Репродукція та розвиток організмів (Біологія 10)

Репродукція та розвиток10 клас

Репродукція як механізм забезпечення безперервності існування видів. Нестатеве розмноження. Розмноження, або репродукція — відтворення собі подібних, що є основою безперервності існування виду. На молекулярному рівні спадкова інформація відтворюється завдяки процесу репродукції ДНК, що називається реплікацією. З однієї молекули ДНК утворюються дві дочірні. Відбувається процес самоподвоєння ДНК перед поділом клітин. На клітинному рівні відбувається репродукція клітин шляхом мітозу й мейозу з утворенням нестатевих диплоїдних або статевих гаплоїдних дочірніх клітин, які беруть участь у репродукції організмів. На організмовому рівні репродукцію живих істот забезпечують дві основні форми розмноження — нестатеве й статеве. Для здійснення розмноження у багатоклітинних організмів існують репродуктивні системи органів.

Нестатеве розмноження — це відтворення собі подібних за участі нестатевих клітин. Поділ навпіл — спосіб розмноження в одноклітинних, за якого з однієї материнської клітини утворюються дві дочірні, причому удвічі дрібніші, кожна з яких дає новий самостійний організм (наприклад, у бактерій, архей, амеб, інфузорій). Множинний поділ (шизогонія) — спосіб розмноження одноклітинних, за якого з однієї материнської клітини утворюється багато дочірніх. Такий спосіб нестатевого розмноження спостерігається у споровиків, представником яких є плазмодій малярійний, токсоплазми. Брунькування — спосіб розмноження, за якого на клітині (наприклад, у дріжджів) або тілі (наприклад, у губок, гідр, коралових поліпів) формується брунька-клітина чи брунька-багатоклітинний утвір, що згодом відокремлюється або залишається на все життя. Спороутворення — спосіб розмноження, що здійснюється за участі спор, що формуються всередині одноклітинних організмів (наприклад, хлорели, хламідомонади) або в спеціалізованих органах багатоклітинних організмів (наприклад, у вищих спорових рослин — мохів, хвощів, плаунів, папоротей).

Особливості статевої форми розмноження. Статеве розмноження — це відтворення собі подібних за участі статевих клітин. Поліембріонія — процес розвитку кількох зародків з однієї заплідненої яйцеклітини. Поліембріонія досить поширена серед різних груп тварин (війчастих і кільчастих червів, іноді членистоногих, риб, птахів, ссавців)Партеногенез — спосіб розмноження, за якого розвиток нового організму здійснюється із незаплідненої яйцеклітини. Роздільностатевість — спосіб статевого розмноження, за якого сперматозоони утворюються в чоловічому організмі, яйцеклітини — в жіночому (наприклад, у членистоногих, хребетних). Гермафродитизм — спосіб статевого розмноження, за якого чоловічі та жіночі гамети розвиваються в одному організмі (наприклад, плоскі та малощетинкові черви, п'явки). Статеве розмноження має переваги над нестатевим, оскільки нові особини успадковують ознаки обох батьківських особин і тому мають можливість краще пристосовуватися до навколишнього середовища.

Особливості регенерації організму людини. Механізми регенераціїРегенерація — це процеси відновлення організмом утрачених або пошкоджених частин, а також відтворення цілісного організму з певної його частини. Термін «регенерація» запропонував у 1712 році французький учений Р. Реомюр (1683 - 1757), який вивчав регенерацію кінцівок річкового рака. Рене Антуан Реомюр. Регенерація є загальнобіологічним явищем і відбувається на усіх рівнях організації живих істот в усіх організмів. На молекулярному рівні відбуваються відновлення молекул, синтез регуляторних білків (наприклад, кейлонів, що гальмують мітоз), діяльність генів регенерації тощо (наприклад, у відновленні хвоста у ящірки задіяно 326 генів).

Види та значення регенераціїФізіологічна регенерація — це процеси відновлення функціонуючих структур організму (органел, клітин, тканин, органів). Репаративна регенерація — процес відновлення пошкоджених структур організму (органел, клітин, тканин, органів). Регенерація — процес відновлення функціонуючих та пошкоджених структур, а також здійснення розмножувальної функції.

