Жизненный цикл клетки
Период времени от окончания деления материнской клетки до ее собственного деления или гибели.
1. Интерфаза - период подготовки клетки к делению. Включает:
G1 – постмитотический (синтез белков, р-РНК, и-РНК),
S – синтетический. Синтез ДНК.
G2 – премитотический. Синтез белков аппатата деления.
2. Собственно деление клетки: митоз.
Типы деления клеток.
I. Непрямое II. Прямое
МИТОЗ АМИТОЗ
1. Собственно митоз А. По форме Б. По виду
2. Мейоз
3. Эндомитоз 1. Равномерный 1. Генеративный
4. Политения 2. Неравномерный 2. Реактивный
3. Фрагментация 3. Дегенеративный
4. Без деления
цитоплазмы
III. Простое бинарное деление характерно для прокариот.
Фазы митоза: Профаза. Прометафаза. Метафаза. Анафаза. Телофаза.
Значение митоза. Обеспечивает преемственность хромосом в ряду клеточных поколений и равномерное распределение их в дочерних клетках. Универсальный механизм воспроизведения клеточной организации эукариот. Генетическая преемственность, образование идентичных с материнскими дочерних клеток. Рост организма. Регенерация. Клеточная пролиферация.
Виды митоза:
Эндомитоз – деление с увеличением количества хромосом в клетке без их расхождения и последующего деления цитоплазмы. Это приводит к образованию полиплоидных клеток (3п, 4п).
Политения – воспроизведение в хромосомах хроматид, количество которых увеличивается многократно (до 1000 и более раз), без их расхождения. Образуются политенные хромосомы в слюнных железах насекомых.
Мейоз – деление, при котором образуются половые клетки с гаплоидным набором хромосом.
Значение мейоза. Обеспечивает образование половых клеток с гаплоидным набором хромосом.
Способствует поддержанию постоянства числа хромосом. Обуславливает образование новых комбинаций негомологичных хромосом. Является источником комбинативной изменчивости.
Образует большое количество рекомбинаций генов за счет кроссинговера.
Амитоз – деление ядра простой перетяжкой, а затем и цитоплазмы без образования митотического аппарата. Хромосомы распределяются произвольно.
Виды амитоза: Генеративный. Реактивный. Дегенеративный.
Деление ядра при амитозе: Равномерное. Неравномерное. Фрагментация.
Пролиферация – увеличение числа клеток путем митоза, приводящее к росту тканей.
Группы клеток по способности к пролиферации:
Лабильные – обновляются быстро (эпидермис, клетки крови, слизистые).
Стабильные – ограниченная способность к размножению (печень, поджелудочная жел.).
Статические – не делятся или делятся только в чрезвычайных условиях (миокард, нервная ткань).
Жизненные формы организмов:
Доклеточные – царство вирусы.
Клеточные: прокариоты – царства бактерий и цианобактерий - одноклеточные доядерные организмы (бактерии и сине-зеленые водоросли).
эукариоты – царства растений, животных, грибов.
Эукариотические клетки имеют: обособленное ядро; Цитоплазму с органоидами и включениями; Наружную биологическую мембрану (плазмалемму).
Плазмалемма отделяет содержимое клетки от внешней среды и регулирует движение ионов и макромолекул в клетку и из нее.
Жидкостно-мозаичное строение (модель Сингера): Двойной фосфолипидный слой. Белки: поверхностные, погруженные, пронизывающие. Олигосахариды.
Способы поступления веществ в клетку:
1. П а с с и в н ы й т р а н с п о р т. Движение без затрат энергии, по градиенту концентрации. Например,
диффузия воды (осмос), газов и мелких молекул; поступление веществ через поры;
облегченная диффузия посредством переносчиков (аминокислоты, сахара, жирные кислоты).
2. А к т и в н ы й т р а н с п о р т. Движение против градиента концентрации, с затратой энергии. Происходит при наличии специальных ионных каналов, ферментов и АТФ. Так осуществляется работа натрий-калиевого и магний-кальциевого насоса, а так же процесс эндоцитоза (фаго-и пиноцитоза) и экзоцитоза.
Поступившие в клетку вещества могут использоваться: для синтеза веществ, необходимых самой клетке (анаболическая система); как источник энергии (катаболическая система).
