Мейоз стадии кратко. Мейоз, отличия от митоза
Образованием специализированных половых клеток , или гамет , из недифференцированных стволовых .
С уменьшением числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле происходит переход от диплоидной фазы к гаплоидной. Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в результате полового процесса .
В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа происходит попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных и т. п. клетках). Мейоз может происходить и в нечётных полиплоидах (три-, пентаплоидных и т. п. клетках), но в них, из-за невозможности обеспечить попарное слияние хромосом в профазе I, расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма.
Этот же механизм лежит в основе стерильности межвидовых гибридов . Поскольку у межвидовых гибридов в ядре клеток сочетаются хромосомы родителей, относящихся к различным видам, хромосомы обычно не могут вступить в конъюгацию. Это приводит к нарушениям в расхождении хромосом при мейозе и, в конечном счете, к нежизнеспособности половых клеток, или гамет . Определенные ограничения на конъюгацию хромосом накладывают и хромосомные мутации (масштабные делеции, дупликации, инверсии или транслокации).
Фазы мейоза
Мейоз состоит из 2 последовательных делений с короткой интерфазой между ними.
- Профаза I - профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:
- Лептотена или лептонема - упаковка хромосом, конденсация ДНК с образованием хромосом в виде тонких нитей (хромосомы укорачиваются).
- Зиготена или зигонема - происходит конъюгация - соединение гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами и их дальнейшая компактизация.
- Пахитена или пахинема - (самая длительная стадия) кроссинговер (перекрест), обмен участками между гомологичными хромосомами; гомологичные хромосомы остаются соединенными между собой.
- Диплотена или диплонема - происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой. У некоторых животных в ооцитах хромосомы на этой стадии профазы мейоза приобретают характерную форму хромосом типа ламповых щёток .
- Диакинез - ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.
К концу Профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления, разрушаются ядерная мембрана и ядрышки
- Метафаза I - бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.
- Анафаза I - микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе .
- Телофаза I
Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.
- Профаза II - происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления.
- Метафаза II - унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.
- Анафаза II - униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.
- Телофаза II - хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.
Значение
- У организмов, размножающихся половым путем, предотвращается удвоение числа хромосом в каждом поколении, так как при образовании половых клеток мейозом происходит редукция числа хромосом.
- Мейоз создает возможность для возникновения новых комбинаций генов (комбинативная изменчивость), так как происходит образование генетически различных гамет.
- Редукция числа хромосом приводит к образованию "чистых гамет", несущих только один аллель соответствующего локуса.
- Расположение бивалентов экваториальной пластинки веретена деления в метафазе 1 и хромосом в метафазе 2 определяется случайным образом. Последующее расхождение хромосом в анафазе приводит к образованию новых комбинаций аллелей в гаметах. Независимое расхождение хромосом лежит в основе третьего закона Менделя .
Примечания
Литература
- Бабынин Э. В. Молекулярный механизм гомологичной рекомбинации в мейозе: происхождение и биологическое значение . Цитология, 2007, 49, N 3, 182-193.
- Александр Марков. На пути к разгадке тайны мейоза . По статье: Ю. Ф. Богданов. Эволюция мейоза одноклеточных и многоклеточных эукариот. Ароморфоз на клеточном уровне. Журнал общей биологии, Том 69, 2008. № 2, Март-Апрель. Стр. 102-117
- «Variation and evolution of meiosis» - Ю. Ф. Богданов, 2003
- Биология:Пособия для поступающих в вузы: В 2 т. Т.1.-Б63 2-е изд., испр. и доп.-М.:РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков,2011.-500с.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Половое размножение животных, растений и грибов связано с формированием специализированных половых клеток.
Мейоз
- особый тип деления клеток, в результате которого образуются половые клетки.
В отличии от митоза , при котором сохраняется число хромосом, получаемых дочерними клетками, при мейозе число хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое.
Процесс мейоза состоит из двух последовательных клеточных делений - мейоза I
(первое деление) и мейоза II
(второе деление).
Удвоение ДНК и хромосом происходит только перед мейозом I
.
В результате первого деления мейоза, называемого редукционным
, образуются клетки с уменьшенным вдвое числом хромосом. Второе деление мейоза заканчивается образованием половых клеток. Таким образом, все соматические клетки организма содержат двойной, диплоидный (2n)
, набор хромосом, где каждая хромосома имеет парную, гомологичную хромосому. Зрелые половые клетки имеют лишь одинарный, гаплоидный (n)
, набор хромосом и соответственно вдвое меньшее количество ДНК.
