Лекция 8 Воспроизведение биологический систем 1 2 3

Лекция 8. Воспроизведение биологический систем 1. 2. 3. Клеточный цикл и митоз Нетипичные формы митоза Мейоз 1

1. Клеточный цикл и митоз Клетка в своей жизни проходит разные состояния: фазу роста и фазы цикл – переход от деления к синтезу веществ, n Клеточный подготовки к клетку, а затем опять к делению – можно составляющих делению и на схеме в виде цикла, в котором представить деления. несколько фаз. выделяют n 2

Характеристика фаз митотического цикла ИНТЕРФАЗА ПРОФАЗА МЕТАФАЗА АНАФАЗА ТЕЛОФАЗА ЦИТОКИНЕЗ 3

Интерфаза 1. Предсинтетическая фаза – G 1 n Идет сразу после деления клетки. n Клетка активно растет, запасает в-ва, необходимые для деления: гистоны, структурные белки, ферменты, РНК, АТФ. n Происходит деление митохондрий и хлоропластов. n Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления. 2. Синтетическая – S n Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. n Продолжается синтез РНК и белков 4

3. Постсинтетическая – G 2 n ДНК уже не синтезируются, но происходит исправление недочетов, допущенных в S период, - репарация. n Накапливается энергия и питательные в-ва. n Продолжается синтез РНК и белков (преимущественно ядерных). n n S и G 2 непосредственно связаны с митозом, поэтому их иногда выделяют в отдельный период – препрофазу. После этого наступает собственно митоз. 5

n n n n ранняя присутствует ядрышко; присутствует ядерная оболочка; видны хромосомные нити. поздняя исчезает ядрышко; исчезает ядерная оболочка; видны спирализованные хромосомные нити – происходит конденсация хромосом; центриоли расходятся к полюсам Фазы митоза 6

n n хромосомы располагаются в центре экватора клетки, в одной плоскости – образуется метафазная пластинка; центриоли формируют митотическое веретено; микротрубочки веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом. После этого каждая хромосома расщепляется на две хроматиды (дочерние хромосомы), которые оказываются связанными только в участке центромеры. 7

3. Анафаза n Центромеры хромосом делятся; n между дочерними хромосомами разрушается связь; n нити веретена деления растягивают сестринские хроматиды каждой хромосомы к противоположным полюсам клетки; n скорость движения – 0, 2 – 5 мкм/мин; n на каждом полюсе – по диплоидному набору хромосом; n хромосомы начинают деконденсироваться и раскручиваться, становятся тоньше и длиннее. 8

4. Телофаза n хромосомы претерпевают деспирализацию, расплетаются; n контуры хромосом теряют свою четкость; n митотическое веретено разрушается; n восстанавливается ядерная оболочка; n появляются ядрышки. 9

Цитокинез n Цитокинез – деление цитоплазмы. n В животных клетках этот процесс начинается с образования в экваториальной плоскости перетяжки, которая все более углубляется и в конце концов делит материнскую клетку на две дочерние. n В клетках растений цитоплазматическая мембрана возникает в середине клетки (образуется срединная пластинка) и распространяется к периферии, разделяя клетку пополам. После формируется целлюлозная стенка. 10

Фазы клеточного цикла 11

2. Нетипичные формы митоза 1. Эндомитоз n После репликации ДНК не происходит разделения хромосом на две дочерние хроматиды. n Число хромосом увеличивается в клетке иногда в десятки раз по сравнению с диплоидным набором. n Возникают полиплоидные клетки. n В норме этот процесс имеет место в интенсивно функционирующей тканях, напр. в печени. n С генетической точки зрения эндомитоз – геномная соматическая мутация. 12

2. Амитоз n n n Хромосомы не спирализуются, не происходит их равномерного распределения. Ядерная оболочка не распадается, ядрышко остается. Веретено деления не образуется. Ядро разделяется на две относительно равные части без образования митотического аппарата (системы микротрубочек, центриолей, структурированных хромосом). Если при этом деление заканчивается, возникает двухъядерная клетка. Иногда перешнуровывается и цитоплазма. 2 N S Удво Интерфаза, ение G 1 -период ДНК профаз а 2 N-1 2 N+ 1 телофа за 13

n n Амитоз существует в некоторых дифференцированных тканях (в клетках скелетной мускулатуры, кожи, соединительной ткани), а также в патологически измененных тканях. Амитоз никогда не встречается в клетках, нуждающихся в полноценном сохранении информации – оплодотворенных яйцеклетках, клетках нормально развивающегося эмбриона. 14

