генетика. Лекция Введение. Молекулярные основы наследственности
 Скачать 238.64 Kb.
|
|
1.3 Формы размножения на клеточном уровне Размножение – универсальное свойство живого, заключающееся в воспроизведении себе подобных. В основе размножения лежит передача генетической информации от одного поколения клеток или организмов к другому. Клеточный и митотический циклы Клеточный (жизненный) цикл– это период в жизнедеятельности клетки от момента ее появления до гибели или образования дочерних клеток.Митотический цикл - это период в жизнедеятельности клетки от момента ее образования и до разделения на дочерние клетки. Митотический цикл включает интерфазу и митоз (рис. 5). Интерфаза состоит из трех периодов:
Содержание генетической информации в клетке обозначают следующим образом: п – набор хромосом, хр – число хроматид в одной хромосоме, с – число молекул ДНК. Образовавшаяся после митоза клетка содержит диплоидный набор хромосом и удвоенное число молекул ДНК. Каждая хромосома имеет одну хроматиду – 2п1хр2с. Такая клетка вступает в пресинтетический период (G1) интерфазы, продолжительность которого колеблется от нескольких часов до нескольких месяцев и даже лет. В этот период клетка выполняет свои функции, увеличивается в размерах, в ней идет синтез белков и нуклеотидов, накапливается энергия в виде АТФ. В синтетический период (S) происходит репликация молекул ДНК и ее содержание в клетке удваивается, т.е. каждая хроматида достраивает себе подобную, и генетическая информация к концу этого периода становится 2п2хр4с. Одновременно в клетке идут обменные процессы и она продолжает выполнять свои функции. Длительность этого периода 6-8 ч. В постсинтетический период (G2) клетка готовится к митозу: накапливается энергия, синтезируются белки ахроматинового веретена. Постепенно затухают все синтетические процессы, необходимые для репродукции органоидов, меняется вязкость цитоплазмы ипрекращается выполнение клеткой основных функций. Содержание генетической информации не изменяется (2п2хр4с). Клетка вступает в митоз. Митоз Митоз – это основной способ размножения соматических клеток. Непрерывный процесс митоза подразделяют на 4 стадии: профазу, метафазу, анафазу и телофазу (рис. 5). В стадии профазы происходит увеличение объема ядра, спирализация хроматиновых нитей, расхождение центриолей к полюсам клетки и формирование веретена деления. К концу профазы фрагментируются ядрышки и ядерная оболочка, хромосомы выходят в цитоплазму и устремляются к центру клетки. В конце профазы к центромерам хромосом прикрепляются нити веретена деления. Содержание генетического материала при этом не изменяется (2п2хр4с)
Рис. 5 . Схема митоза в клетках корешка лука: 1 – интерфаза; 2 – профаза; 3 – метафаза; 4 – анафаза; 5 – телофаза; 6 – дочерние клетки Метафаза – самая короткая фаза, когда хромосомы располагаются на экваторе клетки. В этой стадии достигается наибольшая спирализация хромосом. Содержание генетического материала остается прежним. В стадии анафазы происходит продольное разделение хроматид в области центромеры. Нити веретена деления сокращаются, и хроматиды (дочерние хромосомы) расходятся к полюсам клетки. Содержание генетической информации становится 2п1хр2с у каждого полюса. В стадии телофазы формируются ядра дочерних клеток: хромосомы деспирализуются, строятся ядерные оболочки, в ядре появляются ядрышки. Митоз заканчивается цитокинезом – делением цитоплазмы материнской клетки. В конечном итоге образуются две дочерние клетки, каждая из которых имеет 2п хромосом, одну хроматиду в хромосоме и – наборов ДНК. Основное значение митоза заключается в поддержании постоянства числа хромосом, обусловленном точным распределением генетической информации между дочерними клетками. Разновидностями митоза являются эндомитоз, политения и мейоз. При эндомитозе происходит удвоение хромосом без деления ядра, что приводит к образованию полиплоидных клеток. При политении наблюдается многократное удвоение хроматид, но они не расходятся, и в результате образуютсяполитенные (многохроматидные, гигантские) хромосомы, например в слюнных железах мухи дрозофилы. Эукариотические клетки могут размножаться амитозом – это прямое деление клеток и ядер, находящихся в условиях физиологической и репаративной регенерации, либо опухолевых клеток. Типичный амитоз начинается с образования перетяжки ядра, затем цитоплазмы, и далее они делятся на