Кувичинська С.П. Предмет Медична біологія Лекція № 2. 2Ал Тема Організація клітин у часі. Дата 04.02.1пара 8.00 -9.35. У Вайбері зареєструватись о 8.00

 

Викладач	Кувичинська С.П.
Предмет	Медична біологія Лекція № 2. 2Ал
Тема	Організація клітин у часі.
Дата	04.02.1пара 8.00 -9.35. У Вайбері зареєструватись о 8.00

 

Завдання: Опрацювати матеріал лекції, підготуватись до практичного заняття. Переглянути додатково відеоуроки в Ютубі за темами: «Митоз, мейоз»

План лекції.

1.Процеси, які відбуваються  в інтерфазі.

2.Зміни хромосом в кожній фазі мітозу.

3.Амітоз, його відмінність від мітозу.

4.Періоди мейозу.

5.Вплив факторів на мітоз та мейоз.

 

 

 

Мітоз (від грецьк. mitos - нитка) - непрямий або мітотичний поділ є переважаючим типом поділу еукаріотичних соматичних клітин і притаманний всім багатоклітинним організмам. При цьому відбувається спіралізація хромосом, точний рівномірний розподіл спадкового матеріалу, який міститься в хромосомах, між двома виникаючими клітинами. Внаслідок мітозу кожна дочірня клітина отримує повний набір хромосом із строгою кількістю ДНК і за їх складом ідентична материнській клітині.

Амітоз (від грецьк. а-заперечення і mitos - нитка) переважає у одноклітинних організмів. Це поділ соматичних клітин, але на відміну від мітозу, прямий поділ інтерфазного ядра клітини відбувається шляхом перетяжки простою перетинкою. При цьому зберігаються ядерна оболонка і ядерця, не утворюється мітотичний апарат, немає спіралізації хромосом, і тому вони не виявляються. Так виникають двоядерні клітини, іноді перешнуровується і цитоплазма. Шляхом амітозу, крім найпростіших організмів, діляться спеціалізовані клітини, наприклад: печінки, епітелію шкіри, скелетних м'язів у тварин і людини, клітини стінок зав'язі, паренхіми бульб у рослин. Амітоз спостерігається при поділі старіючих і патологічно змінених клітин, зокрема ракових, після опромінення та інших несприятливих впливах. При амітозі між дочірніми клітинами може бути однаковим або неоднаковим розподіл ядерної речовини, а відповідно і генетичного матеріалу, як кількісно, так і якісно. У результаті утворюються або рівні, або нерівні за розміром клітини. Тому такі клітини спадково не повноцінні.

Мейоз (від грецьк. meiosis - зменшення, редукція). Характеризуєшся зменшенням вдвоє кількості хромосом у дочірніх клітинах. У тварин і людини цей процес відбувається при утворенні гамет, а в квіткових рослин - раніше: при утворенні пилкових зерен і зародкових мішків.

            У результаті мейозу гамети набувають гаплоїдного набору хромосом. Мейоз складається з двох поділів, що швидко відбуваються один за одним.

Клітинний цикл та його періоди - інтерфаза, мітоз

У житті клітини розрізняють життєвий цикл і клітинний цикл.

Життєвий цикл. Він значно довший. Це тривалість від утворення клітини внаслідок поділу материнської клітини і до наступного поділу або до смерті клітини. Впродовж життя клітини ростуть, диференціюються, виконують специфічні функції.

Клітинний цикл. Він значно коротший. Це власне процес підготовки до поділу (інтерфази) і сам поділ (мітоз). Тому цей цикл називають ще мітотичним. Така періодизація (на життєвий і мітотичний цикл) досить умовна, бо життя клітини безперервний, неподільний процес. Так, в ембріональний період, коли клітини швидко діляться, життєвий цикл співпадає з клітинним (мітотичним). Після диференціювання клітин, коли кожна з них виконує специфічну функцію, життєвий цикл триваліший за мітотичний цикл.

Клітинний цикл складається з чотирьох періодів: пресинтетичного (G₁), періоду синтези ДНК (S), післясинтетичного (G₂) і мітозу. Тривалість клітинного циклу у різних організмів різна.

Три перших періоди відносяться до так званої інтерфази (підготовка клітини до поділу) або періоду відносного спокою. Інтерфаза - проміжок між двома поділами. Це період найбільш активних метаболічних (обмінних) процесів. Ядро має гомогенний вигляд, вся його порожнина заповнена тонкою сіткою, яка складається із переплетених між собою досить довгих і тонких ниток -хромонем. Ядро специфічної форми, оточене двошаровою ядерною мембраною з порами діаметром близько 40 мкм. В інтерфазному ядрі проходить підготовка до поділу.

