Классификация процессов деления клеток. Размножение

 

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Введение.

2. Классификация процессов деления клеток. Размножение.

2.1. Амитотическое деление. Митоз и его биологическая роль.

2.2. Мейоз и его биологическая роль.

2.3. Гаметогенез и спорогенез.

2.4. Размножение организмов, его биологическая роль.

2.5. Развитие организмов.

3. Заключение.

4. Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Способность размножаться, т.е. производить новое поколение  особей того же вида, - одна из основных особенностей живых организмов. В  процессе размножения происходит передача генетического материала от родительского  поколения следующему поколению, что  обеспечивает воспроизведение признаков  не только данного вида, но конкретных родительских особей. Для вида смысл  размножения состоит в замещении  тех его представителей, которые  гибнут, что обеспечивает непрерывность  существования вида; кроме того, при подходящих условиях размножение  позволяет увеличить общую численность  вида.

Каждая новая особь, прежде чем достигнуть стадии, на которой  она будет способна к размножению, должна пройти ряд стадий роста и  развития. Некоторые особи погибают, не достигнув репродуктивной стадии (или половозрелости) в результате уничтожения хищниками, болезней и разного рода случайных событий; поэтому вид может сохраниться лишь при условии, что каждое поколение будет производить больше потомков, чем было родительских особей, принимавших участие в размножении. Численность популяций колеблется в зависимости от баланса между размножением и вымиранием особей. Существует ряд различных стратегий размножения, каждая из которых имеет определенные преимущества и недостатки; все они будут описаны в этой работе.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1. Амитотическое деление. Митоз и его биологическая роль.

Деление, при котором строение делящейся клетки практически не претерпевает существенных изменений, называется амитозом или прямым делением.

В процессе амитоза клетка и ядро удлиняются, образуется перевязка и в конечном результате из одной родительской клетки возникают две дочерние. Амитотически делятся клетки амебы и других простейших одноклеточных организмов.

Недостатком амитоза является то, что возможно неравномерное распределение  ядерного вещества между дочерними  клетками, что может способствовать вырождению данного вида. Этот тип  деления встречается довольно редко, а у высокоорганизованных организмов не встречается совсем.

Митоз или непрямое деление – деление клеток, при котором их строение подвергается существенным изменениям, возникновением новых структур и реализацией строго определенных стадий.

При митозе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом и такое же количество ядерного вещества, которое характерно для нормально  функционирующей соматической родительской клетки.

 

Фазы митоза:

Профаза. Важнейшие признаки профазы — конденсация хромосом, распад ядрышек и начало формирования веретена деления, снижение активности транскрипции (к концу профазы синтез РНК прекращается). Веретено деления образуется либо с участием пентриолей, образуя митотический аппарат (в клетках животных и некоторых низших растений), либо без них (в клетках высших растений и некоторых простейших). У водорослей, низших грибов и ряда простейших веретено может формироваться внутри ядра.

Метафаза. В метафазе завершается формирование веретена деления. Хромосомы перестают двигаться и выстраиваются по экватору веретена, образуя экваториальную пластинку. На этой стадии митоза клетки наиболее чувствительны к холоду, колхицину, его производным и другим агентам, воздействие которых разрушает веретено деления и приводит к прекращению деления клеток. При низких дозах повреждающих агентов нормальное течение митоза восстанавливается через несколько часов после их воздействия; более высокие дозы приводят либо к гибели клетки, либо к её полиплоидизации.

Анафаза. Самая короткая стадия митоза. Характеризуется разделением сестринских хроматид и расхождением хромосом к противоположным полюсам клетки. Скорость их движения в среднем 0,2—5 мкм/мин. В ряде случаев движение хромосом к полюсам клетки сопровождается дополнительным расхождением полюсов друг от друга.