Фазы мейоза
Во время профазы I
мейоза двойные хромосомы хорошо видны в световой микроскоп. Каждая хромосомы состоит из двух хромотид, которые связаны вместе одной центромерой. В процессе спирализации двойные хромосомы укорачиваются. Гомологичные хромосомы тесно соединяются друг с другом продольно (хроматида к хроматиде), или, как говорят, конъюгируют
. При этом хроматиды нередко перекрещиваются или перекручиваются одна вокруг другой. Затем гомологичные двойные хромосомы начинают как бы отталкиваться друг от друга. В местах перекреста хроматид происходят поперечные разрыва и обмены их участками. Это явление называют перекрестом хромосом.
Одновременно, как и при митозе, распадется ядерная оболочка, исчезает ядрышко, образуются нити веретена. Отличие профазы I мейоза от профазы митоза состоит в конъюгации гомологичных хромосом и взаимном обмене участками в процессе перекреста хромосом.
Характерный признак метафазы I
- расположение в экваториальной плоскости клетки гомологичных хромосом, лежащих парами. Вслед за этим наступает анафаза I
, во время которой целые гомологичные хромосомы, каждая состоящая из двух хроматид, отходят к противоположным полюсам клетки. Очень важно подчеркнуть одну особенность расхождения хромосом на этой стадии мейоза: гомологичные хромосомы каждой пары расходятся в стороны случайным образом, независимо от хромосом других пар. У каждого полюса оказывается вдвое меньше хромосом, чем было в клетке при начале деления. Затем наступает телофаза I
, во время которой образуются две клетки с уменьшенным вдвое числом хромосом.
Интерфаза короткая, так как синтеза ДНК не происходит. Далее следует второе мейотическое деление (мейоз II
). Оно отличается от митоза только тем, что количество хромосом в метафазе II
вдвое меньше, чем количество хромосом в метафазе митоза у того же организма. Поскольку каждая хромосома состоит из двух хроматид, то в метафазе II центромеры хромосом делятся, и к полюсам расходятся хроматиды, которые становятся дочерними хромосомами. Только теперь наступает настоящая интерфаза. Из каждой исходной клетки возникают четыре клетки с гаплоидным набором хромосом.
Разнообразие гамет
Рассмотри мейоз клетки, имеющей три пары хромосом (2n = 6
). В этом случае после двух мейотических делений образуются четыре клетки с гаплоидным набором хромосом (n = 3
). Поскольку хромосомы каждой пары расходятся в дочерние клетки независимо от хромосом других пар, равновероятно образование восьми тиров гамет с различным сочетанием хромосом, присутствовавших в исходной материнской клетке.
Еще большее разнообразие гамет обеспечивается конъюгацией и перекрестом гомологичных хромосом в профазе мейоза, что имеет очень большое общебиологическое значение.
Биологическое значение мейоза
Если бы в процессе мейоза не происходило уменьшения числа хромосом, то в каждом следующем поколении при слиянии ядер яйцеклетки и сперматозоида число хромосом увеличивалось бы бесконечно. Благодаря мейозу зрелые половые клетки получают гаплоидное (n) число хромосом, при оплодотворении же восстанавливается свойственное данному виду диплоидное (2n) число. При мейозе гомологичные хромосомы попадают в разные половые клетки, а при оплодотворении парность гомологичных хромосом восстанавливается. Следовательно, обеспечивается постоянных для каждого вида полных диплоидный набор хромосом и постоянное количество ДНК.
Происходящие в мейозе перекрест хромосом, обмен участками, а также независимое расхождение каждой пары гомологичных хромосом определяют закономерности наследственной передачи признака от родителей потомству. Из каждой пары двух гомологичных хромосом (материнской и отцовской), входивших в хромосомный набор диплоидных организмов, в гаплоидном наборе яйцеклетки или сперматозоида содержится лишь одна хромосома. Она может быть:
- отцовской хромосомой;
- материнской хромосомой;
- отцовской с участком материнской;
- материнской с участком отцовской.
В отдельных случаях вследствие нарушения процесса мейоза, при нерасхождении гомологичных хромосом, половые клетки могут не иметь гомологичной хромосомы или, наоборот, иметь обе гомологичные хромосомы. Это приводит к тяжелым нарушениям в развитии организма или к его гибели.
Развитие и рост живых организмов невозможен без процесса деления клеток. В природе существует несколько видов и способов деления. В данной статье мы кратко и понятно расскажем о митозе и мейозе, разъясним основное значение этих процессов, познакомим с тем, чем отличаются они, а чем схожи.
Митоз
Процесс непрямого деления, или митоз, чаще всего встречается в природе. На нём основывается деление всех существующих неполовых клеток, а именно мышечных, нервных, эпителиальных и прочих.
Состоит митоз из четырёх фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Основная роль данного процесса - равномерное распределение генетического кода от родительской клетки к двум дочерним. При этом клетки нового поколения один к одному схожи с материнскими.
Рис. 1. Схема митоза
Время между процессами деления называются интерфазой . Чаще всего интерфаза гораздо длиннее митоза. Для этого периода характерны:
- синтез белка и молекулы АТФ в клетке;
- удваивание хромосом и образование двух сестринских хроматид;
- увеличение числа органоидов в цитоплазме.
