Определение
Мейоз (редукционное деление клетки) - деление, в процессе которого из одной диплоидной (2n) клетки получаются 4 гаплоидные (n) клетки.
Так как у дочерних клеток происходит уменьшение (редукция) числа хромосом с 2n до n, такое деление названо редукционным.
Схема мейоза
Мейоз у животных наблюдается при формировании гамет (гаметогенезе). Мейоз у растений и грибов, как правило, происходит при образовании гаплоидных спор. У различных одноклеточных эукариот мейоз может наблюдаться на разных стадиях жизненного цикла. Для восстановления диплоидности в цикле всегда необходимо слияние гаплоидных клеток (оплодотворение).
Мейоз состоит из двух делений. Первое из них является собственно редукционным, то есть именно в ходе первого деления уменьшается плоидность клетки. Причиной этого служит расхождение гомологичных хромосом («материнской» и «отцовской») по двум разным дочерним клеткам. Второе деление аналогично митозу и называется эквационным (то есть «равным»). Плоидность в результате второго деления не меняется. В ходе этого деления, как и при митозе, расходятся сестринские хроматиды (копии ДНК). Между двумя делениями мейоза отсутствует репликация ДНК (так как «цель» мейоза - уменьшить плоидность клетки, увеличивать количество ДНК здесь незачем).
В профазе I деления мейоза происходит важнейший процесс, относящийся к генетической рекомбинации - кроссинговер, то есть обмен участками гомологичных хромосом. В результате этого процесса создаются новые комбинации генов в потомстве. Хромосомы как целое не передаются напрямую от бабушек и дедушек внукам, а «реконструируются» в каждом поколении в процессе кроссинговера.
В нижеследующей таблице приведено описание фаз мейоза в клетке, для которой n=2, 2n=4. В каждом наборе есть три хромосомы, различающиеся по размеру. Материнский и отцовский хромосомные наборы выделены синим и красным.
| Фаза | Процесс | Описание |
|---|---|---|
|
Профаза I |
|
конденсация (сверхспирализация) хромосом (видны в электронный микроскоп); конъюгация (соединение) гомологичных хромосом с образованием бивалентов; кроссинговер - обмен участками между гомологичными хромосомами; гомологичные хромосомы остаются соединенными между собой; ядерная оболочка растворяется; центриоли расходятся к полюсам |
|
Метафаза I |
|
биваленты выстраиваются вдоль экватора клетки |
|
Анафаза I 2n4c |
|
микротрубочки веретена деления сокращаются, биваленты делятся; к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая |
|
Телофаза I |
|
хромосомы деспирализуются («раскручиваются»); формируется ядерная оболочка |
|
Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без интерфазы: репликации (удвоения) ДНК не происходит. При мейозе I образовались 2 дочерние клетки. Далее будет рассмотрено их деление, поэтому в формуле хромосомного набора стоит коэффициент 2. |
||
|
Профаза II |
|
конденсация (сверхспирализация) хромосом; клеточный центр делится, центриоли расходятся к полюсам ядра; разрушается ядерная оболочка; образуется веретено деления |
|
Метафаза II |
|
двухроматидные хромосомы располагаются в плоскости «экватора» (метафазная пластинка) |
|
Анафаза II |
|
центромеры делятся; однохроматидные хромосомы расходятся к полюсам |
|
Телофаза II |
|
хромосомы деспирализуются; формируется ядерная оболочка |
Протекание мейоза, как правило, нарушается в клетках гибридных организмов, т. к. в профазе I должно происходить попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, а у гибридов набор материнских генов не гомологичен отцовскому.
Данный механизм лежит в основе стерильности межвидовых гибридов. Поскольку у межвидовых гибридов в ядре клеток сочетаются хромосомы родителей, относящихся к различным видам, хромосомы обычно не могут вступить в конъюгацию. Это приводит к нарушениям в расхождении хромосом при мейозе и в конечном счете к нежизнеспособности гамет, а следовательно, к стерильности (бесплодию) гибридов.
В селекции для преодоления стерильности гибридов искусственно вызывают полиплоидность (кратное увеличение) хромосомных наборов. В этом случае каждая хромосома конъюгирует с соответствующей хромосомой своего набора.
Значение мейоза
Половые клетки родителей , образовавшиеся путем мейоза, обладают гаплоидным набором (n) хромосом. В зиготе при объединении двух таких наборов число хромосом становится диплоидным (2n). Формирование нового организма происходит путем митотических делений зиготы, и каждая его клетка содержит диплоидный (2n) набор хромосом. Каждая пара гомологичных хромосом содержит одну отцовскую и одну материнскую хромосому. Исходя из этого:
Мейоз является основой комбинативной изменчивости благодаря кроссинговеру (профаза I) и независимому расхождению гомологичных хромосом (анафаза I и II).
Благодаря уменьшению количества хромосом в гаметах в новых организмах поддерживается постоянный диплоидный (2n) набор хромосом.
профаза I деления мейоза
Профаза I деления мейоза своеобразна, включает в себя множество процессов и подразделяется на стадии:
Лептотена
Зиготена
Пахитена
Диплотена
Диакинез
Это важный процесс в эволюционном плане, который позволяет создавать организмам разнообразные популяции в ответ на изменения окружающей среды. Без понимания значимости мейоза невозможно дальнейшее изучение таких разделов биологии как селекция, генетика, экология.
