикла с помощью циклинов и циклинзависимых киназ Cdk-активирующая киназа (CDK) циклин АТФ АТФ Т-петля активный сайт Cdk неактивный частично активный активирующий фосфат активный Схема активации комплексов циклинов и циклинзависимых киназ

КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ Контрольные точки клеточного цикла G 2/M контрольная точка вхождение в митоз переход метафазы в анафазу запуск анафазы и переход к цитокинезу вхождение в клеточный цикл и переход к S фазе стартовая контрольная точка

Страж генома • Ген р53 и кодируемый им белок р53. • Продукт нормального гена р53 постоянно синтезируется во всех нормальных клетках организма. Однако этот белок очень неустойчив, быстро разрушается и поэтому присутствует в клетке в очень небольшом количестве.

Деление клеток эукариот Амитоз Мейоз

• При амитозе не происходит конденсация хромосом и не образуется аппарат деления. • Амитоз не обеспечивает равномерного распределения хромосом между дочерними клетками. • Обычно свойственен стареющим клеткам.

Митоз – непрямое деление клетки (соматические клетки). • Основной способ деления эукариот.

Перед профазой хромосомы конденсируются

Профаза l Хроматин конденсируется. l Хромосомы становятся видимыми в световой микроскоп. l Исчезает ядрышко. l Разрушается ядерная оболочка.

Метафаза l Хромосомы выстраиваются на экваторе клетки. l Образуетсяя метафазная пластинка. l Нити веретена деления прикрепляются к центромере.

Веретено деления ü Митотическое веретено формируется из микротрубочек у растений и центриолей у животных клеток. ü Полярные нити оттягивают к противоположным полюсам клетки нити хромосом. 88

КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ Основными Участие кинетохора в расхождении хромосом Кинетохор — белками, удвоенная белковая структура входящими в хромосома на хромосоме, к состав которой крепятся кинетохора волокна веретена являются белки, деления во время связывающие его деления клетки. с хроматидой, и центромера кинетохор белки, участвующие в переносе хроматиды по кинетохорные микротрубочкам микротрубочки веретена деления. Основными из них являются динеины. хроматида Метафазная хромосома, микрофотография схема

Анафаза l Происходит разделение каждой из хромосом на сестринские хроматиды. l Хроматиды расходятся к полюсам клетки.

КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ Участие кинетохора в расхождении хромосом кинетохор направление движения хроматиды анафазная хроматида кинетохорные микротрубочки 1 мкм Кинетохор, микрофотография

Телофаза Образуются ядрышки, ядерная оболочка. l Идет деспирализация хромосом и они перестают быть видимыми в микроскоп. l Цитоплазма делится. l l Формируется цитоплазматическая мембрана.

КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ Цитокинез животной клетки сократительное кольцо из актиновых и миозиновых филаментов 10 мкм Микрофотография, полученная с помощью сканирующего электронного Схема микроскопа Цитокинез (cytokinesis) - разделение клеточной цитоплазмы между двумя дочерними клетками, которое происходит вслед за телофазой после разделения ядра; приводит к образованию двух дочерних клеток.

Продолжительность митоза зависит от размеров клеток, их плоидности, числа ядер, а также от условий окружающей среды, в частности от температуры. В животных клетках митоз длится 30— 60 мин, в растительных — 2— 3 часа.

Нарушения митоза. При различных патологических процессах нормальное течение митоза нарушается. Выделяют 3 основных вида патологии митоза 1) Повреждения хромосом (набухание, склеивание, фрагментация, повреждения центромеров, отставание отдельных хромосом при движении). 2) Повреждения митотического аппарата. 3) Нарушения цитотомии. Неконтролируемый митоз возникает из-за действия онкогенов. Нерасхождение при митозе дает нарушение только в потомстве данной клетки (соматическая мутация). Такой организм называется «мозаик» .

Нарушения расхождения хромосом в анафазе митоза или мейоза

Биологическое значение митоза заключается в воспроизводстве клеток с количественно и качественно одинаковой генетической информацией.

• Мейоз – способ деления клеток, в ходе которого осуществляется редукция (уменьшение) числа хромосом вдвое. Мейоз • У животных мейоз идёт на этапе гаметогенеза, у высших растений – на этапе спорогенеза.