3. Политения n Происходит кратное увеличение содержания ДНК (хромонем) в хромосомах без увеличения содержания самих хромосом. n Количество хромонем может достигать 1000 и более, хромосомы при этом приобретают гигантские размеры. n При политении выпадают все фазы митотического цикла, кроме удвоения ДНК. n Политения наблюдается в некоторых высокоспециализированных тканях (печеночных клетках, клетках слюнных желез двукрылых насекомых. 15

3. Мейоз n МЕЙОЗ – это деление клетки, при котором происходит редукция числа хромосом и их перекомбинация у дочерних клеток по сравнению с материнской. n Мейоз – основа полового размножения, при котором потомство не идентично родителям. Важнейшая его эволюционная роль – барьер на пути нежизнеспособных комбинаций хромосом и генов. n Мейоз протекает в два деления, первое из которых называется редукционным (в процессе именно этого деления количество хромосом у дочерних клеток уменьшается в два раза), а второе – эквационным (в результате него происходит равномерное распределение хромосом по дочерним клеткам, оно аналогично митозу). 16

Стадии мейоза n n Первое деление n Профаза I n Метафаза I n Анафаза I n Телофаза I Второе деление n Профаза II n Метафаза II n Анафаза II n Телофаза II Второе деление Первое деление Профаза I Гомологичные хромосомы 17

1. Профаза I n 1. 2. 3. 4. 5. Имеет 5 стадий: Лептотена Зиготена Пахитена Диплотена Диакинез 18

n n n Хромосомы на этой стадии – тонкие спирализованные 2 n-нити, содержащие темноокрашенные гранулы – хромомеры. Гомологичные хромосомы (полученные от отца и от матери одинаковые хромосомы) объединяются хромомерами вдоль их длины по принципу застежки. Процесс точного и тесного сближения гомологичных хромосом в мейозе называется конъюгацией. 19

n n n Между гомологичными хромосомами устанавливаются синапсы. Соединенные хромосомы называются бивалентами. Хромосомы X и Y на этой стадии спариваются благодаря наличию гомологичных районов на их концах. 20

n n Наиболее длительная стадия. Биваленты конденсируются и каждая хроматида разделяется на две → образуются тетрады, состоящие из четырех сестринских хроматид. Происходит обмен генетическим материалом между гомологами (кроссинговер) и образование хиазм (участков «перекрещивания» хромосом. Каждая хиазма – отражение одиночного кроссинговера. 21

n n n Укорочение, утолщение и взаимное отталкивание сестринских хроматид. Хроматиды в биваленте почти разъединяются, оставаясь соединенными только в области центромеры и хиазм. В зависимости от длины бивалента на этой стадии можно наблюдать от одной до нескольких хиазм. 22

n n n Продолжается укорочение бивалентов, хиазмы ослабляются. Образуются 4 отдельные хроматиды. Непосредственно после завершения этой стадии растворяется ядерная мембрана. 23

24

2. Метафаза I n Биваленты достигают наибольшей конденсации, располагаются в экваториальной части ядра → экваториальная пластинка метафазы I. центриоли бивалент 25

3. Анафаза I n n Происходит разрыв бивалентов и расхождение гомологичных хромосом к полюсам клетки. Каждая хромосома состоит теперь из двух хроматид, удерживаемых центромерой, которая, в отличие от анафазы митоза, не делится. 26

4. Телофаза I n n Хромосомы находятся на полюсах клетки. Происходит цитокинез (разделение цитоплазмы). • После телофазы I может наступить короткая интерфаза II, в которой хромосомы деспирализуются. • Иногда телофаза I переходит сразу в профазу II. • Ни в одном, ни в другом случае репликации ДНК нет. • Количество хромосом в каждой клетке снижается с 2 n до n без изменения количества ДНК. 27

5. Профаза II n n Если этой фазе предшествовала интерфаза II, то в профазе II хромосомы вновь спирализуются. Ядерная оболочка и ядрышки исчезают. 28

6. Метафаза II n n центриоли Метафазная пластинка Центромера каждой из двойных хромосом делится, обеспечивая каждую новую хромосому собственной центромерой. Хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки, образуя метафазную пластинку. 29

7. Анафаза II n n Веретено деления Формируется веретено деления. Хромосомы (бывшие хроматиды) движутся к полюсам клетки. центриоли хроматиды → хромосомы 30

8. Телофаза II n n Анафаза II Нити веретена деления исчезают. Формируется ядерная оболочка. Происходит цитокинез. Из исходной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидные клетки (с 1 n набором хромосом). Телофаза II 31