Поглиблений матеріал до уроку Мітоз, Мейоз Гаметогенез

Поділ клітин

 

           

Послідовність подій, що відбуваються між утворенням даної клітини і її поділом на дочірні, називається клітинним циклом, або життєвим циклом клітини.

Клітинний цикл = мітоз +  інтерфаза

   n- кількість хромосом

                                                                                                             с- кількість ДНК

Інтерфаза (період між двома поділами) -  найдовша фаза клітинного циклу, яка займає 70–90% всього клітинного циклу. Вона може бути приготуванням до наступного поділу, або спеціалізацією з зупиненням мітотичної активності.

G1 (2N-2C): перша фаза росту клітини — (у цій фазі немає ні реплікації, ні поділу). Фаза може тривати від 90 хвилин до декількох днів. Деякі клітини мають досить коротку фазу G1 (запліднена яйцеклітина під час утворення бластоцисти).

G0 (2N-2C):  Клітини входять у цю фазу одразу ж після клітинного поділу. Зазвичай, у цій фазі знаходяться усі диференційовані клітини дорослого організму. Такі клітини не беруть участь у регенерації органів.

Клітини з фази G0 можуть повернутися до фази G1 під дією антигенів, гормонів, ростових факторів.

S (перехід до 2N-4C): Протягом цієї фази відбувається синтез ДНК у клітині (реплікація ДНК).

G2 (2N-4C): накопичення енергії для подальшого поділу

M (мітоз або мейоз) Це фаза клітинного поділу. Соматичні клітини завершують клітинний цикл мітозом, тоді як попередники статевих клітин (сперматогонії та овогонії) переходять у стадію мейозу (теж M)

 

Смерть живої клітини може відбутися двома шляхами – апоптозу або некрозу. Хоча кінцевий результат обох процесів для клітини однаковий, в їх протіканні спостерігаються істотні відмінності.

Апоптоз – це генетично запрограмоване самогубство клітини. Даний процес може відбуватися в різних ситуаціях, перш за все в процесі ембріонального розвитку або у випадках серйозних пошкоджень генетичного матеріалу при впливі на клітини специфічних сигналів, які спонукають їх до самознищення.

Некроз – це спонтанне, неконтрольоване омертвіння клітин і тканин під впливом несприятливих механічних, фізичних або хімічних факторів, а ось апоптотична загибель клітини є наслідком активації ряду білкових з’єднань, транскрипційних і генних чинників.

Важливим відмінністю між некрозом і апоптозом є і той факт, що при некрозі відбувається абсолютно безладна фрагментація ДНК, за якою слідує її незворотний структурно-функціональний розпад і викид вмісту омертвілої клітини назовні. Частинки мертвих клітин виловлюються спеціалізованими клітинами імунної системи, і ця захисна реакція організму супроводжується гострим запальним процесом в області некрозу. Апоптоз же зачіпає поодинокі клітини, що не поширюючись на цілі ділянки тканин.

 

Мітоз (непрямий поділ соматичних клітин)

  Мітоз – спосіб поділу ядра, під час якого клітини, що утворюються, ідентичні за генотипом і є точною копією материнської клітини.  Мітоз= каріокінез (поділ ядра) + цитокінез (поділ цитоплазми)

 

 Профаза. У цей період центріолі клітинного центру розходяться до протилежних полюсів клітини. Оболонка ядра поступово розпадається на маленькі мембранні пухирці; аналогічні зміни відбуваються з апаратом Гольджі й ендоплазматичним ретикулумом. У хромосомах спостерігається конденсація хроматину. Процеси транскрипції повністю припиняються, й утворення необхідних клітині білків може здійснюватися тільки за рахунок раніше синтезованих молекул іРНК.

Метафаза. У метафазі конденсація хроматину максимальна. Утворюються так звані метафазні хромосоми, які добре видно у світловий мікроскоп.

Під час метафази хромосоми вибудовуються на екваторі клітини (метафазна пластинка).  

Формується веретено поділу – білкові нитки (мікротрубочки), що тягнуться від центріолей до центромер хромосом.

Анафаза. В анафазі подвійні хромосоми розриваються веретеном поділу і сестринські хроматиди (однохроматидні хромосоми) відходять до протилежних полюсів клітини (найкоротша фаза).

