«Биология – теоретическая основа медицины» (академик И. В. Давыдовский)
З. М. Смирнова
Актуальность темы Размножение клеток и организмов – одно из основных свойств живого. Знание данного материала, основных типов деления клеток позволяет понять механизм возникновения наследственной патологии. С помощью хромосом осуществляется передача наследственной информации дочерним клеткам и последующим поколениям организмов. Изменения в структуре хромосомного набора приводят к тяжелым наследственным заболеваниям.
1 n
Амитоз –
прямое деление, клетки путем перешнуровки
или фрагментации интерфазного ядра без спирализации хромосом и образования веретена деления.
При амитозе НЕ обеспечивается равномерное распределение генетического материала
Мейоз – характерен
для половых клеток , уменьшает набор хромосом вдвое, что обеспечивает, при последующем слиянии гамет, сохранение кариотипа (2 n ) из поколения в поколение организмов
Митоз – непрямое деление, характерно для соматических клеток,
обеспечивает постоянство кариотипа
в ряду поколений клеток
2n4c
1n2c
1n2c
2n2c
2n4c
1n1c
1n1c
1n1c
1n1c
2n2c
3
Зигота 2 n
- При амитозе интерфазное ядро делится путем перетяжки, без образования веретена деления. Хромосомы не
выявляются.
- Распределение наследственного материала осуществляется произвольно.
- Нередко ядро делится без последующего разделения цитоплазмы, образуются двух- и многоядерные клетки.
- Клетка, претерпевшая амитоз, в дальнейшим не способна
вступать в нормальный митотический цикл.
- Амитоз характерен для клеток печени, хрящей, роговицы глаза, а также встречается в клетках и тканях, обреченных
на гибель, например, в клетках зародышевых оболочек млекопитающих, в клетках опухолей.
3
.
профаза
метафаза
анафаза
телофаза
2 n4c
2n4c
4n4c
2n2c
2n2c
+
Постсинтетический
период
G 2
2n4c
С
И
Н
Т
Е
Т
И
Ч
Е
С
К
И
Й
Т-
Г-
Г-
Ц-
А-
Т-
Г-
Г-
А - Т
Ц - Г
Ц - Г
Г - Ц
Т - А
А - Т
Ц - Г
Ц - Г
-А
-Ц
-Ц
-Г
-Т
-А
-Ц
-Ц
s
2n 4 c
G 1
n – число хромосом
с – количество ДНК
в хромосомах
.
2n2c
Предсинтетический
период
5
5
В интерфазе выделяют следующие периоды
Синтетический период (S) – характеризуется удвоением ДНК и центриолей. Наследственный аппарат 2n 4с.
Постсинтетический период (G 2 ) –
в этот период хроматин удвоенный 2n4с, клетка накапливает ферменты и АТФ, которые будут участвовать в митозе.
Предсинтетический период (G 1 ) – наступает после деления: клетка растет, накапливает нуклеотиды, ферменты, участвующие в удвоении ДНК. Набор хромосом - 2n, количество ДНК в хромосомах - 2с.
2c
1c
+ 1c
2n4c
6
Профаза Прометафаза Метафаза Анафаза Телофаза
- Из микротрубочек начинает формироваться веретено деления
- Ядерная оболочка и ядрышки распадаются.
- Происходит спирализация хроматина и образование хромосом.
2n4c
2n4c
- Центромеры хромосомы начинают вступают в контакт с микротрубочками веретена деления
- К концу прометафазы формируется веретено деления
2n4c
2 n4c
- Веретено деления полностью формируется в начале метафазы
- Микротрубочки веретена деления прикрепляются к
центромерам, или кинетохорам хромосомы.
- Хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуя
метафазную пластинку.
- Каждая хромосома продольно расщепляется на
две хроматиды (дочерние хромосомы) которые
оказываются связанными только в участке центромеры.
Расщеплени е
9
- Каждая хромосома продольно расщепляется
на две идентичные хроматиды, которые
расходятся к противоположным полюсам клетки.
- Таким образом, за счет идентичности дочерних
хроматид у двух полюсов клетки оказывается
одинаковый генетический материал: такой же,
какой был в клетке до начала митоза.
Наследственный аппарат 4n4c.
1c
1c
2c
4 n4c
10
Телофаза
- Хромосомы деспирализуются
- Формируются ядерные оболочки и ядрышки
- Разрушается веретено деления
- Набор хромосом и ДНК в дочерних клетках 2n2c
- Заканчивается деление ядра (кариокинез)
- Начинается цитокинез (деление цитоплазмы)
В животных клетках этот процесс начинается с
образования в экваториальной плоскости перетяжки,
которая углубляясь, делит материнскую клетку на две
дочерние
- В растительных клетках образуется внутриклеточная
перегородка из за жесткой клеточной стенки
2n2c + 2n2c
4n4c
11
сохранение
генетического
материала в
ряду поколений
клеток ;
тем, что при
репликации ДНК
возникают два
одинаковых
набора хромосом,
которые в
процессе митоза
равномерно
распределяются
по дочерним
клеткам.