Телофаза. Длится с момента прекращения движения хромосом до окончания процессов, связанных с реконструкцией дочерних ядер (деспирализация и активизация хромосом, образование ядерной оболочки, формирование ядрышек), с разрушением веретена деления, разделением тела материнской клетки на 2 дочерние и образованием (в клетках животных) остаточного тельца флемминга. По завершении цитотомии клетки вступают в интерфазу, которая начинается G1-периодом следующего клеточного цикла. В опытах с температурно-зависимыми мутантами дрожжей и клеточных линий млекопитающих показано, что протекание митоза обусловливается активацией определённых генов и синтезом специфических РНК и белка. Иногда митозом считают только деление ядра (кариокинез), которое не всегда сопровождается цитотомией — образованием двух отдельных клеток.

Биологическая роль митоза состоит в том, что он обеспечивает наследственную передачу признаков и свойств в ряду поколений клеток при развитии многоклеточного организма. Благодаря точному и равномерному распределению хромосом при митозе все клетки единого организма генетически одинаковы.

Митотическое деление клеток лежит  в основе всех форм бесполого размножения, как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов. Митоз обусловливает важнейшие явления жизнедеятельности: рост, развитие и восстановление тканей и органов и бесполое размножение организмов.

 

 

2.2. Мейоз и его  биологическая роль. Гаметогенез  и спорогенез.

Мейоз состоит из двух быстро следующих  одно за другим делений, происходящих в периоде созревания. Удвоение ДНК  для этих делений осуществляется однократно в периоде роста. Второе деление мейоза следует за первым практически сразу так, что наследственный материал не синтезируется в промежутке между ними.

Первое мейотическое деление называют редукционным, так как оно приводит к образованию из диплоидных клеток (2п2с) гаплоидных клеток п2с. Такой результат обеспечивается благодаря особенностям профазы первого деления мейоза. В профазе I мейоза, так же как в обычном митозе, наблюдается компактная упаковка генетического материала (спирализация хромосом). Одновременно происходит событие, отсутствующее в митозе: гомологичные хромосомы конъюгируют друг с другом, т.е. тесно сближаются соответствующими участками.

В результате конъюгации образуются хромосомные пары, или биваленты, числом п. Так как каждая хромосома, вступающая в мейоз, состоит из двух хроматид, то бивалент содержит четыре хроматиды. Формула генетического материала в профазе I остается 2n4c. К концу профазы хромосомы в бивалентах, сильно спирализуясь, укорачиваются. Так же как в митозе, в профазе I мейоза начинается формирование веретена деления, с помощью которого хромосомный материал будет распределяться между дочерними клетками.

В метафазе I мейоза завершается формирование веретена деления. Его нити прикрепляются к центромерам хромосом, объединенных в биваленты, таким образом, что от каждой центромеры идет лишь одна нить к одному из полюсов веретена. В результате нити, связанные с центромерами гомологичных хромосом, направляясь к разным полюсам, устанавливают бивалентны в плоскости экватора веретена деления.

В анафазе I мейоза ослабляются связи между гомологичными хромосомами в бивалентах и они отходят друг от друга, направляясь к разным полюсам веретена деления. При этом к каждому полюсу отходит гаплоидный набор хромосом, состоящих из двух хроматид.

В телофазе I мейоза у полюсов веретена собирается одинарный, гаплоидный набор хромосом, каждая из них содержит удвоенное количество ДНК.

Формула генетического материала  образующихся дочерних клеток соответствует п2с.

Второе мейотическое деление - эквационное.

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 не отличается существенно от профазы митоза. Хромосомы видны в световой микроскоп в виде тонких нитей. В каждой из дочерних клеток формируется веретено деления.

Метафаза II: хромосомы располагаются в экваториальных плоскостях  гаплоидных клеток независимо друг от друга. Эти экваториальные плоскости могут лежать в одной плоскости, могут быть параллельны друг другу или взаимно перпендикулярны.

Анафаза II: хромосомы разделяются на хроматиды (как при митозе). Получившиеся однохроматидные хромосомы в составе анафазных групп перемещаются к полюсам клеток.

Телофаза II: однохроматидные хромосомы полностью переместились к полюсам клетки, формируются ядра. Содержание ДНК в каждой из клеток становится минимальным и составляет 1с.

 Биологическая роль мейоза состоит в том, что он создает предпосылки для реализации полового процесса. В конечном счете мейоз или непосредственно (гаметогенез у животных) или опосредованно (спорогенез у растений) создает предпосылки к осуществлению полового процесса (слияния гамет), который приводит к обновлению наследственного (ядерного) вещества у потомства, что позволяет последнему легче приспособиться к условиям существования в среде обитания.