Телофаза. У телофазі навколо хромосом починає формуватися ядерна оболонка, з'являються ядерні пори, відновлюється парність центріолей, цитоплазма й органели рівномірно розподіляються між полюсами клітини. Хромосоми поступово деспіралізуються(деконденсуються), починає формуватися ядро та ядерця.

 

Далі йде процес розділу цитоплазми з утворенням двох дочірніх клітин – цитокінез.

Утворені дочірні клітини вступають в інтерфазу.

 

Біологічне значення мітозу полягає в підтримуванні сталої кількості хромосом у клітинних поколіннях – дочірні клітини отримують таку ж генетичну інформацію, яка міститься в ядрі материнської клітини.

Розмноження – наприклад у одноклітинних організмів (амеба)

Розвиток, ріст і генетична сталість – у багатоклітинних мітоз – це частина ембріонального розвитку, росту, регенерації і спадковості

 

Амітоз - прямий поділ клітин, що відбувається шляхом поділу ядра, без реплікації ДНК й конденсації хромосом та без утворення веретена поділу. Утворені клітини не втрачають своєї структурної організації і життєдіяльності. Він властивий високоспеціалізованим клітинам (нейронам, хондроцитам, лейкоцитам крові, клітинам ендотелію кровоносних судин), клітинам пухлин, старіючим клітинам. Амітоз може супроводжуватись поділом клітини з утворенням двох клітин з приблизно однаковою спадковою інформацією, а може обмежуватись поділом ядра без поділу цитоплазми, що призводить до утворення багатоядерних клітин. Амітоз порівняно з мітозом трапляється рідше і відграє другорядну роль у клітинному поділі організмів, оскільки клітини після амітозу зберігають функціональну активність, поділятися уже не можуть.

Біологічна роль амітозу - це швидке поповнення клітинних популяцій у процесі репаративної регенерації.

 

 

Мейоз (поділ статевих клітин)

Мейоз – спосіб поділу клітин (ядра) , під час якого відбувається зменшення (редукція) кількості хромосом і перехід клітин з диплоїдного стану в гаплоїдний.

  

     Мейоз включає два поділи – редукційний (перший) і екваційний (другий).

Кожний із них поділяється на ряд стадій (фаз): профазу, метафазу, анафазу і телофазу.

Ці стадії першого поділу позначаються римською цифрою І, другого – цифрою II.

 

Мейоз І

Профаза І. Спіралізація хромосом. Гомологічні хромосоми зближуються (кон'югація), утворюють пари  (біваленти, тетради). Під час кон'югації може спостерігатися процес кросинговеру, під час якого гомологічні хромосоми обмінюються певними ділянками. Унаслідок кросинговеру утворюються нові комбінації різних станів певних генів. Через певний час гомологічні хромосоми починають відходити одна від одної. Зникають ядерця, руйнується ядерна оболонка й починається формування веретена поділ.

Метафаза І.  Нитки веретена поділу прикріплюються до центромер гомологічних хромосом, які лежать не в площині екваторіальної пластинки, а по обидва боки від неї. На екваторі біваленти (23 пари).

 Анафаза І.  Гомологічні хромосоми (цілі хромосоми) відділяються одна від одної і рухаються до протилежних полюсів клітини. Центромери окремих хромосом не розділяються, і кожна хромосома складається з двох хроматид. Біля кожного з полюсів клітини збирається половинний (гаплоїдний) набір хромосом, але кожна хромосома має 2 хроматиди.

 Телофаза І.  Формується ядерна оболонка. У тварин і деяких рослин хромосоми деспіралізуються, і здійснюється поділ цитоплазми.

Але!!!! Інтерфаза між першим і другим поділами скорочена (або відсутня), молекули ДНК у цей час

НЕ подвоюються (відсутня S фаза).

 

 

Мейоз ІІ

Профаза ІІ. Спіралізуються хромосоми, кожна з яких складається з двох хроматид, зникають ядерця, руйнується ядерна оболонка, центріолі переміщуються до полюсів клітин, починає формуватися веретено поділу. Хромосоми наближуються до екваторіальної пластинки.

Метафаза ІІ. Завершуються спіралізація хромосом і формування веретена поділу. Центромери хромосом розташовуються в один ряд уздовж екваторіальної пластинки, до них приєднуються нитки веретена поділу (на екваторі 23 двохроматидні хромосоми).

