2. Клетка как генетическая система.

Все известные на сегодняшний день живые организмы (растения, животные, грибы и бактерии) имеют клеточное строение. Даже вирусы, которые не имеют клеточного строения, могут размножаться только в клетках. Клетка — элементарная структурно-функциональная единица живого, которой присущи все его проявления, в частности, обмен веществ и превращения энергии, гомеостаз, рост и развитие, воспроизведение и раздражимость. При этом именно в клетках хранится, перерабатывается и реализуется наследственная информация.

Несмотря на все разнообразие клеток, план строения для них един: все они содержат наследственный аппарат, погруженный в цитоплазму, и окружающую клетку плазматическую мембрану.

Ядро (лат. nucleus,греч. karyon)обнаружил в клетке английский ботаник Р. Броун в 1831 году. Основная функция ядра – хранение и передача наследственной информации.

Это наиболее важный органоид эукариотической клетки. Большинство клеток имеют одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки (лейкоциты, поперечно - полосатая мышечная ткань, инфузории). Некоторые узкоспециализированные клетки утрачивают ядра (эритроциты млекопитающих, клетки ситовидных трубок у растений).

Форма ядра, как правило, шаровидная или веретеновидным. В состав ядра входит ядерная оболочка – кариолемма, кариоплазма (или нуклеоплазма)- ядерный сок, хроматин и ядрышко.

Ядерная оболочка состоит из двух мембран (каждая толщиной 8 нм). Через определенные интервалы обе мембраны сливаются друг с другом, образуя ядерные поры. Через поры происходит обмен различными веществами между ядром и цитоплазмой. Ядерный сок-вязкая бесструктурная масса, содержащая белки и различные РНК. Ядрышко – округлое тельце (около 1 мкм). Место сборки рибосом, синтез РНК. Может быть одно или несколько ядрышек.

Деление клеток и оплодотворение у животных.

Клеточный цикл- промежуток времени между двумя последовательными делениями клетки.

Интерфаза - период между делениями клетки. Состоит из 3-х периодов: G1-постмитотический (пресинтетический); S-синтетический; G2-премитотический (постсинтетический); G0-период.

G1-период

• Следует за делением клетки;

• Период активного роста клетки;

• Синтез белка и РНК;

• Длится до нескольких дней;

• Синтезируются триггерные белки;

Если клетка не достигает точки рестрикции, она выходит из цикла и вступает в период

репродуктивного покоя (G0-период).

• Дифференцировка.

• Гибель.

• Пребывание в неблагоприятных условиях.

S-период

• Репликация ДНК.

• Синтез белка (гистонов и негистоновых).

• Дупликация центриолей.

• Продолжительность 8-12 ч.

G2-период

Подготовка к делению:

• синтез АТФ;

• синтез РНК и белка (тубулина);

• Продолжительность 2-4 ч.

Митоз (непрямое деление клетки)способ деления клеток, который обеспечивает

равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками.

Продолжительность 1-3 ч. Митоз включает 4 стадии: - профаза; - метафаза; - анафаза;

- телофаза.

Профаза.  Происходит конденсация хроматина с формированием хромосом. Каждая хромосома состоит из двух идентичных двойных спиралей ДНК – сестринских хроматид, связанных в области центромеры. Ядерная оболочка к концу фазы исчезает.

Ядрышки исчезают. • Кариоплазма смешивается с цитозолем. Диплосомы расходятся к полюсам клетки. Начинает формироваться веретено деления.

Метафаза. Хроматин максимально конденсирован. Хромосомы выстраиваются в

экваториальной  плоскости клетки. Сестринские хромосомы соединены в области центромеры. Образуется метафазная пластинка. Микротрубочки митотического веретена деления прикрепляются в области центромеры к кинетохорам  (кинетохорные). Начинается расхождение сестринских хроматид.

Анафаза. Сестринские хроматиды каждой хромосомы (D-хромосома) расходятся к

разным полюсам клетки. Начало анафазы сопровождается резким повышением

концентрации Са++ в гиалоплазме. Хромосомы, состоящие из одной хроматиды (S хромосомы) скапливаются на полюсах клетки. Формируется сократительное кольцо.

Телофаза.  Вокруг, разошедшихся хромосом на полюсах клетки восстанавливается кариолемма за счет мембран аЭПР; формируется ламина и ядерные поры; формируются ядрышки; хроматин деконденсируется, хромосомы исчезают;

сократительное кольцо сокращается, формируется клеточная перетяжка; происходит распределение органелл между дочерними клетками.

Мейоз или редукционное деление клетки,– это вид деления ядра, при котором число хромосом уменьшается в два раза.

