Созревание гамет путем мейоза у растений или животных

Обновлено: 05.07.2024

Мейоз

Определение понятия

Мейоз — это особое двойное деление клеток, происходящее с уменьшением набора хромосом с двойного диплоидного до одинарного гаплоидного, при котором хромосомы правильно распределяются на четыре дочерние клетки. © 2015-2021 Сазонов В.Ф. © 2015-2021 kineziolog.su .

Обычный результат мейоза у животных - гаметы, т.е. половые клетки с одинарным гаплоидным набором хромосом вместо двойного диплоидного, характерного для соматических (телесных) клеток. Но вот у растений результатом мейоза являются не гаметы, а споры. Хотя и в этом случае у спор получается гаплоидный набор хромосом. Т.е. мейоз приводит к гаплоидности.

Например, именно для этого используется процесс мейоза у мхов. Путём мейоза диплоидные формы мхов производят гаплоидные споры. Разумеется, споры не являются половыми клетками, но смысл мейоза даже у мхов остаётся стандартным: это двойное деление диплоидной клетки, приводящее к образованию четырёх гаплоидных клеток (только в данном случае спор, а не гамет). Споры не могут участвовать в оплодотворении, они должны вначале вырасти во взрослое растение (гаплоидное), которое и произведёт половые клетки (путём митоза, а не мейоза).

Так что у мхов половые клетки (гаметы) производятся гаплоидными взрослыми растениями из уже гаплоидных соматических клеток, поэтому у них сперматозоиды и яйцеклетки образуются в результате митоза, а не мейоза.

Итак, у растений: мейозом производятся споры, а митозом - гаметы (половые клетки). Т.е. растения применяют мейоз и митоз "наоборот" по сравнению с животными.

Образно можно сказать, что мейоз - "решительный" процесс! Он начинает решать стоящую перед ним задачу сразу же, т.е. уже в профазе первого деления из двух. И эта задача - образование одинарного набора хромосом из двойного. Ниже написано, что именно происходит в профазе 1.

Для того чтобы получить одинарный набор хромосом вместо двойного, в мейозе проходит два деления подряд. Причём главная задача - получение одинарного хромосомного набора вместо двойного - решается уже в первом делении. Распределяются по двум дочерним клеткам не "половинки" хромосом, как это происходит при митозе, а парные гомологичные хромосомы. Поэтому первое деление мейоза так и называется - редукционное, т.е. сокращающее, потому что оно сокращает хромосомный набор в два раза. Второе деление мейоза (эквационное) решает второстепенную задачу - разделяет каждую хромосому на 2 сестринские хроматиды и равномерно распределяет эти хроматиды на 2 клетки.

Как легче понять и запомнить формулы, обозначающие количественные показатели хромосомного набора на разных фазах мейоза?

Расшифровка формул хромосомного набора

1n - одинарный набор хромосом (1 - одинарный, n - набор)

2n - двойной набор хромосом (2 - двойной, n - набор)

Стадии профазы 1

Запоминалка для стадий профазы I мейоза:

"Лето знойное пышет двойной духотой".

Лептотена, зиготена, пахитена, диплотена, диакинез.

1. Лептотена (тонкие нити). Хромосомы слабо конденсированы, поэтому они тонкие и плохо заметны. Они уже удвоенные после прошедшего в интерфазе синтетического периода, и каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Но эти сестринские хроматиды настолько сближены, что хромосомы имеют вид одиночных тонких нитей. Теломеры хромосом всё ещё прикреплены к ядерной мембране.

2. Зиготена (попарно слипшиеся нити). Начинается самое главное событие для всего мейоза - гомологичные хромосомы объединяются в пары. Это важнейший шаг для перехода от диплоидного (двойного) набора хромосом к гаплоидному (одинарному). Например, у человека после слипания гомологичных хромосом вместо 46 отдельных хромосомных образований теперь можно будет насчитать всего 23, что соответствует не диплоидному, а гаплоидному набору, хотя хромосом по-прежнему 46 и их комплект в клетке по-прежнему диплоидный. Обратите внимание на то, что этот процесс объединения гомологичных хромосом отсутствует в митозе. Итак, происходит конъюгация (слипание) гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих гомологичных хромосом называют "бивалент" ("би-" означает "двойной"), или "тетрада" ("тетра" означает "четыре" ). Каждый двойной хромосомный бивалент состоит из четырёх хроматид, поэтому одновременно он является хроматидной тетрадой. Начинается распад ядерной оболочки на фрагменты, центриоли расходятся к разным полюсам клетки, образуется веретено деления, исчезают ядрышки. Продолжается конденсация (уплотнение) двухроматидных хромосом, находящихся уже в виде бивалентов. Кстати, именно на стадии зиготены созревающие мужские половые клетки перемещаются сквозь слой гемато-тестикулярного барьера, созданный сплошными отростками поддерживающих клеток (сустентоцитов), и становятся забарьерными структурами. Они попадают во внутренний отдел семенных канальцев, отделённый от остальных тканей организма и защищённый от действия иммунной системы, что позволяет им вырабатывать белки, являющиеся антигенами для собственного организма.