Анафаза ІІ.  Діляться центромери хромосом, і хроматиди розходяться до полюсів клітини завдяки вкороченню ниток веретена поділу .

 Телофаза ІІ.  Хромосоми деспіралізуються, зникає веретено поділу, формуються ядерця та ядерна оболонка. Відбувається поділ цитоплазми.

 Дочірні клітини.  Утворюються чотири клітини з гаплоїдним набором хромосом 

 

 Біологічне значення мейозу   в підтриманні постійності хромосомного набору організмів, які розмножуються статевим шляхом. Набуття нових ознак організмами (забезпечує видозміну спадкового матеріалу)- мінливість.

Мітоз = 2n утворює 2 клітини по 2n (диполоїдні)

Мейоз = 2n утворює 4 клітини по 1n (гаплоїдні)

Сперматогенез- 4 сперматозоїда

Овогенез - 1 яйцеклітина +3 полярні (редукційні) тільця.

 

Гаметогенез

Процес утворення зрілих статевих клітин називається гаметогенезом: чоловічих — сперматогенезом, жіночих — овогенезом.

Основою гаметогенезу є редукційний поділ — мейоз.

В обох випадках процес має три фази: розмноження, зростання, дозрівання. У сперматогенезі виділяють ще четверту фазу — формування.

Сперматогенез починається в чоловічих статевих залозах після статевого дозрівання, утворення яйцеклітин у жінок починається ще до їхнього народження й завершується для кожної яйцеклітини після її запліднення.

Розвиток гамет у багатоклітинних тварин відбувається у статевих залозах — гонадах.

Сперматозоїди розвиваються в сім’яниках (яєчках), яйцеклітини - у яєчниках.

Гамети вищих тварин є високоспеціалізованими клітинами. У процесі еволюції вони набули морфофункціональних особливостей для виконання спеціальних функцій - поєднання батьківських геномів і утворення зиготи.

 

 Сперматогенез

Сперматозоїди утворюються в результаті послідовних клітинних поділів, що називаються сукупно сперматогенезом.

Процес утворення спермія триває приблизно 70-75 днів. За добу утворюється до 120 млн сперматозоїдів. У формуванні сперматозоїдів беруть участь клітини Сертолі, які їх живлять і споживають залишкову цитоплазму. Швидкість руху – 1-4 мм/хв. В 1 мл – 20- 150 млн сперматозоїдів, 60% нормальної форми і рухливі.

                                                            1 стадія – фаза розмноження

Процес сперматогенезу починається з поділу гоноцитів, який запускається виробленням чоловічих статевих гормонів. В результаті гаметогенезу утворюються сперматогонії – стовбурові клітини з ядром усередині та диплоїдним числом хромосом.

2 стадія - фаза зростання

В результаті активного розмноження утворюються сперматогонії які  трансформуються у сперматоцити I. На цьому етапі вони поки що містять диплоїдний набір хромосом.

3 стадія - фаза дозрівання

Закінчення  мейозу, утворення  4 гамет з гаплоїдним числом хромосом.

 

4 стадія - фаза формування

Сперматиди перетворюються на сперматозоїди зі сформованими акросомою та джгутиком. Вони вже можуть самостійно пересуватися, але ще протягом кількох тижнів дозріватимуть у яєчках.

Будова сперматозоїда

Типові сперматозоони мають головку, проміжну й хвостову частини. Головка гамети містить ядро з гаплоїдним набором хромосом, тоненький шар цитоплазми й акросому з ферментами. У шийці міститься центріоля, яка організовує рухи хвоста чоловічих гамет. Проміжна частина містить велику спіральну мітохондрію, що синтезує АТФ для рухів клітини. Хвіст, або джгутик, чоловічих гамет містить для руху мікротрубочки з тубуліну. Усі сперматозоони мають негативний заряд, що перешкоджає їх склеюванню.

 

Овогенез

Овогенез — це процес утворення жіночих статевих клітин — яйцеклітин.

Овогенез у людини починається у внутрішньоутробний період життя.

Будова яйцеклітини.

