Лекция №6 Воспроизведение на молекулярном и клеточном уровнях.

Большинство учёных убеждены, что почти все свойства живых организмов, такие как активный перенос через клеточную мембрану, мышечные сокращения, передача нервного импульса, могут быть поняты на молекулярном уровне.

В центральных процессах явления авторепродуктирования наследственных структур: ДНК, хромосом, эписом, плазмид и последовательное деление клетки. Все эти явления направлены на то, чтобы дочерние клетки получили всю полноту информации.

В принципе самовоспроизведения ДНК заложена вся специфика генетической информации. Для осуществления авторепродукции необходимы синтезирующие процессы в цитоплазме, ведущие к образованию 4-х типов нуклеотидов, необходимые ферменты для поликонденсации.

Синтез молекулы ДНК связан с затратой энергии и поэтому он не идёт при использовании простых нуклеотидов. Эти нуклеотиды должны быть обогащены энергией, полученной путём фосфолирирования.

АТФ – удивительный аккумулятор и переносчик энергии, в основе своей структуры имеет адениловую кислоту, входящую в состав молекул нуклеиновых кислот. От АТФ отрывается фосфорный остаток, который переносит на молекулы другие вещества. Эта реакция лежит в основе активирования нуклеотидов.

1953г Уотсон и Крик согласно их предложенным моделям, было установлено, что в ДНК происходит разрыв по слабым водородным связям, который ведёт к образованию одноцепочечной ДНК. Каждая из которых становится матрицей.

Разрыв водородных связей без участия ферментов.

Редупликация 2 этап: сначала цепи раскручиваются, а затем каждая цепь действует как матрица, в результате чего образуется две новых двуспиральных молекул ДНК – опыт Крика и Уотсона.

Полуконсервированный способ репликации ДНК.

Для синтеза ДНК необходимы все четыре нуклеотида, находящиеся в фосфолирированном состоянии, наличие особого фермента – ДНК-полимеразы и ДНК-заправки. Сама по себе ДНК-полимераза не может определить последовательность нуклеотидов. Этот фермент работает в присутствии ДНК-заправки, который определяет порядок расположения.

Фрагмент ДНК от одной точки репликации до другой образовывает единицу репликации – репликон. Спираль родителя раскрывается, область расхождения полинуклеотидов называется репликационной вилкой. В каждой такой области ДНК-полимераза к освобождённым водородным связям присоединяет свободный нуклеозид-трифосфат из нуклеоплазмы.

В опытах in vitro было доказано, что комплиментарные нити ДНК синтезируются в противоположных направлениях, и каждый тип природной ДНК

Лекция №7 Воспроизведение на организменном уровне. Особенности воспроизведения человека. Прогенез.

Особенностью орг. размножающегося половым путем является обр. половых кл. - гамет. Яйцеклетки и сперматозоиды обр. в р-ты делений - митозом и мейозом (непрямое деление клеток ,которое состоит из мейоза I и мейоза II. Мейоз I называется редукционным, мейоз II -эквационным делением. Профаза I мейоза I более длительная, чем профаза митоза и делится на несколько подстадий: диплотена, зиготена, лептонема. Каждая из них обладает отличительными свойствами. Появляясь после интерфазного состояния хромосомы в мейозе длиннее, тоньше, чем в самой ранней профазе митоза - это стадия лептонемы (тонких нитей). Потом происходит обр. бивалента, так как обе хромосомы очень близко подходят друг к другу, соединяясь точка в точку, образуя бивалент. Далее идет процесс кроссинговера. Потом тонкие нити конъюгируют друг с другом в результате процесса именуемым синапсисом. Пары хромосом, образованные в результате синапсиса, наз. бивалентом, состоящим из групп моновалентов. Подобная структура отличается высокой точностью, она осуществляется не просто гомологичными хромосомами ,но и между точно соответствующими индивидуальными точками гомологов. Это стадия зиготены. Соединение становится столь тесным, что уже трудно отличить две отдельные хромосомы – стадия пахинемы (толстых нитей). Здесь имеет место и кроссинговер. Стадия диплотены характеризуется потерей сил гомологического притяжения и возникновения сил отталкивания, благодаря которым пары сестринских хроматид отделяются друг от друга. Тетрады сдерживаются хиазмами, участками в которых 4 хромотиды по-прежнему тесно связаны хиазмопавлические пересечения. По мере протекания стадии диплотены хромосомы становятся толще и короче, причем в большей степени , чем в любой из стадий митоза. Характерная черта стадии диплотены – спирализация и укладка нитей хромосом, что приводит к укорочению и утолщению хромосом. В ооцитах ряда позвоночных процесс мейоза задерживается на стадии диплотены на длительное время. У девочек на 5 месяцев эмбрионального развития достигают стадии диплотены и задерживаются на ней вплоть до овуляции. Таким образом длительность диплотены в целом составляет период времени от 12 лет (наступление периода овуляции) до 50 лет (окончание периода овуляции).