 

 

2.3. Гаметогенез  и спорогенез.

Гаметогенез - процесс формирования и развития половых клеток — гамет. Различают два типа половых клеток: мужские половые клетки (сперматозоиды или спермии) и женские половые клетки (яйцеклетки).

Сперматозоиды являются мужскими половыми клетками, имеющими органоиды  движения – жгутики (как правило  – один). Спермии жгутиков не имеют  и состоят только из головки. Сперматозоид образован жгутиком и головкой, которая  состоит из ядра и слоя цитоплазмы. Главная биологическая функция сперматозоида и спермия – достичь яйцеклетки и слиться с ней. Поэтому мужские гаметы имеют короткий срок жизни и небольшой запас питательных веществ. Спермии характерны для растений и приспособлены к пассивному перемещению в процессе оплодотворения.

Женские половые гаметы являются яйцеклетками. Это крупные неподвижные  клетки, богатые запасом питательных  веществ. Их главная биологическая  функция – обеспечить развитие зародыша после слияния с мужской гаметой.

По характеру формирования гамет различают сперматогенез  и овогенез (оогенез).

Сперматогенез - процесс формирования мужских половых клеток (сперматозоидов).

Сперматогонии, содержащие удвоенный набор хромосом, делятся, приводя к возникновению сперматоцитов 1-го порядка. Далее в результате двух последовательных делений образуются сперматоциты 2-го порядка, а затем сперматиды (клетки сперматогенеза, непосредственно предшествующие сперматозоиду). При этих делениях происходит уменьшение числа хромосом вдвое. Сперматиды вступают в заключительный период сперматогенеза и после длительной фазы дифференцировки превращаются в сперматозоиды. Происходит это путём постепенного вытяжения клетки, изменения, удлинения её формы, в результате чего клеточное ядро сперматида образует головку сперматозоида, а оболочка и цитоплазма — шейку и хвост.

При сперматогенезе из одной  исходной клетки (сперматоцита 1-го порядка) образуется четыре равноценных гаметы – сперматозоида, обладающих гаплоидным набором хромосом и гаплоидным количеством  ядерного вещества.

Овогенез (оогенез) – образование и развитие женской половой клетки — яйцеклетки. Этот процесс включает в себя несколько периодов: период размножения, роста и созревания. В период размножения путём митоза увеличивается число половых клеток — оогониев — мелких с относительно крупным ядром и бедной органоидами цитоплазмой. После прекращения митозов оогонии вступают в период роста и называются ооцитами 1-го порядка. В первой фазе роста ооцит увеличивается незначительно, но в его ядре происходят процессы, подготавливающие редукцию генетического материала. Затем следует фаза медленного роста — превителлогенеза, которая у ряда животных и человека может длиться годами. Далее ооцит вступает в фазу вителлогенеза — быстрого роста и накопления желтка (иногда она длится дни или даже часы); в этой фазе объём ооцита может увеличиться в десятки тысяч раз. Период созревания, или мейоза, включает 2 последовательных деления, приводящих к уменьшению числа хромосом вдвое. В результате первого из них образуется ооцит 2-го порядка и первое полярное тельце, а после второго деления — зрелая, способная к дальнейшему развитию яйцеклетка с гаплоидным набором хромосом и второе полярное тельце.

При овогенезе из одной  исходной клетки образуется только одна яйцеклетка.

Спорогенез – процесс оразования спор.

У растений при гаметогенезе мейотического деления не происходит, так как гаметы образуются в организмах полового поколения (в гаметофитах), клетки которого являются гаплоидными из-за того, что гаметофит развивается из спор. Споры образуются при спорогенезе, при котором осуществляется мейоз, поэтому споры обладают гаплоиднвым набором хромосом и гаплоидным количеством ядерного вещества. Схема спорогенеза отличается от сперматогенеза только тем, что в результате спорогенезе образуются гаплоидные споры, а при сперматогенезе – гаплоидные сперматозоиды.