Пресинтетичиий період (G₁ - від англ. gар - інтервал) настає зразу за поділом. Тут відбуваються такі біохімічні процеси: синтез макромолекулярних сполук, необхідних для побудови хромосом і ахроматинового апарату (ДНК, РНК, гісгонів та інших білків), зростає кількість рибосом і мітохондрій, 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 2п2с.

У синтетичному періоді (S) подвоюється ДНК, кожна хромосома внаслідок реплікації утворює собі подібну структуру. Проходить синтез РНК і білків, мітотичного апарату і точне подвоєння центріолей. Вони розходяться в різні боки, утворюючи два полюси. Набір генетичного матеріалу складає 2п4с.

Далі настає післясинтетичний період (G₂) - клітина запасається енергією. Синтезуються білки ахроматинового веретена, іде підготовка до мітозу. Генетичний матеріал становить 2п4с.

Після досягнення клітиною певного стану; накопичення білків, подвоєння кількості ДНК та ін. вона готова до поділу - мітозу.

Мітоз, біологічна роль

Мітоз (від грецьк. mitos - нитка) - непрямий, основний тип поділу клітин. Мітотичний поділ клітин завжди відбувається при рості організмів і безстатевому розмноженні.

Мітозом діляться соматичні клітини, в результаті чого дочірні клітини отримують точно такий набір хромосом, який мала материнська клітина.

Мітоз настає після інтерфази і умовно поділяється на такі фази: 1) профаза, 2) метафаза, 3) анафаза, 4) телофаза.

Профаза (від. грецьк. рго - до, і грецьк. phasis - поява) - початковафаза мітозу.
Характеризується тим, що ядро зростає в розмірах, і з хроматинової сітки в результаті спіралізації вкорочення хромосом, які з довгих тонких невидимих ниток наприкінці профази стають короткими, товстими й розміщеними у вигляді клубка видимих хромосом. Вони скорочуються, стовщуються і складаються із двох половинок - хроматид. Хроматиди обвиваються одна навколо одної, 1 утримуючись попарно з допомогою центромери. Профаза завершується зникненням
ядерця, центріолі розходяться до полюсів з утворенням фігури веретена. З білка тубуліну формуються мікротрубочки - нитки веретена. Внаслідок розчинення ядерної мембрани, хромосоми розміщаються в цитоплазмі. До центромерів прикріплюються нитки веретена з обох полюсів.

Метафаза (від грецьк. metа - між, після) розпочинається рухом хромосом в напрямку до екватора. Поступово хромосоми (кожна складається з двох хроматид) розміщаються в площині екватора, утворюючи так звану метафазну пластинку. У тваринних клітинах на полюсах навколо центріолей помітні зірчастоподібні фігури. У цій фазі можна підрахувати число хромосом у клітині. Набір генетичного матеріалу становить 2п4с.

Мегафазну пластинку використовують в цитогенетичних дослідженнях для визначення числа і форми хромосом.

Анафаза (від грецьк. аnа - вверх). В анафазі сестринські хроматидк відходять одна від одної, розділяється і з'єднуюча їх центромерна ділянка. Всі центромери діляться одночасно. Кожна хроматида з окремою центромерою стає дочірною хромосомою і по нитках веретена починає рухатися до одного з полюсів. Набір генетичного матеріалу складає 2п2с.

Телофаза (від. грецьк. telos - кінець) - заключна стадія мітозу. Зворотна стосовно профази. Хромосоми, які досягли полюсів, складаються із 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 2п2с.

Біологічне значення мітозу

Мітоз - найбільш поширений спосіб репродукції клітин тварин, рослин, найпростіших. Це основа росту і вегетативного розмноження всіх еукаріот - 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;

-          підтриманні сталості числа і форми хромосом у всіх клітинах рослин і тварин;

-          сприянні росту організму в ембріональному і постембріональному періодах;

-          копіюванні генетичної інформації;

-          утворенні генетично рівноцінних клітин.

Тому організми, які розмножуються вегетативне (гриби, водорості, найпростіші, багато рослин) утворюють велику кількість ідентичних особин, або клонів. Клонування можливе у деяких багатоклітинних, здатних відновлювати цілий організм із частини тіла: кишковопорожнинні, черви. Клонування хребетних відбувається тільки на ранніх стадіях ембріогенезу. Так, у тварин і людини утворюються монозиготні близнюки з однієї заплідненої яйцеклітини внаслідок її мітотичного розділення. За рахунок мітозу всі функціонально застарілі клітини організму замінюються новими. Цей поділ лежить в основі процесу регенерації - відновлення втрачених тканин.

