Цитологические основы размножения Файл

Тема: Цитогенетические
основы размножения
Материалы для самоподготовки
Размножение организмов
Размножение организмов обеспечивает:
1. Продолжение жизни 2.Преемственность поколений
3.Сохранение видов
Различают два основных способа размножения
Бесполое
В основе лежат процессы деления
соматических клеток
Половое
В основе лежат процессы гаметогенеза и
оплодотворения
Сущность бесполого размножения
- Участвует один родительский организм;
- Новый организм развивается из соматических
клеток;
- Клетки делятся митозом;
- Наследственный материал передается через
соматические клетки;
- Дочерние организмы идентичны по генотипу и
фенотипу;
Бесполое размножение
одноклеточные
-бинарное деление (1)
-митоз
-шизогония (2)
-эндодиогения
-почкование) (3)
1)
2)
многоклеточные
-вегетативное (частями тела) (4)
-спорообразование
-почкование (5)
-полиэмбриония
3)
5)
Полиэмбриония – пример бесполого
размножения у человека
1 зигота
1 яйцеклетка
2 и более
эмбрионов
2 и более детей
Сущность полового размножения
- Участвуют два родительских организма;
- В организмах родителей образуются половые
клетки – гаметы (яйцеклетки и сперматозоиды);
- Гаметы генетически разнородны;
- Новый организм образуется при слиянии
яйцеклетки и сперматозоида;
- Дочерние организмы разнообразны по
генотипу и фенотипу;
Половое размножение
Формы размножения
одноклеточные
- копуляция (слияние половых форм)
- конъюгация
(обмен генетическим материалом)
многоклеточные
- с оплодотворением
- без оплодотворения
партеногенез
гиногенез
Партеногенез. Гиногенез.
Яйцеклетки способны развиваться в целый организм без
оплодотворения.
Партеногенез - участия сперматозоидов вообще не нужно;
Гиногенез - спермии должны присутствовать в окружающей
среде (активация яйцеклетки);
В обоих случаях вся популяция вида состоит из самок. Эти
способы размножения позволяют популяциям существовать в
условиях жесткой изоляции и трудности в поисках партнеров.
Репродукция клеток. Значение.
Репродукция клеток обеспечивает:
1. Размножение организмов
2. Развитие организма
3. Рост организма
4. Самообновление организма
Даже Я вначале
был одной клеткой ???
Репродукция клеток обеспечивает
1. Размножение организмов.
В основе бесполого и полового размножения
лежат процессы деления клеток.
При бесполом размножении соматическая
клетка (или группа клеток) делятся митозом,
образуются две дочерние клетки, которые,
в свою очередь, делятся и т.д.
При половом размножении у родителей образуются половые клетки (гаметы),в процессе гаметогенеза происходит митоз (период размножения), увеличивается количество незрелых клеток предшественников, а затем - мейоз (период созревания), что приводит к формированию зрелых гамет, способных к оплодотворению.
Размножение обеспечивает
2.
Развитие организмов
зигота- одноклеточная стадия
многоклеточный эмбрион
сформированный зародыш
8 месяцев
после рождения
3. Рост организма.
Увеличение размеров тела, объема внутренних органов и тканей, их составляющих. Наиболее интенсивно процессы роста
протекают на ранних этапах постэмбрионального онтогенеза;
В основе роста лежит увеличение количества клетокрезультат репродукции клеток.
малыш превращается в подростка,
подросток – во взрослого.
Репродукция клеток обеспечивает:
4. Самообновление организма
(физиологическая регенерация)
В процессе жизнедеятельности организма происходит
закономерное старение и отмирание части клеток в разных
тканях и органах. На смену им приходят молодые клетки этого
типа, которые дифференцируются и выполняют присущие им
функции.
Примеры:
- слущивание ороговевших клеток эпидермиса
-обновление клеточного состава крови -------->
-обновление слизистой оболочки кишечника
Клеточные популяции
По отношению к делению и по продолжительности
существования различают
три клеточные популяции
1. Стабильная (кардиомиоциты, нервные клетки)
2. Растущая (клетки паренхиматозных органов)
3.Обновляющаяся (клетки крови, кожного
эпителия, слизистых оболочек)
Клеточные популяции
1. Стабильная
Клетки – высокодифференцированные
- большая продолжительность жизни
- не способны делиться
нервные клетки
клетки миокарда
Клеточные популяции
2. Растущая
Клетки – высокодифференцированные
- большая продолжительности жизни
- способны делиться
Клеточные популяции
3. Обновляющаяся
Два типа клеток: а. высокодифференцированные
б. недифференцированные
(камбиальные, стволовые)
Примеры тканей:
эпидермис
эпителий кишки
кр.костный мозг
Обновляющаяся популяция
а. Дифференцированные клетки
- выполняют специфические функции;
- короткоживущие, быстро отмирают;
- неспособны делиться;
Примеры скорости обновления тканей:
- Слизистая 12-п. кишки - в среднем 10 час.;
-
Роговица глаза – около 3-х суток;
Эпидермис – около 24 суток;
----->
Лейкоциты – несколько суток;
Эритроциты – 3-4 мес.;
Стволовые клетки
б.Недифференцированные клетки по строению
клеток
сходны с эмбриональными. После деления
одна из дочерних клеток остается стволовой,
а вторая - дифференцируется.