Сходства • Имеют одинаковые фазы деления • Перед митозом и мейозом происходит самоудвоение молекул ДНК в хромосомах (редупликация) и спирализация хромосом

Митоз Мейоз 1. Происходит в соматических клетках 1. Происходит в созревающих половых клетках 2. Лежит в основе бесполого размножения 2. Лежит в основе полового размножения 3. Одно деление 3. Два последовательных деления 4. Удвоение молекул ДНК происходят в интерфазе перед делением 4. Удвоение молекул ДНК происходит только перед первым делением, перед вторым делением интерфазы нет 5. Нет конъюгации 5. Есть конъюгация 6. В метафазе удвоенные хромосомы выстраиваются по экватору отдельно 6. В метафазе удвоенные хромосомы выстраиваются по экватору парами (бивалентами) 7. Образуются две диплоидные клетки (соматические клетки) 7. Образуются четыре гаплоидные клетки (половые клетки

Сравнение митоза и мейоза

Первое деление мейоза (редукционное) Мейоз — это особый вид деления клетки, при котором число хромосом в дочерних клетках становится гаплоидным. Это необходимо для сохранения постоянства числа хромосом при половом размножении. Для примера рассмотрим созревание половых клеток у человека. В каждой клетке человеческого тела диплоидный набор хромосом (2 n) составляет 46. Следовательно, при «производстве» яйцеклеток и сперматозоидов необходим особый тип деления клеток, при котором в дочерних клетках будет гаплоидный набор хромосом. Такой тип деления, во время которого из одной диплоидной (2 n) клетки образуются четыре гаплоидные (n), и получил название мейоза.

Первое деление мейоза (редукционное) Мейоз представляет собой два следующих одно за другим деления генетического материала и цитоплазмы, перед которыми репликация происходит только один раз. Энергия и вещества, необходимые для обоих делений мейоза, накапливаются во время интерфазы I, при этом интерфаза II практически отсутствует. Во время первого деления мейоза (редукционного) к полюсам клетки расходятся гомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид : у человека — 23 к одному полюсу и 23 к другому. В профазу I (2 n 4 c) происходит конъюгация хромосом, т. е. каждая хромосома «находит» гомологичную себе и сближается с ней.

Первое деление мейоза (редукционное) Во время этого контакта между отцовской и материнской хромосомами может происходить обмен идентичными участками. Это явление получило название кроссинговера. Пару конъюгирующих хромосом называют бивалентом. Биваленты продолжают укорачиваться и утолщаться. Каждый бивалент образован четырьмя хроматидами. Поэтому его называют тетрадой. Важнейшим событием является кроссинговер — обмен участками хромосом. Кроссинговер приводит к первой во время мейоза рекомбинации генов. В конце профазы I исчезают ядерная оболочка и ядрышко.

Первое деление мейоза (редукционное) Профаза 1 (2 n 4 с) Самая продолжительная и сложная фаза мейоза. Состоит из ряда последовательных стадий. Лептотена (2 n; 4 с). Стадия тонких нитей. Хромосомы слабо конденсированы. Они уже двухроматидные, но сближены, что имеют вид длинных одиночных тонких нитей. Теломеры хромосом прикреплены к ядерной мембране с помощью прикрепительных дисков. Зиготена (2 n; 4 с). Стадия сливающихся нитей. Гомологичные хромосомы начинают притягиваться друг к другу сходными участками и конъюгируют. (Процесс конъюгации также называют синапсисом. ) Пахитена (2 n; 4 с). Стадия толстых нитей. Процесс спирализации хромосом продолжается, причем в гомологичных хромосомах он происходит синхронно. Важнейшим событием пахитены является кроссинговер — обмен участками гомологичных хромосом.

Первое деление мейоза (редукционное) Кроссинговер приводит к первой во время мейоза рекомбинации генов. Диплотена (2 n; 4 с). Хромосомы в бивалентах перекручиваются и начинают отталкиваться друг от друга. Процесс отталкивания начинается в области центромеры и распространяется по всей длине бивалентов. Однако они все еще остаются связанными друг с другом в некоторых точках. Их называют хиазмы. Эти точки появляются в местах кроссинговера. В ходе гаметогенеза у человека может образовываться до 50 хиазм. Диакинез (2 n; 4 с). Хромосомы сильно укорачиваются и утолщаются за счет максимальной спирализации хроматид, а затем отделяются от ядерной оболочки. Происходит сползание хиазм к концам хроматид.

Первое деление мейоза (редукционное) Биваленты перемещаются в экваториальную плоскость образуя метафазную пластинку (2 n 4 c). Центриоли (если они есть) перемещаются к полюсам клетки, и формируется веретено деления. Метафаза I (2 n 4 с). Заканчивается формирование веретена деления. Спирализация хромосом максимальна. Биваленты располагаются в плоскости экватора. Расположение бивалентов в экваториальной плоскости равновероятное и случайное, то есть каждая из отцовских и материнских хромосом может быть повернута в сторону того или другого полюса. Это создает предпосылки для второй за время мейоза рекомбинации генов. Нити веретена прикрепляются к центромерам хромосом.

