Все, что нужно к экзамену и не только. Все, что есть. Образования Сущность жизни. Основные свойства и уровни организации живой
 Скачать 2.07 Mb.
|
|
новые, различающиеся между собой генотипы. При этом достигается перекомбинация наследственных свойств родителей, что увеличивает изменчивость и дает более богатый материал для естественного отбора. Приспособительные возможности и скорость эволюции организмов, размножающихся половым путем, оказывается, таким образом, существенно выше. 2. Гаметогенез. Характеристики периодов. Отличия ово- и сперматогенеза. Особенности гаметогенеза человека. Регуляция гаметогенеза и его возможные нарушения. Гаметогенез — это процесс образования половых клеток. Протекает он в половых железах — гонадах (в яичниках у самок и в семенниках у самцов). Гаметогенез в организме женской особи сводится к образованию женских половых клеток (яйцеклеток) и носит название овогенеза. У особей мужского пола возникают мужские половые клетки (сперматозоиды), процесс образования которых называется сперматогенезом. Гаметогенез — это последовательный процесс, которых складывается из нескольких стадий — размножения, роста, созревания клеток. В процесс сперматогенеза включается также стадия формирования, которой нет при овогенезе. Стадии гаметогенеза 1. Стадия размножения. Клетки, из которых в последующем образуются мужские и женские гаметы, называются сперматогониями и овогониями соответственно. Они несут диплоидный набор хромосом 2n2c. На этой стадии первичные половые клетки многократно делятся митозом, в результате чего их количество существенно возрастает. Сперматогонии размножаются в течение всего репродуктивного периода в мужском организме. Размножение овогоний происходит главным образом в эмбриональном периоде. У человека в яичниках женского организма процесс размножения овогоний наиболее интенсивно протекает между 2 и 5 месяцами внутриутробного развития. К концу 7 месяца большая часть овоцитов переходит в профазу I мейоза. Если в одинарном гаплоидном наборе количество хромосом обозначить как n, а количество ДНК — как c, то генетическая формула клеток в стадии размножения соответствует 2n2c до синтетического периода митоза (когда происходит репликация ДНК) и 2n4c после него. 2. Стадия роста. Kлетки увеличиваются в размерах и превращаются в сперматоциты и овоциты I порядка (последние достигают особенно больших размеров в связи с накоплением питательных веществ в виде желтка и белковых гранул). Эта стадия соответствует интерфазе I мейоза. Важное событие этого периода — репликация молекул ДНК при неизменном количестве хромосом. Они приобретают двунитчатую Секта свидетелей Диска — vk.com/ss_disk структуру: генетическая формула клеток в этот период выглядит как 2n4c. 3. Стадия созревания. Происходят два последовательных деления — редукционное (мейоз I) и эквационное (мейоз II), которые вместе составляют мейоз. После первого деления (мейоза I) образуются сперматоциты и овоциты II порядка (с генетической формулой n2c), после второго деления (мейоза II) — сперматиды и зрелые яйцеклетки (с формулой nc) с тремя редукционными тельцами, которые погибают и в процессе размножения не участвуют. Так сохраняется максимальное количество желтка в яйцеклетках. Таким образом, в результате стадии созревания один сперматоцит I порядка (с формулой 2n4c) дает четыре сперматиды (с формулой nc), а один овоцит I порядка (с формулой 2n4c) образует одну зрелую яйцеклетку (с формулой nc) и три редукционных тельца. Отмеченные выше различия в ходе овогенеза и сперматогенеза имеют определенный биологический смысл, связанный с разным функциональным назначением мужских и женских гамет (помимо переноса генетической информации). Накопление в цитоплазме яйцеклетки большого количества запасных питательных веществ необходимо, так как на этой «базе» осуществляется развитие дочернего организма из оплодотворенного яйца. Неравномерное клеточное деление при овогенезе и обеспечивает формирование крупной яйцеклетки. Функция же сперматозоидов заключается в отыскании яйцеклетки, проникновении в нее и доставке своего хромосомного набора. Их существование кратковременно, а поэтому нет необходимости в запасании большого количества веществ в цитоплазме. А поскольку сперматозоиды в массе гибнут в процессе поиска яйцеклетки, их образуется огромное количество. Центральное событие в процессе гаметогенеза — редукция диплоидного набора хромосом (в ходе мейоза) и формирование гаплоидных гамет. 