3. Пахитена (толстые пухлые нити). Процесс спирализации хромосом продолжается, причем в гомологичных хромосомах он происходит синхронно. Становится хорошо заметно, что хромосомы двухроматидные. Важнейшим событием пахитены является кроссинговер – обмен участками между несестринскими хроматидами гомологичных хромосом. Кроссинговер приводит к первой во время мейоза рекомбинации генов.

4. Диплотена (двойные нити). 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.

5. Диакинез (раздвижение, раздвоение). Хромосомы максимально укорачиваются и утолщаются за счет спирализации хроматид, ядерная оболочка почти полностью разрушена. Происходит сползание хиазм к концам хроматид.

Видео: Мейоз поподробнее

Видео: Мейоз у растений и животных

Гаметогенез

Гаметогенез (образование гамет - половых клеток) - это более широкое понятие, чем мейоз (хотя мейоз - это тоже образование половых клеток). Но в дополнение к процессу мейоза (т.е. деления клеток) гаметогенез включает в себя также процесс дифференцировки половых клеток, т.е. их преобразование и формирование зрелых гамет. Для обозначения разных стадий дифференцировки половых клеток используют особые термины.

Образование гамет происходит не совсем одинаково в женском и мужском организме.

Сперматогенез - это "мужской" вариант гаметогенеза, образование сперматозоидов.

Овогенез (=оогенез) - это "женский" вариант гаметогенеза, образование яйцеклеток.

testis.jpg

Рис. 1: Сперматогенез

Мейоз – особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого образуются клетки со уменьшенным в два раза набором хромосом, образованные клетки имеют различный набор аллелей генов – генетически неодинаковы, эти клетки превращаются в гаметы (у животных) или споры (у растений и грибов). Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократная репликация ДНК.

Первое мейотическое деление (мейоз 1) называется редукционным, поскольку именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом вдвое: из одной диплоидной клетки (2n4c) образуются две гаплоидные (1n2c).

Интерфаза 1 (в начале – 2n2c, вконце – 2n4c) происходит обычно и сопровождается ростом, синтезом и накоплением веществ и энергии, необходимых для осуществления обоих делений, увеличением числа органоидов, удвоением центриолей, репликацией ДНК, которая завершается в профазе 1.

Профаза 1 (2n4c). Самая продолжительная и сложная фаза мейоза. Состоит из ряда последовательных стадий.

Лептотена, стадия тонких нитей. Хромосомы слабо конденсированы. Они уже двухроматидные (каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид), но хроматиды настолько сближены, что хромосомы имеют вид длинных одиночных тонких нитей. Теломеры хромосом еще прикреплены к ядерной мембране с помощью особых структур – прикрепительных дисков.

Диплотена. 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. Хромосомы максимально укорачиваются и утолщаются за счет спирализации хроматид, ядерная оболочка почти полностью разрушена. Происходит сползание хиазм к концам хроматид.

Метафаза 1 (2n4c) происходит выстраивание бивалентов в экваториальной плоскости клетки, прикрепление микротрубочек веретена деления одним концом – к центриолям, другим – к центромерам хромосом, а не к центромерам хроматид, как это было при митозе.

Анафаза 1 (2n4c) – случайное независимое расхождение двухроматидных хромосом к противоположным полюсам клетки (из каждой пары гомологичных хромосом одна хромосома отходит к одному полюсу, другая – к другому). Происходит вторая рекомбинация генетического материала – у каждого полюса оказывается гаплоидный набор двухроматидных хромосом, часть из них – отцовские, часть – материнские. Многие хроматиды в хромосомах после кроссинговера стали мозаичными, одновременно несут некоторые гены отца и матери.

Телофаза 1 (1n2c в каждой клетке). Происходит образование ядерных оболочек вокруг гаплоидных наборов двухроматидных хромосом, деление цитоплазмы. Из одной диплоидной клетки (2n4c) образовались две клетки с гаплоидным набором хромосом (n2c), поэтому это деление называют редукционным.