Типові яйцеклітини мають поверхневий апарат, цитоплазму й ядро. Первинна (вітелінова) оболонка складається з глікопротеїдів, які допомагають сперматозоону потрапити до яйцеклітини та виконують бар’єрну функцію, забезпечуючи потрапляння сперматозоона лише певного виду. Під нею розташована плазматична мембрана, а далі кортикальний шар з гранулами. Коли сперматозоон потрапляє до яйцеклітини, речовини кортикальних гранул секретуються шляхом екзоцитозу на поверхню мембрани, змінюють стан первинної оболонки та роблять яйцеклітину непроникною для інших сперматозоонів. Цитоплазма яйцеклітини називається овоплазмою і містить велику кількість поживних речовин  (жовток), захисних сполук, багато мітохондрій, рибосом, розвинуту ЕПС. Ядро має гаплоїдний набір хромосом.

Період розмноження

Оогонії діляться мітотичним шляхом.

Період росту

Статеві клітини в цьому періоді називаються ооцитами першого порядку. Вони втрачають здатність до мітотичного поділу і входять у профазу I мейозу. У цей час відбувається ріст статевих клітин.

 

Період дозрівання

Дозрівання ооцита — це процес послідовного проходження двох поділів мейозу (поділів дозрівання). В період до першого поділу мейозу ооцит тривалий час перебуває в стадії профази I мейозу, коли й відбувається його зростання. Вихід з профази I мейозу приурочений до досягнення самкою (жінкою) статевозрілості і визначається статевими гормонами.

 

У дівчаток до 7 місяця ембріогенезу утворюється близько 7 мільйонів овогоніїв, але далі більшість із них зазнає апоптозу; у новонародженої дівчинки залишається близько 400000 овоцитів І-го порядку. Далі вони вступають в профазу мейозу, доходять до метафази  І і поділ зупиняється (блокується)

Під час статевого дозрівання первинні овоцити розблоковуються продовжують мейотичний поділ, діляться до мейоза ІІ метафази ІІ, стають вторинними овоцитами і блокуються. На цій стадії щомісяця вивільнюється один овоцит у процесі овуляції.

Завершення мейозу в людини відбувається тільки !! після запліднення. Перехід овоцитів у стадію дозрівання продовжується упродовж усього репродуктивного періоду і зазвичай закінчується на 45 - 50-му році життя (менопауза).

Фолікул — міхурець, у якому відбувається утворення яйцеклітини.

Зигота (з’єднаний разом) — запліднена яйцеклітина, одноклітинний зародок, з якого розвивається новий організм.

Імплантація – занурення ембріона в стінку матки

Овуляція- вихід яйцеклітини із фолікула

Менструальний цикл — це фізіологічний процес в організмі жінок, протягом якого відбуваються циклічні зміни статевої системи: дозріває фолікул і яйцеклітина, змінюється слизова оболонка стінки матки. Циклічні зміни відбуваються під контролем гормонів залоз внутрішньої секреції (гіпофіза, яєчника).
         

  Запліднення відбувається у верхній частині маткової труби жінки. Сперматозоїди потрапляють у піхву під час статевого акту, рухаються через шийку матки до її порожнини, а далі — до маткових труб. З кожним статевим актом виділяється 2-3 мл сперми. Майже 300 млн сперматозоїдів досягає шийки матки, з них близько 300 опиняється в маткових трубах. Коли ці сперматозоїди в одній з маткових труб зустрічаються з яйцеклітиною, вони оточують її і виділяють ферменти, які розщеплюють оболонки яйцеклітини. Проте лише один сперматозоїд запліднює яйцеклітину.

Він проникає головкою в яйцеклітину, відкидаючи хвіст. Після цього оболонка яйцеклітини стає непроникною для інших сперматозоїдів. Ядра обох статевих клітин (сперматозоїда та яйцеклітини) зливаються в одне й утворюється зигота. Сперматозоїди зберігають здатність до запліднення протягом 2 діб, а яйцеклітина — протягом 12-14 год.

ЗАПЛІДНЕННЯ — це процес злиття чоловічої та жіночої статевих клітин, у результаті якого утворюється зигота.        

Онтогенез

Онтогенез — це процес індивідуального розвитку організму протягом життя. В онтогенезі виділяють дві стадії: ембріональну та постетбріональну.

 Ембріональний період починається з моменту запліднення й утворення зиготи.