Что такое мейоз
Этот способ деления характерен для образования гамет у животных, растений и грибов. В результате мейоза образуются клетки, обладающие гаплоидным набором хромосом, также называемых половыми клетками.
В отличие от другого варианта умножения клеток - митоза, при котором количество хромосом дочерних особей характерно материнской, при мейозе происходит уменьшение количества хромосом вдвое. Это происходит в два этапа - мейоз 1 и мейоз 2. Первая часть процесса сходна с митозом - перед ней происходит удвоение ДНК, увеличение количества хромосом. Далее следует редукционное деление. В результате образуются клетки с гаплоидным (а не диплоидным) набором хромосом.
Основные понятия
Для того чтобы понять, что такое мейоз, необходимо вспомнить определения некоторых понятий, чтобы не возвращаться к ним впоследствии.
- Хромосома - структура в ядре клетки, имеющая нуклеопротеидную природу и сосредоточившая большую часть наследственной информации.
- Соматические и половые клетки - клетки организма, имеющие разный набор хромосом. В норме (исключая полиплоиды) соматические клетки диплоидны (2n), а половые гаплоидны (n). При слиянии двух половых клеток образуется полноценная соматическая клетка.
- Центромера - участок хромосомы, отвечающий за экспрессию генов и связывающий хроматиды между собой.
- Теломера - концевые участки хромосом, выполняют защитную функцию.
- Митоз - способ деления соматических клеток, создающий в процессе идентичные им копии.
- Эухроматин и гетерохроматин - участки хроматина в ядре. Первый сохраняет деспирализованное состояние, второй спирализован.
Стадии процесса
Мейоз клетки состоит из двух последовательных делений.
Первое деление. В период профазы 1 можно рассмотреть хромосомы даже в световой микроскоп. Строение двойной хромосомы составляют две хроматиды и центромеры. Происходит спирализация и, как следствие, укорочение хроматид в хромосоме. Мейоз начинается с метафазы 1. Гомологичные хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. Это называется выстраиванием тетрад (бивалентов) хроматида к хроматиде. В этот момент происходят процессы конъюгации и кроссинговера, они описаны ниже. При этих действиях часто теломеры перекрещиваются и накладываются друг на друга. Начинает распадаться оболочка ядра, пропадает ядрышко и становятся видны нити веретена деления. В период анафазы 1 целые хромосомы, состоящие из двух хроматид, отходят к полюсам, причем случайным образом.
В результате первого деления в стадии телофазы 1 образуются две клетки с одинарным набором ДНК (в отличие от митоза, дочерние клетки которого диплоидны). Интерфаза непродолжительна, так как не требует удвоения ДНК.
Во втором делении в стадии метафазы 2 к экваториальной части клетки отходит уже одна хромосома (из двух хроматид), образуя метафазную пластинку. Центромера каждой хромосомы делится, хроматиды расходятся к полюсам. На стадии телофазы этого деления образуются две клетки, содержащей по гаплоидному набору хромосом. Наступает уже нормальная интерфаза.
Конъюгация и кроссинговер
Конъюгация - процесс слияния гомологичных хромосом, а кроссинговер - обмен соответствующими участками гомологичных хромосом (начинается в профазе первого деления, заканчивается в метафазе 1 или в анафазе 1 при расхождении хромосом). Это два смежных процесса, которые участвуют в дополнительной рекомбинации генетического материала. Таким образом, хромосомы в гаплоидных клетках не аналогичны таковым в материнской, а существуют уже с заменами.
Разнообразие гамет
Гаметы, образованные в процессе мейоза, не гомологичны друг другу. Хромосомы расходятся в дочерние клетки независимо друг от друга, поэтому могут принести разнообразные аллели будущему потомству. Рассмотрим простейшую классическую задачу: определим типы гамет, образованные у родительского организма по двум простым признакам. Пусть у нас будет темноглазый и темноволосый родитель, гетерозиготный по этим признакам. Формула аллелей, характеризующая его, будет выглядеть как AaBb. Половые клетки будут иметь следующий вид: AB, Ab, aB, ab. То есть четыре типа. Естественно, количество аллелей в живом организме со множеством признаков будет многократно выше, значит и вариантов разнообразия гамет будет во много раз больше. Эти процессы усиливаются конъюгацией и кроссинговером, протекающими в процессе деления.
Существуют ошибки в репликации и расхождениях хромосом. Это приводит к образованию дефектных гамет. В норме такие клетки должны подвергнуться апоптозу (клеточной смерти), но иногда они сливаются с другой половой клеткой, образуя новый организм. Например, таким образом формируется болезнь Дауна у человека, связанная с одной дополнительной хромосомой.
Следует упомянуть, что образовавшиеся половые клетки в разных организмах претерпевают дальнейшее развитие. Например, у человека из одной родительской клетки образуются четыре равноценных сперматозоида - как в классическом мейозе, что такое яйцеклетка - выяснить несколько сложнее. Из четырех потенциально одинаковых клеток образуется одна яйцеклетка и три редукционных тельца.