2n 2 c
2n 2 c
Интерфаза
2n4c
Телофаза
Профаза
2n4c
2n 2 c
2n 2 c
Прометафаза
Анафаза
2n4c
4 n4c
Метафаза
2n4c
12
Мутация
Норма
-1 +1
2n
2n
2 n + 1
2 n - 1
2 n
2 n
Нерасхождение хроматид при митозе дает нарушение только в потомстве данной клетки (соматическая мутация). Такой организм называется «мозаик».
13
вид деления клеток, при котором происходит уменьшение числа хромосом вдвое и переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное
Мейоз представляет собой последовательность двух делений
2 n2c
Интерфаза I
2n4c
I деление мейоза – редукционное
2n4c
Профаза I
Метафаза I
Анафаза I
Телофаза I
Характеризуется уменьшением числа хромосом (2 n) вдвое
1n2c
1n2c
Интеркинез – промежуток времени между делениями (нет удвоения хроматид)
II деление мейоза – эквационное
Профаза II
Метафаза II
Анафаза II
Телофаза II
Характеризуется уменьшением количества ДНК
1n2c
1n2c
1n1c
1n1c
1n1c
1n1c
14
Мейоз
I деление мейоза – редукционное
Профаза I
В точке рекомбинации образуется видимая в световой микроскоп крестообразная структура – хиазма . Обмен происходит только между двумя из четырех хроматид. Число хиазм зависит от длины хромосомы: чем длиннее хромосома, тем больше хиазм.
(выделяют 5 стадий)
Диплотена-
стадия на которой
гомологичные хромосомы
начинают
отталкиваться друг от друга, но все ещё
остаются соединенными своими концами
Лептотена-
Пахитена-
Зиготена-
Диакинез-
стадия длинных
хромосом с хромомерами
(утолщениями)
отталкивание продолжается, но гомологичные хромосомы все ещё
остаются соединенными в биваленты своими концами, образуя хиазмы. Хромосомы максимально спирализованы, ядерная оболочка растворяется
стадия попарного
соединения гомологичных
хромосом-коньюгация
стадия толстых
нитей. Хромосомы
соединяются в пары-
биваленты. Число
бивалентов равно
гаплоидному набору
хромосом. На этой
стадии происходит
кроссинговер
(перекрест)-обмен
участками хромосом
A A a a A A a a A a A a
B B b b B B b b B B b b
хиазмы
коньюгация
Кроссинговер резко увеличивает наследственную изменчивость, благодаря появлению хромосом с новой комбинацией генов
образование
бивалентов
15
I деление мейоза – редукционное
приводит к образованию гаплоидных клеток из диплоидных
Телофаза I
Профаза I
2 n4c
Анафаза I
2n4c
Метафаза I
2n4c
1n2c + 1 n2c
1n2c
Завершается формирование веретена деления. Хромосомы объединены
в биваленты. Биваленты выстраиваются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку (2n4c
1n2c
Профаза I заканчивается и счезновением ядрышек, ядерной оболочкой, образованием веретена деления (2n4c)
Хромосомы расходятся к полюсам клетки, при этом у каждого полюса оказывается гаплоидный набор хромосом, состоящий их двух хроматид ( 2n4c)
В телофазе I восстанавливается ядерная оболочка, после чего материнская клетка делится на две дочерние (1n2c)
16
II деление мейоза – эквационное
Второе деление мейоза начинается сразу после первого и сходно с митозом, однако вступающие в него клетки несут 1 n набор хромосом
Профаза II
1n2c
Метафаза II
1n2c
Анафаза II
1n2c
Телофаза I
1n2c
Телофаза II
1n1c + 1n1c
1n2c
1n1c + 1n1c
1n2c
1n2c
Характеризуется процессами обратными профазе. Образуется перетяжка, которая делит клетку пополам
Центромеры делятся, хроматиды становится самостоятельными хромосомами и растягиваются к полюсам
Хромосомы располагаются в экваториальной плоскости, образуется веретено деления
Профаза II очень короткая ; формируется веретено деления
Таким образом, в результате мейоза из одной диплоидной клетки образуются четыре клетки с гаплоидным набором хромосом.
16
16
Задание :
определите фазы и события мейоза
16
Мейоз обеспечивает два механизма рекомбинации генетического материала :
- непостоянный – обмен гомологичными участками между хромосомами (кроссинговер).
- постоянный – независимое расхождение гомологичных хромосом в анафазе I мейоза.
В результате гаметы получают разное число хромосом отцовского и материнского происхождения.