Второе мейотическое деление (мейоз 2) называется эквационным.

Профаза 2 (1n2c). Короче профазы 1, хроматин конденсирован, нет конъюгации и кроссинговера, происходят процессы, обычные для профазы – распад ядерных мембран на фрагменты, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления.

Метафаза 2 (1n2c). Двухроматидные хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки, формируется метафазная пластинка.

Создаются предпосылки для третьей рекомбинации генетического материала – многие хроматиды мозаичные и от их расположения на экваторе зависит, к какому полюсу они в дальнейшем отойдут. К центромерам хроматид прикрепляются нити веретена деления.

Анафаза 2 (2n2с). Происходит деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами), происходит третья рекомбинация генетического материала.

Телофаза 2 (1n1c в каждой клетке). Хромосомы деконденсируются, образуются ядерные оболочки, разрушаются нити веретена деления, появляются ядрышки, происходит деление цитоплазмы (цитотомия) с образованием в итоге четырех гаплоидных клеток.

Биологическое значение мейоза. Мейоз является центральным событием гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений. С его помощью поддерживается постоянство хромосомного набора – после слияния гамет не происходит его удвоения. Благодаря мейозу образуются генетически различные клетки, т.к. в процессе мейоза трижды происходит перекомбинация генетического материала: за счет кроссинговера (профаза 1), за счет случайного, независимого расхождения гомологичных хромосом (анафаза 1) и за счет случайного расхождения хроматид (анафаза 2).

Амитоз – прямое деление интерфазного ядра путем перетяжки без спирализации хромосом, без образования веретена деления. Дочерние клетки имеют неодинаковый генетический материал. Может ограничиваться только делением ядра, что приводит к образованию дву- и многоядерных клеток. Описан для стареющих, патологически измененных и обреченных на гибель клеток. После амитоза клетка не способна вернуться в нормальный митотический цикл. В норме наблюдается в высокоспециализированных тканях, в клетках, которым уже не предстоит делиться – в эпителии, печени.

Гаметогенез. Гаметы формируются в половых железах – гонадах. Процесс развития гамет называется гаметогенезом. Процесс образования сперматозоидов называется сперматогенезом, а образование яйцеклеток – овогенезом (оогенезом). Предшественники гамет – гаметоциты образуются на ранних стадиях развития зародыша за пределами половых желез, а затем мигрируют в них. В половых железах различают три разных участка (или зоны) – зона размножения, зона роста, зона созревания половых клеток. В этих зонах происходят фазы размножения, роста и созревания гаметоцитов. В сперматогенезе имеется еще одна фаза – фаза формирования.

Фаза размножения. Диплоидные клетки в этой зоне половых желез (гонад) многократно делятся митозом. Количество клеток в гонадах растет. Их называют оогонии и сперматогонии.

Фаза роста. В эту фазу происходит рост сперматогоний и оогоний, репликация ДНК. Образовавшиеся клетки называются ооциты 1-го порядка и сперматоциты 1-го порядка с набором хромосом и ДНК 2n4с.

Фаза созревания. Сущность этой фазы – мейоз. Гаметоциты 1-го порядка вступают в первое мейотическое деление. В результате образуются гаметоциты 2-го порядка (n2с), которые вступают во второе мейотическое деление, и образуются клетки с гаплоидным набором хромосом (nc) – яйцеклетки и округлые сперматиды. Сперматогенез включает еще фазу формирования, во время которой сперматиды превращаются в сперматозоиды.

Сперматогенез. Во время периода полового созревания диплоидные клетки в семенных канальцах семенников делятся митотически, в результате чего образуется множество более мелких клеток, называемых сперматогониями. Часть образовавшихся клеток может подвергаться повторным митотическим делениям, в результате чего образуются такие же клетки сперматогонии. Другая часть прекращает делиться и увеличивается в размерах, вступая в следующую фазу сперматогенеза – фазу роста.

Клетки Сертоли обеспечивают механическую защиту, опору и питание развивающихся гамет. Увеличившиеся в размерах сперматогонии называются сперматоцитами 1-го порядка. Фаза роста соответствует интерфазе 1 мейоза, т.е. во время нее происходит подготовка клеток к мейозу. Главными событиями фазы роста является репликация ДНК и накопление питательных веществ.