Мейоз: биологическое значение
Почему в процессе мейоза количество хромосом в клетке уменьшается, понятно: если бы этого механизма не было, то при слиянии двух половых клеток происходило бы постоянное увеличение хромосомного набора. Благодаря редукционному делению, в процессе размножения из слияния двух гамет выходит полноценная диплоидная клетка. Таким образом, сохраняется постоянство вида, стабильность его хромосомного набора.
Половина ДНК дочернего организма будет содержать материнскую, а половина отцовскую генетическую информацию.
Механизмы мейоза лежат в основе стерильности межвидовых гибридов. Из-за того, что в клетках таких организмов находятся хромосомы от двух видов, в процессе метафазы 1 они не могут вступить в конъюгацию и процесс образования половых клеток нарушается. Плодовитые гибриды возможны только между близкими видами. В случае полиплоидных организмов (например, многие сельскохозяйственные растения) в клетках, обладающих четным набором хромосом (октоплоиды, тетраплоиды) хромосомы расходятся как и при классическом мейозе. В случае триплоидов хроматиды образуются неравномерно, велик риск получить дефектные гаметы. Эти растения размножают вегетативно.
Таким образом, понимание, что такое мейоз - фундаментальный вопрос биологии. Процессы полового размножения, накопления случайных мутаций, а также передача их потомству лежит в основе наследственной изменчивости и неопределенного отбора. Современная селекция сформирована на основе этих механизмов.
Варианты мейоза
Рассмотренный вариант деления в мейозе характерен главным образом для многоклеточных. У простейших механизм выглядит несколько иначе. В процессе него протекает одно мейотическое деление, фаза кроссинговера соответственно, тоже смещается. Такой механизм считается более примитивным. Он послужил основой делению гаплоидных клеток современных животных, растений, грибов, протекающему в две фазы и обеспечивающему лучшую рекомбинацию генетического материала.
Отличия мейоза от митоза
Подытоживая различия между этими двумя типами деления, нужно отметить плоидность дочерних клеток. Если при митозе количество ДНК, хромосом в обоих поколениях одна и та же - диплоидная, то в мейозе образуются гаплоидные клетки. При этом в результате первого процесса образуются две, а в результате второго - четыре клетки. В митозе отсутствует кроссинговер. Разнится и биологическое значение этих делений. Если цель мейоза - образование половых клеток и их последующее сливание у разных организмов, т. е. рекомбинация генетического материала в поколениях, то цель митоза - поддержание стабильности тканей, целостности организма.
Мейоз - это деление диплоидных клеток, в результате которого образуются гаплоидные клетки. То есть из каждой пары гомологичных хромосом материнской клетки в дочерние попадает лишь одна хромосома. Мейоз лежит в основе формирования половых клеток – гамет. В результате слияния мужской и женской гамет диплоидный набор восстанавливается. Таким образом, одно из важных значений мейоза - это обеспечение постоянства числа хромосом у вида при половом размножении.
В клетке, которая приступает к мейотическому делению, уже произошло удвоение (репликация) хромосом , также как это происходит в интерфазе митоза. Так что каждая хромосома состоит из двух хроматид, и количество хромосом диплоидное. То есть по количеству генетической информации клетки вступающие в митоз и мейоз одинаковы.
В отличие от митоза мейоз протекает в два деления. В результате первого деления гомологичные хромосомы каждой пары расходятся в разные дочерние клетки, и образуются две клетки с гаплоидным числом хромосом, но каждая хромосома состоит из двух хроматид. Второе деление протекает также как митотическое, т. к. происходит разделение хроматид каждой хромосомы, и в дочерние клетки попадает по одной хроматиде каждой хромосомы.
Таким образом в результате мейоза образуется четыре клетки с гаплоидным набором хромосом. У самцов все четыре становятся сперматозоидами. А вот у самок только одна становится яйцеклеткой, другие отмирают. Это связано с тем, что только в одной клетке концентрируется запас питательных веществ.
Стадии, или фазы, первого мейотического деления:
- Профаза I. Спирализация хромосом. Гомологичные хромосомы располагаются параллельно друг другу и обмениваются некоторыми гомологичными участками (конъюгация хромосом и кроссинговер, в результате которого происходит перекомбинация генов). Разрушается ядерная оболочка, начинает формироваться веретено деления.
- Метафаза I. Пары гомологичных хромосом располагаются в экваториальной плоскости клетки. К центромере каждой хромосомы присоединяется нить веретена деления. Причем к каждой только одна таким образом, что к одной гомологичной хромосоме присоединена нить с одного полюса клетки, а к другой – с другого.
- Анафаза I. Каждая хромосома из пары гомологичных отходит к своему полюсу клетки. При этом каждая хромосома продолжает состоять из двух хроматид.
- Телофаза I. Образуются две клетки, содержащие гаплоидный набор удвоенных хромосом.
Стадии, или фазы, второго мейотического деления:
- Профаза II. Разрушение ядерных оболочек, формирование веретена деления.
- Метафаза II. Хромосомы располагаются в экваториальной плоскости, к ним присоединяются нити веретена деления. Причем таким образом, что к каждой центромере присоединяются две нити - одна с одного полюса, другая - с другого.
