Мейоз реферат. История открытия мейоза
 Скачать 173.81 Kb.
|
|
Введение Целью данной работы является повторение фаз мейотического деления кленок, изучение типов мейоза, выяснение биологического значения мейотического деления, изучение патологий, связанных с не расхождением хромосом в фазах мейоза. Появление мейоза – особого варианта клеточного деления, в результате которого число хромосом сокращается вдвое – было одним из важнейших эволюционных «достижений» первых эукариот. Ключевым событием стало формирование особой белковой структуры, обеспечивающей попарное соединение и точное «выравнивание» хромосом. Появление эукариотической клетки было важнейшим эволюционным преобразованием в истории земной жизни. Одним из главных «достижений» древних эукариотических организмов стало возникновение настоящего полового процесса, то есть слияния двух гаплоидных (содержащих одинарный набор хромосом) клеток – гамет в диплоидную (содержащую двойной набор хромосом) клетку – зиготу. Чтобы жизненный цикл эукариот, обладающих половым процессом, мог продолжаться, должен был развиться механизм, посредством которого из диплоидных клеток снова могли образовываться гаплоидные. Таким механизмом стал мейоз – особый вид клеточного деления, при котором число хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое по сравнению с родительской клеткой. В статье Ю.Ф.Богданова, крупнейшего специалиста по эволюции мейоза, рассматриваются современные представления о происхождении механизмов мейотического деления у эукариот. Общепризнано, что мейоз произошел из митоза – «обычного» клеточного деления эукариот, в результате которого число хромосом остается прежним. Происхождение митоза само по себе было замечательным ароморфозом. Мейоз, по сути дела, является модифицированной версией митоза. История открытия мейоза В 1831–1833 гг. Р. Браун доказал, что одним из основных компонентов эукариотической клети является ядро. Главным компонентом ядра которой является хроматин. В конце XIX в. была установлена ведущая роль ядра в хранении и передаче наследственной информации. Однако при делении клеток их ядра разрушаются, а на их месте появляются компактные структуры, хорошо окрашиваемые некоторыми красителями. В 1888 г. немецкий гистолог В. Вальдейер назвал эти структуры хромосомами. В 1924 г. Фёльген доказал, что в состав хромосом входит ДНК. Число хромосом постоянно для каждого вида организмов Отдельные фазы мейоза у животных описал немецкий зоолог Вальтер Флемминг (1882), а у растений – Эдуард Страсбургер (1888), а затем российский ученый В.И. Беляев. Первое подробное описание мейоза у кролика дал Уиниуортер (1900). Бельгийский зоолог ван Беденен (1883) установил, что число хромосом в клетках тела (соматических клетках) вдвое больше, чем в половых клетках. Мейоз Термином «мейоз» обозначают два следующих друг за другом деления, в результате которых из диплоидных клеток образуются гаплоидные половые клетки - гаметы. Если бы оплодотворение происходило диплоидными гаметами, то плоидность потомков в каждом следующем поколении должна была бы возрастать в геометрической прогрессии. В то же время благодаря мейозу зрелые гаметы всегда гаплоидны, что позволяет сохранять диплоидность соматических клеток вида.  Схема основных процессов в мейозеИнтерфаза I (2n4c) Первое деление (Редукционное) Профаза I лептотена зиготена пахитена диплотена диакинез Метафаза I Анафаза I Телофаза I Интеркинез Второе деление (Эквационное) Профаза II Метафаза II Анафаза II Телофаза II Исходное число хромосом в клетке, которая вступает в мейоз, называется диплоидным (2n). Число хромосом в клетках, образовавшихся в ходе мейоза, называется гаплоидным (n). Мейоз состоит из двух последовательных клеточных делений, которые соответственно называются мейоз I и мейоз II. В первом делении происходит уменьшение числа хромосом в два раза, поэтому его называют редукционным. Во втором делении число хромосом не изменяется; поэтому его называют эквационным (уравнивающим). Предмейотическая интерфаза Происходит репликация ДНК и удвоение количества хромосомного материала, в результате, каждая хромосома состоит из двух хроматид. Первое