Сперматоциты 1-го порядка (2n4с) вступают в первое (редукционное) деление мейоза, после которого образуются сперматоциты 2-го порядка (n2c). Сперматоциты 2-го порядка вступают во второе (эквационное) деление мейоза и образуются округлые сперматиды (nc). Из одного сперматоцита 1-го порядка возникают четыре гаплоидные сперматиды. Фаза формирования характеризуется тем, что первично шаровидные сперматиды подвергаются ряду сложных преобразований, в результате которых образуются сперматозоиды.

Строение сперматозоида. Сперматозоид млекопитающих имеет форму длинной нити.

В период полового созревания мейоз возобновится: примерно каждый месяц под действием половых гормонов один из овоцитов 1-го порядка (редко два) будет доходить до метафазы 2 мейоза и овулировать на этой стадии. Мейоз может пройти до конца только при условии оплодотворения, проникновения сперматозоида, если оплодотворение не происходит, овоцит 2-го порядка погибает и выводится из организма.

Овогенез осуществляется в яичниках, подразделяется на три фазы – размножения, роста и созревания. Во время фазы размножения диплоидные овогонии многократно делятся митозом. Фаза роста соответствует интерфазе 1 мейоза, т.е. во время нее происходит подготовка клеток к мейозу, клетки значительно увеличиваются в размерах вследствие накопления питательных веществ. Главным событием фазы роста является репликация ДНК. Во время фазы созревания клетки делятся мейозом. Во время первого деления мейоза они называются овоцитами 1-го порядка. В результате первого мейотического деления возникают две дочерние клетки: мелкая, называемая первым полярным тельцем, и более крупная – овоцит 2-го порядка.

Если в овоцит проникает сперматозоид, второе мейотическое деление проходит до конца с образованием яйцеклетки и второго полярного тельца, а первое полярное тельце – с образованием третьего и четвертого полярных телец. Таким образом, в результате мейоза из одного овоцита 1-го порядка образуются одна яйцеклетка и три полярных тельца.

Строение яйцеклеток. Форма яйцеклеток обычно округлая. Размеры яйцеклеток колеблются в широких пределах – от нескольких десятков микрометров до нескольких сантиметров (яйцеклетка человека – около 120 мкм). К особенностям строения яйцеклеток относятся: наличие оболочек, располагающихся поверх плазматической мембраны; и наличие в цитоплазме более

или менее большого количества запасных питательных веществ. У большинства животных яйцеклетки имеют дополнительные оболочки, располагающиеся поверх цитоплазматической мембраны. В зависимости от происхождения различают: первичные, вторичные и третичные оболочки. Первичные оболочки формируются из веществ, выделяемых овоцитом и, возможно, фолликулярными клетками. Образуется слой, контактирующий с цитоплазматической мембраной яйцеклетки. Он выполняют защитную функцию, обеспечивает видовую специфичность проникновения сперматозоида, т. е. не позволяет сперматозоидам других видов проникать в яйцеклетку. У млекопитающих эта оболочка называется блестящей. Вторичные оболочки образуются выделениями фолликулярных клеток яичника. Имеются далеко не у всех яйцеклеток. Вторичная оболочка яиц насекомых содержит канал – микропиле, через который сперматозоид проникает в яйцеклетку. Третичные оболочки образуются за счет деятельности специальных желез яйцеводов. Например, из секретов особых желез формируются белковая, подскорлуповая пергаментная, скорлуповая и надскорлуповая оболочки у птиц и рептилий.

Вторичные и третичные оболочки, как правило, образуются у яйцеклеток животных, зародыши которых развиваются во внешней среде. Поскольку у млекопитающих наблюдается внутриутробное развитие, их яйцеклетки имеют только первичную, блестящую оболочку, поверх которой располагается лучистый венец – слой фолликулярных клеток, доставляющих к яйцеклетке питательные вещества.

В яйцеклетках происходит накопление запаса питательных веществ, которые называют желтком. Он содержит жиры, углеводы, РНК, минеральные вещества, белки, причем основную его массу составляют липопротеиды и гликопротеиды. Желток содержится в цитоплазме обычно в виде желточных гранул. Количество питательных веществ, накапливаемых в яйцеклетке, зависит от условий, в которых происходит развитие зародыша. Так, если развитие яйцеклетки происходит вне организма матери и приводит к формированию крупных животных, то желток может составлять более 95% объема яйцеклетки. Яйцеклетки млекопитающих, развивающиеся внутри тела матери, содержат малое количество желтка – менее 5%, так как питательные вещества, необходимые для развития эмбрионы получают от матери.

