45. Мейоз. Половые клетки. Развитие половых клеток.

Мейоз, представленный на рис. 2.10 и 2.11, — процесс образования половых клеток, или гамет. Половые клетки содержат только одну хромосому из каждой пары и предназначены для слияния с половой клеткой другого родителя, чем обеспечивается генетическая уникальность образующегося потомства. Клетки, которые содержат только одну хромосому из каждой пары, принято называть гаплоидными, то есть содержащими одинарный набор хромосом, тогда как соматические клетки диплоидны, то есть содержат двойной набор хромосом. Яйцеклетки представляют собой половые клетки, образующиеся у представителей женского иола, а сперматозоиды являются половыми клетками у представителей мужского пола. Образование половых клеток на первый взгляд объяснить вроде бы легко: просто только одна из хромосом из каждой пары попадает во вновь образующуюся клетку.

В действительности мейоз состоит из двух последовательных делений, результатом чего является уменьшение числа хромосом вдвое. При мейозе образуются четыре гаплоидные клетки. Почему это дает какие-то преимущества? Почему клетка не может просто поделиться без удвоения генетического материала?

Ответ на эти вопросы заключается в том, что при половом размножении именно такой процесс обеспечивает возможность рекомбинации генов, в результате чего поддерживается генетическое разнообразие. По большому счету, генетическое разнообразие определяется тем, что наши хромосомы образуют пары, причем по одной от каждого родителя. Представим себе теоретически, что ваш геном, например, включает ген, ответственный за образование фермента, разрушающего определенный токсин, который образуется в клетке в качестве побочного продукта метаболизма. Вам следует иметь две копии этого гена. Если одна из этих копий повреждена, другая возьмет на себя функцию поврежденного гена, и система будет работать нормально. В процессе мейоза происходит обмен гомологичными участками хромосом (кроссинговер), в результате чего дополнительно создается генетическое разнообразие в популяции. Увеличение генетического разнообразия делает популяцию более приспособленной к изменению условий окружающей среды но сравнению с популяцией, в которой генетическое разнообразие выражено в меньшей степени.

46. Методика изучения митотической активности клеток. Цитостатики.

Опухоль состоит из трансформированных клеток, которые благодаря мутации растут бесконтрольно (см. с. 384). Большинство трансформированных клеток распознаются и устраняются иммунной системой (см. с. 286). Ослабление защитных сил организма влечет за собой быстрое развитие опухоли. Можно пытаться подавить рост опухоли методами физио- или химиотерапии. Для этих целей используют рентгеновское облучение, которое благодаря мутагенному действию блокирует размножение клеток (см. с. 252). Еще большее применение получило подавление опухолевого роста с помощью химиотерапии. Применяющиеся для этих целей вещества носят название цитостатиков. К сожалению, как облучение, так и химиотерапия — методы недостаточно избирательные, т. е. при таком воздействии на организм повреждаются и нормальные клетки, вследствие чего часто наблюдаются побочные эффекты.

Большинство цитостатиков прямо или косвенно подавляют удвоение ДНК в S-фазе клеточного цикла (см. с. 380). Первая группа веществ (A) взаимодействует с молекулами ДНК, блокируя при этом процессы транскрипции и репликации. Вторая группа цитостатиков (Б) подавляет синтез предшественников ДНК.

Митотический индекс (Mitotic index,MI, %) — процент делящихся клеток от общего числа проанализированных клеток. Данный индекс можно вычислить используя световой микроскоп, просчитав в поле зрения клетки с видимыми хромосомами и разделив его на общее число клеток в поле зрения.

Если вы управляете колхицином или другим лекарством — производным колхицина (например, colcemid), вы можете остановить клеточный цикл в этот момент и оставить хромосом в их видимой формы. Колхицин нарушает образование микротрубочек, которое необходимы для шпинделя волокон отдельных хромосом в анафазе.

Рост клеточной культуры происходит когда клетки проходят через интерфазу и митоз для завершения клеточного цикла. Многие клетки теряют способность делиться когда стареют или делятся реже. Другие клетки способны к быстрому делению. Например, как корни растений, клетки вблизи от кончика корня, в апикальной меристемt, делятся быстро внедряя корень в почву. Корневой чехлик определяет направление гравитации и устремляет свою вершину с интенсивно делящимися клетками вниз.

Количественное мы можем сравнить группы клеток по их способности к делению. В экспериментальных условиях мы можем изменять условия среды и количественное определить это воздействие на пролиферативную способность клеток.

Для группы клеток, редко совершающих клеточный цикл мы прогнозируем что значительная часть будет находиться в стадии покоя клеточного цикла (G1). Однако в быстро делящейся клеточной культуре мы можем ожидать увидеть большую долю клеток в стадии митотического деления. Одним из верных способов количественного анализа интенсивности деления служит митотический индекс.