Трансплантація тканин та органів у людини. Досягнення сучасної трансплантологіїТрансплантація — це заміщення пошкоджених чи відсутніх тканин або органів власними тканинами або тканинами й органами, що їх взято від іншого організму. Пересадку органів і тканин називають трансплантацією, а науку, що займається вивченням цього процесу, — транспланталогією. Ділянка органа, що пересаджують, називається трансплантатом. Організм, від якого одержують матеріал для трансплантації, називається донором; організм, якому пересаджують трансплантат, — реципієнтом. Першу у світі трансплантацію нирки від померлої людини здійснив український лікар Ю. Ю. Вороний (1895 - 1961. Відбулася ця подія 3 квітня 1933 року. Пересадка органів і тканин може відбуватися в межах того самого організму (автотрансплантація), між організмами одного виду (алотрансплантація) або між організмами різних видів (ксенотрансплантація).

Головне завдання сучасної трансплантологіїТранспланталогія — розділ медицини, що вивчає пересадку клітин, тканин, органів або їх штучних замінників. Щорічно в світі здійснюється близько 100 тис. пересадок органів (нирок, серця, печінки, підшлункової залози, легень). До специфічних методівналежать:добір донора й реципієнта за тканинною сумісністю;гальмування трансплантаційного імунітету (наприклад, застосування циклоспорину чи інших препаратів для профілактики реакції відторгнення);формування толерантності в реципієнта до антигенів донора. Неспецифічні методи діють на імунну систему всього організму. Вони гальмують не тільки трансплантаційний, а й інфекційний імунітет. Цього досягають різноманітними засобами: гальмування активності імунної системи, опроміненням, введенням спеціальної сироватки, гормонів тощо. Проте найважливіше завдання сучасної імунології — не просто загальмувати імунітет, а загальмувати саме трансплаційний імунітет, зберігши функцію захисту організму від інфекцій.

Основні напрями трансплантологіїВ останні десятиліття розвиваються три основні напрями трансплантології:отримання штучних органів і тканин;вирощування органів і тканин методом клонування;використання трансплантатів від тварин. Новим у трансплантології є розділ, пов'язаний зі створенням і застосуванням штучних органів для тимчасової або постійної заміни того чи іншого органа людини (імплантація). Вирощування окремих клітин, тканин і органів поза організмом на живильних середовищах і за певних умов називається експлантацією. Дуже подібними до людських є органи свині, кози, приматів. На сьогодні дослідники вже успішно видаляють едогенні ретровіруси з геному свині, використовуючи техніку редагування генів CRISPR-Cas9, і вирощують свиней, позбавлених вірусів. Це, у свою чергу, усуває одну з найбільших перешкод для трансплантації органів від свиней до людини.

Репродукція клітин. Значення репродукції клітин. Термін «репродукція» є загальнобіологічним поняттям, що характеризує відтворення на різних рівнях. Так, репродукція ДНК відбувається на молекулярному рівні, репродукція вірусів — на субклітинному, репродукція клітин — на клітинному, репродукція організмів — на організмовому. Репродукція клітин — відтворення нових клітин шляхом поділу вихідної клітини. За здатністю до репродукції клітини тваринного організму поділяють на чотири категорії:високоспеціалізовані клітини, що не діляться (нейрони, клітини скелетних м'язів, кардіоміоцити);поновлювальні клітини (наприклад, ентероцити — клітини епітелію слизової оболонки кишечнику, що живуть 5 - 10 днів і оновлюються за допомогою камбіальних клітин);стовбурові клітини (зберігають здатність до поділу протягом всього життя організму і замінюють клітини, які гинуть);клітини, які зазвичай не розмножуються, але за певних умов можуть дедиференціюватися і вступати у мітоз (наприклад, гепатоцити, які набувають здатності до поділу за репаративної регенерації).

Відмінність мітозу від амітозу. Репродукція клітин в організмі людини може відбуватися шляхом мітозу (непрямий поділ) і амітозу (прямий поділ). Мітоз — це поділ еукаріотичних клітин, внаслідок якого утворюються 2 дочірні клітини з таким самим набором хромосом, що й у материнської клітини.

Амітоз — це прямий поділ клітин, що відбувається шляхом поділу ядра, без реплікації ДНК й конденсації хромосом та без утворення веретена поділу. Він властивий високоспеціалізованим клітинам (нейронам, хондроцитам, лейкоцитам крові, клітинам ендотелію кровоносних судин), клітинам пухлин, старіючим клітинам або клітинам, приреченим на загибель (наприклад, клітинам зародкових оболонок ссавців). 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 дво- та 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.

