Процессы гаметогенеза

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

ПРОЦЕССЫ ГАМЕТОГЕНЕЗА

Содержание

1. Строение клетки

2. Хромосомы, их строение и химический состав

3. Геном и кариотип

4. Амитоз, митоз, мейоз, гаметогенез, оплодотворение

5. Гаметопатии

1. Строение клетки

Клетки находятся в межклеточном веществе, обеспечивающем их механическую прочность, питание и дыхание. Основные части любой клетки - цитоплазма и ядро. Клетка покрыта мембраной, состоящей из нескольких слоёв молекул, обеспечивающей избирательную проницаемость веществ. В цитоплазме расположены мельчайшие структуры - органоиды. К органоидам клетки относятся: эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, лизосомы, комплекс Гольджи, клеточный центр.

Мембрана.

Если рассматривать в микроскоп клетку какого-нибудь растения, например, корешка лука, то видно, что она окружена сравнительно толстой оболочкой. Оболочка совсем другой природы хорошо видна у гигантского аксона кальмара. Но не оболочка выбирает, какие вещества пускать и какие не пускать в аксон. Оболочка клетки служит как бы дополнительным «земляным валом», который окружает и защищает главную крепостную стену - клеточную мембрану с её автоматическими воротами, насосами, специальными «наблюдателями», ловушками и другими удивительными приспособлениями. «Мембрана - крепостная стена клетки», но только в том смысле, что она ограждает и защищает внутреннее содержимое клетки. Растительную клетку можно отделить от наружной оболочки.

Можно разрушить оболочку у бактерий. Тогда может показаться, что они вообще ничем не отделены от окружающего раствора - это просто кусочки студня с внутренними включениями.

Итак, клеточная мембрана - очень мелкое молекулярное сито. Однако мембрана - весьма своеобразное сито. Её поры скорее напоминают длинные узкие проходы в крепостной стене средневекового города. Высота и ширина этих проходов в 10 раз меньше длины. Кроме того, в этом сите отверстия встречаются очень редко - поры занимают у некоторых клеток только одну миллионную часть площади мембраны. Это соответствует всего одному отверстию на площади обычного волосяного сита для просеивания муки, т. е., с обычной точки зрения мембрана вовсе не сито.

Ядро.

Ядро - самый заметный и самый большой органоид клетки, который первым привлёк внимание исследователей. Клеточное ядро открыто в 1831 году шотландским учёным Робертом Брауном.

Ядро играет главную роль в наследственности. Ядро выполняет также функцию восстановления целостности клеточного тела (регенерация), является регулятором всех жизненных отправлений клетки. Форма ядра чаще всего шарообразная или яйцевидная. Важнейшей составной частью ядра является хроматин (от греч. хрома - цвет, окраска) - вещество, хорошо окрашивающееся ядерными красками.

Ядро отделено от цитоплазмы двойной мембраной, которая непосредственно связана с эндоплазматической сетью и комплексом Гольджи. На ядерной мембране обнаружены поры, через которые (как и через наружную цитоплазматическую мембрану) одни вещества проходят легче, чем другие, т. е., поры, обеспечивают избирательную проницаемость мембраны. Внутреннее содержимое ядра составляет ядерный сок, заполняющий пространство между структурами ядра.

В ядре всегда присутствует одно или несколько ядрышек. В ядрышке образуются рибосомы. В ядре расположены нитевидные образования - хромосомы. В ядре клетки тела человека (кроме половых) содержится по 46 хромосом. Хромосомы являются носителями наследственных задатков организма, передающихся от родителей потомству.

Большинство клеток содержит одно ядро, но существуют и многоядерные клетки (в печени, в мышцах и др.). Удаление ядра делает клетку нежизнеспособной.

Цитоплазма.

Цитоплазма - полужидкая слизистая бесцветная масса, содержащая 75-85% воды, 10-12% белков и аминокислот, 4-6% углеводов, 2-3% жиров и липидов, 1% неорганических и других веществ. Цитоплазматическое содержимое клетки способно двигаться, что способствует оптимальному размещению органоидов, лучшему протеканию биохимических реакций, выделению продуктов обмена и т. д.

Слой цитоплазмы формирует разные образования: реснички, жгутики, поверхностные выросты.

Цитоплазма пронизана сложной сетчатой системой, связанной с наружной плазматической мембраной и состоящей из сообщающихся между собой канальцев, пузырьков, уплощённых мешочков. Такая сетчатая система названа вакуолярной системой.

Органоиды.

Цитоплазма содержит ряд мельчайших структур клетки - органоидов, которые выполняют различные функции. Органоиды обеспечивают жизнедеятельность клетки.