Мейоз
Деление половых клеток называется мейозом, оно сопровождается уменьшением числа хромосом вдвое. Особенность данного процесса состоит в том, что проходит он в два этапа, которые непрерывно следуют друг за другом.
ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой
Интерфаза между двумя этапами деления мейоза настолько кратковременна, что практически незаметна.
Рис. 2. Схема мейоза
Биологическим значением мейоза является образование чистых гамет, которые содержат гаплоидный, другими словами одинарный, набор хромосом. Диплоидность восстанавливается после оплодотворения, то есть слияния материнской и отцовской клетки. В результате слияния двух гамет образуется зигота с полным набором хромосом.
Уменьшение числа хромосом при мейозе очень важно, так как в противном случае при каждом делении число хромосом увеличивалось бы. Благодаря редукционному делению поддерживается постоянное число хромосом.
Сравнительная характеристика
Отличие митоза и мейоза состоит в продолжительности фаз и происходящих в них процессах. Ниже предлагаем вам таблицу «Митоз и мейоз», где указаны основные различия двух способов деления. Фазы мейоза такие же, как и у митоза. Подробнее узнать о сходствах и различиях двух процессов вы сможете в сравнительной характеристике.
|
Фазы |
Митоз |
Мейоз |
|
|
Первое деление |
Второе деление |
||
|
Интерфаза |
Набор хромосом материнской клетки диплоидный. Синтезируется белок, АТФ и органические вещества. Хромосомы удваиваются, образуются две хроматиды, соединённые центромерой. |
Диплоидный набор хромосом. Происходят те же действия, что и при митозе. Отличием является продолжительность, особенно при образовании яйцеклеток. |
Гаплоидный набор хромосом. Синтез отсутствует. |
|
Непродолжительная фаза. Растворяются ядерные мембраны и ядрышко, формируется веретено деления. |
Занимает больше времени, чем при митозе. Также исчезают ядерная оболочка и ядрышко, формируется веретено деления. Помимо этого наблюдается процесс конъюгации (сближение и слияние гомологичных хромосом). При этом происходит кроссинговер - обмен генетической информации на некоторых участках. После хромосомы расходятся. |
По продолжительности - короткая фаза. Процессы такие же, как и при митозе, только с гаплоидными хромосомами. |
|
|
Метафаза |
Наблюдается спирализация и расположение хромосом в экваториальной части веретена. |
Аналогично митозу |
Тоже, что и при митозе, только с гаплоидным набором. |
|
Центромеры делятся на две самостоятельные хромосомы, которые расходятся к разным полюсам. |
Деление центромер не происходит. К полюсам отходит одна хромосома, состоящая из двух хроматид. |
Аналогично митозу, только с гаплоидным набором. |
|
|
Телофаза |
Цитоплазма делится на две одинаковые дочерние клетки с диплоидным набором, образуются ядерные мембраны с ядрышками. Веретено деления исчезает. |
По длительности непродолжительная фаза. Гомологичные хромосомы располагаются в разных клетках с гаплоидным набором. Цитоплазма делится не во всех случаях. |
Цитоплазма делится. Образуется четыре гаплоидные клетки. |
Рис. 3. Сравнительная схема митоза и мейоза
Что мы узнали?
В природе деление клеток отличается в зависимости от их назначения. Так, например, неполовые клетки делятся путём митоза, а половые - мейоза. Эти процессы имеют схожие схемы деления на некоторых этапах. Главным отличием является наличие числа хромосом у образованного нового поколения клеток. Так при митозе у новообразованного поколения диплоидный набор, а при мейозе гаплоидный набор хромосом. Время протекания фаз деления также отличаются. Огромную роль в жизнедеятельности организмов играют оба способа деления. Без митоза не проходит ни одно обновление старых клеток, репродукция тканей и органов. Мейоз помогает поддерживать постоянное количество хромосом в новообразованном организме при размножении.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 2895.
а) транскрипция;
б) редукционное деление;
в) денатурация;
г) кроссинговер;
д) конъюгация;
е) трансляция.
5. В результате редукционного деления в овогенезе образуются:
а) одно редукционное тельце;
б) овогогии;
в) овоцит I порядка;
г)два редукционных тельца;
д) овоцит I I порядка.
Вариант 5
1. В результате первого деления мейоза из одной материнской клетки образуются:
a) две дочерние клетки с уменьшенным вдвое набором хромосом;
б) четыре дочерние клетки с уменьшенным вдвое числом хромосом;
в) две дочерние клетки с увеличенным вдвое числом хромосом;
г) четыре дочерние клетки с числом хромосом, равным материнской клетке.
Для первой фазы мейоза характерен процесс
а) конъюгации;
б)трансляции;
в)редупликации;
г) транскрипции.