4. Стадия формирования, или спермиогенеза (только при сперматогенезе). В результате этого процесса каждая незрелая сперматида превращается в зрелый сперматозоид (с формулой nc), приобретая все структуры, ему свойственные. Ядро сперматиды уплотняется, происходит сверхспирализация хромосом, которые становятся функционально инертными. Комплекс Гольджи перемещается к одному из полюсов ядра, формируя акросому. К другому полюсу ядра устремляются центриоли, причем одна из них принимает участие в формировании жгутика. Вокруг жгутика спирально закручивается одна митохондрия. Почти вся цитоплазма сперматиды отторгается, поэтому головка сперматозоида ее почти не содержит. Отличие овогенеза и сперматогенеза. сперматогенез у человека начинается после полового созревания. весь этот процесс занимает примерно70 суток. в стадию размножения делятся клетки зачаткового эпителия и образуются многочисленные сперматогонии. деление в данном случае - митоз. затем начинается стадия роста. соответствует первой интерфазе первого деления мейоза. меняется характеристика клетки (2н4с) - образуются сперматоциты первого порядка. затем - стадия созревания. соответствует двум делениям мейоза. получаются гаплоидные клетки - сперматоциты второго порядка (н2с). далее - второе деление. получаются сперматиды (нс). на стадии формирования идет дифференцировка. у большинства мужчин гаметогенез не прекращается до смерти. изменяется только количество сперматозоидов. овогенез начинается в эмбриональном периоде жизни. идет стадия размножения. первичные половые клетки делятся путем митоза и образуются овогонии (2н2с). затем начинается стадия роста. появляются овоциты первого порядка(2н4с). также начинается стадия созревания. овоцит первого порядка начинает мейоз, но первое деление прерывается на стадии профазы-1 до полового созревания. после полового созревания первое деление продолжается. заканчивается и появляется овоцит Секта свидетелей Диска — vk.com/ss_disk второго порядка и мелкая клетка (редукционное тельце первое) (н2с). затем идет овуляция. начинается второе деление (в маточных трубах). оно идет до стадии метафазы-2. овоцит второго порядка имеет только одну центриоль. вторая центриоль появляется от сперматозоида. после этого второе деление заканчивается. выделяется второе редукционное тельце. редукционное тельце забирает с собой лишние хромосомные наборы. обычно их получается три. завершается в 45-49. различия сперматогенеза и овогенеза: разное число стадий, число зрелых половых клеток, образующихся на одну исходную, продолжительность процесса, начало процесса, непрерывность процесса (сперматогенез непрерывен, овогенез имеет две паузы), производительность (сперматозоидов очень много, не менее 500 млрд., а яйцеклеток 300-400). Особенности гаметогенеза человека. 1.Митотическое деление овогоний заканчивается до рождения организма.Митоз сперматогоний начинается с периода полового созревания. 2. При овогенезе значительно выражена зона роста,при сперматогенезе зона роста почти не выражена. 3.При овогенезе первое деление мейоза останавливается на стадии диакинеза профазы до полового созревания. Второе деление мейоза останавливается на стадии метафазы и завершается после оплодотворения. 4.При овогенезе зона формирования не выражена, при сперматогенезе зона формирования выражена значительно. Нарушение гаметогенеза гаметогенез протекает в половых железах, которые являются гормонозависимыми органами. необходимы половые гормоны и два гормона гипофиза - фолликулостимулирующий и лютеинизирующий. первый у женщин способствует развитию овоцитов и синтезу эстрогенов. у мужчин способствует созреванию сперматозоидов. второй у женщин способствует развитию желтого тела после овуляции и синтезу гестогенов. у мужчин стимулируют выработку тестостеронов. нарушение гаметогенеза связаны с нарушением гормонального статуса организма (опухоли, эндокринные заболевания), при хроническом стрессе, привычных интоксикации. 3. Мейоз. Морфологическая и генетическая характеристика фаз. Биологическое значение мейоза. Профаза 1 — 2n4c, метафаза 1 — 2n4c, анафаза 1 — 2n4c, телофаза 1 — n2c.. Профаза 2 — n2c, метафаза 2 — n2c, анафаза 2 — 2n2c, телофаза 2 — nc. Мейо́з или редукционное деление клетки — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Мейоз разделяют на ряд стадий, которые можно различить в световой микроскоп. Первое деление мейоза: Профаза I мейоза разделяетя на ряд стадий. лептотена (стадия тонких нитей) начинается спирализация х-м зиготена (стадия сливающихся нитей),сближение и начало конъюгации гомологичных х-м, кот объединяются в бивалент пахитена (стадия толстых нитей) м-у гомологичными х-мами осуществляется кроссинговер диплотена (стадия двойных нитей) отталкивание гомологичных х-м, кот отделяются др от др в области центромер, но остаются связанными в областях прошедшего кроссинговера – хиазмах Секта свидетелей Диска — vk.com/ss_disk диакинез (стадия