Эндоплазматическая сеть.

Название этого органоида отражает место расположения его в центральной части цитоплазмы (греч. «эндон» - внутри Эндоплазматическая сеть представляет собой очень разветвлённую систему канальцев, трубочек, пузырьков, цистерн разной величины и формы, отграниченных мембранами от цитоплазмы клетки.

Лизосомы.

Лизосомы (от греч. «лизео» - растворяю и «сома» - тело) - это органоиды клетки овальной формы, окружённые однослойной мембраной. В них находится набор ферментов, которые разрушают белки, углеводы, липиды. В случае повреждения мембраны ферменты начинают расщеплять и разрушать внутреннее содержимое клетки, и она погибает.

Митохондрии.

Митохондрии (греч. «митос» - нить, «хондрион» - гранула) называют энергетическими станциями клетки. Такое название обуславливается тем, что именно в митохондриях происходит извлечение энергии, заключённой в питательных веществах. Форма митохондрий изменчива, но чаще всего они имеют вид нитей или гранул. Размеры и число их также непостоянны и зависят от функциональной активности клетки.

2. Хромосомы, их строение и химический состав

Хромосомы - наиболее важные компоненты ядра. Они играют ведущую роль в явлениях наследственности. Хромосомы хорошо видны под микроскопом в момент деления клетки.

Хромосомы ядра неделящейся клетки не видны, поскольку они деконденсации хромосом, тем активнее протекают метаболические процессы в самом ядре. Морфологические хромосомы растений чаще всего имеют нитевидную или палочкообразную форму. Большинство хромосом разделено первичной перетяжкой на два плеча.

Под микроскопом первичная перетяжка представлена светлой (неокрашенной) зоной, получившее название центромеры, которые играют основную роль в перемещении хромосом строго определении ядра. Центромера занимает на каждой из хромосом строго определенного места.

По положению центромеры хромосомы делят на метацентрические (приблизительно равноплечие), неравноплечие и головчатые, у которых мера сдвинута к одному из концов.

У некоторых хромосом имеется и вторичная перетяжка. Она, как правило, располагается у дистального конца хромосомы и отделяет небольшой ее участок, носящий название спутника. Вторичная перетяжка не участвует в движении хромосом при делении ядра.

Она получила название ядрышкового организатора, поскольку в месте ее локализация происходит образование ядрышка.

Концевые участки хромосомы называют теломерными. Они препятствуют ее соединению с другими хромосомами:

Каждому из населяющих нашу планету видов растений и животных свойственно строгое число хромосом, обозначаемое 2n (диплоидный набор). В половых клетках число хромосом в два раза меньше и равно n (гаплоидный набор). В соматических клетках организма каждая хромосома имеет пара, идентичную как морфологически, так и генетически (гомологичные хромосомы). Исключение из этого правила составляют половые хромосомы у гетерогаметных особей. Специфический для определенного вида по числу и структуре набор хромосом получил название кариотипа.

Графическое изображение кариотипа, показывающие его структурные особенности, называется идиограммой. В последние годы получил распространение метод дифференциального окрашивание хромосом. При этом на каждого из хромосом прокрашиваются специфические, характерные для нее полосы (бэнды), что значительно облегчает идентификацию отдельных хромосом кариотипа. Хромосомы, определяющие пол особи, называют половыми хромосомами, а все остальные - аутосомами.

Внутренне строение хромосом чрезвычайно сложно. По химическому составу они на 40% состоят из ДНК и на 60% из белков, в среднем около 60% из которых приходится гистоны. Строение метафазной хромосомы при исследовании с помощью светового микроскопа представляет следующим образом. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, спирально закрученными и располагающихся параллельно оси хромосомы. Для прокрашивающихся в интерфазном яде участков хромосом используют термин "хромонема" - красящая нить. Утолщения на хромонемах получили название хромомер. Особенность вышеописанного строения хромосом зависит от уровня меняется при переходе от интерфазного состояния хромосом к метафазному.

Первый, получивший название нуклеосомного, определяет скручивание ДНК по поверхности сердцевины. Второй - объединение нескольких нуклеосом (до 10) в бусину - называется нуклеомерный. Третий уровень - объединение скрепками из белков фибрилл в петлевой домен, называемый хромомером. Четвертый - образование хромонем. Далее, по-видимому, хромонема укладывается в виде спирали в хроматиде, хотя весьма вероятно, что это еще один уровень - "петлистых структур".

3. Геном и кариотип

Геном - это полная генетическая система, ответственная за происхождение, развитие, воспроизводство и наследование всех структурных и функциональных особенностей организма, его хромосомный набор.

Структурной и функциональной единицей генома является ген.