В зависимости от количества содержащегося желтка различают следующие типы яйцеклеток: алецитальные (не содержат желтка или имеют незначительное количество желточных включений – млекопитающие, плоские черви); изолецитальные (с равномерно распределенным желтком – ланцетник, морской еж); умеренно телолецитальные (с неравномерно распределенным желтком – рыбы, земноводные); резко телолецитальные (желток занимает большую часть, и лишь небольшой участок цитоплазмы на анимальном полюсе свободен от него – птицы).

В связи с накоплением питательных веществ, у яйцеклеток появляется полярность. Противоположные полюсы называются вегетативным и анимальным. Поляризация проявляется в том, что происходит изменение местоположения ядра в клетке (оно смещается в сторону анимального полюса), а также в особенностях распределения цитоплазматических включений (во многих яйцах количества желтка возрастает от анимального к вегетативному полюсу).

Яйцеклетка человека была открыта в 1827 году К.М.Бэром.

Оплодотворение. Оплодотворение – процесс слияния половых клеток, приводящий к образованию зиготы. Собственно процесс оплодотворения начинается в момент контакта сперматозоида и яйцеклетки. В момент такого контакта плазматическая мембрана акросомального выроста и прилежащая к ней часть мембраны акросомального пузырька растворяются, фермент гиалуронидаза и другие биологически активные вещества, содержащиеся в акросоме, выделяются наружу и растворяют участок яйцевой оболочки. Чаще всего сперматозоид полностью втягивается в яйцо, иногда жгутик остается снаружи и отбрасывается. С момента проникновения сперматозоида в яйцо гаметы перестают существовать, так как образуют единую клетку – зиготу. Ядро сперматозоида набухает, его хроматин разрыхляется, ядерная оболочка растворяется, и он превращается в мужской пронуклеус. Это происходит одновременно с завершением второго деления мейоза ядра яйцеклетки, которое возобновилось благодаря оплодотворению. Постепенно ядро яйцеклетки превращается в женский пронуклеус. Пронуклеусы перемещаются к центру яйцеклетки, происходит репликация ДНК, и после их слияния набор хромосом и ДНК зиготы становится 2n4c. Объединение пронуклеусов и представляет собой собственно оплодотворение. Таким образом, оплодотворение заканчивается образованием зиготы с диплоидным ядром.

В зависимости от количества особей, принимающих участие в половом размножении, различают: перекрестное оплодотворение – оплодотворение, в котором принимают участие гаметы, образованные разными организмами; самооплодотворение – оплодотворение, при котором сливаются гаметы, образованные одним и тем же организмом (ленточные черви).

Партеногенез – девственное размножение, одна из форм полового размножения, при котором из не происходит оплодотворения, из неоплодотворенной яйцеклетки развивается новый организм. Встречается у ряда видов растений, беспозвоночных и позвоночных животных, кроме млекопитающих, у которых партеногенетические зародыши погибают на ранних стадиях эмбриогенеза. Партеногенез может быть искусственным и естественным.

Искусственный партеногенез вызывается человеком путем активизации яйцеклетки воздействием на нее различными веществами, механическим раздражением, повышением температуры и т.д.

При естественном партеногенезе яйцо начинает дробиться и развиваться в эмбрион без участия сперматозоида, только под влиянием внутренних или внешних причин. При постоянном (облигатном) партеногенезе яйца развиваются только партеногенетически, например, у кавказских скальных ящериц. Все животные этого вида – только самки При факультативном партеногенезе зародыши развиваются и партеногенетически и половым путем. Классический пример – у пчел семяприемник матки устроен так, что она может откладывать оплодотворенные и неоплодотворенные яйца, из неоплодотворенных развиваются трутни. Оплодотворенные яйца развиваются в личинок рабочих пчел – недоразвитых самок, или в цариц – в зависимости от характера питания личинки. При циклическом партеногенезе происходит чередование партеногенеза с обычным половым размножением – все лето у дафний и тлей партеногенетическое размножение и рождаются только самки, а осенью появляются и самцы и самки и происходит половое размножение.

Партеногенетически могут размножаться и личинки некоторых животных, такой партеногенез называется педогенезом. Например, у сосальщиков наблюдается партеногенетическое размножение на стадии личинок.

На этом уроке мы продолжим узнавать об особенностях размножения. Узнаем какое эволюционное значение имело половое размножение. покажем механизмы митоза и мейоза. Проанализируем биологическое значение митоза, мейоза и оплодотворения и сделаем вывод о единстве живой природы

4. Глоссарий по теме (перечень терминов и понятий, введенных на данном уроке);

Клеточный цикл, митоз, мейоз, фазы клеточного деления, гаметогенез, оплодотворение.

