Тази статия ще ви помогне да проучите подробно процеса на една от формите на делене на диплоидна клетка, а именно схемата на мейоза. В нея ще научите от колко фази се състои този процес, какви са особеностите на всяка фаза, в коя фаза става конюгацията на хромозомите, какво е кросинговър и каква е ефективността на всеки етап от деленето.

Значението на понятието "мейоза"

Тази форма на делене е характерна главно за клетките на репродуктивната система, а именно яйчниците и спермата. С помощта на мейозата от диплоидната майчина клетка се образуват четири хаплоидни гамети с n набор от хромозоми.

Процесът се състои от два етапа:

• Редукция, мейоза 1 - състои се от четири фази: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Първото делене на мейозата завършва с образуването на две хаплоидни клетки от диплоидна клетка.
• Етап на уравнение, мейоза 2 , е процедурно подобен на митозата. Този етап се характеризира с разделянето на сестринските хромозоми и тяхното разминаване към различни полюси.

Всеки етап се състои от четири последователни фази, които плавно преминават една в друга. Между двата етапа на делене практически няма интерфаза, така че повторният процес на репликация на ДНК не се случва.

Ориз. 1. Схема на първото разделение на мейозата.

Характеристика на първия етап на делене е профаза 1, която се състои от пет отделни етапа. Обяснение на процесите, които се случват във всеки от тях, можете да намерите в таблицата по-долу. По време на профаза 1 хромозомите се скъсяват поради спирализация. Хомоложните хромозоми са толкова тясно свързани помежду си, че възниква процесът на конюгация (събиране и сливане на участъци от хромозоми).

По това време някои участъци от несестрински хромозоми могат да се обменят помежду си, този процес се нарича кръстосване.

Ориз. 2. Схема на второто мейотично делене.

Таблица на фазите на мейозата

Фаза	Особености
Профаза 1	Състои се от пет етапа: лептотен(тънки нишки) - вместо хроматинови гранули се появяват тънки нишки от хромозоми; зиготена(комбинация от нишки) - възниква процесът на конюгация; Пачитена(дебели нишки) - характерно е пресичането на хромозомни участъци; Диплотена(двойни нишки) - виждат се хиазми и хроматиди; Диакинеза– хромозомите се скъсяват, центромерите се отблъскват взаимно, ядрените мембрани и ядрото се разтварят и се образува вретено.
Метафаза 1	Хромозомите се подреждат на екватора на вретеното, докато ориентацията на центромерите към полюсите е напълно произволна.
Анафаза 1	Хомоложните хромозоми се придвижват към различни полюси, докато сестринските хромозоми все още са свързани в центромера.
Телофаза 1	Краят на телофазата се бележи от деспирализацията на хромозомите и образуването на нова ядрена обвивка.
Профаза 2	Възстановява се ново вретено на делене, ядрената мембрана се разтваря.
Метафаза 2	Хромозомите се подреждат в екваториалната част на вретеното.
Анафаза 2	Центромерите се разделят и хроматидите се преместват към противоположните полюси.
Телофаза 2	От едно хаплоидно ядро ​​се образуват две с хаплоиден набор, вътре в които има един хроматид.

В резултат на това делене от една диплоидна клетка се образуват четири гамети с хаплоиден набор. Генетично всяка от четирите клетки има свое специално генетично съдържание.

ТОП 4 статиикоито четат заедно с това

Ориз. 3. Схема на гаметогенезата.

Процесът на кръстосване не е типичен за мейоза 2, тъй като обменът на участъци между хромозомите се случва в профазата на първото деление.

Какво научихме?

Клетъчното делене на гонадите става чрез мейоза, която се състои от два етапа на делене. Всеки етап има четири фази: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Характеристика на първия етап на делене е образуването на две клетки с хаплоиден набор от хромозоми. В резултат на второто делене броят на образуваните гамети е четири.

Тест по темата

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4.1. Общо получени оценки: 206.

Мейоза - вид митоза, в резултат на която се образуват хаплоидни гамети (1n) от диплоидни (2n) соматични клетки на половите жлези.По време на оплождането ядрата на гаметите се сливат и диплоидният набор от хромозоми се възстановява. По този начин мейозата гарантира, че наборът от хромозоми и количеството ДНК остават постоянни за всеки вид.

Като резултат мейоза Iброят на хромозомите е наполовина ( редукционно разделение);

при мейоза IIклетъчната хаплоидност се поддържа (уравнено деление).Клетките, влизащи в мейозата, съдържат 2n2xp генетична информация.

В профаза на мейоза IИма постепенна спирализация на хроматина с образуването на хромозоми. Хомоложните хромозоми се събират, за да се образуват обща структура, състоящ се от две хромозоми (бивалентни) и четири хроматиди (тетрадни).

Контактът на две хомоложни хромозоми по цялата дължина се нарича спрежение.