Термин «геном» был предложен Гансом Винклером в 1920 г. для описания совокупности генов, заключённых в гаплоидном наборе хромосом организмов одного биологического вида. Первоначальный смысл этого термина указывал на то, что понятие генома в отличие от генотипа является генетической характеристикой вида в целом, а не отдельной особи.

С развитием молекулярной генетики значение данного термина изменилось. Известно, что ДНК, которая является носителем генетической информации у большинства организмов и, следовательно, составляет основу генома, включает в себя не только гены в современном смысле этого слова. Большая часть ДНК клеток представлена не кодирующими («избыточными») последовательностями нуклеотидов, которые не заключают в себе информации о белках и РНК.

Генетическая информация в клетках содержится не только в хромосомах ядра, но и во не хромосомных молекулах ДНК. У бактерий к таким ДНК относятся плазмины и некоторые умеренные вирусы, в клетках эукариот - это ДНК митохондрий, хлоропластов и других органоидов клеток. Объёмы генетической информации, заключённой в клетках зародышевой линии (предшественники половых клеток и сами гаметы) и соматических клетках, в ряде случаев существенно различаются.

В онтогенезе соматические клетки могут утрачивать часть генетической информации клеток зародышевой линии, амплифицировать группы последовательностей и (или) значительно перестраивать исходные гены. Следовательно, под геномом организма понимают суммарную ДНК гаплоидного набора хромосом и каждого из не хромосомных генетических элементов, содержащуюся в отдельной клетке зародышевой линии многоклеточного организма. В определении генома отдельного биологического вида необходимо учитывать, во-первых, генетические различия, связанные с полом организма, поскольку мужские и женские половые хромосомы различаются. Во-вторых, из-за громадного числа аллельных вариантов генов и сопутствующих последовательностей, которые присутствуют в генофонде больших популяций, можно говорить лишь о некоем усреднённом геноме, который сам по себе может обладать существенными отличиями от геномов отдельных особей. Размеры геномов организмов разных видов значительно отличаются друг от друга, и при этом часто не наблюдается корреляции между уровнем эволюционной сложности биологического вида и размером его генома.

Генотип - совокупность генов данного организма, которая, в отличие от понятий генома и генофонда, характеризует особь, а не вид (ещё отличием генотипа от генома является включение в понятие "геном" некодирующих последовательностей, не входящих в понятие "генотип"). Вместе с факторами внешней среды определяет фенотип организма. Обычно о генотипе говорят в контексте определенного гена, у полиплоидных особей он обозначает комбинацию аллелей данного гена.

Большинство генов проявляются в фенотипе организма, но фенотип и генотип различны по следующим показателям:

1. По источнику информации (генотип определяется при изучении ДНК особи, фенотип регистрируется при наблюдении внешнего вида организма);

2. Генотип не всегда соответствует одному и тому же фенотипу. Некоторые гены проявляются в фенотипе только в определённых условиях. С другой стороны, некоторые фенотипы, например, окраска шерсти животных, являются результатом взаимодействия нескольких генов.

Примером различия генотипа и фенотипа служит наследование гемофилии. Иногда в семье, в которой оба родителя здоровы, рождается больной ребёнок. То есть хотя болезнь не проявилась в фенотипе родителей, в их генотипе присутствовал один нормальный аллель и один мутированный аллель гена, то есть они являлись носителями заболевания. В данном случае фенотип здоровых людей и носителей заболевания одинаков.

Кариотип - совокупность признаков (число, размеры, форма и т. д.) полного набора хромосом, присущая клеткам данного биологического вида (видовой кариотип), данного организма (индивидуальный кариотип) или линии (клона) клеток. Кариотипом иногда также называют и визуальное представление полного хромосомного набора (кариограммы).

4. Амитоз, митоз, мейоз, гаметогенез, оплодотворение

Амитоз (или прямое деление клетки), происходит в соматических клетках эукариот реже, чем митоз. Впервые он описан немецким биологом Р. Ремаком в 1841 г., термин предложен гистологом. В. Флеммингом позднее - в 1882 г. В большинстве случаев амитоз наблюдается в клетках со сниженной митотической активностью: это стареющие или патологически измененные клетки, часто обреченные на гибель (клетки зародышевых оболочек млекопитающих, опухолевые клетки и др.). Морфологически сохраняется интерфазное состояние ядра.

Митоз (реже: кариокинез или непрямое деление) - деление ядра эукариотической клетки с сохранением числа хромосом. В отличие от мейоза, митотическое деление протекает без осложнений в клетках любой плоидности, поскольку не включает как необходимый этап конъюгацию гомологичных хромосом в профазе.