деление мейоза (редукционное, или мейоз I) Сущность редукционного деления заключается в уменьшении числа хромосом в два раза: из исходной диплоидной клетки образуется две гаплоидные клетки с двухроматидными хромосомами (в состав каждой хромосомы входит 2 хроматиды). Профаза I (профаза первого деления) включает ряд стадий. Лептотена (стадия тонких нитей). Наиболее ранняя стадия профазы I мейоза, Происходит спирализация хромосом и выделения в них утолщений – хромомер. Хромосомы видны в световой микроскоп в виде клубка тонких нитей. Зиготена (стадия сливающихся нитей). Гомологичные хромосомы соединяются, при этом хромомеры первой гомологичной хромосомы точно прикладываются к хромомерам другой. Это явление называется конъюгация (от лат. conjugatio – соединение, спаривание, временное слияние). Гомологичные хромосомы находятся в состоянии конъюгации длительный период: у дрозофилы - четверо суток, у человека больше двух недель. Все это время отдельные участки хромосом находятся в очень тесном соприкосновении. Если в таком участке произойдет разрыв цепочек ДНК одновременно в двух хроматидах, принадлежащих разным гомологам, то при восстановлении разрыва может получиться так, что ДНК одного гомолога окажется соединенной с ДНК другой, гомологичной хромосомы. Пахитена (стадия толстых нитей). Гомологичные хромосомы соединены в пары-биваленты.(число бивалентов соответствует гаплоидному набору хромосом) Диплотена (стадия двойных нитей) Конъюгирующие хромосомы переплетаются ,что приводит к разрыву и обмену участками хромосом. Происходит так называемый перекрёст или кроссинговер. При этом достигается перекомбинация наследственных свойств родителей, что увеличивает изменчивость и дает более богатый материал для естественного отбора.  многократный кроссинговер между гомологичными хромосомами Диакинез (стадия расхождения бивалентов). К концу профазы I хромосомы-биваленты максимально спирализованные, укороченные и утолщённые располагаются на периферии ядра.В конце профазы I ядерная оболочка разрушается, и биваленты выходят в цитоплазму так как ядерная оболочка растворяется, ядрышки исчезают Метафаза I (метафаза первого деления). Формируется веретено деления. Биваленты перемещаются в экваториальную плоскость клетки выстраиваются над и под ним, отталкиваясь друг от друга.Образуется метафазная пластинка из бивалентов. Анафаза I (анафаза первого деления). Гомологичные хромосомы, входящие в состав каждого бивалента, разъединяются, и каждая хромосома движется в сторону ближайшего полюса клетки так как в отличие от митоза центромера не делится. Разъединения хромосом на хроматиды не происходит. Телофаза I (телофаза первого деления). Образуются два гаплоидных ядра, которые содержат в два раза меньше хромосом, чем ядро исходной диплоидной клетки. Содержание ДНК в дочерних клетках составляет 2с. В большинстве случаев (но не всегда) телофаза I сопровождается цитокинезом. После первого деления мейоза наступает интеркинез – короткий промежуток между двумя мейотическими делениями. Интеркинез отличается от интерфазы тем, что не происходит репликации ДНК, удвоения хромосом и удвоения центриолей: эти процессы произошли в предмейотической интерфазе и, частично, в профазе I. Второе деление мейоза (эквационное, или мейоз II) В ходе второго деления мейоза уменьшения числа хромосом не происходит. Сущность эквационного деления заключается в образовании четырех гаплоидных клеток с однохроматидными хромосомами (в состав каждой хромосомы входит одна хроматида). Профаза II (профаза второго деления). Не отличается существенно от профазы митоза. Центриоль делится на две и они расходятся к полюсам клетки. Хромосомы скручиваются, укорачиваются, утолщаются. Ядрышки исчезают, ядерная оболочка растворяется. Хромосома выходит в цитоплазму. Образуется веретено деления состоящее из микротрубочек. Они прикрепляются к центромерам хромосом. Хроматиды хромосом отходят друг от друга, оставаясь связанными центромерами. Хромосомы видны в световой микроскоп в виде тонких нитей. В каждой из дочерних клеток формируется веретено деления. Метафаза II (метафаза второго деления). Хромосомы располагаются в