К анаболической системе клетки относятся: 1. Рибосомы. 2. ЭР. 3. Комплекс Гольджи.
К катаболической системе клетки относятся: 1. Лизосомы. 2. Пероксисомы. 3. Глиоксисомы. 4. Митохондрии.
Цитоплазма – живое содержимое клетки без ядра. В цитоплазме различают: гиалоплазму (жидкая и твердая фазы); органеллы; включения.
Ядро (nucleus, karion) - это постоянный структурный компонент всех клеток эукариот. Строение ядра:
Двумембранная оболочка. 2. Нуклеоплазма. 3. Хроматин - комплекс ДНК и гистоновых белков (дезоксирибонуклеопротеид, ДНП) в отношении 1:1,3. 4. Ядрышко.
Функции ядра: хранение и передача генетической информации, регуляция процессов жизнедеятельности клетки.
Метафазная хромосома (спирализованный хроматин) состоит из двух хроматид.
Форма определяется наличием первичной перетяжки - центромеры. Она разделяет хромосому на 2 плеча. Расположение центромеры определяет основные формы хромосом: метацентрические, субметацентрические, акроцентрические, телоцентрические.
Денверская международная классификация хромосом.
Хромосомы классифицированы по величине и расположению центромеры.
Идиограмма – систематизированный кариотип. В кариотипе соматической клетки человека: 22 пары аутосом 1 пара половых хромосом.
Кариотип - диплоидный набор человека делят на 7 групп, в зависимости от размеров, формы хромосом.
1-3 - крупные метацентрические
4-5 - крупные субметацентрические
6-12 и Х-хромосома - средние метацентрические
13-15 - средние акроцентрические
16-18 - относительно малые мета-субметацентрические
19-20 - малые метацентрические
21-22 и Y-хромосома - малые акроцентрические.
Согласно Парижской классификации хромосомы разделены на группы по их размерам и форме, а также линейной дифференцировке.
Хромосомы обладают следующими свойствами: (правила хромосом): Индивидуальность. Парность.
Постоянство числа, характерное для каждого вида. Непрерывность передачи наследственной информации.
Размножение (репродукция) - способность производить себе подобных. Это условие существования вида, в основе которого - передача генетического материала.
Типы размножения: Бесполое, Половое. Виды бесполого размножения:
1. Вегетативное: Деление клетки пополам митозом у одноклеточных; Почкование (кишечнополостные, дрожжи); Фрагментация (грибы, водоросли, черви); Шизогония (малярийный плазмодий); Вегетативными органами у растений; Полиэмбриония; Упорядоченное деление (равномерный амитоз у морской звезды.
2. Спорообразование. Споры – специализированные клетки с гаплоидным набором хромосом.
Размножение характерно для грибов, водорослей, высших споровых растений и животных класса Споровики.
Характеристика бесполого размножения. Участвует одна особь. Гаметы не образуются. Дочерние особи генетически идентичны исходной родительской. Обеспечивается делением митозом. Значение бесполого размножения в эволюции: усиливает роль стабилизирующей функции естественного отбора; обеспечивает сохранение приспособленности в изменяющихся условиях обитания.
Конъюгация - половой процесс, обеспечивающий обмен генетической информации, без увеличения количества особей. Встречается у бактерий, водорослей и грибов.
Особенности полового размножения. Участвуют две особи. Образуются половые клетки (гаметы) мейозом. Обеспечивается комбинативная изменчивость. Половое размножение
1. С оплодотворением яйцеклетки. Копуляция – слияние женской и мужской гамет с образованием зиготы. Виды копуляции: изогамия у водорослей (обе гаметы одинаковые по размерам и подвижные);
гетерогамия у водорослей (гаметы различаются, подвижные); оогамия у позвоночных животных (женская гамета – крупная, неподвижная, мужская – мелкая, подвижная).
2. Без оплодотворения яйцеклетки. Партеногенез – развитие зародыша из неоплодотворенной яйцеклетки (образование трутней у пчел). Андрогенез – слияние двух гамет, дальнейшее развитие зиготы за счет мужского ядра (тутовый шелкопряд, оса). Гиногенез - слияние двух гамет, дальнейшее развитие зиготы за счет женского ядра (у костистых рыб, круглых червей).