Тогава се появяват сили на отблъскване между хомоложни хромозоми и хромозомите първо се разделят в центромерите, остават свързани в рамената и образуват пресечки (хиазми). Дивергенцията на хроматидите постепенно се увеличава и кръстът се придвижва към краищата им.

По време на процеса на конюгация може да възникне обмен на региони между някои хроматиди на хомоложни хромозоми - пресичане, което води до рекомбинация на генетичен материал. До края на профазата ядрената обвивка и нуклеолите се разтварят и се образува ахроматично вретено. Съдържанието на генетичен материал остава същото (2n2хр).

1)В метафазаПри мейоза I двувалентните хромозоми са разположени в екваториалната равнина на клетката. В този момент тяхната спирализация достига своя максимум. Съдържанието на генетичния материал не се променя (2n2xr).

2) В анафазаХомоложните хромозоми на мейоза I, състоящи се от две хроматиди, най-накрая се отдалечават една от друга и се отклоняват към полюсите на клетката. Следователно от всяка двойка хомоложни хромозоми само една попада в дъщерната клетка - броят на хромозомите се намалява наполовина (настъпва редукция). Съдържанието на генетичен материал става 1n2xp на всеки полюс.

3) В телофазаОбразуват се ядра и цитоплазмата се разделя – образуват се две дъщерни клетки. Дъщерните клетки съдържат хаплоиден набор от хромозоми, всяка хромозома съдържа две хроматиди (1n2хр).

Биологично значение на мейозата:

1) е основният етап на гаметогенезата;

2) осигурява предаването на генетична информация от организъм на организъм по време на половото размножаване;

3) дъщерните клетки не са генетично идентични на майката и помежду си.

Така в резултат на мейозата от една диплоидна майчина клетка се образуват 4 клетки с хаплоиден набор от хромозоми. В допълнение, в профаза на мейоза I се получава рекомбинация на генетичен материал (кросингоувър), а в анафаза I и II хромозомите и хроматидите произволно се преместват към единия или другия полюс. Тези процеси са причина за комбинативната изменчивост.

18: Безполово размножаване на живи организми:

Безполовото размножаване включва един индивид клетъчен механизъме митоза.

Методи за безполово размножаване:

1) Клетъчно делене - характерно само за едноклетъчни организми (гъбички...)

1. Монотомия

2. Палинтами

3. Шизогония

4. Анизотомия

2) Фрагментация – в основата е процесът на регенерация, т.е. възстановяване на изгубени органи или части от тях. (червей)

3) Пъпкуване – характерно за бактерии, гъбички, кишечнополостни и ципести).

4) Спорообразуването е размножаване чрез спори. (бактерии, висши и низши растения)
Има спорове: 1. Зооспори (подвижни)

Второто разделение на мейозата според механизма е типична митоза. Става бързо:

Профаза IIвъв всички организми тя е кратка.

Ако са настъпили телофаза I и интерфаза II, тогава нуклеолите и ядрените мембрани се разрушават, а хроматидите се скъсяват и удебеляват. Центриолите, ако има такива, се преместват към противоположните полюси на клетката. Във всички случаи до края на профаза II се появяват нови вретеновидни нишки. Те са разположени под прав ъгъл спрямо мейотичното I вретено.

Метафаза II.Както при митозата, хромозомите се подреждат индивидуално в екватора на вретеното.

Анафаза II. Подобно на митотичното: центромерите се делят (унищожаване на кохезини) и вретенообразните нишки издърпват хроматидите към противоположните полюси.

Телофаза II.Протича по същия начин като телофазата на митозата с единствената разлика, че се образуват четири хаплоидни дъщерни клетки. Хромозомите се развиват, удължават и стават трудни за разграничаване. Нишките на шпиндела изчезват. Около всяко ядро ​​отново се формира ядрена обвивка, но ядрото вече съдържа половината от броя на хромозомите на оригиналната родителска клетка. По време на последваща цитокинеза една родителска клетка произвежда четири дъщерни клетки.

Предварителни резултати:

По време на мейозата, в резултат на две последователни клетъчни деления след един цикъл на репликация на ДНК, четири хаплоидни клетки се образуват от една диплоидна клетка.

Мейозата е доминирана от профаза I, която може да заема 90% от общото време. През този период всяка хромозома се състои от две близко съседни сестрински хроматиди.

Кръстосването (кросоувър) между хромозомите се случва на пахитеновия етап в профаза I, с плътно конюгиране на всяка двойка хомоложни хромозоми, което води до образуването на хиазми, които поддържат единството на бивалентите до анафаза I.

В резултат на първото разделяне на мейозата всяка дъщерна клетка получава една хромозома от всяка двойка хомолози, които по това време се състоят от свързани сестрински хроматиди.

След това, без репликация на ДНК, бързо настъпва второ делене, при което всеки сестрински хроматид завършва в отделна хаплоидна клетка.