- Анафаза II. Хроматиды каждой хромосомы разделяются в области центромер, и каждая из пары сестринских хроматид уходит к своему полюсу.
- Телофаза II. Формирование ядер, раскручивание хромосом, деление цитоплазмы.
На схеме показано поведение при мейозе только одной пары гомологичных хромосом. В реальных клетках их больше. Так в клетках человека содержится 23 пары. На схеме видно, что дочерние клетки генетически отличны друг от друга. Это важное отличие мейоза от митоза.
Следует отметить другое важное значение мейоза (первое, как уже было указано, – это обеспечение механизма полового размножения). В результате кроссинговера создаются новые комбинации генов. Они же создаются в результате независимого друг от друга расхождения хромосом при мейозе. Поэтому мейоз лежит в основе комбинативной изменчивости организмов, которая в свою очередь является одним из источников естественного отбора, т. е. эволюции.
Сопровождающееся уменьшением числа хромосом вдвое. Он состоит из двух последовательно идущих делений, имеющих те же фазы, что и митоз. Однако, как показано в таблице «Сравнение митоза и мейоза» , продолжительность отдельных фаз и происходящие в них процессы значительно отличаются от процессов, происходящих при митозе.
Эти отличия в основном состоят в следующем.
В мейозе профаза I более продолжительна. В ней происходит конъюгация (соединение гомологичных хромосом) и обмен генетической информацией . В анафазе I центромеры , скрепляющие хроматиды, не делятся , а к полюсам отходит одна из гомологмейоза митоза и ичных хромосом. Интерфаза перед вторым делением очень короткая , в ней ДНК не синтезируется . Клетки (галиты ), образующиеся в результате двух мейотических делений, содержат гаплоидный (одинарный) набор хромосом. Диплоидность восстанавливается при слиянии двух клеток - материнской и отцовской. Оплодотворенную яйцеклетку называют зиготой .
Митоз и его фазы
Митоз, или непрямое деление , наиболее широко распространен в природе. Митоз лежит в основе деления всех неполовых клеток (эпителиальных, мышечных, нервных, костных и др.). Митоз состоит из четырех последовательных фаз (см. далее таблицу). Благодаря митозу обеспечивается равномерное распределение генетической информации родительской клетки между дочерними. Период жизни клетки между двумя митозами называют интерфазой . Она в десятки раз продолжительнее митоза. В ней совершается ряд очень важных процессов, предшествующих делению клетки: синтезируются молекулы АТФ и белков , удваивается каждая хромосома, образуя две сестринские хроматиды , скрепленные общей центромерой , увеличивается число основных органоидов цитоплазмы.
В профазе спиралируются и вследствие этого утолщаются хромосомы , состоящие из двух сестринских хроматид, удерживаемых вместе центромерой. К концу профазы ядерная мембрана и ядрышки исчезают и хромосомы рассредоточиваются по всей клетке, центриоли отходят к полюсам и образуют веретено деления . В метафазе происходит дальнейшая спирализация хромосом. В эту фазу они наиболее хорошо видны. Их центромеры располагаются по экватору. К ним прикрепляются нити веретена деления.
В анафазе центромеры делятся, сестринские хроматиды отделяются друг от друга и за счет сокращения нитей веретена отходят к противоположным полюсам клетки.
В телофазе цитоплазма делится, хромосомы раскручиваются, вновь образуются ядрышки и ядерные мембраны. В животных клетках цитоплазма перешнуровывается, в растительных - в центре материнской клетки образуется перегородка. Так из одной исходной клетки (материнской) образуются две новые дочерние.
Таблица - Сравнение митоза и мейоза
| Фаза | Митоз | Мейоз | |
| 1 деление | 2 деление | ||
| Интерфаза |
Набор хромосом 2n. Идет интенсивный синтез белков, АТФ и других органических веществ. Удваиваются хромосомы, каждая оказывается состоящей из двух сестринских хроматид, скрепленных общей центромерой. |
Набор хромосом 2n Наблюдаются те же процессы, что и в митозе, но более продолжительна, особенно при образовании яйцеклеток. | Набор хромосом гаплоидный (n). Синтез органических веществ отсутствует. |
| Профаза | Непродолжительна, происходит спирализация хромосом, исчезают ядерная оболочка, ядрышко, образуется веретено деления. | Более длительна. В начале фазы те же процессы, что и в митозе. Кроме того, происходит конъюгация хромосом, при которой гомологичные хромосомы сближаются по всей длине и скручиваются. При этом может происходить обмен генетической информацией (перекрест хромосом) - кроссинговер . Затем хромосомы расходятся. | Короткая; те же процессы, что и в митозе, но при n хромосом. |
| Метафаза | Происходит дальнейшая спирализация хромосом, их центромеры располагаются по экватору. | Происходят процессы, аналогичные тем, что и в митозе. | |
| Анафаза | Центромеры, скрепляющие сестринские хроматиды, делятся, каждая из них становится новой хромосомой и отходит к противоположным полюсам. | Центромеры не делятся. К противоположным полюсам отходит одна из гомологичных хромосом, состоящая из двух хроматид, скрепленных общей центромерой. | Происходит то же, что и в митозе, но при n хромосом. |
| Телофаза | Делится цитоплазма, образуются две дочерние клетки, каждая с диплоидным набором хромосом. Исчезает веретено деления, формируются ядрышки. | Длится недолго Гомологичные хромосомы попадают в разные клетки с гаплоидным набором хромосом. Цитоплазма делится не всегда. | Делится цитоплазма. После двух мейотических делений образуется 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. |
Таблица сравнения митоза и мейоза.