экваториальных плоскостях гаплоидных клеток независимо друг от друга. Анафаза II (анафаза второго деления). Сестринские хромосомы расходятся к противоположным полюсам и в дальнейшем называются дочерними хромосомами. Телофаза II (телофаза второго деления). Образуются четыре гаплоидных ядра с набором хромосом nc , затем происходит цитокинез, в результате образуются четыре клетки с набором хромосом nc. Таким образом, в результате описанной схемы мейоза из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидные клетки. Дальнейшая судьба этих клеток зависит от таксономической принадлежности организмов, от пола особи и ряда других факторов. Типы мейоза. Известно три типа мейоза, которые отличаются местом в жизненном цикле организмов, обеспечивая редукцию числа хромосом. Зиготный (начальный мейоз) Происходит сразу после оплодотворения, с первыми делениями зиготы. Он обнаружен у многих водорослей и простейших. Занимает небольшой период времени, пока существует зигота. Гаметный(конечный) мейоз. Наблюдается у животных, а так же простейших и водорослей. В этом случае мейоз происходит во время гаметогенеза. Споровый (промежуточный) мейоз характерен для растений. В их жизненном цикле происходит чередование поколений спорофита, который размножается спорами, и гаметофита, который размножается половым путем с помощью гамет. При зиготном и споровом мейозе образовавшиеся гаплоидные клетки дают начало спорам (зооспорам). Эти типы мейоза характерны для низших эукариот, грибов и растений. Зиготный и споровый мейоз тесно связан со спорогенезом. При гаметном мейозе из образовавшихся гаплоидных клеток образуются гаметы. Этот тип мейоза характерен для животных. Гаметный мейоз тесно связан с гаметогенезом и оплодотворением. Таким образом, мейоз – это цитологическая основа полового и бесполого (спорового) размножения. мейоза Патологиимейоза. Основная патология мейоза — нерасхождение хромосом. Оно может быть первичным, вторичным и третичным. Первичное нерасхождение возникает у особей с нормальным кариотипом. При этом на стадии анафазы I нарушается разделение бивалентов и обе хромосомы из пары гомологов переходят в одну клетку, что приводит к избытку хромосом в данной клетке и недостатку в другой. Вторичное не расхождение возникает в гаметах у особей с избытком (трисомией) одной хромосомы в кариотипе. В результате этого в процессе мейоза образуются и биваленты, и униваленты.  Третичные нерасхождения наблюдают у особей, имеющих структурные перестройки хромосом, например транслокации. Нерасхождение хромосом отрицательно влияет на жизнеспособность организма животных. Геномные мутации характеризуются изменением числа хромосом, которые могут быть некратными или кратными. Некратное изменение числа хромосом в диплоидном наборе называется гетероплоидией. Это может сопровождаться отсутствием одной из хромосом - моносомия по данной паре хромосом или всей пары гомологичных хромосом – нуллисомия. Наличие одной или нескольких лишних хромосом называется полисемией, которую, в свою очередь, подразделяют на трисомию, если одна хромосома лишняя, тетрасомию - при наличии двух лишних хромосом и т. д. Название в данном случае определяется количеством гомологичных хромосом, например, если к двум имеющимся добавляется одна лишняя, то это трисомия, если лишних две, то всего таких гомологичных хромосом четыре и нарушение называется тетрасомией и т. д. Все эти изменения отражаются и на фенотипе, так как сопровождаются либо недостатком, либо, соответственно, избытком генов. Причиной возникновения гетероплоидии является нарушение расхождения хромосом в процессе мейоза. Если гомологичные хромосомы или хроматиды не разошлись, то в одну из гамет попадут сразу две хромосомы, а в другую ни одной. При оплодотворении такой яйцеклетки гаметами с гаплоидным или диплоидным набором хромосом образуются полиплоидные зиготы. Полиплоидные организмы обычно имеют грубые пороки развития и погибают в раннем эмбриональном периоде. Возможно нарушение расхождения отдельных хромосом в наборе; образуются гаметы, в которых отсутствует или имеется лишняя хромосома. Поэтому возникающая при оплодотворении зигота характеризуется моно-, три- или тетрасомией. Чаще всего такие расстройства несовместимы с жизнью организма и приводят к спонтанным выкидышам. Нарушения структуры или числа хромосом в половых клетках могут касаться аутосом или половых хромосом. Из всех синдромов, возникающих вследствие нерасхождения аутосом, наиболее распространенной патологией является болезнь Дауна (95 % от числа всех трисомий по аутосомам). При болезни Дауна наблюдается трисомия 21-й хромосомы. Клиническими признаками болезни являются низкий рост, широкое круглое лицо, близко расположенные глаза с узкими глазными щелями, полуоткрытый рот. Для болезни характерны также идиотия и дефекты сердечно-сосудистой системы (пороки сердца и крупных сосудов). При синдроме Эдвардса, характеризующемся трисомией по 18-й хромосоме, имеются множественные физические пороки развития: общая гипотрофия новорожденного, задержка психомоторного развития, крипторхизм, порок сердца, грыжи и многие другие. Синдром Патау, трисомия по 13-й хромосоме, характеризуется микроцефалией, полидактилией, наличием расщелины верхней губы и неба. Частичные трисомии и частичные моносомии выявляются при анализе причин врожденных дефектов развития новорожденных детей. Несбалансированность по генам каждой из хромосом проявляется у новорожденных в виде специфических признаков. Так, например, частичная моносомия короткого плеча 5-й хромосомы дает патологию, описанную как синдром "кошачьего крика" при котором имеются аномалии развития нижней челюсти и гортани, что сопровождается характерным изменением голоса, а также микроцефалия, пороки сердца, четырехпалость и др. При нерасхождении половых хромосом формируется группа синдромов, для которых с клинической точки зрения наиболее характерны интеллектуальное и половое недоразвитие наряду с физическими дефектами. Так, при синдроме Тернера — Шерешевского у пациента женского пола (генотип ОХ) обнаруживаются отставание в развитии (низкий рост), половой инфантилизм, бесплодие, иногда умственная отсталость, пороки сердца и др. У женщины при трисомий X (генотип XXX) имеются умственная отсталость и нарушения физического развития. При синдроме Клайнфелтера (генотип XXY) или сверх Клайнфелтера — (XXXY) наблюдается высокий рост с непропорционально длинными конечностями, гипоплазия яичек, недоразвитие вторичных половых признаков, бесплодие, склонность к асоциальному поведению. Некоторые мутации, например мутации в гене р53, могут приводить к безудержному росту чила клеток. Это приводит к онкологическим заболеваниям Таблица: Хромосомные болезни человека вызванные нарушениями в мейозе
Биологическое значение мейоза 1. Мейоз приводит к уменьшению числа хромосом вдвое, что обусловливает постоянство видов на Земле. Если бы число хромосом - не уменьшалось, то в каждом последующем поколении происходило бы увеличение числа хромосом вдвое (у родителей -- 46, У детей - 92, У внуков - 184 и. т.д.). 2. Мейоз обеспечивает разнородность гамет по генному составу 3. Случайная встреча гамет (сперматозоидов и яйцеклетки) с качественно различным набором генов обусловливает комбинативную изменчивость (гены родителей комбинируются, вследствие того у детей появляютея признаки, которых не было у родителей). Комбинативная изменчивость обеспечивает большое разнообразие человечества, но дает возможность приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды, способствуя выживаемости вида Вывод: После проведения данной работы мною были изучены типы мейоза, повторены фазы мейоза и процессы сопровождающие их, выяснила биологическое значение мейотического деления, изучила патологии, связанные с не расхождением хромосом в фазах мейоза. Литература: http://medicalplanet.su/genetica/17.html http://afonin-59-bio.narod.ru/2_heredity/2_heredity_self/hs_05_meyos.htm http://cyberbridge.mcb.harvard.edu/images/mitosis7_1.png http://vse-progeny.ru http://afonin-59-bio.narod.ru/2_heredity/2_heredity_lec/her_lec_02.htm http://neobio.ru/content/view/151/10 http://medbiol.ru/medbiol/reprod/00054c26.htm http://med-books.info/veterinariya_727/patalogii-meyoza-mitoza.html http://dipland.ru | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||