две части. Установлено, что и при амитозе происходит равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками. Различные факторы внешней среды могут нарушать процесс митоза и приводить к появлению аномальных клеток. Выделяют три типа нарушений митоза: 1. Изменение структуры хромосом. При этом возможно появление разрывов хромосом, наличие отдельных мелких хромосомных фрагментов. Подобная патология возникает под действием радиации, некоторых химических веществ, вирусов, а также в раковых клетках. В некоторых случаях отдельные хромосомы могут отстать от других в анафазе и попасть не в свою клетку. Это приводит к изменению количества хромосом в дочерних клетках, т.е. канеуплоидии. 2. Повреждение веретена деления. Это нарушает его функцию распределения хромосом между дочерними клетками. В результате возможно появление клеток, содержащих значительный избыток хромосом (например, 92). Подобное действие характерно для многих противоопухолевых препаратов. Таким образом тормозится деление клеток опухолей. 3. Нарушение цитотомии, т.е. отсутствие деления цитоплазмы клетки в периоде телофазы. Вследствие этого образуются двуядерные клетки. Патология митоза может приводить к появлению мозаицизма. В этом случае в одном организме обнаруживают клоны клеток с разным набором хромосом (например, часть клеток у человека содержит 46 хромосом, в то время как другие – 47). Мозаицизмформируется на ранних стадиях дробления зародышевых клеток. Мейоз Мейоз– это деление соматических клеток половых желез, в результате которого образуются половые клетки – гаметы. Мейотическое деление протекает в два этапа – мейоз – I имейоз – II.Каждое мейотическое деление, так же как и митотическое, подразделяют на 4 фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу (рис. 6.) Рис. 6. Схема мейоза (показана одна пара гомологичных хромосом): мейоз - I: 1 – лептотена; 2 – зиготена; 3 – пахитена; 4 – диплотена; 5 – диакинез; 6 – метафаза; 7 – анафаза; 8 – телофаза; 9 – интеркинез; мейоз - II: 10 – метафаза; 11 – анафаза; 12 – дочерние клетки Наиболее сложной является профаза мейоза – I. Она подразделяется на 5 стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена и диакинез. Хроматиновые нити спирализуются, утолщаются, укорачиваются и на стадии лептотены становятся различимы под микроскопом. Нитевидные гомологичные хромосомы начинают движение друг к другу центромерными участками. Содержание генетического материала составляет 2п2хр4с. На стадии зиготены начинается конъюгация – попарное соединение гомологичных хромосом. Содержание генетического материала не изменяется:2п2хр4с.
Число бивалентов соответствует гаплоидному набору хромосом – 1п. К концу этого периода начинают действовать силы отталкивания в области центромер и становится заметным, что каждая хромосома состоит из 2 хроматид. Конъюгирующие хромосомы могут обмениваться участками хроматид – происходиткроссинговер (рис. 7). Содержание генетического материала не изменяется. На стадии диплотены между конъюгирующими гомологичными хромосомами продолжают действовать силы отталкивания, в результате чего хроматиды начинают расходиться, оставаясь соединенными в участках перекрестов – хиазм. Расхождение хроматид увеличивается, а хиазмы постепенно смещаются к их концам. Содержание генетического материала остается прежним. На стадии диакинеза завершается спирализация и укорочение хромосом. Биваленты, соединенные только своими концами, обособляются и располагаются по периферии ядра (табл. 1). В результате мейоза-I происходит редукция (уменьшение вдвое) числа хромосом, откуда и название этого деления – редукционное. После окончания мейоза-I наступает короткий промежуток – интеркинез, в течение которого не происходит репликации ДНК и удвоения хроматид. Мейоз – II – эквационное деление – протекает по типу обычного митоза (табл. 2). Таким образом, в результате двух последовательных делений мейоза из одной диплоидной клетки образуются 4 гаплоидные. Значение мейоза состоит: 1) в поддержании постоянства числа хромосом; 2) рекомбинации генетического материала, обусловленной кроссинговером и случайным расхождением к полюсам гомологичных хромосом и хроматид. При нарушении нормального течения митоза или мейоза наблюдаются различные хромосомные и геномные мутации – делеции, дупликации, полиплоидии, анеуплоидии и др. Таблица 2
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||