В переводе с древнегреческого языка, мейоз означает упрощение, приведение обратно. Дело в том, что после процесса оплодотворения (слияния половых клеток) число хромосом в клетке увеличивается в 2 раза. А благодаря мейозу, наоборот, их количество уменьшается, и половые клетки содержат, как правило, только один набор хромосом. Таким образом, набор хромосом у организмов одного вида из поколения в поколение сохраняется неизменным.

Мейоз происходит в два этапа: Редукционный - на этом этапе в процессе мейоза число хромосом в клетке уменьшается вдвое и из диплоидной клетки образуется две гаплоидные клетки.

Эквационный - в ходе второго деления гаплоидность клеток сохраняется, так как происходят процессы такие как в митозе и число хромосом в дочерних клетках не изменяется.

Особенностью данного процесса является то, что протекает он только лишь в диплоидных, а также в чётных полиплоидных клетках (имеющих 4, 6, 8 и т.д наборов хромосом).

Фазы мейоза

Деление на первом и втором этапе мейоза происходит на протяжении четырёх фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Первому делению предшествует интерфаза, в ходе которой происходит важный процесс самоудвоения молекул ДНК. Перед вторым делением мейоза интерфаза очень короткая, так как редупликация ДНК не осуществляется. интерфаза.

Первое редукционное деление:

Профаза 1 является достаточно сложным этапом всего процесса в целом, состоит она из пяти стадий, которые внесены в следующую таблицу:

Стадия	Признак
Лептотена	Хромосомы укорачиваются, конденсируется ДНК и образуются тонкие нити.
Зиготена	Гомологичные хромосомы соединяются в пары (биваленты). Данный процесс называется конъюгация.
Пахитена	По длительности самая длинная фаза, в ходе которой гомологичные хромосомы плотно присоединяются друг к другу в отдельных местах. В результате чего может происходить обмен некоторыми участками. Данный процесс называется кроссинговер.
Диплотена	Хромосомы частично деспирализуются, при этом хромосомы ещё соединены между собой.
Диакинез	Снова происходит спирализация хромосом, ядерная оболочка исчезает, центриоли перемещаются к полюсам клетки, начинает образовываться веретено деления.

Метафаза первого деления знаменательна тем, что пары гомологичных хромосом (биваленты) выстраиваются в экваториальной плоскости клетки.

Во время анафазы 1 сокращаются микротрубочки веретена деления, биваленты разделяются и гомологичные хромосомы расходятся к разным полюсам.

В отличие от митоза, на этапе анафазы к полюсам перемещаются целые двухроматидные хромосомы, а не отдельные хроматиды.

На этапе телофазы 1 хромосомы деспирализуются и на полюсах образуются ядра.

Второе эквационное деление включает в себя процессы тождественные митозу:

Для профазы 2 характерна спирализация хромосом. Ядерная оболочка разрушается, на полюсах клетки образуется новое веретено деления, которое располагается перпендикулярно по отношению к первому веретену.

В ходе метафазы 2 хромосомы вновь располагаются в плоскости экватора, но по одной, а не парами как в метафазе 2.

Во время анафазы 2 центромеры хромосом делятся и хроматиды (сестринские хромосомы) перемещаются к разным полюсам клетки.

Телофаза 2 характеризуется деспирализацией хромосом и появлением новой ядерной оболочки.

В результате из одной диплоидной клетки путём мейоза образуется четыре гаплоидных клетки. Исходя из этого, делаем выводы, что мейоз – это форма деления клетки, в результате которого в дочерних клетках уменьшается вдвое число хромосом, при этом дочерние клетки генетически разные, так как разделили между собой наследственный материал материнской клетки.

Значение мейоза

В ходе мейоза на этапе профазы 1 может происходить процесс кроссинговера – перекомбинации генетического материала. Помимо этого во время анафазы первого деления гомологичные хромосомы каждой пары расходятся к разным полюсам в случайном порядке, независимо от других пар хромосом. Это объясняет комбинативную изменчивость дочерних клеток.

В природе мейоз имеет огромное значение, а именно:

Это один из основных этапов гаметогенеза у животных;

Получаемые дочерние клетки (гаметы) генетически разные, что приводит к комбинативной изменчивости среди потомков при половом размножении

 

Мейо очень важен для поддержания постоянства числа хромосом у потомков при размножении. Если бы в половых клетках благодаря мейозу не уменьшалось количество хромосом вдвое, то после слияния таких клеток в процессе оплодотворения набор хромосом у организмов из поколения в поколение увеличивалось бы каждый раз вдвое.