Порушення, які виникають у мітозі, їх наслідки

Порушення, які виникають у мітозі, призводять до виникнення клітин з різними каріотипами. Такий мітоз отримав назву патологічний мітоз. Він є одним із механізмів виникнення соматичної анеуплоїдії.

З патологічними мітозами пов'язано виникнення захворювань. Порушення мітозу спостерігаєшся при раку, променевій хворобі, вірусних інфекціях. Хромосомні захворювання в результаті втрати або появи лишніх хромосом теж у своєму розвитку мають неправильний розподіл хромосом.

Внаслідок порушення процесу мітозу можуть виникати хромосомні мости, пошкодження центромери, порушення руху хромосом, утворення мікроядер, склеювання хромосом або їх розриви та ін. (рис. 14). Значні зміни процесу мітозу спостерігаються у клітинах пухлин. Вважають, що виникнення патологічних мітозів, - одна з причин злоякісного переродження клітин.

Клітини з аномальним числом хромосом переважають у людей похилого і старечого віку. Так, у клітинах кісткового мозку в людей старшого віку частіше втрачається У-хромосома.

Мейоз, біологічна роль

Організми, які розмножуються статевим шляхом, утворюють статеві клітини, або гамети.

Цьому передує особливий спосіб поділу клітинного ядра їх попередників – мейоз (від грецьк. meiosis- зменшення). З допомогою мейозу утворюються і дозрівають статеві клітини (сперматозоїди яйцеклітини). Мейотичний поділ вперше описано в 1888р. Він лежить в основі редукції числа хромосом (зменшення вдвоє): 2п-п. Із диллоідних клітин утворюються гаплоїдні.

Якби кожна статева клітина містила всі хромосоми, тобто повний диплоїдний набір, то число хромосом подвоювалося би в кожному поколінні. Поскільки кожен вид від покоління до покоління зберігає сталу кількість хромосом, то очевидна необхідність існування певних механізмів у результаті яких число хромосом зменшувалося б вдвічі перед тим, як утвориться клітина нового покоління. Це і забезпечується редукційним поділом, або мейозом. При заплідненні об'єднуються материнський і батьківський набори хромосом, тому зменшення їх числа вдвічі при утворенні гамет - біологічно необхідний процес. У тварин мейоз проходить при утворенні гамет, а у квіткових рослин - раніше: при утворенні пилкових зерен і зародкових мішків. У мейоз вступають незрічі статеві клітини, які досягли певного диференціювання.

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 в два рази; інший - екваційний (рівний) або другий екваційний поділ, який нагадує мітотичний поділ.

У мейоз, як і в мітоз, вступають клітини з хромосомами, які складаються з двох сестринських хроматид. Після першого поділу швидко настає другий поділ, без підготовки і без синтезу ДНК. Другий мейотичний поділ відбувається за типом мітозу, тільки з тією відмінністю, що на всіх фазах буде вдвоє менше число хромосом.

На біологічне значення мейозу вперше вказав А.Вейсман, зазначивши, що редукція числа хромосом в мейозі й наступне запліднення лежить в основі підтримання сталості числа хромосом виду із покоління в покоління.

Генетичне значення мейотичного поділу полягає в наступному:

1.  У результаті мейозу кожна материнська клітина дає початок чотирьом клітинам з «редукційним», тобто зменшеним вдвоє, числом хромосом.

2.              Мейоз є механізмом, який підтримує видову сталість кількості хромосом і обумовлює постійність видів на Землі. Якби число хромосом не зменшувалося, то в кожному наступному поколінні відбувалося би зростання їх вдвоє (у батьків - 46, у дітей - 92, у онуків -184, у правнуків - 368 і т.д.).

3.              Мейоз забезпечує завдяки випадковій перекомбінації материнських і батьківських хромосом генетичну' різнорідність гамет. Тобто мейоз сприяє комбінативній     мінливості (гени батьків комбінуються, внаслідок чого у дітей можуть з'являтися   ознаки, яких не було у батьків). Комбінативна мінливість забезпечує велику різномаштаість людства і дає можливість пристссуватися до зміни умов середовища, сприяючи виживанню виду.