а) транскрипция;
б) редукционное деление;
в) денатурация;
г) кроссинговер;
д) конъюгация;
е) трансляция.
5. В результате редукционного деления в овогенезе образуются:
а) одно редукционное тельце;
б) овогогии;
в) овоцит I порядка;
г)два редукционных тельца;
д) овоцит I I порядка.
Вариант 5
1. В результате первого деления мейоза из одной материнской клетки образуются:
a) две дочерние клетки с уменьшенным вдвое набором хромосом;
б) четыре дочерние клетки с уменьшенным вдвое числом хромосом;
в) две дочерние клетки с увеличенным вдвое числом хромосом;
г) четыре дочерние клетки с числом хромосом, равным материнской клетке.
Для первой фазы мейоза характерен процесс
а) конъюгации;
б)трансляции;
в)редупликации;
г) транскрипции.
Биологическое значение мейоза у животных заключается в
а) предотвращении удвоения числа хромосом в новом поколении;
б) образовании мужских и женских половых гамет;
в) создании новых генных комбинаций;
г) создании новых хромосомных комбинаций;
д) увеличении числа клеток в организме;
е) кратном увеличении набора хромосом.
Яйцеклетка в отличие от сперматозоида характеризуется
а) гаплоидным набором хромосом;
б) диплоидным набором хромосом;
в) большим запасом питательных веществ;
г) более крупными размерами;
5) неподвижностью;
д) активным движением.
5 Хромосомный набор метафазы 1 мейоза равен:
б) 2n4с 4 хр;
в) 4n4с 4хр;
г) 1nб4с4хр.
ОТВЕТЫ НА ВХОДНОЙ ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ
1 вар. 1-а,б, 2- а,г.; 2-в; 3-г; 4-а; 5-а.
2 вар. 1- 1-б,в,г,д,е 2- а,ж,з. 2-в, 3-а, 4-а, 5-а.
3 вар. 1- а,б,в,г, 2-а,б,в; 2- в, 3-а, 4- а,в,г.; 5-г
4 вар. 1- а,г,д, 2-б,в,е; 2-а; 3-б,4- б,г,д. 5-а,в.
5 вар . 1-а,2-а,3-а,б,в. 4-в,г,д, 5-г
ПРИЛОЖЕНИЕ № 3 СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ.
ОБУЧАЮЩИЕ ЗАДАЧИ:
1.2 . Секвенирование генома человека в рамках международной программы «Геном человека» заложило основу нового направления - предективной медицины (генетическое тестирование генов предрасположенности). Она дает возможности не только достоверно поставить диагноз, но м если позволяют современные технологии осуществить лечение и профилактику наследственных заболеваний. Это особенно актуально в доэмбриональном периоде онтогенеза, когда молодые люди проходят обследование, еще до рождения детей.
Например, проведение тестирования гена CFT, мутация в котором приводит к развитию болезни муковисцедоз. Ген включает 1245 триплетов, в результате одной из миссенс –мутаций в 455 триплете происходит замена Ц на А. Определите последовательность аминокислот в норме (на участке 451-461) и при патологии.
ДНК в норме на участке триплетов 451-461
ДНК: ЦЦТ ГТЦ ААЦ ААЦ ЦГЦ ЦАА ЦГА ЦЦТ АГГ ТГА
ала- вал- ала - гли- сер- тре
измененная ДНК: ЦЦТ ГТЦ ААЦ ААЦ ЦГЦ ЦАА ЦГА ЦЦТ АГГ ТГА
иРНК: ГГА ЦАГ УУГ УУГ ГЦГ ГУУ ГЦУ ГГА УЦЦ АЦУ
полипептид гли - глн- лей - лей- сер - вал- ала - гли- сер- тре
ТРЕНИРУЮЩИЕ ЗАДАЧИ
1.3. В центр по планированию беременности « Брак и семья» обратилась супружеская пара, по поводу бесплодия. В браке они прожили 5 лет. Какие объективные причины могут вызвать бесплодие?
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ.
Причины, вызывающие бесплодие, могут быть следующими:
1) нарушение сперматогенеза;
2) нарушение овогенеза;
3) нарушение строения и функции матки и маточных труб;
4) эндокринные расстройства (гипотириодизм, диабет), нарушения строения и функций надпочечников и гипофиза;
5) острые инфекции (паротит);
6) хронические инфекции (туберкулёз);
7) недостаточность витаминов А, В, С;
8) хроническая почечная недостаточность;
9) воздействие солей тяжелых металлов и радиоактивных веществ, нарушающих сперматогенез;
10) лечебные препараты, применяющиеся для лечения лейкозов и псориаза (милеран, метатрексат).