Стадия диакинеза характеризуется максимальным укорочением диплотенных хромосом или повторением диффузной стадии. По окончанию диакинеза исчезают ядрышки и ядерные мембраны и образуют веретино. На этом завершается профаза I. В метафазе I биваленты выстраиваются в экваториальной плоскости, образуя метафазную пластинку, также как в митозе. В метафазе митоза в экваториальной плоскости выстраиваются S-хромосомы, состоящие из двух хроматид и в анафазе митоза расходятся сестринские хроматиды. В анафазе митоза I происходит разъединение каждого бивалента на гомологичные хромосомы (дехромосомы) и разведение к противоположным полюсам. С точки зрения генетики это событие выявляет следующее: к разным полюсам расход аллельные гены, локализованные в разных гомологах и распределение их совершенно случайное. В телофазе I имеет место центромер и хроматид к противоположным полюсам клетки. Вокруг них формируется ядерная мембрана, и происходит цитогенез. Число хромосом в одном наборе становится вдвое меньше. Они состоят из 2 хромотид. За счет кроссинговера, преобразования хиазм хроматиды неидентичные. В мейозе II им предстоит разойтись. За телофазой I следует короткая интерфаза, в которой не происходит синтез ДНК, отсутствует S период. Этот промежуток жизни клетки часто называют интеркинезом. Он необходим для накопления АТФ и удвоения центриолей. Далее начинается эквационное деление. Мейоз II по морфологии и последовательности не отличается от митоза, и также состоит из профазы II, мета II, анна II, тело II. Профаза II: ядрышки и ядерные мембраны разрушаются, хроматиды укорачиваются и утолщаются, появляются нити веретена, хроматиды начинают располагаться перпендикулярно оси веретена. Процесс идет постоянно и постепенно наступает метафаза II. При мейозе II центромеры ведут себя как двойные структуры. Они организуют нити веретена, направленные к обоим полюсам, таким образом выстраиваются по экватору веретена. Анафаза II: центромеры делятся, нити веретена растаскивают их к противоположным полюсам. Центромеры тянут за собой отделившиеся друг от друга хроматиды, которые теперь называются хромосомами. Телофаза II:хромосомы деспирализуются, растягиваются, нити веретена плохо различимы. Вокруг ядра, содержащего гаплоидное число хромосом, вновь образуются ядерные мембраны. В результате деления из 1 род. кл. получилось 4 дочерних клетки с разнородной ген инфо вследствие случайности расхождения отцовских и материнских хромосом. Число возможных комбинаций очень важно, таким образом мейоз состоит по существу из 2 митотических делений, модифицированных за счет обр. синапсиса и хиазм в профазе I и отсутствие удвоения хромосом в интерфазе I. Каждая конкретная хромосома в геноме гамет может получить копию центромеры, как от матери, так и от отца.

В результате мейоза исходная пара геномов расходится по гаметам, при этом происходит не только расщепление гомологических сегментов хромосом, но и не зависимое расщепление сегментов негомологических хромосом.

Общие и отличительные черты митоза и мейоза. Митоз и мейоз - непрямое деление клетки. Они имеют сходства и различия. Главные черты сходства между митозом и мейозом касаются процессов цитокинеза. В митозе обр. 2 сомат. кл. с диплоидным набором хромосом, в результате мейоза образуется 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. Одно из отличий состоит в том, что на протяжении двух последовательных делений в мейозе имеет место один синтез ДНК и он движет во времени и вместо интерфазы осуществляет в профазе I деление мейоза. Общее между митозом и мейозом заключается в том, что работают одни и те же механизмы распределения ген материала. Исходные клетки как в митозе, так и в мейозе содержат пару гомологических хромосом(2п), каждая из которых представлена двуспиральной молекулой ДНК. Ауторепликация в фазе синтеза S ведет к дальнейшему осуществлению митоза, после синтеза ДНК возникает временное тетраплоидное состояние ядра – профаза, метофаза митоза, стадия G2. Каждая из хроматид состоит из линейной молекулы ДНК. Во время метафазы центромеры удваиваются и освобожденный хроматид расходится к разным полюсам клетки. В результате, дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом. Еще отличие: при мейозе синтез ДНК наступает в профазе мейоза I. По видимому это является тем пусковым механизмом, благодаря которому мейоз преобразуется в 2 деления, между которыми не происходит синтез ДНК. В результате, 4 хроматиды, образовавшиеся после 1 синтеза ДНК распределяется в 4 гаметы. В орг. этот цикл может заканчиваться оплодотворением , в результате которого возникает зигота, которая путем многих последовательных митозов развивается в многокл. орг. Мейотические деления имеют место в половых железах в процессе обр. гамет в спермат. и овогенезе.