47. Методика приготовления фиксированных препаратов.

Для приготовления фиксированных (сухих) окрашенных препаратов необходимы реактивы:

1. Жидкость Шаудина. Одну часть по объему спирта 90° и 2 части по объему насыщенного водного раствора сулемы смешивают и к полученной смеси добавляют 3—5% ледяной уксусной кислоты. Этот реактив надо готовить непосредственно перед употреблением.

Насыщенный раствор сулемы: 7 г сулемы растворяют в 100 мл дистиллированной воды при нагревании. Остывшую жидкость надо профильтровать. Этот раствор можно приготовить заранее.

2. Спирт 96°, 85° и 70°.

3. Спирт-йод: к 70° спирту добавляется йодная настойка до получения жидкости золотисто-коричневого цвета.

4. 4% водный раствор железо-аммиачных квасцов для протравы и 2—2,5% раствор этих же квасцов для дифференцирования. Квасцы должны быть бледно-лилового цвета и не иметь желтого налета.

5. Карболксилол и ксилол. Карболксилол готовят из одной весовой части кристаллической карболовой кислоты и трех весовых частей ксилола.

6 Канадский бальзам.

7. Раствор гематоксилина. 1 г кристаллического гематоксилина растворяют в 10 мл 95 спирта и затем доливают дистиллированной воды до 100 мл.

Бутылку с приготовленной краской прикрывают слегка ватой и ставят в теплое помещение на свет на 3—4 недели для созревания, после чего ее можно употреблять, предварительно фильтруя.

Нужное количество разводят наполовину дистиллированной водой. Отработанную краску сливают в другую посуду. Она пригодна для многократного употребления.

48. Митоз, фазы митоза. Биологическое значение митоза.

Различают следующие четыре фазы митоза: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. В профазе хорошо видны центриоли — образования, находящиеся в клеточном центре и играющие роль в делении дочерних хромосом животных. (Напомним, что у высших растений нет центриолей в клеточном центре, который организует деление хромосом). Мы же рассмотрим митоз на примере животной клетки, поскольку присутствие центриоли делает процесс деления хромосом более наглядным. Центриоли делятся и расходятся к разным полюсам клетки. От центриолей протягиваются микротрубочки, образующие нити веретена деления, которое регулирует расхождение хромосом к полюсам делящейся клетки.

В конце профазы ядерная оболочка распадается, ядрышко постепенно исчезает, хромосомы спирализуются и в результате этого укорачиваются и утолщаются, и их уже можно наблюдать в световой микроскоп. Еще лучше они видны на следующей стадии митоза — метафазе.

В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. При этом хорошо видно, что каждая хромосома, состоящая из двух хроматид, имеет перетяжку — центромеру. Хромосомы своими центромерами прикрепляются у нити веретена деления. После деления центромеры каждая хроматида становится самостоятельной дочерней хромосомой.

Затем наступает следующая стадия митоза — анафаза, во время которой дочерние хромосомы (хроматиды одной хромосомы) расходятся к разным полюсам клетки.

Следующая стадия деления клетки — телофаза. Она начинается после того, как дочерние хромосомы, состоящие из одной хроматиды, достигли полюсов клетки. На этой стадии хромосомы вновь деспирализуются и приобретают такой же вид, какой они имели до начала деления клетки в интерфазе (длинные тонкие нити). Вокруг них возникает ядерная оболочка, а в ядре формируется ядрышко, в котором синтезируются рибосомы. В процессе деления цитоплазмы все органоиды (митохондрии, комплекс Гольджи, рибосомы и др.) распределяются между дочерними клетками более или менее равномерно.

Таким образом, в результате митоза из одной клетки получаются две, каждая из которых имеет характерное для данного вида организма число и форму хромосом, а следовательно, постоянное количество ДНК.

Весь процесс митоза занимает в среднем 1-2 ч. Продолжительность его несколько различна для разных видов клеток. Зависит он также от условий внешней среды (температуры, светового режима и других показателей).

Биологическое значение митоза заключается в том, что он обеспечивает постоянство числа хромосом во всех клетках организма. Все соматические клетки образуются в результате митотического деления, что обеспечивает рост организма. В процессе митоза происходит распределение веществ хромосом материнской клетки строго поровну между возникающими из нее двумя дочерними клетками. В результате митоза все клетки организма получают одну и ту же генетическую информацию.

Митоз лежит в основе роста и вегетативного размножения всех организмов, имеющих ядро - эукариот. Благодаря митозу поддерживается постоянство числа хромосом в клеточных поколениях, т.е. дочерние клетки получают такую же генетическую информацию, которая содержалась в ядре материнской клетки.