1.4. 21-летняя беременная женщина, будучи на осмотре в консультации, спросила о возможности рождения ею двойни. Ее вопрос был связан с тем, что двойни рождались ее матерью, бабушкой и даже прабабушкой. Как бы вы ответили на этот вопрос? Считаете ли вы целесообразным в виде дополнительной информации выяснить, рождались ли в ее семье идентичные однояйцевые или разнояйцевые близнецы? Имеет ли значение информация о рождении близнецов у родственников по линии отца?
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ.
Нет сомнения в том, что наследственность оказывает влияние на рождение полизиготных близнецов. Нет уверенности в том, что от наследственности зависит частота монозиготных близнецов. В случае рождения полизиготных близнецов дети различаются как по своим физическим, так и по умственным способностям. Дети монозиготных близнецов имеют идентичные физические и умственные характеристики. Установлено, что генотип отца не способен изменить частоту рождения двоен.
КОНТРОЛИРУЮЩИЕ ЗАДАЧИ
1.5. На микрофотографии представлена яйцеклетка, в цитоплазме которой содержится незначительное количество равномерно расположенных желточных включений. Яйцеклетка окружена двумя структурами: блестящей оболочкой и лучистым венцом. Назовите тип яйцеклетки, для кого он характерен? Чем образован лучистый венец и блестящая оболочка яйцеклетки? Какие функции они выполняют? Как отличаются по химическому составу части яйцеклетки? Какое значение имеет ооплазматическая сегрегация для развития эмбриона?
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ.
Такой тип яйцеклетки- алецитальный, характерен для млекопитающих и человека. Блестящая оболочка является продуктом как самого ооцита, так и питающих его фолликулярных клеток. Ее важной особенностью является наличие особых белков – гликопротеинов ZP1, ZP2 и ZP3, ответственных за видовую специфичность оплодотворения. Кроме этого ей принадлежит значительная роль в защите яйцеклетке и транспорте питательных веществ.
Лучистый венец или вторичная оболочка яйцеклетки, состоит из нескольких слоев фолликулярных клеток, расположенных вокруг яйцеклетки. Она контактирует с яйцеклеткой своими тонкими цитоплазматическими отростками, проникающими через отверстия в блестящей оболочке. Фолликулярные клетки, образующие лучистый венец играют важную роль в направленном движении яйцеклетки по маточным трубам.
Ооплазматическая сегрегация, приводящая к тому, что состав цитоплазмы в разных участках яйца становится различным. Так, гликоген и РНК концентрируется на одном из полюсов, витамин С располагается по экватору.
1.6. У 18-летнего мужчины обнаружен двусторонний крипторхизм (неопущенные в мошонку оба яичка). Какое значение для молодого человека может иметь эта врождённая аномалия? Какие советы необходимо дать пациенту?
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ
Врач должен объяснить пациенту, что оба яичка необходимо опустить в мошонку хирургическим путем. Эта операция необходима по следующим причинам:
1) в яичках ребенка, находящихся в паховом канале или полости брюшины, после 5 лет развиваются дегенеративные изменения в семенных канальцах. так как температура в мошонке на 2-3 градуса ниже внутрибрюшинной, в связи с этим необратимо нарушается сперматогенез и появляется угроза бесплодия;
2) если яички не располагаются в мошонке до периода половой зрелости, сперматозоиды не образуются. хотя клетки Лейдига активно синтезируют тестостерон;
3) если яички остаются внутрибрюшинно до 30-35 летнего возраста, фиброзная соединительная ткань замещает интерстициальные клетки- гландулоциты чем объясняется снижение синтеза мужского полового гормона;
4) клеточные элементы неопустившихся яичек нередко могут явиться источником злокачественных опухолей.
1.7. К специалисту –андрологу обратился мужчина, в возрасте 36 лет. Пациента волновал вопрос: « Может ли вирусный паротит (свинка), которым он переболел в детском возрасте и который осложнился острым воспалением яичка (орхитом), явиться причиной бесполодия?»
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ.
Воспалительные изменения в яичках вызывают развитие атрофии извитых канальцев яичка и регрессию сперматогенеза. Причиной же стерильности паротит может быть редко, так как при этой инфекции чаще всего поражается только одна из желез.
1.8 . Секвенирование двух самых маленьких хромосом человека 21 и 22 определило их размер, количество генов и их расположение. Размер ДНК в 21 хромосоме 33.8 Мб, в ней содержаться 225 генов, размер ДНК 22 хромосомы 33,4 Мб, в ней содержаться 545 генов. Учитывая этот факт, объясните почему трисомия по 22 хромосоме часто не совместима с жизнью. Какое заболевание развивается при трисомии по 21 хромосоме. Укажите возможные причины и механизмы, приводящие к развитию этого патологического состояния.
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ.