Амитоз – это простое (прямое) деление клеток, которое встречается сравнительно редко, и при котором клетка разделяется на равные либо неравные части

Митоз (непрямое деление клетки) – это наиболее часто встречающаяся форма клеточного деления, состоящая из нескольких этапов (профаза, метафаза, анафаза, телофаза).

Мейоз (редукционное деление клетки) – это форма деления ядра, при котором число хромосом в клетке уменьшается вдвое, а также происходит трансформация генного аппарата.

Хромосомы (от хромо. и сома), органоиды клеточного ядра, совокупность которых определяет основные наследственные свойства клеток и организмов.

Редупликация - самоудвоение молекулы ДНК

Хроматида - структурный элемент хромосомы, формирующийся в интерфазе ядра клетки в результате репликации (удвоения) хромосом.

Центромера - участок хромосомы, удерживающий вместе две хроматиды.

Веретено деления — структура, возникающая в клетках эукариот в процессе деления ядра. Состоит из микротрубочек.

5. Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц);

6. Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);

7. Теоретический материал для самостоятельного изучения;

Клеточный или жизненный цикл – период существования клетки от момента ее образования путем деления исходной (материнской) клетки, включая само деление, до собственного деления или смерти

Деление клеток — это естественный процесс, который обеспечивает нормальный рост, развитие и размножение организма. За счет этого увеличивается количество клеток, осуществляется рост тканей, половое размножение и передача наследственного материала. Основные типы деления клеток — это мейоз и митоз. Каждый из этих процессов имеет некоторые особенности.

Митоз — это деление клеток, в конечном итоге которого из материнской клетки образуется две дочерние с идентичным количеством и порядком хромосом. Подобные процессы постоянно происходит с соматическими клетками организма, обеспечивая рост, развитие, регенерацию тканей и органов. Жизненный цикл клетки можно разделить на интерфазу и митоз. Интерфаза — это так называемая стадия спокойствия, во время которой идет активный синтез и накопление необходимых для деления клеток веществ. Ближе к началу митоза происходит удваивание количества хромосом.

Митоз же принято разделять на четыре основных стадии. Профаза. В это период можно заметить начало конденсации хромосом. Две идентичные хромосомы соединяются между собой одной центромерой. В начале профазы происходит деление центриоли. Теперь две дочерние центриоли начинают медленно расходиться к двум противоположным сторонам клетки. При этом они остаются связанными тонкими белковыми нитями — так формируется веретено деления. К концу этой стадии хромосомы сильно укорачиваются и становятся толще и двигаются к экватору клетки. Метафаза — очень коротка стадия, которая начинается с выстраивания хромосом по экватору клетки. Примерно в то же время одновременно во всех хромосомах происходит деление центромеры. Анафаза — нить веретена деления крепится в центромере хромосомы. В это период дочерние хромосомы медленно двигаются к противоположным полюсам. Считается, что нити веретена деления не только направляют хромосомы, но и благодаря наличию АТФ сокращаются, ускоряя их расхождение. Телофаза — начинается в тот момент, когда хромосомы уже разошлись к полюсам. Они раскручиваются и становятся менее заметными — возвращаются в состояние покоя. Вокруг скопления хроматина происходит синтез новой ядерной оболочки. Параллельно с этим происходит цитокинез — цитоплазма и органеллы равномерно разделяются между дочерними клетками.

Мейоз — это способ деления клеток, во время которого образуется четыре гаметы с одинарным набором хромосом. Такие процессы происходят во время образования половых клеток — сперматозоидов, яйцеклеток (у растения таким образом происходит образование спор). Подобные процессы обеспечивают обмен генетическим материалом и комбинаторную изменчивость. При слиянии двух гамет, каждая из которых содержит лишь половину генетического материала, количество хромосом восстанавливается, но их последовательность изменяется. Процесс образования гамет состоит из двух коротких мейотических делений, в каждом из которых можно выделить все вышеописанные стадии. Но между двумя делениями нет выраженной интерфазы, и синтез ДНК не происходит. Следовательно, во вторую профазу вступает две клетки с одинарным набором хромосом (у человека это 46). Результат второго деления — это 4 гаметы, которые имеют по 23 хромосомы. Амитоз

Амитоз — это нехарактерное деление клеток, которое наблюдается довольно редко. При этом клетка сохраняет все физиологические функции. Во время этого процесса не происходит удваивание генетического материала и деления клетки. Делится только ядро, но без образования веретена деления. В результате такого процесса хромосомы расходятся в случайном порядке — образуется многоядерная клетка. Стоит отметить, что амитоз, как правило, встречается или в стареющих и умирающих клетках, или же в патологически измененных структурах (опухолевые клетки).