е Такой механизм позволяет обновлять
структуры и сохранять запас стволовых
клеток в течение всей жизни организма.
Жизненный цикл клетки
1 - рост,дифференцировка, функционирование
(выход из цикла) ЖЦ = G0 (дифференцированные клетки стабильной
И обновляющейся популяции)
2 - рост, дифференцировка, функционирование (выход из цикла);
возможно деление (возврат в цикл);
ЖЦ=Gо + МЦ (растущая популяция )
3 - постоянно в цикле ЖЦ = МЦ
(стволовые клетки )
2временный)
Жизненный цикл клетки
Сразу после «рождения» клетка строит свои структуры,
растет, затем дифференцируется и выполняет свои
функции, т.е. работает на организм.
Это период - G0
-клетки стабильной популяции - ЖЦ = G0
-клетки растущей популяции- G0 составляет большую часть ЖЦ
-дифференцированные клетки обновляющейся популяции всю
свою короткую жизнь проводят в G0
Митотический цикл
Клетки, способные делиться, в какой-то момент могут вступить
в новый этап ЖЦ - подготовку к делению и в само деление.
митотический цикл – МЦ
МЦ = G1 + S + G2 + деление
Этот этап ЖЦ называется
- МЦ имеется в ЖЦ клеток растущей популяции;
- стволовые клетки обновляющейся популяции,
выходя из стадии покоя, сразу вступают в МЦ,
т.е. их ЖЦ = МЦ;
Жизненный цикл клетки
ЖЦ клеток разных популяций различен.
стабильная - ЖЦ = G0
растущая - ЖЦ= G0 + G1+ S+ G2 + М
т.е. G0 + МЦ
обновляющаяся:
- дифференцированные клетки - ЖЦ = G0
- стволовые клетки – ЖЦ = МЦ
Подготовка к делению
G1 – клетка выходит из G0, меняет свой метаболизм, идет
активный синтез белков, но, в основном, необходимых для
деления; снижается дифференцировка клетки;
накапливаются Т-нуклеотиды.
S - главное событие – репликация ДНК; формула клетки - 2n4с;
продолжаются синтетические процессы;
реплицируются центриоли.
G2- снижаются синтетические процессы;
накапливается энергия в виде молекул АТФ.
Способы репродукции клеток
Митоз - универсальный способ деления соматических клеток.
Результат - увеличение количества идентичных клеток.
Мейоз - деление, присущее клеткам-предшественникам
гамет. Результат- образование гаплоидных, генетически
разнородных зрелых половых клеток.
Амитоз - простое, прямое деление, происходящее иногда
в
соматических клетках. Результат- образование двуядерных (многоядерных) клеток. Если образуются дочерние
клетки, то они генетически неполноценны.
митоз
Митоз – деление соматических клеток, результатом
которого является увеличение количества
генетически идентичных клеток.
Митоз протекает в несколько фаз, которые
определяют главное - генетический материал между
дочерними клетками распределяется поровну.
2n2c
исходная клетка
2n 2c
дочерние
2n2c 2п2с клетки
Митоз
Общая схема митоза--->
Верхний ряд – стадии профазы;
Средний ряд – прометафаза,
слева направо
метафаза,
анафаза;
Нижний ряд - стадии телофазы
Митоз в растительных клетках
(корешок лука) ---->
Фазы митоза
Профаза -спирализация хромосом,исчезновение ядрышка, фрагментация ядерной оболочки;
Метафаза-хромосомы -по экватору клетки;
построен митотический аппарат;
Анафаза - хроматиды
каждой хромосомы
расходятся к полюсам клетки;
Телофаза - формируются ядра дочерних
клеток, разделяется цитоплазма, образуются
оболочки клеток
(а)-растительная клетка;
(б)-животная клетка;
а)
б)
Мейоз
Мейоз - сложное деление, характерное для
недифферен-
цированных клеток гонад. Два последовательных деления.