Очевидно, что в 22 хромосоме несмотря на ее маленький размер содержится в 2 раза больше генов, чем в 21. Трисомия по 22 хромосоме приведет к развитию аномалий несовместимых с жизнью. Трисомия по 21 хромосоме приводит к формированию синдрома Дауна. Среди возможных причин, приводящих к неправильному расхождению хромосом в мейозе может быть возраст матери. Возможно по мере старения организма истощается пул ооцитов и хромосомы в « перезрелых» ооцитах возрастных женщин более подвержены нерасхождению. Предполагается, что возрастные гормональные изменения могут ускорять процесс мейотического созревания ооцитов и быть причиной аномальной сегрегации хромосом. Не исключено также, что с возрастом женщины нарушается образование веретена деления или изменяется продолжительность клеточного цикла.
Глоссарий.
Акросома - органоид сперматозоида расположенный на переднем конце головки сперматозоида, развивающийся из комплекса Гольджи путем конденсации гранул акросомного вещества.
Активация яйца - побуждение яйца к развитию, что происходит при оплодотворении его сперматозоидом или под действием других стимулов.
Анимальный полюс - часть телолецитальной яйцеклетки, в которой находится активная цитоплазма, не перегруженная желточными включениями. Последние сосредоточены на противоположном – вегетативном- полюсе.
Бивалент пара гомологичных хромосом, которые соединяются (коньюгируют) между собой в мейозе.
Вегетативный полюс- часть цитоплазмы яйцеклетки в которой сосредоточено большое количество желтка.
Гаметогенез - развитие половых клеток (сперматозоидов и яйцеклеток).
Гаметы – мужские и женские половые клетки имеющие гаплоидный набор хромосом.
Гонады - половые железы- органы образующие половые клетки и половые гормоны у животных и человека.
Деление редукционное (мейоз 1) –процесс деления созревающих половых клеток, в результате которого происходит уменьшение вдвое (редукция) числа хромосом.
Зигота – клетка, возникающая при слиянии двух гамет. Это оплодотвореная яйцеклетка.
Кортикальная реакция- цепь изменений в кортикальном слое цитоплазмы яйцеклетки при ее оплодотворении (разрушение кортикальных гранул, утолщение желточной оболочки и ее преобразование в оболочку оплодотворения, изменение мембранного потенциала, блокирование полиспермии).
Крипторхизм- неопущение яичка в мошонку. При этой аномалии развития яички остаются стерильными, так как из-за высокой температуры в брюшной полости сперматогенез приостанавливается.
Кроссинговер – взаимный обмен гомологичными участками конъюгирующих хромосом.
Мейоз – процесс деления созревающих половых клеток, в результате которого происходит уменьшение (редукция) числа хромосом.
Моносомия – отсутствие в хромосомном наборе клеток диплоидного организма одной из гомологичных хромосом.
Оболочка оплодотворения - утолщенная и как бы затвердевшая первичная оболочка яйцеклетки.
Оболочка яйцеклектки первичная – желточная оболочка, вырабатываемая самой яйцеклеткой. Она имеет вид тонкой пленки, связанной с цитоплазмой яйцеклетки.
Овогенез - развитие женской половой клетки.
Овуляция - процесс выбрасывания (выхода) яйцеклетки из граафового пузырька яичника, после чего она поступает в яйцевод.
Оплодотворение - процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы.
Оогонии – незрелые женские половые клетки, обладающие способностью к митотическому размножению.
Ооцит - незрелая женская половая клетка животных в периоды роста и созревания оогенеза.
Пронуклеус- ядерное вещество сперматозоида или ядро яйцеклетки, которые в процессе оплодотворения до образования синкариона переходят из плотного в более рыхлое состояние, приобретая при этом сходство с обычным клеточным ядром.
Полиплоидия – наследственное изменение, заключающееся в кратном увеличении числа наборов хромосом в клетках организма.
Размножение – присущее всем организмам свойство воспроизведения себе подобных, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни.
Размножение бесполое - размножение живых организмов, при котором одна родительская особь дает начало двум или большему числу особей потомства, идентичных по наследственным признакам родительской особи.
Размножение половое – способы размножения, при которых новый организм развивается обычно из зиготы, образующейся в результате слияния женских и мужских половых клеток – гамет.
Серый серп- часть яйцеклетки в виде серого полумесяца на стороне противоположной месту проникновения сперматозоида.
Синкарион – 1) ядро зиготы, образующееся в процессе слияния мужского и женского пронуклеусов.
Сперматиды – гаплоидные мужские половые клетки, образующиеся в течение 4-го (последнего) периода сперматогенеза.
Сперматогенез – превращение диплоидных первичных клеток у животных и многих растительных организмов в гаплоидные дифференцированные мужские половые клетки – сперматозоиды.
Сперматогонии – диплоидные мужские половые клетки первого периода сперматогенеза.
Сперматозоид – спермий – зрелая гаплоидная мужская половая клетка животных и многих растительных организмов.
Сперматоцит – мужская половая клетка в период роста и созревания (2-й и 3-й периоды сперматогенеза).
Хиазма – точка соединения конъюгирующих гомологичных хромосом в профазе первого деления мейоза.
Хромосомы – самовоспроизводящиеся структуры клеточного ядра, являющиеся носителями генов, определяющих наследственные свойства клеток и организмов.
Яички – наружные органы мужской половой системы овальной или бобовидной формы.
Яичники – женские половые железы, выполняющие генеративную (образование яйцевых клеток) и эндокринную (выработка овариальных гормонов) функции).