обособления двойных нитей) гомологичные х-мы удерживаются в месте лишь в отдельных точках хиазм – уменьшение числа хиазм, компактность бивалентов Метафаза I - завершается формирование веретена деления, его нити прикрепляются к центромерам хромосом, в результате чего биваленты устанавливаются в плоскости экватора веретена деления, образуя экваториальную пластинку. Анафаза I - связи в бивалентах ослабляются и гомологичные хромосомы отходят друг от друга, направляясь к противоположным полюсам веретена деления. К каждому полюсу подходит гаплоидный набор хромосом, состоящий из двух хроматид. Телофаза I - у полюсов веретена деления собирается одинарный гаплоидный набор хромосом, каждая из них содержит удвоенное количество ДНК (n2c). Интеркинез - временной промежуток между первым и вторым делениями мейоза. Не всегда обязателен. Второе мейотическое отделение (эквационное) протекает как митоз, только клетки, вступающие в него, несут гаплоидный набор хромосом. Биологическое значение мейоза заключается в поддержании постоянства числа хромосом при наличии полового процесса. Кроме того, вследствие кроссинговера происходит рекомбинация – появление новых сочетаний наследственных задатков в хромосомах. Мейоз обеспечивает также комбинативную изменчивость – появление новых сочетаний наследственных задатков при дальнейшем оплодотворении 4. Формы осеменения организмов. Оплодотворение, фазы оплодотворения. Биологическая сущность оплодотворения. Искусственное осеменение и оплодотворение, их использование в медицине. Осеменение - процесс, обеспечивающий у животных встречу гамет — яиц и сперматозоидов (спермиев); предшествует оплодотворению. Успеху О. способствуют одновременные созревание и выведение гамет у особей мужского и женского пола. Эти процессы часто связаны со сложным комплексом поведенческих реакций и находятся под контролем факторов внешней среды: времени года, длины светового дня, температуры и др. О. бывает наружным и внутренним. Наружное О. свойственно большинству животных, обитающих или размножающихся в воде; они вымётывают яйца и спермии в воду, где и осуществляется оплодотворение. Внутреннее О. присуще некоторым водным и всем наземным животным . При внутреннем О. сперма обычно вводится в половые пути самки. Иногда спермии переносятся в виде скоплений, одетых капсулой, — сперматофоров или небольших масс, лишённых специальной оболочки, в которых спермии спаяны между собой. У млекопитающих спермии, взвешенные в спермиальной жидкости, вводятся во влагалище или в матку и далее перемещаются благодаря мышечным сокращениям стенок половых органов, пока не достигнут ампулы яйцевода. Сюда же попадают и овулировавшие яйца, перенесённые из воронки яйцевода мерцательными движениями ресничек эпителия слизистой оболочки. На заключит, этапе сперматозоиды приближаются к яйцу с помощью активных поступательных движений. Оплодотворение — это процесс слияния половых клеток. Образующаяся в результате оплодотворения диплоидная клетка — зигота — представляет собой начальный этап развития нового организма. Процесс оплодотворения складывается из трех последовательных фаз: а) сближения гамет; б) активации яйцеклетки; в) слияния гамет, или сингамии. Секта свидетелей Диска — vk.com/ss_disk 1. Сближение сперматозоида с яйцеклеткой обеспечивается совокупностью неспецифических факторов, повышающих вероятность их встречи и взаимодействия. К ним относят скоординированность наступления готовности к оплодотворению у самца и самки, поведение самцов и самок, обеспечивающее совокупление и осеменение, избыточную продукцию сперматозоидов, крупные размеры яйцеклетки, а также вырабатываемые яйцеклетками и сперматозоидами химические вещества, способствующие сближению и взаимодействию половых клеток. Эти вещества, называемые гамонами (гормоны гамет), с одной стороны, активируют движение сперматозоидов, а с другой — их склеивание. В особой структуре сперматозоида — акросоме —локализуются протеолитические ферменты. У млекопитающих большое значение имеет пребывание сперматозоидов в половых путях самки, в результате чего мужские половые клетки приобретают оплодотворяющую способность (капацитация), т.е. способность к акросомной реакции. В момент контакта сперматозоида с оболочкой яйцеклетки происходит акросомная реакция, во время которой под действием протеолитических ферментов акросомы яйцевые оболочки растворяются. Далее плазматические мембраны яйцеклетки и сперматозоида сливаются и через образующийся вследствие этого цитоплазматический мостик цитоплазмы обеих гамет объединяются. Затем в цитоплазму яйца переходят ядро и центриоль сперматозоида, а мембрана сперматозоида встраивается в мембрану яйцеклетки. Хвостовая часть сперматозоида у большинства животных тоже входит в яйцо, но потом отделяется и рассасывается, не играя какой-либо роли в дальнейшем развитии. 2. В результате контакта сперматозоида с яйцеклеткой происходит ее активация. Она заключается в сложных структурных и физико-химических изменениях. Благодаря тому что участок мембраны сперматозоида проницаем для ионов натрия, последние начинают поступать внутрь яйца, изменяя мембранный потенциал клетки. Затем в виде волны, распространяющейся из точки соприкосновения гамет, происходит увеличение содержания ионов кальция, вслед за чем также волной растворяются кортикальные гранулы. Выделяемые при этом специфические ферменты способствуют отслойке желточной оболочки; она затвердевает, это оболочка оплодотворения. Все описанные процессы представляют собой так называемую кортикальную реакцию. Одним из значений кортикальной реакции является предотвращение полиспермии, т.е. проникновения в яйцеклетку более одного сперматозоида. У млекопитающих кортикальная реакция не вызывает образования оболочки оплодотворения, но суть ее та же. У таких животных, как морской еж, костистые рыбы и земноводные, все изменения цитоплазмы сопровождаются видимыми морфологическими перестройками. Эти явления получили название расслоения или сегрегации плазмы. Значение ее для дальнейшего эмбрионального развития будет рассмотрено ниже. Активация яйцеклетки завершается началом синтеза белка на трансляционном уровне, поскольку мРНК, тРНК, рибосомы и энергия были запасены еще в овогенезе. Активация яйцеклетки может начаться и протекать до конца без ядра сперматозоида и без ядра яйцеклетки, что доказано опытами по энуклеации зиготы. 3. Яйцеклетка в момент встречи со сперматозоидом обычно находится на одной из стадий мейоза, заблокированной с помощью специфического фактора. У большинства позвоночных этот блок осуществляется на стадии метафазы II; у многих беспозвоночных, а также у трех видов млекопитающих (лошади, собаки и лисицы) блок происходит на стадии диакинеза. В большинстве случаев блок мейоза снимается после активации яйцеклетки вследствие оплодотворения. В то время как в яйцеклетке завершается мейоз, ядро сперматозоида, проникшее в нее, видоизменяется. Оно принимает вид интерфазного, а затем профазного ядра. За это время удваивается ДНК и мужской пронуклеус получает количество наследственного материала, соответствующего п2с, т.е. содержит гаплоидный набор редуплицированных хромосом. Ядро яйцеклетки, закончившее мейоз, превращается в женский пронуклеус, также приобретая п2с. Оба пронуклеуса проделывают сложные перемещения, затем сближаются и сливаются (синкарион), образуя общую метафазную пластинку. Это, Секта свидетелей Диска — vk.com/ss_disk собственно, и есть момент окончательного слияния гамет — сингамия. Первое митотическое деление зиготы приводит к образованию двух клеток зародыша (бластомеров) с набором хромосом 2n2c в каждом. Осеменение искусственное (О. и.), приёмы искусственного сближения половых клеток животных для оплодотворения. При О. и. рыб икру смешивают с молоками, затем подвергают инкубации. У млекопитающих и птиц сперму вводят при помощи специальных инструментов в половые органы самки. Теоретические основы и принципы практических приёмов О. и. с.-х. животных разработаны советским биологом И. И. Ивановым. Они базируются на возможности получения при помощи искусственной вагины спермы самцов, которая вне организма не теряет своих свойств; на возможности овуляции у самок с.-х. животных без полового акта. Продолжительность жизни спермиев и яйцеклеток в половых органах самки позволяет проводить О. и. в сроки, обеспечивающие оплодотворение. О. и. включает 5 основных технических приёмов: получение спермы от самца, оценку качества спермы, её разбавление, сохранение и введение в половые органы самки. О. и. с.-х. животных проводится с целью интенсивного использования высокоценных племенных производителей, проверенных по качеству потомства, для массового улучшения породных и повышения продуктивных качеств животных. Применение О. и. предупреждает также распространение ряда заразных болезней, передающихся при естественном осеменении (вибриоз, трихомоноз, бруцеллёз и др.) и некоторые формы бесплодия. Искусственное оплодотворение – это метод оплодотворения, при котором сперма помещается в женский организм (либо в полость матки, либо в шейку матки – интрацервикально) искусственно, с помощью медицинских инструментов. Применение искусственного оплодотворения показано в тех случаях, если пара не может зачать естественным способом по каким-либо причинам, а консервативное лечение не дало эффективных результатов. 3.2 Наследственность и изменчивость организмов. |