Биологическое значение мейоза у животных заключается в
а) предотвращении удвоения числа хромосом в новом поколении;
б) образовании мужских и женских половых гамет;
в) создании новых генных комбинаций;
г) создании новых хромосомных комбинаций;
д) увеличении числа клеток в организме;
е) кратном увеличении набора хромосом.
Яйцеклетка в отличие от сперматозоида характеризуется
а) гаплоидным набором хромосом;
б) диплоидным набором хромосом;
в) большим запасом питательных веществ;
г) более крупными размерами;
5) неподвижностью;
д) активным движением.
5 Хромосомный набор метафазы 1 мейоза равен:
б) 2n4с 4 хр;
в) 4n4с 4хр;
г) 1nб4с4хр.
ОТВЕТЫ НА ВХОДНОЙ ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ
1 вар. 1-а,б, 2- а,г.; 2-в; 3-г; 4-а; 5-а.
2 вар. 1- 1-б,в,г,д,е 2- а,ж,з. 2-в, 3-а, 4-а, 5-а.
3 вар. 1- а,б,в,г, 2-а,б,в; 2- в, 3-а, 4- а,в,г.; 5-г
4 вар. 1- а,г,д, 2-б,в,е; 2-а; 3-б,4- б,г,д. 5-а,в.
5 вар . 1-а,2-а,3-а,б,в. 4-в,г,д, 5-г
ПРИЛОЖЕНИЕ № 3 СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ.
ОБУЧАЮЩИЕ ЗАДАЧИ:
1.2 . Секвенирование генома человека в рамках международной программы «Геном человека» заложило основу нового направления - предективной медицины (генетическое тестирование генов предрасположенности). Она дает возможности не только достоверно поставить диагноз, но м если позволяют современные технологии осуществить лечение и профилактику наследственных заболеваний. Это особенно актуально в доэмбриональном периоде онтогенеза, когда молодые люди проходят обследование, еще до рождения детей.
Например, проведение тестирования гена CFT, мутация в котором приводит к развитию болезни муковисцедоз. Ген включает 1245 триплетов, в результате одной из миссенс –мутаций в 455 триплете происходит замена Ц на А. Определите последовательность аминокислот в норме (на участке 451-461) и при патологии.
ДНК в норме на участке триплетов 451-461
ДНК: ЦЦТ ГТЦ ААЦ ААЦ ЦГЦ ЦАА ЦГА ЦЦТ АГГ ТГА
ала- вал- ала - гли- сер- тре
измененная ДНК: ЦЦТ ГТЦ ААЦ ААЦ ЦГЦ ЦАА ЦГА ЦЦТ АГГ ТГА
иРНК: ГГА ЦАГ УУГ УУГ ГЦГ ГУУ ГЦУ ГГА УЦЦ АЦУ
полипептид гли - глн- лей - лей- сер - вал- ала - гли- сер- тре
ТРЕНИРУЮЩИЕ ЗАДАЧИ
1.3. В центр по планированию беременности « Брак и семья» обратилась супружеская пара, по поводу бесплодия. В браке они прожили 5 лет. Какие объективные причины могут вызвать бесплодие?
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ.
Причины, вызывающие бесплодие, могут быть следующими:
1) нарушение сперматогенеза;
2) нарушение овогенеза;
3) нарушение строения и функции матки и маточных труб;
4) эндокринные расстройства (гипотириодизм, диабет), нарушения строения и функций надпочечников и гипофиза;
5) острые инфекции (паротит);
6) хронические инфекции (туберкулёз);
7) недостаточность витаминов А, В, С;
8) хроническая почечная недостаточность;
9) воздействие солей тяжелых металлов и радиоактивных веществ, нарушающих сперматогенез;
10) лечебные препараты, применяющиеся для лечения лейкозов и псориаза (милеран, метатрексат).
1.4. 21-летняя беременная женщина, будучи на осмотре в консультации, спросила о возможности рождения ею двойни. Ее вопрос был связан с тем, что двойни рождались ее матерью, бабушкой и даже прабабушкой. Как бы вы ответили на этот вопрос? Считаете ли вы целесообразным в виде дополнительной информации выяснить, рождались ли в ее семье идентичные однояйцевые или разнояйцевые близнецы? Имеет ли значение информация о рождении близнецов у родственников по линии отца?
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ.
Нет сомнения в том, что наследственность оказывает влияние на рождение полизиготных близнецов. Нет уверенности в том, что от наследственности зависит частота монозиготных близнецов. В случае рождения полизиготных близнецов дети различаются как по своим физическим, так и по умственным способностям. Дети монозиготных близнецов имеют идентичные физические и умственные характеристики. Установлено, что генотип отца не способен изменить частоту рождения двоен.
КОНТРОЛИРУЮЩИЕ ЗАДАЧИ
1.5. На микрофотографии представлена яйцеклетка, в цитоплазме которой содержится незначительное количество равномерно расположенных желточных включений. Яйцеклетка окружена двумя структурами: блестящей оболочкой и лучистым венцом. Назовите тип яйцеклетки, для кого он характерен? Чем образован лучистый венец и блестящая оболочка яйцеклетки? Какие функции они выполняют? Как отличаются по химическому составу части яйцеклетки? Какое значение имеет ооплазматическая сегрегация для развития эмбриона?
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ.
Такой тип яйцеклетки- алецитальный, характерен для млекопитающих и человека. Блестящая оболочка является продуктом как самого ооцита, так и питающих его фолликулярных клеток. Ее важной особенностью является наличие особых белков – гликопротеинов ZP1, ZP2 и ZP3, ответственных за видовую специфичность оплодотворения. Кроме этого ей принадлежит значительная роль в защите яйцеклетке и транспорте питательных веществ.
Лучистый венец или вторичная оболочка яйцеклетки, состоит из нескольких слоев фолликулярных клеток, расположенных вокруг яйцеклетки. Она контактирует с яйцеклеткой своими тонкими цитоплазматическими отростками, проникающими через отверстия в блестящей оболочке. Фолликулярные клетки, образующие лучистый венец играют важную роль в направленном движении яйцеклетки по маточным трубам.
Ооплазматическая сегрегация, приводящая к тому, что состав цитоплазмы в разных участках яйца становится различным. Так, гликоген и РНК концентрируется на одном из полюсов, витамин С располагается по экватору.
1.6. У 18-летнего мужчины обнаружен двусторонний крипторхизм (неопущенные в мошонку оба яичка). Какое значение для молодого человека может иметь эта врождённая аномалия? Какие советы необходимо дать пациенту?
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ
Врач должен объяснить пациенту, что оба яичка необходимо опустить в мошонку хирургическим путем. Эта операция необходима по следующим причинам:
1) в яичках ребенка, находящихся в паховом канале или полости брюшины, после 5 лет развиваются дегенеративные изменения в семенных канальцах. так как температура в мошонке на 2-3 градуса ниже внутрибрюшинной, в связи с этим необратимо нарушается сперматогенез и появляется угроза бесплодия;
2) если яички не располагаются в мошонке до периода половой зрелости, сперматозоиды не образуются. хотя клетки Лейдига активно синтезируют тестостерон;
3) если яички остаются внутрибрюшинно до 30-35 летнего возраста, фиброзная соединительная ткань замещает интерстициальные клетки- гландулоциты чем объясняется снижение синтеза мужского полового гормона;
4) клеточные элементы неопустившихся яичек нередко могут явиться источником злокачественных опухолей.
1.7. К специалисту –андрологу обратился мужчина, в возрасте 36 лет. Пациента волновал вопрос: « Может ли вирусный паротит (свинка), которым он переболел в детском возрасте и который осложнился острым воспалением яичка (орхитом), явиться причиной бесполодия?»
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ.
Воспалительные изменения в яичках вызывают развитие атрофии извитых канальцев яичка и регрессию сперматогенеза. Причиной же стерильности паротит может быть редко, так как при этой инфекции чаще всего поражается только одна из желез.
1.8 . Секвенирование двух самых маленьких хромосом человека 21 и 22 определило их размер, количество генов и их расположение. Размер ДНК в 21 хромосоме 33.8 Мб, в ней содержаться 225 генов, размер ДНК 22 хромосомы 33,4 Мб, в ней содержаться 545 генов. Учитывая этот факт, объясните почему трисомия по 22 хромосоме часто не совместима с жизнью. Какое заболевание развивается при трисомии по 21 хромосоме. Укажите возможные причины и механизмы, приводящие к развитию этого патологического состояния.
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ.
Очевидно, что в 22 хромосоме несмотря на ее маленький размер содержится в 2 раза больше генов, чем в 21. Трисомия по 22 хромосоме приведет к развитию аномалий несовместимых с жизнью. Трисомия по 21 хромосоме приводит к формированию синдрома Дауна. Среди возможных причин, приводящих к неправильному расхождению хромосом в мейозе может быть возраст матери. Возможно по мере старения организма истощается пул ооцитов и хромосомы в « перезрелых» ооцитах возрастных женщин более подвержены нерасхождению. Предполагается, что возрастные гормональные изменения могут ускорять процесс мейотического созревания ооцитов и быть причиной аномальной сегрегации хромосом. Не исключено также, что с возрастом женщины нарушается образование веретена деления или изменяется продолжительность клеточного цикла.
Глоссарий.
Акросома - органоид сперматозоида расположенный на переднем конце головки сперматозоида, развивающийся из комплекса Гольджи путем конденсации гранул акросомного вещества.
Активация яйца - побуждение яйца к развитию, что происходит при оплодотворении его сперматозоидом или под действием других стимулов.
Анимальный полюс - часть телолецитальной яйцеклетки, в которой находится активная цитоплазма, не перегруженная желточными включениями. Последние сосредоточены на противоположном – вегетативном- полюсе.
Бивалент пара гомологичных хромосом, которые соединяются (коньюгируют) между собой в мейозе.
Вегетативный полюс- часть цитоплазмы яйцеклетки в которой сосредоточено большое количество желтка.
Гаметогенез - развитие половых клеток (сперматозоидов и яйцеклеток).
Гаметы – мужские и женские половые клетки имеющие гаплоидный набор хромосом.
Гонады - половые железы- органы образующие половые клетки и половые гормоны у животных и человека.
Деление редукционное (мейоз 1) –процесс деления созревающих половых клеток, в результате которого происходит уменьшение вдвое (редукция) числа хромосом.
Зигота – клетка, возникающая при слиянии двух гамет. Это оплодотвореная яйцеклетка.
Кортикальная реакция- цепь изменений в кортикальном слое цитоплазмы яйцеклетки при ее оплодотворении (разрушение кортикальных гранул, утолщение желточной оболочки и ее преобразование в оболочку оплодотворения, изменение мембранного потенциала, блокирование полиспермии).
Крипторхизм- неопущение яичка в мошонку. При этой аномалии развития яички остаются стерильными, так как из-за высокой температуры в брюшной полости сперматогенез приостанавливается.
Кроссинговер – взаимный обмен гомологичными участками конъюгирующих хромосом.
Мейоз – процесс деления созревающих половых клеток, в результате которого происходит уменьшение (редукция) числа хромосом.
Моносомия – отсутствие в хромосомном наборе клеток диплоидного организма одной из гомологичных хромосом.
Оболочка оплодотворения - утолщенная и как бы затвердевшая первичная оболочка яйцеклетки.
Оболочка яйцеклектки первичная – желточная оболочка, вырабатываемая самой яйцеклеткой. Она имеет вид тонкой пленки, связанной с цитоплазмой яйцеклетки.
Овогенез - развитие женской половой клетки.
Овуляция - процесс выбрасывания (выхода) яйцеклетки из граафового пузырька яичника, после чего она поступает в яйцевод.
Оплодотворение - процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы.
Оогонии – незрелые женские половые клетки, обладающие способностью к митотическому размножению.
Ооцит - незрелая женская половая клетка животных в периоды роста и созревания оогенеза.
Пронуклеус- ядерное вещество сперматозоида или ядро яйцеклетки, которые в процессе оплодотворения до образования синкариона переходят из плотного в более рыхлое состояние, приобретая при этом сходство с обычным клеточным ядром.
Полиплоидия – наследственное изменение, заключающееся в кратном увеличении числа наборов хромосом в клетках организма.
Размножение – присущее всем организмам свойство воспроизведения себе подобных, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни.
Размножение бесполое - размножение живых организмов, при котором одна родительская особь дает начало двум или большему числу особей потомства, идентичных по наследственным признакам родительской особи.
Размножение половое – способы размножения, при которых новый организм развивается обычно из зиготы, образующейся в результате слияния женских и мужских половых клеток – гамет.
Серый серп- часть яйцеклетки в виде серого полумесяца на стороне противоположной месту проникновения сперматозоида.
Синкарион – 1) ядро зиготы, образующееся в процессе слияния мужского и женского пронуклеусов.
Сперматиды – гаплоидные мужские половые клетки, образующиеся в течение 4-го (последнего) периода сперматогенеза.
Сперматогенез – превращение диплоидных первичных клеток у животных и многих растительных организмов в гаплоидные дифференцированные мужские половые клетки – сперматозоиды.
Сперматогонии – диплоидные мужские половые клетки первого периода сперматогенеза.
Сперматозоид – спермий – зрелая гаплоидная мужская половая клетка животных и многих растительных организмов.
Сперматоцит – мужская половая клетка в период роста и созревания (2-й и 3-й периоды сперматогенеза).
Хиазма – точка соединения конъюгирующих гомологичных хромосом в профазе первого деления мейоза.
Хромосомы – самовоспроизводящиеся структуры клеточного ядра, являющиеся носителями генов, определяющих наследственные свойства клеток и организмов.
Яички – наружные органы мужской половой системы овальной или бобовидной формы.
Яичники – женские половые железы, выполняющие генеративную (образование яйцевых клеток) и эндокринную (выработка овариальных гормонов) функции).
Яйцеклетка – женская половая клетка, специализированная к выполнению генеративной функции.
При большом увеличении микроскопа рассмотреть срез семенника крысы. Найти в семенных канальцах клетки в разных зонах развития. Зарисовать сегмент семенного канальца и обозначить сперматогонии, сперматоциты I порядка, II порядка, сперматиды. Подписать хромосомный комплекс каждой клетки.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 2.
При большом увеличении микроскопа рассмотреть постоянный препарат сперматозоидов морской свинки. Обратить внимание на размер сперматозоидов Рассмотреть головку, найти в ней акросому, ядро. Зарисовать 1-2 сперматозоида, сделать обозначение.
При малом увеличении микроскопа рассмотреть препарат среза яичника кошки. Найти фолликулы на разных стадиях зрелости. Зарисовать препарат и обозначить первичный фолликул, фолликул средней зрелости (растущий), зрелый фолликул (граафов пузырек). В граафовом пузырьке рассмотреть и обозначить фолликуярный слой, полость фолликула, яйценосный бугорок, овоцит I порядка.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 7.
Изучить по таблице строение сперматозоида и яйцеклетки млекопитающих и перенести ее в альбом. Зарисовать схему строения сперматозоида, обозначить головку, ядро, акросому, шейку, проксимальную, дистальную центриоли, хвост. Зарисовать схему строения яйцеклетки. Обозначить ее блестящую оболочку, ядро, ядрышко, желточные зерна.
Входной тестовый контроль
3 Уменьшение числа хромосом вдвое, образование клеток с гаплоидным набором хромосом происходит в процессе
2)дробления
3)оплодотворения
4 Значение митоза состоит в увеличении числа
1) хромосом в дочерних клетках по сравнению с материнской
2)клеток с набором хромосом, равным материнской клетке
3)молекул ДНК в дочерних клетках по сравнению с материнской
4)клеток с уменьшенным вдвое набором хромосом
5 В конце интерфазы каждая хромосома состоит из молекул ДНК
4)четырех
6 Конъюгация и обмен участками гомологичных хромосом происходит в
1)профазе I мейоза
2)профазе митоза
3)метафазе II мейоза
4)профазе II мейоза
7 Растворение ядерной оболочки и ядрышек в процессе митоза происходит в
1) профазе
2)интерфазе
3)телофазе
4)метафазе
8 в мейозе удвоение ДНК и образование двух хроматид происходит в
1) профазе первого деления
2) профазе второго деления
3)интерфазе перед первым делением
4)интерфазе перед вторым делением
10 Расхождение гомологичных хромосом происходит в
1) анафазе мейоза 1
2) метафазе мейоза 1
3) метафазе мейоза 2
4) анафазе мейоза 2
11 Расхождение хроматид к полюсам клетки происходит в
1) телофазе
2) анафазе
3) профазе
4) метафазе
12 В процессе мейоза у животных образуются гаметы с набором хромосом
1) диплоидным
2) гаплоидным
3) равным материнскому
4) удвоенным
14 у животных в процессе митоза, в отличие от мейоза, образуются клетки
1) соматические
2) с половинным набором хрмомосом
3) половые
4) споровые
Ответ:_____________________
Ответ:_____________________
Ответ:_____________________
18 Половые клетки животных в отличие от соматических
Ответ:_____________________
Ответ:_____________________
20 Выберите правильный ответ. В результате второго деления созревания сперматогенеза клетки называются:
1). Сперматогонии
2). Сперматоциты I порядка
3). Сперматиды
4). Сперматоциты I I порядка
21. Выберите правильные ответы. Прозрачная оболочка состоит из:
1). Гликозаминогликанов
2). Протеогликанов
3). Фолликулярных клеток
4). Пигментных включений
5). Желточных гранул
23. Выберите правильный ответ. Акросома содержит:
1). Гормоны
2). Ферменты
3. Ллипиды
25 Выберите правильный ответ. Яйцеклетка не содержит:
1). Митохондрий
2). Эндоплазматической сети
3). Комплекса Гольджи
4). Центриолей
26. Выберите правильный ответ. Первичная оболочка яйцеклетки является производной:
1). Фолликулярных клеток
2). Ооцита
3). Блестящей оболочки
4). Продуктами желез яйцеводов
27. Выберите правильные ответы. Овогенез состоит из стадий:
1). Размножения
3). Созревания
4). Формирования.
92. При сперматогенезе в зоне роста располагаются клетки, которые называются:
a) сперматогониями;
b) сперматоцитами 1 порядка;
c) сперматоцитами 2 порядка;
d) сперматидами.
97. Пары хромосом выстраиваются в экваториальной плоскости клетки во время первого мейотического деления:
a) в профазу 1;
b) в метафазу 1;
c) в анафазу 1;
d) в телофазу 1.
98. Из всех фаз мейоза наиболее длительная:
a) профаза 1;
b) анафаза 1;
c) профаза 2;
d) телофаза 2.
99. Конъюгация и обмен участками гомологичных хромосом происходит:
a) в профазе митоза;
При половом размножении дочерний организм возникает в результате слияния двух половых клеток (гамет ) и последующего развития из оплодотворенной яйцеклетки - зиготы.
Половые клетки родителей обладают гаплоидным набором (n ) хромосом, а в зиготе при объединении двух таких наборов число хромосом становится диплоидным (2n ): каждая пара гомологичных хромосом содержит одну отцовскую и одну материнскую хромосому .
Гаплоидные клетки образуются из диплоидных в результате особого клеточного деления - мейоза.
Мейоз - разновидность митоза, в результате которого из диплоидных (2п) соматических клеток половых же лез образуются гаплоидные гаметы (1 n ). При оплодотворении ядра гаметы сливаются, и восстанавливается диплоидный набор хромосом. Таким образом, мейоз обеспечивает сохранение постоянного для каждого вида набора хромосом и количества ДНК.
Мейоз представляет собой непрерывный процесс, состоящий из двух последовательных делений, называемых мейозом I и мейозом II. В каждом делении различают профазу, метафазу, анафазу и телофазу. В результате мейоза I число хромосом уменьшается вдвое (редукционное деление): при мейозе II гаплоидность клеток сохраняется (эквационное деление). Клетки, вступающие в мейоз, содержат генетическую информацию 2n2хр (рис. 1).
В профазе мейоза I происходит постепенная спирализация хроматина с образованием хромосом. Гомологичные хромосомы сближаются, образуя общую структуру, состоящую из двух хромосом (бивалент) и четырех хроматид (тетрада). Соприкосновение двух гомологичных хромосом по всей длине называется конъюгацией. Затем между гомологичными хромосомами появляются силы отталкивания, и хромосомы сначала разделяются в области центромер, оставаясь соединенными в области плеч, и образуют перекресты (хиазмы). Расхождение хроматид постепенно увеличивается, и перекресты смещаются к их концам. В процессе конъюгации между некоторыми хроматидами гомологичных хромосом может происходить обмен участками - кроссинговер, приводящий к перекомбинации генетического материала. К концу профазы растворяются ядерная оболочка и ядрышки, формируется ахроматиновое веретено деления. Содержание генетического материала остается прежним (2n2хр).
В метафазе мейоза I биваленты хромосом располагаются в экваториальной плоскости клетки. В этот момент спирализация их достигает максимума. Содержание генетического материала не изменяется (2п2хр).
В анафазе мейоза I гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид, окончательно отходят друг от друга и расходятся к полюсам клетки. Следовательно, из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна - число хромосом уменьшается вдвое (происходит редукция). Содержание генетического материала становится 1n2хр у каждого полюса.
В телофазе происходит формирование ядер и разделение цитоплазмы - образуются две дочерние клетки. Дочерние клетки содержат гаплоидный набор хромосом, каждая хромосома - две хроматиды (1n2хр).
Интеркинез - короткий промежуток между первым и вторым мейотическими делениями. В это время не происходит репликации ДНК, и две дочерние клетки быстро вступают в мейоз II, протекающий по типу митоза.
Рис. 1. Схема мейоза (показана одна пара гомологичных хромосом). Мейоз I: 1, 2, 3. 4. 5 - профаза; 6 -метафаза; 7 - анафаза; 8 - телофаза; 9 - интеркинез. Мейоз II; 10 -метафаза; II -анафаза; 12 - дочерние клетки.
В профазе мейоза II происходят тс же процессы, что и в профазе митоза. В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. Изменений содержания генетического материала не происходит (1n2хр). В анафазе мейоза II хроматиды каждой хромосомы отходят к противоположным полюсам клетки, и содержание генетического метериала у каждого полюса становится lnlxp. В телофазе образуются 4 гаплоидные клетки (lnlxp).
Таким образом, в результате мейоза из одной диплоидной материнской клетки образуются 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. Кроме того, в профазе мейоза I происходит перекомбинация генетического материала (кроссинговер), а в анафазе I и II - случайное отхождение хромосом и хроматид к одному или другому полюсу. Эти процессы являются причиной комбинативной изменчивости.
Биологическое значение мейоза :
1) является основным этапом гаметогенеза;
2) обеспечивает передачу генетической информации от организма к организму при половом размножении;
3) дочерние клетки генетически не идентичны материнской и между собой.
Атак же, биологическое значение мейоза заключается в том, что уменьшение числа хромосом необходимо при образовании половых клеток, поскольку при оплодотворении ядра гамет сливаются. Если бы указанной редукции не происходило, то в зиготе (следовательно, и во всех клетках дочернего организма) хромосом становилось бы вдвое больше. Однако это противоречит правилу постоянства числа хромосом. Благодаря мейозу половые клетки гаплоидны, а при оплодотворении в зиготе восстанавливается диплоидный набор хромосом (рис. 2 и 3).
Рис. 2. Схема гаметогенеза: ? - сперматогенез; ? - овогенез
Рис. 3. Схема, иллюстрирующая механизм сохранения диплоидного набора хромосом при половом размножении