Яйцеклетка – женская половая клетка, специализированная к выполнению генеративной функции.
При большом увеличении микроскопа рассмотреть срез семенника крысы. Найти в семенных канальцах клетки в разных зонах развития. Зарисовать сегмент семенного канальца и обозначить сперматогонии, сперматоциты I порядка, II порядка, сперматиды. Подписать хромосомный комплекс каждой клетки.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 2.
При большом увеличении микроскопа рассмотреть постоянный препарат сперматозоидов морской свинки. Обратить внимание на размер сперматозоидов Рассмотреть головку, найти в ней акросому, ядро. Зарисовать 1-2 сперматозоида, сделать обозначение.
При малом увеличении микроскопа рассмотреть препарат среза яичника кошки. Найти фолликулы на разных стадиях зрелости. Зарисовать препарат и обозначить первичный фолликул, фолликул средней зрелости (растущий), зрелый фолликул (граафов пузырек). В граафовом пузырьке рассмотреть и обозначить фолликуярный слой, полость фолликула, яйценосный бугорок, овоцит I порядка.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 7.
Изучить по таблице строение сперматозоида и яйцеклетки млекопитающих и перенести ее в альбом. Зарисовать схему строения сперматозоида, обозначить головку, ядро, акросому, шейку, проксимальную, дистальную центриоли, хвост. Зарисовать схему строения яйцеклетки. Обозначить ее блестящую оболочку, ядро, ядрышко, желточные зерна.
Входной тестовый контроль
3 Уменьшение числа хромосом вдвое, образование клеток с гаплоидным набором хромосом происходит в процессе
2)дробления
3)оплодотворения
4 Значение митоза состоит в увеличении числа
1) хромосом в дочерних клетках по сравнению с материнской
2)клеток с набором хромосом, равным материнской клетке
3)молекул ДНК в дочерних клетках по сравнению с материнской
4)клеток с уменьшенным вдвое набором хромосом
5 В конце интерфазы каждая хромосома состоит из молекул ДНК
4)четырех
6 Конъюгация и обмен участками гомологичных хромосом происходит в
1)профазе I мейоза
2)профазе митоза
3)метафазе II мейоза
4)профазе II мейоза
7 Растворение ядерной оболочки и ядрышек в процессе митоза происходит в
1) профазе
2)интерфазе
3)телофазе
4)метафазе
8 в мейозе удвоение ДНК и образование двух хроматид происходит в
1) профазе первого деления
2) профазе второго деления
3)интерфазе перед первым делением
4)интерфазе перед вторым делением
10 Расхождение гомологичных хромосом происходит в
1) анафазе мейоза 1
2) метафазе мейоза 1
3) метафазе мейоза 2
4) анафазе мейоза 2
11 Расхождение хроматид к полюсам клетки происходит в
1) телофазе
2) анафазе
3) профазе
4) метафазе
12 В процессе мейоза у животных образуются гаметы с набором хромосом
1) диплоидным
2) гаплоидным
3) равным материнскому
4) удвоенным
14 у животных в процессе митоза, в отличие от мейоза, образуются клетки
1) соматические
2) с половинным набором хрмомосом
3) половые
4) споровые
Ответ:_____________________
Ответ:_____________________
Ответ:_____________________
18 Половые клетки животных в отличие от соматических
Ответ:_____________________
Ответ:_____________________
20 Выберите правильный ответ. В результате второго деления созревания сперматогенеза клетки называются:
1). Сперматогонии
2). Сперматоциты I порядка
3). Сперматиды
4). Сперматоциты I I порядка
21. Выберите правильные ответы. Прозрачная оболочка состоит из:
1). Гликозаминогликанов
2). Протеогликанов
3). Фолликулярных клеток
4). Пигментных включений
5). Желточных гранул
23. Выберите правильный ответ. Акросома содержит:
1). Гормоны
2). Ферменты
3. Ллипиды
25 Выберите правильный ответ. Яйцеклетка не содержит:
1). Митохондрий
2). Эндоплазматической сети
3). Комплекса Гольджи
4). Центриолей
26. Выберите правильный ответ. Первичная оболочка яйцеклетки является производной:
1). Фолликулярных клеток
2). Ооцита
3). Блестящей оболочки
4). Продуктами желез яйцеводов
5). Соединительной тканью
27. Выберите правильные ответы. Овогенез состоит из стадий:
1). Размножения
3). Созревания
4). Формирования.
92. При сперматогенезе в зоне роста располагаются клетки, которые называются:
a) сперматогониями;
b) сперматоцитами 1 порядка;
c) сперматоцитами 2 порядка;
d) сперматидами.
97. Пары хромосом выстраиваются в экваториальной плоскости клетки во время первого мейотического деления:
a) в профазу 1;
b) в метафазу 1;
c) в анафазу 1;
d) в телофазу 1.
98. Из всех фаз мейоза наиболее длительная:
a) профаза 1;
b) анафаза 1;
c) профаза 2;
d) телофаза 2.
99. Конъюгация и обмен участками гомологичных хромосом происходит:
a) в профазе митоза;
b) в профазе 1 мейоза;
c) в анафазу 2;
d) в интерфазу 1 мейоза.