Митоз - лишь одна из частей клеточного цикла, но он достаточно сложен, и в его составе, в свою очередь, были выделены пять фаз: профаза, фаза, метафаза, анафаза и телофаза. Удвоение хромосом и центриолей (в клетках животных) происходит еще в ходе интерфазы. В результате этого в митоз хромосомы вступают уже удвоенными, напоминающими букву X (идентичные копии материнской хромосомы соединены друг с другом в области центромеры).

В профазе происходит конденсация гомологичных (парных) хромосом и начинается формирование веретена деления. В клетках животных начинается расхождение пары центриолей (полюсов веретена).

Фаза начинается с разрушения ядерной оболочки. Хромосомы начинают двигаться и их центромеры вступают в контакт с микротрубочками веретена деления, а полюса продолжают расхождение друг от друга.

К концу фазы формируется веретено деления. В метафазе движения хромосом почти полностью замирают, и кинетохоры хромосом располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.

Важно отметить, что они остаются в таком положении в течение довольно длительного времени. В это время в клетке происходят существенные перестройки, которые «разрешают» последующее расхождение хромосом. Обычно в связи с этим метафаза - наиболее удобное время для подсчёта хромосомных чисел. В анафазе хромосомы делятся (соединение в районе центромеры разрушается) и расходятся к полюсам деления. Параллельно полюса веретена также расходятся друг от друга.

В телофазе происходит разрушение веретена деления и образование ядерных оболочек вокруг двух групп хромосом, которые деконденсируются и образуют дочерние ядра.

Митоз лежит в основе роста и вегетативного размножения всех организмов, имеющих ядро - эукариот. Благодаря митозу поддерживается постоянство числа хромосом в клеточных поколениях, т. е., дочерние клетки получают такую же генетическую информацию, которая содержалась в ядре материнской клетки.

Мейоз (или редукционное деление клетки) - деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза). Мейоз не следует смешивать с гаметогенезом - образованием специализированных половых клеток, или гамет, из недифференцированных стволовых.

С уменьшением числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле происходит переход от диплоидной фазы к гаплоидной. Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в результате полового процесса.

В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа происходит попарно слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полипоидах (тетра клетках).

Мейоз может происходить и в нечётных полипоидах, но в них, из-за невозможности обеспечить попарно слияние хромосом в профазе I, расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма.

Процесс образования половых клеток (гамет) называется гаметогенез. Т. к., у большинства живых организмов половые клетки дифференцированы на женские (яйцеклетки) и мужские (сперматозоиды), то и гаметогенез может происходить по мужскому (сперматогенез) и по женскому (овогенез - оогенез) типу. биологический гаметогенез оплодотворение

Сходства: При гаметогенезе обязательно присутствует фаза размножения, когда диплоидные предшественники половых клеток делятся митотические, увеличивая количество себе подобных диплоидных клеток и фаза созревания, во время которой происходит мейоз (и все сопутствующие процессы - кроссинговер, независимое расхождение гомологов и т. д.), приводящий к образованию гаплоидных клеток.

Различия: при сперматогенезе образуется 4 полноценных гаплоидных клетки (сперматозоида) из 1 сперматоцита первого порядка, слабо выражена фаза роста и присутствует фаза формирования. При оогенезе образуется одна полноценная половая клетка (яйцеклетка с запасом питательных веществ) и неполноценные гаплоидные полярные тельца, хорошо выражена фаза роста.

Оплодотворение - это процесс слияния сперматозоида с яйцеклеткой с последующим слиянием их ядер и образованием диплоидной зиготы. Биологическое значение этого процесса состоит в том, что при слиянии мужских и женских гамет образуется новый организм, несущий признаки обоих родительских организмов. При образовании гамет в мейозе возникают клетки с разным сочетанием хромосом, поэтому после оплодотворения новые организмы сочетают в себе признаки отца и матери в различных комбинациях. В результате этого значительно увеличивается наследственное разнообразие организмов.

Оплодотворение происходит в три этапа:

1) проникновения спермия в яйцеклетку;

2) слияние гаплоидных ядер;

3) активация зиготы к дроблению и дальнейшему развитию.

5. Гаметопатии

Гаметопатии (гаметы + греческий pathos страдание, болезнь) - группа врождённых заболеваний, возникновение которых обусловлено изменениями генетического материала в процессе созревания половых клеток (патология гаметогенеза) или во время оплодотворения и на первых стадиях дробления оплодотворённой яйцеклетки (зиготы).

Такими изменениями могут быть или нарушения количества хромосом (полиплоидия или анеуплоидия) или строения хромосом (структурные хромосомные аберрации).

Размещено на Allbest.ru