Преимущества полового размножения: Высокий коэффициент размножения. Полное обновление генетического материала. Источник наследственной изменчивости. Успех в борьбе за существование. Адаптация к условиям среды.
Гаметогенез – образование половых клеток. 1. Сперматогенез 2. Оогенез
Отличия оогенеза от сперматогенеза: Период размножения оогониев заканчивается к моменту рождения. Период роста более длительный и включает период "малого" (накопление желтка) и "большого" роста (созревание ооцита). При оогенезе образуется одна половая клетка из ооцита 1. При сперматогенезе – 4 половые клетки из сперматоцита 1. В оогенезе отсутствует период формирования.
Характеристика половых клеток.
Яйцеклетка - овальная, крупная, малоподвижная. Лишена центросомы и не способна к самостоятельному делению. По содержанию желтка различают типы яйцеклеток: Изолецитальные - мало желтка; Телолецитальные - много желтка (умеренно- и резко-); Центролецитальные много желтка.
Яйцеклетка образует 3 типа защитных оболочек: Первичная - желточная, продукт жизнедеятельности ооцита или яйцеклетки, находится в контакте с цитоплазмой. Вторичная - формируется как производное фолликулярных клеток, окружающих ооцит (клетки зернистого слоя). У человека - лучистый венец.
Третичная - образуется после оплодотворения за счет выделения желез или слизистого эпителия половых путей по мере прохождения по яйцеводу самки. Это студенистые оболочки яиц амфибий, белковые, подскорлуповые и скорлуповые у птиц.
Сперматозоид. Яйцо - ооцит человека, сохраняет способность к оплодотворению в течение 12-24 часов. Сперматозоид в половых путях подвижен - 96 часов. Способен к оплодотворению в течение 24-48 часов. Оплодотворение у человека происходит в яйцеводах. При этом наблюдается слияние ооцита - 2 со сперматозоидом. Активация сперматозоидов происходит под действием эстрогенов яичника.
Этапы оплодотворения: Наружная фаза. Акросомная реакция - проникновение сперматозоида в цитоплазму яйца. Кортикальная реакция, образование оболочки оплодотворения. Активация заключительной стадии мейоза. Формирование ядра яйцеклетки. Внутренняя фаза. Образование синкариона с мужским и женским пронуклеусом. Синкариогамия – слияние ядер гамет и образование зиготы. У человека яйцеклетки и сперматозоиды развиваются из первичных половых клеток, которые образуются во внезародышевой мезодерме. Первичные половые клетки в последствии мигрируют к месту своей окончательной локализации - в развивающуюся половую железу.
Этапы формирования гамет у человека в эмбриогенезе. К моменту завершения образования первичного фолликула ооциты находятся на стадии мейоза 1, на стадии диктиотены. С этого момента наступает длительный перерыв в дальнейшем их развитии. Остановка деления ооцитов 1 сохраняется до наступления половой зрелости. Начинается второе деление мейоза, которое длится до метафазы II в зрелом фолликуле. Овулированный ооцит называется ооцитом II. Если оплодотворение произошло, то практически одновременно с ним завершается и вторая фаза мейоза. В результате образуется яйцеклетка. Если в течение 48 часов после овуляции оплодотворение не произошло, овулированное яйцо (ооцит II) погибает. Гормональная регуляция гаметогенеза и формирования вторичных половых признаков у человека.
Гонадотропные гормоны гипофиза: Фолликулостимулирующий (ФСГ). Лютеинизирующий (ЛГ).
Лютеотропный (ЛТГ). Гормоны яичника: эстрогены, прогестерон.Гормоны семенника: тестостерон.
Рост фолликулов, их овуляция - гормонально зависимые процессы. Функции семенников регулируются эндокринными железами и гипофизом. Гонадотропные обеспечивают рост и развитие сперматозоидов).
Современная репродуктивная стратегия человека: Пренатальная диагностика наследственных заболеваний.Использование методов преодоления бесплодия: искусственное оплодотворение;оплодотворение яйцеклетки в пробирке;трансплантация эмбрионов с использованием «суррогатного материнства». донорство яйцеклеток и эмбрионов.