Биологическое значение мейоза

1. Половое размножение.

У организмов, размножающихся половым путем, в результате мейоза образуются 4 клетки с половинным набором хромосом. При оплодотворении гаметы сливаются, образуется зигота, и диплоидный набор восстанавливается.

2. Генетическая изменчивость.

Мейоз создает возможности для возникновения в гаметах новых генных комбинаций, обеспечивая комбинативную изменчивость.

Гаметогенез – развитие половых клеток, образование гамет.

Развитие сперматозоидов - сперматогенез яйцеклетки → овогенез или оогенез.

В обоих случаях процесс включает 3 фазы:

Фаза размножения включает многократные митотические деления, приводящие к образованию сперматогоний или оогоний.

Каждая из них проходит фазу роста, в результате – сперматоцит I порядка или ооцит I порядка включает многократные митотические деления, приводящие к образованию сперматогоний или оогоний.

Каждая из них проходит фазу роста, в результате – сперматоцит I порядка или ооцит I порядка

В фазе созревания происходит мейоз I и мейоз II с последующей дифференцировкой гаплоидных клеток и формированием зрелых гамет.

суть двойного оплодотворения (С.Г. Навашин, 1898 г.)

При оплодотворении пыльцевое зерно, попав на рыльце пестика, прорастает по направлению к семязачаткам за счет вегетативной клетки, образующей пыльцевую трубку. На конце пыльцевой трубки генеративная клетка образует 2 спермия. Проникая в зародышевый мешок через микропиле (пыльцевход), один спермий (n) оплодотворяет яйцеклетку (n), а второй (n) – центральную клетку (2n).

В результате оплодотворенная яйцеклетка – зигота (2n) – дает начало зародышу семени, оплодотворенная центральная клетка (3n) образует эндосперм, семязачаток образует семя, покровы семязачатка (интегументы) – семенную кожуру, завязь – плод.

8. примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий).

Клеточным циклом называется:

период жизни клетки в течение интерфазы;
период от профазы до телофазы;
период от деления до деления;
период от появления клетки до ее смерти.

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):

4.период от появления клетки до ее смерти

Вставьте слова в предложение:

Мейозом называется ..1.. клеток, при котором происходит ..2.. числа хромосом. При этом из ..3.. клетки образуются ..4.

Мейоз состоит из ..5.. последовательных делений, причем удвоение ДНК предшествует только ..6..делению. В мейоз вступают хромосомы, состоящие из двух сестринских ..7..Обмен идентичными участками гомологичных хромосом называется ..8..и происходит в..9..деления мейоза

Перечень терминов:

Кроссинговером, профазе первого, редукционным, редукция,, двух, первому, одной диплоидной, деление половых, хроматид, четыре гаплоидные, двух.

Варианты ответа:

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):

1.деление половых 2.редукция 3. одной диплоидной 4.четыре гаплоидные 5.двух 6.первому 7. хроматид 8 кроссинговером 9.профазе первого

Мейозом называется деление половых клеток, при котором происходит редукция числа хромосом. При этом из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные

Мейоз состоит из двух последовательных делений, причем удвоение ДНК предшествует только первому делению. В мейоз вступают хромосомы, состоящие из двух сестринских хроматид.

Обмен идентичными участками гомологичных хромосом называется кроссинговером и происходит в профазе первого деления мейоза.

Мейоз. Это такое деление эукореотных клеток, при котором дочерние клетки получают в 2-а раза меньше информации, чем было в материнской клетке, поэтому мейоз всегда включает в себя редукционное деление, приводящее к уменьшению кол-ва генетической информации. Мейоз у животных проходит перед образованием гамет, поэтому это организмы с генетической редакцией. Мейоз у растений проходит перед образованием спор, так как для всех растений характерной чертой является чередование поколений. Бесполое поколение участвует в образовании спор и всегда имеет двойной или диплоидный набор хромосом. Так как споры образуются в ходе мейоза, то для них характерен одинарный или гаплоидный набор хромосом. Из споры прорастает половое поколение, на котором за счёт митоза формируются яйцеклетки и сперматозоиды. Они сливаются, образуют зиготу, из которой прорастает бесполое поколение.Для некоторых простейших нормой жизни является гаплоидность, поэтому мейоз проходит после образования зиготы (зиготическая редукция).Таким образом мейоз необходим для образования спор и гамет, а также для сохранения генетической стабильности вида. Типичный мейоз включает в себя 2-а деления: эквационное (2), редукционное (1)