Биологическое значение мейоза :
- обеспечивает передачу генетической информации от организма к организму при половом размножении;
- дочерние клетки генетически
не идентичны материнской и между собой.
2 n4c 2n4c 2n4c 2n4c
1n2c
1n2c 1n2c 1n2c
Мейоз
1n1c 1n1c
1n2c 1n2c
2n2c 2n2c
16
1n1c 1n1c
Мейоз
Материнская клетка
(перед репликацией ДНК)
I деление
мейоза:
Митоз
Профаза I
Профаза
Репликация ДНК
2n4c
Хромосомы состоят из двух сестринских хроматид
Репликация ДНК
кроссинговер
2n 2 c
Биваленты выстраиваются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку
2n4c
Хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку
бивалент
Метафаза I
Метафаза
Анафаза I
Гомологичные хромосомы расходятся к
полюсам
Телофаза I
Сестринские хроматиды расходятся к полюсам
Анафаза
II деление
Метафаза II
Хромосомы выстраиваются по экватору клетки
1 n 2с
1 n 2с
Анафаза II
Телофаза
Сестринские хроматиды расходятся в анафазу II
Телофаза II
1 n
1 n
1 n
1 n
2n 2 c
2n 2 c
20
Дочерние клетки после митоза
Дочерние клетки после II деления мейоза
Овогенез-
протекает в яичниках
Сперматогенез-
протекает в семенниках
2 n
2 n
Период размножения
незрелые половые клетки
делятся митозом
Образуются сперматогонии
Образуются овогонии
2 n
2 n
2 n
2 n
Период роста
короткий
длительный
Овоцит
I порядка
Сперматоциты
I порядка
2n4c
2 n4c
2 n
4c
2n4c
2n4c
Сперматоциты II порядка
Период созревания
половые клетки делятся
мейозом
1n2c
I деление
мейоза
полярное тельце
1 n 2 c
1 n 2 c
I деление
мейоза
Овоцит II
порядка
II деление
1 n 1 c
1 n 1 c
1 n 1 c
1 n 1 c
II деление
мейоза
Сперматиды
Период формирования
1n 1 c
1n 1 c
2n
Полярные (направительные)
тельца – погибают
Сперматозоиды
(1 n)
Яйцеклетка
(1n)
21
Зигота
Анеуплоидия характеризуется изменением числа хромосом в результате нарушений мейоза и митоза. У человека нарушение набора хромосом ведет к возникновению хромосомных болезней: синдромов Шерешевского-Тернера (2п-1), Клайнфельтера (2п+1), Дауна, Патау и т.д.
Мутация
Норма
-1 +1
2n
2n
1n +1 1n -1
1n 1n
1n 1n 1n 1n
2 n+1
2n
2n-1
22
Неравный кроссинговер между гомологичными хромосомами
A b c d E f g h L M N k
A b c d E f g h L M N k
M N k
g h L
A b c d E f g h L
дупликация
A b c d E f M N k
делеция
A b c d E f g h L M N k
A b c d E f g h L M N k
Кроссинговер между негомологичными хромосомами
14
14
20
Транслокация 14 t 20
хромосома
14
Транслокация
20 t 14
20
23
20
23
Причины изменения числа хромосом
Нерасхождение хромосом
Потеря хромосомы
(анафазное отставание)
Потеря хроматиды
2n - 1
2n
2n +1
2n - 1
2n - 1
2n - 1
- В результате образуются клетки с измененным количеством
отдельных хромосом.
- При утрате одной хромосомы из пары клетки характеризуются
моносомией.
- Добавление одной хромосомы к паре называется трисомией.
24
Нерасхождение бивалента
Утрата бивалента
Утрата хромосомы
2(n)
2 (n – 1)
2 (n + 1)
2 (n – 1)
2 (n – 1)
2 (n – 1)
- В результате образуются пары гамет с изменением количества
отдельных хромосом.
- При утрате двух хромосом одной пары гаметы характеризуются
нулисомией.
- Добавление в гамету еще одной хромосомы называется дисомией.
25
25
Нерасхождение
хроматид
Потеря хромосомы
Потеря хроматиды
n
n - 1
n + 1
n - 1
n - 1
n - 1
- В результате образуются гаметы с изменением количества отдельных
хромосом.
- При утрате двух хромосом одной пары гаметы характеризуются
нулисомией.
- Добавление в гамету еще одной хромосомы называется дисомией.
- При слиянии нулисомных или дисомных гамет с нормальными
гаметами, образуются зиготы с нечетным числом хромосом,
соответственно, с моносомией или трисомией.
26
45 ХХ
23 Х
Моносомия
23Y
22 Х
45 Х Y
46 ХХ
47 ХХ
23 Х
Трисомия
24 Х
23Y
47 Х Y
27
(((
27