Первое деление мейоза (редукционное) Анафаза I (2 n 4 с). К полюсам расходятся целые хромосомы, а не хроматиды, как при митозе. У каждого полюса оказывается половина хромосомного набора. Причем, пары хромосом расходятся так, как они располагались в плоскости экватора во время метафазы. В результате возникают самые разнообразные сочетания отцовских и материнских хромосом, происходит вторая рекомбинация генетического материала. Телофаза I (n 2 с). У животных и некоторых растений хроматиды деспирализуются, вокруг них формируется ядерная оболочка. Затем происходит деление цитоплазмы (у животных) или образуется разделяющая клеточная стенка (у растений).

Второе деление мейоза (эквационное) включает также профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Она протекает так же, как обычный митоз. Интерфаза II (n 2 с). Репликации ДНК не происходит. Профаза II (n 2 с). Хромосомы спирализуются, ядерная мембрана и ядрышки разрушаются, центриоли, если они есть, перемещаются к полюсам клетки, формируется веретено деления. Метафаза II (n 2 с). Формируются метафазная пластинка и веретено деления, нити веретена деления прикрепляются к центромерам.

Второе деление мейоза (эквационное) Анафаза II (2 n 2 с). Центромеры хромосом делятся, хроматиды становятся самостоятельными хромосомами, и нити веретена деления растягивают их к полюсам клетки. Число хромосом в клетке становится диплоидным, но на каждом полюсе формируется гаплоидный набор. Поскольку в метафазе II хроматиды хромосом располагаются в плоскости экватора случайно, в анафазе происходит третья рекомбинация генетического материала клетки, так как в результате кроссинговера хроматиды стали отличаться друг от друга и к полюсам отходят дочерние хроматиды, но отличные друг от друга.

Второе деление мейоза (эквационное) Телофаза II (nс). Нити веретена деления исчезают, хромосомы деспирализуются, вокруг них восстанавливается ядерная оболочка, делится цитоплазма. В результате мейоза из одной диплоидной клетки (2 n) образуется четыре гаплоидных (n). Очень важное значение имеет кроссинговер. Он увеличивает генетическое разнообразие половых клеток, так как в результате этого процесса образуются хромосомы, несущие гены и отца, и матери. Таким образом, мейоз лежит в основе комбинативной изменчивости.

• Апоптоз – генетически запрограммированная гибель клеток в живом организме. • Апоптоз встречается при: 1. устранении клеток во время эмбриогенеза, 2. инволюции гормонально-зависимых органов после снижения действия соответствующего гормона (отторжение эндометрия во время менструации), 3. смерть клеток в опухолях (р53), 4. смерть иммунных клеток В- и Т- лимфоцитов после прекращения стимулирующего действия на них цитокинов, 5. атрофия паренхиматозных органов, 6. клеточные повреждения при некоторых вирусных инфекциях (тельца Каунсильмена при вирусном гепатите В), 7. клеточная смерть (при умеренных термических повреждениях, радиации, гипоксии, под действием цитотоксических противоопухолевых препаратов), 8. роговая дистрофия (кератинизация) – вариант апоптоза.

Ультраструктурные признаки апоптоза и некроза • • • Апоптоз Некроз Ядерный хроматин собран в компактные Ядерный хроматин в виде глыбок в гранулярные массы цитоплазме Суперконденсация, в виде полумесяца, и Клетки, их митохондрии и другие маргинация хроматина, ядро становится органеллы набухают, отекают, изрезанным – коллапс ядра, может расширяются (вследствие нарушения фрагментироваться, фрагментация ДНК, мембрана не повреждается, клетка работы ионных каналов), разрывается сморщивается. плазматическая мембраны клетки. Цитоплазма уплотнена Цитоплазма просветлена Митохондрии структурно не изменены Много свободных рибосом Рибосомы не изменены Активируются лизосомальные Сморщивание клеток вследствие конденсации ферменты, а внутриклеточное внутриклеточных органелл содержимое, попадая во внеклеточную Образование апоптозных тел, состоящих из среду, вызывает воспалительные фрагмента цитоплазмы с плотноупакованнымипроцессы. органеллами и фрагмента ядра. Классические причины, приводящие к Апоптозные тельца фагоцитируются некрозу клетки -гипертермия, макрофагами или соседними клетками. Клетка ингибирование окислительного на данном этапе еще живая (включение летального красителя трипанового синего не фосфорилирования, гликолиза или цикла Кребса, гипоксия, действие происходит). Видимо в этом и есть задача апоптоза - утилизация еще живых апоптозных комплемента или различных токсинов. телец, пока содержимое клетки не попадает во внеклеточную среду, не вызывая воспалительных явлений.

Апоптоз (от греч. απόπτωσις — отделениелепестков от цветов, листопад) — особыйгенетически запрограммированный ирегулируемый тип гибели кле тки путемразделения её на части Ежедневно у здорового человекавозникает от 50 до 70 миллиар довновых клеток, и такое жеколичество их гибнет, в основномз а счёт апоптоза. За годобновляется столько клеток, чтоих общи й вес равен весу тела.

Necrotic cell Apoptotic cells