4.              Мейоз забезпечує різнорідність гамет за генетичним складом, сприяє внаслідок рекомбінації ділянками гомологічних (парних) батьківських хромосом утворенню хромосом нового генетичного складу. У профазі цьому сприяв кросинговер, в метафазі - вільне пере-комбінуватшя хромосом. Тобто виникає рекомбінація батьківських наборів хромосом.

У кожному поділі мейозу розрізняють профазу, метафазу, анафазу і телофазу. Фази першого поділу позначають римською цифрою І (профаза І, метафаза І і т.д.), а фази другого поділу цифрою II (профаза П, метафаза В та ін.).

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, формуючи парні утворення. Це тривала і складна фаза, вона характеризується певними послідовними стадіями в залежності від стану хромосом.

Лептопема, або стадія тонких ниток. З'являються помітні тонкі нитки. Це хромосоми, кількість їх диплоідна.

Зигонема, або стадія з'єднаних ниток. Гомологічні (однакові за будовою) хромосоми зближуються, попарно утворюючи біваленти. Число їх вдвоє менше, ніж висхідна кількість хромосом. Взаємне притягування хромосом отримало назву кон'югація або синапсис. Кон'югація відбувається дуже точно; з'єднуються кінці хромосом або з'єднання проходить по всій довжині хромосом. Причому зближаються кожен хромомер і кожна ділянка однієї нитки з відповідним хромомером і ділянкою іншої гомологічної нитки.

Пахінема, або стадія товстих ниток. Процес об'єднання гомологічних хромосом повністю   завершується.   Вони   настільки  зближені,  що  їх  легко  прийняти  за  одну.   Кожна хромосома в складі біваленту подвоєна і складається з двох сестринських хроматид. Біваленти іноді називають тетрадами.

Диплонема, або стадія подвійних ниток. Хромосоми, які були об'єднані в біваленти, розпочинають поступово відштовхуватися одна від одної, залишаючись з'єднаними між собою в окремих ділянках (хіазмах). Кожна хромосома складається із двох хроматид, а кожний бівалент утворює тетраду Переплетена одна навколо одної хромосома (біваленти) поступово розкручуються і зменшуєгься число хіазм.

Діакінез - заключна стадія профази І. У діакінезі біваленти вкорочені, потовщені дочірні хроматиди кожної хромосоми мало помітні. Хіазми поступово зміщаються на кінці хромосом. Завершуєгься профаза І зруйнуванням ядерної оболонки, формуванням ахроматинового веретена.

Метафаза І. Число біваленгів вдвічі менше диплбїдного набору хромосом. Вони (біваленти) значно коротші, ніж хромосоми в метафазі соматичного мітозу і розміщаються в екваторіальній площині. Центромери хромосом з'єднуються з нитками фігури веретена. В 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. В цьому полягає істотна відмінність від анафази мітозу. Відбувається редукція центромер.

Телофаза І. Розпочинається, коли анафазні хромосоми досягай полюсів клітини, на кожному полюсі знаходиться гаплоїдне число хромосом. Телофаза І характеризується формуванням ядерної мембрани і відновленням структур ядра Утворюються дві дочірні клітини.

Інпгерфаза між І і ІІ поділом мейозу буває дуже короткою. На відміну від звичайної інтерфази, тут відсутня репродукція хромосом. Мейоз П відбувається за типом звичайного мітозу.

Профаза IL Нетривала, хромосоми чітко розрізняються.

Метафаза ІІ. Добре помітна подвійна структура хромосом, настає значна їх спіралізація.

В анафазі II відбувається розходження подвоєних центромер, внаслідок чого дочірні хроматиди рухаються до різних полюсів.

У телофазі II утворюються чотири клітини з гаплоїдним набором хромосом.

Для мейозу на відміну від мітозу, характерні три основних явища: 1) кон'югація гомологічних хромосом; 2) утворення хіазм; 3) редукція числа хромосом.

Суть мейозу полягає в утворенні чотирьох різних ядер, а потім і клітин, які містять по одній гомологічній хромосомі від кожного з батьків. Внаслідок кросинговеру відбувається поєднання генетичного матеріалу батьків у межах окремих хромосом.

Мейоз забезпечує і новий розподіл цілих хромосом мш дочірніми клітинами, стає можливим перегрупування хромосом, тобто різне поєднання материнських і батьківських хромосом в гаплоїдних ядрах статевих хромосом.

Таким   чином,  забезпечується  утворення  різних  гамет  у  одного  організму  і  виникнення різноманітного потомства.

 

 

Домашне завдання: опрацювати підручник Медична біологія В.В. Барціховський с.19-30.