Перед редукционным делением проходит нормальная интерфаза. Между 1 и 2 делением интерфаза сильно сокращена, либо вообще отсутствует. В любом случае удвоение ДНК между этими делениями не происходит. Оба деления включают в себя все фазы. Профаза 1 Делится на несколько периодов: 1.Липтотена – в ходе этого периода ядерная оболочка сохраняется, хромосомы становятся более компактными. 2.Зиготена – начинается сближение гомологичных хромосом. Гомологичными называются хромосомы, сходные по форме, размеру, генетическому содержимому. Гомологичные хромосомы подходят друг к другу и начинается формирование пар или бивалентов. 3.Пахитена – гомологичные хромосомы объединяются в биваленты, таким образом, что находящиеся рядом сестринские хроматиды взаимодействуют друг с другом. Точка взаимодействия называется хиазмой .Кол-во хиазм может быть различным, но существуют правила. Образовавшиеся хиазмы тормозят формирование новых хиазм.(рис 1)

В хиазмах может происходить разрыв в нитях ДНК. Обмен участками между гомологичными хромосомами, а затем сшивание сахарофосфатного остова. Этот процесс получил название кроссинговер. Такой обмен участками между гомологичными хромосомами является основой комбинативной изменчивости. Таким образом, формирование бивалентов необходимо для осуществления процесса кроссинговера и также для нормального расхождения гомологичных хромосом к разным полюсам клетки в ходе анафазы 1. 4.Диплотена и диокинез – гомологичные хромосомы на этой стадии пытаются разойтись, однако их сдерживают хиазмы, которые в данном случае смещаются к теломерным участкам хромосомы и благодаря хиазмам биваленты сохраняются. Этот процесс получил название диокинеза. Практически всю профазу, включая диплотену, ядерная оболочка сохраняется. К концу профазы фрагментируются мембранные органоиды, фрагментируется оболочка ядра, и хромосомы оказываются в цитоплазме клетки в виде бивалентов. Формируются веретено деления, причём к каждому биваленту подходит кинетохорная нить только от одного из полюсов. Благодаря полимеризации этой нити биваленты начинают продвигаться по экватору клетки. Метафаза 1 В ходе метафазы биваленты выстраиваются по экватору клетки, таким образом, что гомологичные хромосомы одной пары лежат по разные стороны от экватора. Так как ориентация бивалентов относительно полюсов клетки произвольна, то возможно несколько вариантов расположения бивалентов друг относительно друга. Анафаза 1 Начинается расхождение гомологичных хромосом к разным полюсам клетки. Так как биваленты произвольно ориентировались относительно полюсов, то возможны различные варианты их расхождения и, следовательно, произвольная ориентация бивалентов в метафазе 1. Варианты расхождения гомологичных хромосом также является основой комбинативной изменчивости. Расхождение обеспечивает основной и дополнительный механизмы.Телофаза 1Около каждой клетки формируется полный набор цитоплазматических органоидов и свой ядерный аппарат. После телофазы проходит цитокинез, и образуется 2-е клетки. Причём кол-во хромосом и генетическая информация уменьшены в 2-а раза. 2-е клетки, которые образованы в ходе редукционного деления подвергаются эквационному делению, которое по своему механизму является типичным митозом. Результатом эквационного деления является образование 4-х клеток.(рис 2) В ходе анафазы 1 редукционного деления к каждому полюсу клетки закономерно показывает только гомологичная хромосома из пары. Поэтому после телофазы и цитокинеза каждая дочерняя клетка содержит только 1 гомологичную хромосому из пары, то есть в ходе редукционного деления кол-во хромосом и информации в дочерних клетках уменьшается. Поскольку в метафазе 1 существовали варианты в расположении хромосом, то изучены варианты расхождения гомологичных хромосом к разным полюсам. Это является основой комбинативной изменчивости .Биологический смысл мейоза Образование гамет или спор, Сохранение генетической стабильности вида, Основа комбинативной изменчивости за счёт процесса кроссинговера, либо за счёт произвольной ориентации бивалентов относительно полюсов клетки. Кроссинговер может наблюдаться в ходе митоза, как исключение в том случае, если гомологичные хромосомы сходятся и кньюгируют. Последствия имеет кроссинговер – появление крупных пигментных пятен и явление разноглазости.

Читайте также: