1. Форми життя клітинна та неклітинна
 Скачать 0.68 Mb.
|
|
7.Життєвий цикл клітин, його можливі напрямки і періодизація. У житті клітини розрізняють життєвий цикл і клітинний цикл. Життєвий цикл значно довший - це період від утворення клітини внаслідок поділу материнської клітини і до наступного поділу або до загибелі клітини. Впродовж життя клітини ростуть, диференціюються, виконують специфічні функції. Клітинний цикл значно коротший. Це власне процес підготовки до поділу (інтерфаза) і сам поділ (мітоз). Тому цей цикл називають ще мітотичним. Клітинний цикл складається з інтерфази, мітозу і цитокінезу. Тривалість клітинного циклу в різних організмів різна. Інтерфаза-це підготовка клітини до поділу, на її частку припадає 90 % всього клітинного циклу. На цій стадії відбуваються найбільш активні метаболічні процеси. В інтерфазному ядрі проходить підготовка до поділу Інтерфазу поділяють на певні періоди: G1 - період, який передує реплікації ДНК; S - період реплікації ДНК; G2 - період з моменту закінчення реплікації до початку мітозу. Тривалість кожного періоду можна визначити, скориставшись методом радіоавтографії. Пресинтетичний період (G1) настає зразу за поділом. Тут відбуваються такі біохімічні процеси: синтез макромолекулярних сполук необхідних для побудови хромосом і ахроматинового апарату (ДНК, РНК, гістонів та інших білків), зростає кількість рибосом і мітохондрій, відбувається накопичення енергетичного матеріалу для здійснення структурних перебудов і складних рухів під час поділу. Клітина інтенсивно росте і може виконувати свою функцію. Набір генетичного матеріалу буде 2n2с. У синтетичному періоді (S) подвоюється ДНК, кожна хромосома внаслідок реплікації створює собі подібну структуру. Проходить синтез РНК і білків, мітотичного апарату і точне подвоєння центріоль. Вони розходяться в різні боки, утворюючи два полюси. Набір генетичного матеріалу складає 2n4с. Далі настає післясинтетичний період (G2) - клітина запасається енергією. Синтезуються білки ахроматинового веретена, йде підготовка до мітозу. Генетичний матеріал складає 2n4с. Після досягнення клітиною певного стану: накопичення білків, подвоєння кількості ДНК та ін. вона готова до поділу - мітозу. 8. Зміни клітин та їх структур під час мітотичного циклу. Мітоз - непрямий, або мітотичний поділ є переважаючим типом поділу еукаріотичних соматичних клітин і притаманний всім багатоклітинним організмам. При цьому відбувається точний рівномірний розподіл спадкового матеріалу. Амітоз переважає у деяких одноклітинних організмів. Це також спосіб поділу соматичних клітин, але на відміну від мітозу, прямий поділ інтерфазного ядра клітини відбувається шляхом перетяжки простою перетинкою. При амітозі розподіл спадкового матеріалу між дочірніми клітинами може бути рівномірним або нерівномірним. Мітоз настає після інтерфази і умовно поділяється на такі фази: 1) профаза, 2) метафаза, 3) анафаза, 4) телофаза. Профаза- початкова фаза мітозу. Характеризується тим, що ядро збільшується в розмірах, і з хроматинової сітки, в результаті спіралізації і вкорочення, хромосоми з довгих, тонких, невидимих ниток наприкінці профази стають короткими, товстими і розміщуються у вигляді видимого клубка. Профаза завершується зникненням ядерця, центріолі розходяться до полюсів з утворенням фігури веретена. З білка тубуліну формуються мікротрубочки - нитки веретена. Внаслідок розчинення ядерної мембрани хромосоми розміщуються в цитоплазмі. До центромер прикріплюються нитки веретена з обох полюсів. Метафаза розпочинається рухом хромосом у напрямку до екватора. Поступово хромосоми (кожна складається з двох хроматид) розміщуються у площині екватора, утворюють так звану метафазну пластинку. У цій фазі можна підрахувати число хромосом у клітині. Набір генетичного матеріалу становить 2n4с. Метафазну пластинку використовують у цитоенетичних дослідженнях для визначення числа і форми хромосом. В анафазі сестринські хроматиди відходять одна від одної, розділяється з'єднуюча їх центромерна ділянка. Всі центромери діляться одночасно. Кожна хроматида з окремою центромерою стає дочірньою хромосомою і по нитках веретена починає рухатися до одного з полюсів. Набір генетичного матеріалу складає 2n2с. Телофаза – заключна стадія мітозу. Зворотна відносно профази. Хромосоми, які досягли полюсів, складаються з однієї нитки, стають тонкими, довгими і невидимими у світловий мікроскоп. Вони зазнають деспіралізації, утворюють сітку інтерфазного ядра. Формується ядерна оболонка, з'являється ядерце. У цей час зникає мітотичний апарат і відбувається цитокінез - розділення цитоплазми з утворенням двох дочірніх клітин. Набір генетичного матеріалу складає 2n2с. Мітоз — найбільш поширений спосіб репродукції клітин тварин, рослин, найпростіших. Це основа росту і вегетативного розмноження всіх еукаріотів - організмів, які мають ядро. Основна його роль полягає у точному відтворенні клітин, забезпеченні рівномірного розподілу хромосом материнської клітини між виникаючими з неї двома дочірніми клітинами і підтриманні сталості числа і форми хромосом у всіх клітинах рослин і тварин. Амітоз - це поділ, що відбувається без спіралізації хромосом і без утворення веретена поділу. Чи відбувається попередній синтез ДНК перед початком амітозу і як вона розподіляється між дочірніми ядрами - невідомо. Іноді при поділі певних клітин мітоз чергується з амітозом. 9.Ріст клітин,фактори росту. Розглянемо приклад росту клітин у культурі. Коли на чашку з культуральним середовищем висівають фібробласти, вони прикріплюються до поверхні і починають ділитися. Цей процес продовжується до того часу, поки не утвориться суцільний шар товщиною в одну клітину. В той момент, коли вже не залишиться вільного місця, нормальні клітини перестають ділитися. Це явище отримало назву контактного гальмування. Багатьом тваринним клітинам для того, щоб вижити і проліферувати, необхідні незначні кількості специфічних факторів росту, причому клітинам різного типу потрібні різні фактори чи їх сполучення. Факторами росту можуть бути білки або невеликі молекули типу пептидів чи стероїдів. Усі відомі на сьогодні поліпептидні фактори росту можуть бути класифіковані як декількасуперсімейств, які об'єднують речовини, близькі за первинною структурою: 1) суперсімейство інсуліноподібних факторів росту (інсулін, проінсулін, релаксин та ін.); 2) суперсімейство епідермальних факторів росту; 3) суперсімейство бомбезину (бомбезин, літорин, нейротензин); 4) суперсімейство факторів росту фібробластів (ФРФ); 5) суперсімейство трансформувальних факторів росту; 6) суперсімейство факторів росту тромбоцитів (ФРТ); 7) цитокіни. Найчастіше під фактором росту розуміють поліпептиди, які, зв'язуючись із специфічними рецепторами в плазматичній мембрані клітини-мішені, здійснюють певну регуляторну дію. Пухлинні клітини проявляють ряд властивостей, небезпечних для організму-господаря, такі, як здатність проростати в інші тканини та стимулювати ріст капілярів, що забезпечує проліферуючим пухлинним клітинам добре кровопостачання. Одна з властивостей пухлинних клітин - це аномальна реакція на сигнали, які контролюють поділ нормальних клітин. Пухлинні клітини діляться порівняно безконтрольно, що призводить до загибелі організму. Іншою фундаментальною особливістю ракових клітин є те, що вони як популяція здатні до поділу необмежено довго. На противагу, майже всі нормальні клітини ссавців гинуть після певної кількості поділів. 10. Життя клітин поза організмом. Клонування клітин. 11. Значення методу культури тканин для біології і медицини. Досліджуючи властивості нормальних та пухлинних клітин,вчені використовують метод клонування. Декілька десятиліть тому було встановлено,що соматичні клітини еукаріотів можна розмножувати у пробірці,тобто підтримувати у вигляді так званих клітинних культур. Розподіл хромосом при розмноженні клітин культури відбувається мітотичним шляхом. Клітинна лінія утворюється з 1 клітини(і,таким чином є клоном). У лабораторних умовах рослинні і тваринні клітини частіше за все проходять лише обмежену кількість поділів,а потім гинуть.Виняток становлять ракові клітини.Для клітин прокаріотів характерна гаплоїдність, для еукаріотів-диплоїдність.Це обмежує можливості генетичного аналізу,оскільки рецесивні алелі не виявляються у гетерозиготи. Клоном назив. групу генетично ідентичних індивідуумів,отриманих шляхом безстатевого розмноження або один від одного,або від деякого загального предка.Найпростішим прикладом такого клону може бути популяція бактерій,всі клітини якої утворилися внаслідок повторних поділів з однієї батьківської клітини. Всі бактерії у такому клоні успадковують гени цієї батьківської клітини. У зв’язку з експериментами по пересадженню клітинних ядер відкрилася можливість для клонування тварин чи людини. Метод клонування використовують також для ідентифікації генів. Створюють міжвидові гібридні клітини,в яких і визначають розташування генів. 12. Розмноження— універсальна властивість живого. Можливості клонування організмів. Нестатеве розмноження. Багато видів рослин, тварин (віруси, бактерії, водорості, гриби, найпростіші, губки, кишковопорожнинні та ін.) можуть розмножуватися за допомогою однієї (моноцитогенне) або групи (поліцитогенне) нестатевих клітин. Форми моноцитогенного розмноження: 1) поділ клітини надвоє; 2) множинний поділ (шизогонія); 3) спороутворення; 4) брунькування. Форми поліцитогенного розмноження: 1) впорядкований поділ; 2) невпорядкований поділ (фрагментація); 3) поліембріонія; 4) брунькування; 5) утворення бруньок, кореневих бульб, цибулин (у рослин) тощо. У разі поділу клітини надвоє утворюються дві дочірні клітини, але вдвічі менші за материнську. Якщо клітина ділиться на велику і маленьку дочірні, то такий поділ називається брунькуванням(наприклад, дріжджі). При множинному поділіспочатку зазнає багаторазового поділу ядро материнської клітини, яка стає багатоядерною, а вже потім ділиться цитоплазма й утворюється багато одноядерних дочірніх клітин. Така форма нестатевого розмноження властива, наприклад, паразитові крові людини - малярійному плазмодію. Спороутвореннявідомо в багатьох еукаріотів (гриби, водорості, мохи, папороті, плауни, хвощі). У рослин і грибів спори утворюються всередині спеціалізованих органів - спорангіїв. Спори рослин і грибів, на відміну від спор бактерій, слугують не тільки для переживання несприятливого періоду та розповсюдження, але й для розмноження. Спороутворенню у грибів і рослин часто передує статевий процес: із заплідненої яйцеклітини (зиготи), яка ділиться шляхом мейозу, утворюється спорангій. Поліцитогенне- це розмноження відокремленими від материнського організму багатоклітинними частинами, або вегетативними органами. У багатоклітинних водоростей, грибів і лишайників поліцитогенне розмноження може відбуватисьу вигляді фрагментації - за допомогою відокремлення певних ділянок тіла (наприклад, у зелених нитчастих водоростей, цвілевих грибів, лишайників) чи за рахунок спеціалізованих утворів (у лишайників). У разі невпорядкованого поділукількість і розміри частин, на які розпадається організм, непостійні. Цей тип поділу поширений серед безхребетних тварин (губки, кишковопорожнинні, плоскі та кільчасті черви, голкошкірі). За впорядкованого поділуйого площина, кількість і розміри фрагментів (нових організмів) більш-менш сталі (морські зірки, деякі медузи, поліпи кишковопорожнинних тощо). Іншим поширеним способом поліцитогенного розмноження тварин є брунькування. Внаслідок цього процесу від материнського організму відокремлюються одна чи кілька багатоклітинних "бруньок", з яких згодом розвиваються дочірні особини (поліпи кишковопорожнинних, деякі кільчасті черви). Якщо "бруньки" залишаються зв'язаними з материнським організмом упродовж життя, виникає колонія (наприклад, коралові поліпи). Поліембріонія- це процес розвитку кількох зародків із однієї заплідненої яйцеклітини. Зокрема, в людини завдяки поліембріонії народжуються монозиготні близнюки. Статеве розмноження. Статеве розмноження властиве як одноклітинним, так і багатоклітинним рослинам і тваринам. Статевий процес - це поєднання в одній клітині генетичного матеріалу двох різних особин. Він здійснюється у формі кон’югації чи копуляції. Кон’югація – це загальна назва кількох форм статевого процесу, відомих у бактерій, водоростей, грибів, деяких найпростіших. Під час кон’югації бактерій за умови тимчасового контакту клітини обмінюються фрагментами своїх молекул ДНК через цитоплазматичний місток. Інфузорії під час кон’югації обмінюються чоловічими, або мігруючими ядрами. Копуляція – це злиття двох статевих клітин(гамет) Ізогамія – це коли зливаються дві однакові за будовою статеві гамети. Частіше трапляється злиття чоловічої та жіночої гамет, які відрізняються за формою, розмірами та особливостями будови (анізогамія). 13. Гаметогенез. Особливості сперматогенезу та овогенезу. Гаметогенез-процес формування статевих клітин. Сперматогенез.Сім'яник складається з безлічі канальців.На поперечному перерізі крізь каналець можна спостерігати кілька шарів клітин. Це послідовні стадії розвитку сперматозоонів. Зов.шар(зона розмноження) утвор. сперматогоніями-клітинами кулястої форми з великим ядром і значною к-стю цитоплазми.У період ембріонального розвитку і після дозрівання сперматогонії діляться шляхом мітозу,внаслідок чого збільш. к-сть клітин і розміри сім’яника. Після настання статевої зрілості частина сперматогоній продовжує ділитись мітотично й утвор. клітини,частина з яких переміщується у наступну зону- зону росту,яка розташована ближче до просвіту канальця.Тут відбув. значне збільшення розмірів клітин внаслідок підвищення к-сті цитоплазми.На ці стадії їх називають первинними сперматоцитами. Третя зона-зона дозрівання.Відбуваються 2 поділи,які швидко проходять один за одним,у результаті зазнає перебудови хромосомний апарат.З кожного первинного сперматоцита (мейоз)спочатку утворюються 2 вторинних сперматоцити,а потім 4 сперматиди,які мають овальну форму і менші розміри.Сперматиди переміщуюься ближче до просвіту канальця, де з них форм. сперматозоони. Овогенез. Фази овогенезу подібні до фаз сперматогенезу.У цьому процесі також є період розмноження,коли інтенсивно діляться оогонії - дрібні клітини з великим ядром і незначною кількістю цитоплазми. У ссавців і людини цей період закінчується ще до народження. Сформовані первинні овоцити зберігаються без змін тривалий час(місяці і роки). З настанням статевої зрілості окремі овоцити періодично вступають у період росту, клітини збільшуються,в них нагромаджуються жовток,жир,пігменти.У цитоплазмі клітини,в її органелах і мембранах відбуваються складні морфологічні і біохімічні перетворення. Потім настає період дозрівання,коли здійснюються 2 послідовних поділи з перебудовою хромосомного апарату(мейоз).Крім того,ці поділи супроводжуються нерівномірним розподілом цитоплазми між дочірніми клітинами. При поділі первинного овоцита утворюється 1 велика клітина – вторинний овоцит,яка вбирає майже всю цитоплазму, і маленька клітина – первинний полоцит. При другому поділі дозрівання розподіл цитоплазми знову відбувається нерівномірно.Утворюється великий вторинний овоцит і вторинний полоцит. У цей час первинний полоцит також може поділитися на 2 клітини.Таким чином, із 1 первинного овоцита утворюється 1 вторинний овоцит і 3 полоцити(редукційні тільця). Потім із вторинного овоцита формується яйцеклітина,а полоцити розсмоктуються або зберігаються на поверхні яйця,але не беруть участі у подальшому розвитку. 14. . Мейоз. Характерні особливості і відмінності від мітозу. Мейоз складається з двох швидких у часі послідовних поділів клітин: першого і другого, причому подвоєння ДНК відбувається тільки перед першим поділом. Один з них називається редукційним, або першим мейотичним поділом, при якому число хромосом зменшується у два рази; інший - екваційний (рівний), або другий редукційний поділ, який нагадує мітотичний поділ. У кожному поділі мейозу розрізняють профазу, метафазу, анафазу і телофазу. Профаза І. На відміну від мітозу, де кожна окрема хромосома поводить себе незалежно від інших і не впливає на їх поведінку, в профазі І мейозу гомологічні хромосоми об'єднуються, формують парні утворення. Це тривала і складна фаза, вона характеризується певними послідовними стадіями залежно від стану хромосом. Лептонема, або стадія тонких ниток. Хромосоми стають помітними у вигляді тонких ниток, кількість їх диплоїдна. Зигонема-гомологічні хромосоми зближуються попарно, утворюють біваленти. Число їх вдвоє менше, ніж вихідна кількість хромосом. Взаємне притягування хромосом отримало назву кон'югація або синапсис. Кон'югація відбувається дуже точно, хромосоми з'єднуються кінцями або по всій довжині. Причому зближуються кожен хромомер і кожна ділянка однієї гомологічної нитки з відповідним хромомером і ділянкою іншої гомологічної нитки. Пахінема, або стадія товстих ниток. Процес кон'югації гомологічних хромосом повністю завершується. Диплонема, або стадія подвійних ниток. Хромосоми, які утворили біваленти, розпочинають поступово відштовхуватися одна від одної, залишаючись з'єднаними між собою в окремих ділянках (хіазмах). Кожна хромосома складається з двох хроматид, а кожний бівалент утворює тетраду. Переплетені одна навколо одної хромосоми (біваленти) поступово розкручуються і зменшується число хіазм. Діакінез- заключна стадія профази І. У діакінезі біваленти різко вкорочені, потовщені дочірні хроматиди кожної хромосоми мало помітні. Хіазми поступово зміщаються на кінці хромосом. Метафаза І. Число бівалентів удвічі менше від диплоїдного набору хромосом. Біваленти значно коротші, ніж хромосоми в метафазі соматичного мітозу, і розміщаються в екваторіальній площині. Центромери хромосом з'єднуються з нитками фігури веретена. У цю фазу мейозу можна підрахувати кількість хромосом. Анафаза І. До протилежних полюсів веретена розходяться гомологічні хромосоми. Кожна з них складається із двох дочірніх хроматид, з'єднаних своїми центромерами. У цьому полягає істотна віддмінність від анафази мітозу. Телофаза І. Розпочинається, коли анафазні хромосоми досягли полюсів клітини, на кожному з них знаходиться гаплоїдне число хромосом. Характеризується появою ядерної мембрани і відновленням структур ядра. Утворюються дві дочірні клітини. Інтерфазаміж І і II поділом мейозу буває дуже короткою. На відміну від звичайної інтерфази тут відсутня репродукція хромосом. Мейоз II відбувається за типом звичайного мітозу. Профаза II. Ця стадія нетривала, хромосоми добре помітні. Метафаза II. Чітко визначена подвійна структура хромосом і значний ступінь їх спіралізації. Анафаза II. Відбувається розходження подвоєних центромер, внаслідок чого дочірні хроматиди рухаються до різних полюсів. Телофаза II.Завершується утворенням чотирьох клітин з гаплоїдним набором хромосом. |