Чинники, що впливають на мітоз. На мітоз впливають зовнішні й внутрішні, внутрішньоклітинні й позаклітинні чинники. Пусковим чинником для мітотичного поділу клітин є співвідношення об'ємів ядра і цитоплазми. Велику роль відіграє також синтез ДНК і міжклітинні взаємодії. Мітоз гальмується:високою температурою;високими дозами йонізуючої радіації;дією рослинних отрут (наприклад, алкалоїд колхіцин, що виділений з бульбоцибулин пізньоцвіту осіннього, має здатність пригнічувати утворення мітотичного веретена). Внутрішніми чинниками регуляції мітозу є впливи системи нейрогуморальної регуляції, зумовлені дією гормонів надниркових залоз, гіпофіза, щитоподібної і статевих залоз. Так, для активації клітинного циклу потрібний прогестерон, що є чинником росту. Мітоз жорстко регулюється як самою клітиною (наприклад, зміною синтезу циклінів й циклін-залежних ферментів), так і її оточенням (наприклад, відсутністю контактів з подібними клітинами або впливом гормонів). Ще одним чинником регуляції є послідовність здійснення стадій мітозу. Крім того, встановлено, що після певної кількості поділів вмикається генетична програма, що не допускає розмноження нащадків цієї клітини.

Ріст і розвиток клітин та чинники, що на нього впливають. Ріст та розвиток клітин. Цитогенез — це ріст і розвиток клітин, що супроводжуються взаємопов'язаними кількісними й якісними перетвореннями. Ріст клітин — це сукупність кількісних змін, що зумовлюють збільшення розмірів, маси та об'єму клітин. Розвиток клітин — це сукупність якісних змін, що ведуть до появи відмінностей порівняно з попередніми стадіями.

У результаті розвитку виникає новий стан клітини, що визначається змінами її хімічного складу, будови й життєдіяльності. Ці зміни мають незворотний, напрямлений та закономірний характер. Під час розвитку відбуваються зміни в цитоплазмі клітин унаслідок її взаємодії з ядром. Процесам росту й розвитку притаманні певні обмеження, що стримують збільшення розмірів й зміну форми в певних межах. Зі збільшенням лінійних розмірів вдвічі площа поверхні клітини збільшується в 4 рази, а об'єм у 8 разів. Це має важливе значення для обміну речовин, енергії та інформації із зовнішнім для клітини середовищем. Розміри клітин обмежуються передусім ефективністю дифузії, що забезпечує транспортування важливих йонів , елементів і молекул у цитоплазмі й крізь клітинну мембрану.

Вихідні клітини в процесах цитодиференціаціїДиференціація клітин — це утворення різних клітин із початково однорідних, що забезпечує таку важливу для організмів різноманітність. Генетичний матеріал клітин при цьому залишається незмінним. Стовбурові клітини за своїми можливостями(потенцією) поділяють на такі основні категорії:тотипотентні клітини — клітини, які можуть диференціюватися в будь-який тип клітин організму і з яких може утворитися цілий організм (наприклад, зигота, бластомери);плюрипотентні клітини — клітини, які також можуть дати початок кожному типу клітин, але новий організм з них утворитися вже не може (наприклад, мезенхімні клітини, які дають початок клітинам крові, хрящової, кісткової та гладкої м'язової тканин);уніпотентні клітини — клітини, які можуть перетворюватися лише на клітини одного типу (наприклад, клітини епітелію шкіри, сперматогоніїв).

Старіння та смерть клітин. Ознаки старіння клітин. Уперше клітинне старіння описав у 1965 році Л. Гейфлік. Було встановлено, що нормальні клітини втрачають здатність до репродукції після певної кількості поділів. Подальші дослідження у цьому напрямі виявифункціонування усіхли, що в процесі старіння клітин змінюється не лише їхня здатність до поділу, а й структура та її складників. Леонард ГейфлікІснує ряд гіпотез клітинного старіння, серед яких:молекулярно-генетичні гіпотези — вікові зміни є спадково запрограмованими;теломерна гіпотеза — скорочення теломер після кожного подвоєння хромосом і втрата здатності до поділу;гіпотеза вільних радикалів — причиною клітинного старіння є шкідливі впливи вільних радикалів;гіпотеза виснаження стовбурових клітин — клітини уповільнюють свій поділ і не так часто перетворюються на соматичні клітини;гіпотеза порушення білкового гомеостазу — накопичення пошкоджених та змінених білків

Старіння клітин — це природний закономірний і незворотний процес вікових змін будови й функцій клітин, що спричиняє зниження їхніх адаптивних можливостей.