В процессе мейоза происходят особые процессы:
перекомбинация генетического материала, в результате
чего дочерние клетки (гаметы) генетически неоднородны;
гаплоидизация дочерних клеток ;
исходная клетка -2n2с –дочерние - nс;
Мейоз
Каждое деление мейоза состоит из таких же фаз, как и при
митозе. Все отличия связаны с мейозом I :
1. Кроссинговер (обмен участками хроматид
гомологичных хромосом).
------>
2. В анафазе к полюсам клетки расходятся целые
хромосомы, а не хроматиды.
В результате - в телофазе I образуются 2 дочерние
клетки n2с различные по сочетанию аллелей;
После мейоза II образуются клетки n c неоднородные по генотипическому
составу ( в анафазе I и II хромосомы и хроматиды расходятся к полюсам
независимо и сочетаются случайно).
Возникает комбинативная изменчивость.
Амитоз
Особенности амитоза:
- подготовки к делению нет;
- ядро делится на 2 и более частей;
- генетический материал между дочерними ядрами распределяется
случайно, неравномерно;
- цитотомия чаще не происходит;
- образуются двуядерные или
многоядерные клетки;
Амитоз. Значение.
Амитоз чаще наблюдается в клетках внутренних органов, подвергающихся механическому воздействию (слизистая оболочка
мочевого пузыря) или в клетках органов с напряженным метаболизмом (печень,поджелудочная железа).
Значение амитоза:
в двуядерных и многоядерных клетках общая площадь контакта
между ядерным материалом и цитоплазмой увеличивается. Это
приводит к усилению ядерно-плазматичекого обмена, повышению функциональной активности клетки и большей устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов.
- Клетки, прошедшие через амитоз, теряют способность к
митотическому делению и воспроизведению.
Виды амитоза.
По морфо-функциональным параметрам можно выделить
три вида амитоза:
1. Реактивный
(фактор --> 2-яд.клетка --> устойчивость)
2. дегенеративный ( сильный фактор ----> фрагментация
ядра ---> многоядерная клетка---- >гибель)
3. генеративный - исходная клетка 4n и более
(фактор---> 2 и более ядер (клеток), генетически
полноценных --–> высокая функциональная активность)
Апоптоз
Апоптоз – это процесс самоуничтожения клеток, от которых
организм хочет по разным причинам избавиться.
Механизмы апоптоза включаются и работают под контролем
системы СDС (сell division cycle), в которую входит более 100
генов, регулирующих клеточный цикл.
Значение апоптоза - не допустить репродукцию
нежелательных клеток и удалить их из организма.
Путем апоптоза удаляются клетки, утратившие свое значение в
эмбриогенезе, клетки органов, подвергающихся инволюции в
онтогенезе, мутировавшие клетки, злокачественно трансформированные клетки и др.
Апоптоз. Цитоморфология.
При апоптозе происходят характерные изменения:
- уплотнение гиалоплазмы;
- конденсация и деградация хроматина;
- кариопикноз и кариорексис;
- фрагментация клетки с образованием апоптозных телец,
(окруженных мембраной клеточных структур).
Апоптозные тельца - маркеры апоптоза.
Организация хроматина
Молекулы ДНК, соединяясь с гистонами, формируют
структуры различной компактности.
Чем компактнее хроматин,тем он менее активен.
В процессе подготовки к делению компактность
хроматина увеличивается, достигая максимума хромосомный уровень
В молодых клетках происходит деконденсация
хроматина до самого активного - нуклеосомного.
Структура хроматина
1. ДНК
2. нуклеосомный
3. нуклеомерный
4. хромомерный
5. хромонемный
6. хроматидный
7. хромосомный
нуклеосома
нуклеосома
Строение нуклеосомы – 8 молекул гистонов образуют
сердцевину, которую обвивает ДНК , делая 1,75 оборота;
Эндорепродукция
Эндорепродукция – это увеличение количества
генетического материала в клетке.
1.Эндомитоз. При нарушении нормального течения
митоза (сохранение ядерной оболочки, нарушение
расхождения хроматид к полюсам);
Результат -образование клетки с удвоенным набором
хромосом. Количество клеток не увеличивается;
исходная клетка - 2п2с – образовавшаяся - 4п4с
Значение – повышение функциональной активности;
Эндорепродукция
2. Политения - образование многонитчатых хромосом
(политенных) в результате многократной репликации на одной
и той же молекуле ДНК.
Результат –гигантские интерфазные хромосомы, видимые в
световой микроскоп. Они активны и участки транскрипции
отчетливо видны как пуфы(утолщения)
Значение: - биологическое - резкое ускорение
синтеза определенного белка;
- научное - цитологические
генетические карты.
Жизнь продолжается !!!