Загибель клітин. Смерть клітин може наставати як у нормі, так і в разі патології. Гинуть клітини в ембріональному розвитку (під час формування тканин і органів) й у дорослому організмі внаслідок старіння, в разі втрати функцій і під дією шкідливих чинників. Розрізняють два види загибелі клітин: апоптоз і некроз. Апоптоз — генетично запрограмована загибель клітини, в якій провідну роль виконують внутрішньоклітинні механізми. Некроз — це загибель клітин у результаті незворотного пошкодження під дією шкідливих чинників. До них належать перегрівання, переохолодження, нестача кисню, порушення кровопостачання, дія отрут, хімічних препаратів, механічні травми. Загибель клітин може бути природним або патологічним процесом, що відбувається під дією генів або шкідливих чинників середовища.

Онкологічні захворювання та онкогенні чинники. Роль генів у виникненні онкологічних захворювань. Онкологічні захворювання — це спадкові порушення, що зумовлені появою в організмі змінених (трансформованих) соматичних клітин. Трансформовані клітини характеризуються низкою особливостей:нерегульований безмежний ріст;неконтрольований поділ;порушення диференціації;здатність до інфільтрації (вростання в навколишні тканини);знищення сусідніх нормальних клітин;можливість мігрувати по організму й утворювати метастази — вторинні колонії в органах і тканинах.

Протоонкогени — гени, нормальна функція яких полягає в стимуляції поділу клітини та пригніченні апоптозу. До цієї групи належать також гени, що стимулюють проростання судин в орган або тканину. Мутації цих генів стимулюють розвиток новоутворень, і при цьому вони перетворюються на онкогени. Антионкогени, або гени-супресори пухлин — гени, нормальна функція яких полягає в затриманні процесів поділу клітин та активації апоптозу. Для розвитку новоутворення в більшості випадків потрібна інактивація обох алелів генів. Гени-мутатори — гени, нормальна функція яких полягає в підтриманні цілісності геному. Їхня інактивація унаслідок мутацій є причиною збільшення частоти мутацій будь-яких генів, у т.ч. протоонкогенів і генів-супресорів.

Чинники, які спричиняють онкологічні захворювання. Онкогенні чинники — це чинники, що можуть спричиняти або прискорювати розвиток новоутворення. Вони можуть призвести до незворотної дії або пошкодження в тих частинах генетичного апарату, що здійснюють контроль над соматичними клітинами. Фізичним онкогенним чинником є йонізуюче випромінювання. Застосування рентгенівського випромінювання в медицині збільшило загрозу ризику під час обстеження та лікування, тому існують суворі показання до проведення рентгенографії. Ультрафіолетове опромінення в надмірних дозах сприяє розвитку раку шкіри і меланоми (особливо у білошкірих і рудоволосих людей). До біологічних онкогенних чинників належать віруси, бактерії (наприклад, гелікобактер пілорі), рослинні алкалоїди, мікотоксини (наприклад, афлатоксини цвілевих грибів), паразитичні тварини.

Мейоз. Особливості гаметогенезу в людини. Статеві клітини. Значення мейозу в збільшенні біорізноманіття організмів. Мейоз — це поділ еукаріотичних клітин, внаслідок якого утворюються дочірні клітини з удвічі меншим набором хромосом. Мейоз має низку особливостей, що відрізняють його від інших способів поділу клітин, а саме:відбувається у 2 послідовні етапи — мейоз І і мейоз ІІ, кожний з яких складається з 4 фаз: профази, метафази, анафази і телофази;на першому етапі мейозу розподіляються гомологічні хромосоми з утворенням гаплоїдного набору хромосом, тому цей поділ називають редукційним (мейоз І; зменшення кількості хромосом удвічі забезпечує можливість поєднання клітин і відновлення нормального диплоїдного каріотипу;

Особливості гаметогенезу людини. Гаметогенез — процес формування, утворення й дозрівання статевих клітин. Розвиток гамет у людини відбувається в яєчниках і сім'яниках яєчок. Процеси утворення чоловічих і жіночих гамет є послідовними і відбувається упродовж стадій розмноження, росту, дозрівання і формування з певними особливостями.

Ембріогенез людини

ЕМБРІОГЕНЕЗ ЛЮДИНИ – розвиток організму людини від зиготи до народження. Він триває 40 тижнів, і за цей час з однієї клітини виростає організм, який складається з мільярдів спеціалізованих клітин. Ембріогенез людини під час вагітності поділяють на три періоди: передзародковий (1 тиждень), зародковий (перші 2 – 8 тижні) і плідний (9 – 40 тижні).

Дякую за увагу !!!