Сравнение на митоза и мейоза I(мейоза II е почти идентична с митозата)

сцена	Митоза	Мейоза I
Профаза	Хомоложните хромозоми се разделят. Хиазмите не се образуват. Кросоувър не се получава	Хомоложните хромозоми са конюгирани. Образуват се хиазми. Възниква пресичане
Метафаза	Хромозомите, всяка от две хроматиди, са разположени на екватора на вретеното	Бивалентите, образувани от двойки хомоложни хромозоми, са разположени на екватора на вретеното
Анафаза	Центромерите се делят. Хроматидите се разделят. Дивергентните хроматиди са идентични	Центромерите не се делят. Цели хромозоми (от две хроматиди всяка) се разминават. Дивергентните хромозоми и техните хроматиди може да не са идентични в резултат на кръстосване
Телофаза	Плоидността на дъщерните клетки е равна на плоидността на родителските клетки. При диплоидите дъщерните клетки съдържат и двете хомоложни хромозоми	Плоидността на дъщерните клетки е половината от плоидността на родителските клетки. Дъщерните клетки съдържат само една от всяка двойка хомоложни хромозоми
Къде и кога се случва	В хаплоидни, диплоидни и полиплоидни клетки При образуване на соматични клетки При образуване на спори при някои гъби и низши растения. По време на образуването на гамети във висшите растения	Само в диплоидни и полиплоидни клетки На всеки етап от жизнения цикъл на организми със сексуално размножаване, например по време на гаметогенезата при повечето животни и по време на спорогенезата при висшите растения.

Значение на мейозата:

1. Полово размножаване.Мейозата се среща във всички организми, които се размножават по полов път. По време на оплождането ядрата на двете гамети се сливат. Всяка гамета съдържа хаплоиден (n) набор от хромозоми. В резултат на сливането на гамети се образува зигота, съдържаща диплоиден (2n) набор от хромозоми. При липса на мейоза, сливането на гамети би довело до удвояване на броя на хромозомите във всяко следващо поколение в резултат на сексуално размножаване. При всички организми със сексуално размножаване това не се случва поради наличието на специално клетъчно делене, при което диплоидният брой хромозоми (2n) се редуцира до хаплоидния брой (n).

2. Генетична изменчивост.Мейозата също създава възможност за възникване на нови комбинации от гени в гамети, което води до генетични промени в потомството в резултат на сливането на гамети. В процеса на мейоза това се постига по два начина, а именно независимото разпределение на хромозомите по време на първото мейотично делене и кросинговъра.

А) Независимо разпределение на хромозомите.

Независимо разпределение означава, че в анафаза I хромозомите, които съставляват даден бивалент, се разпределят независимо от хромозомите на други биваленти. Този процес се обяснява най-добре от диаграмата, показана вдясно (черните и белите ивици съответстват на хромозомите на майката и бащата).

В метафаза I бивалентите са разположени произволно на екватора на вретеното. Диаграмата показва проста ситуация, в която участват само два бивалентни елемента и следователно подреждането е възможно само по два начина (в единия от тях белите хромозоми са ориентирани в една посока, а в другия в различни посоки). как по-голям бройбивалентите, толкова по-голям е броят на възможните комбинации и, следователно, толкова по-голяма е променливостта. Броят на вариантите на получените хаплоидни клетки е 2 х. Независимото разпределение е в основата на един от законите на класическата генетика - вторият закон на Мендел.

Б) Преминаване.

В резултат на образуването на хиазми между хроматидите на хомоложните хромозоми в профаза I възниква кръстосване, което води до образуването на нови комбинации от гени в хромозомите на гаметите.

Това е показано на диаграмата за пресичане

И така, накратко за основното:

Митоза- това е делене на клетъчното ядро, при което се образуват две дъщерни ядра, съдържащи комплекти от хромозоми, идентични с тези на родителската клетка. Обикновено, веднага след ядреното делене, цялата клетка се дели, за да образува две дъщерни клетки. Митозата, последвана от клетъчно делене, води до увеличаване на броя на клетките, осигурявайки процесите на растеж, регенерация и клетъчна подмяна в еукариотите. При едноклетъчните еукариоти митозата служи като механизъм за безполово размножаване, което води до увеличаване на размера на популацията.

Мейозае процесът на делене на клетъчното ядро ​​за образуване на дъщерни ядра, всяко от които съдържа половината от хромозомите, отколкото първоначалното ядро. Мейозата се нарича също редукционно делене, тъй като в този случай броят на хромозомите в клетката намалява от диплоиден (2n) до хаплоиден (n). Значението на мейозата е, че при видове със сексуално размножаване тя осигурява запазването на постоянен брой хромозоми в продължение на няколко поколения. Мейозата възниква по време на образуването на гамети при животните и спори при растенията. В резултат на сливането на хаплоидни гамети по време на оплождането се възстановява диплоидният брой хромозоми.

Други варианти на клетъчно делене.

Деление на прокариотни клетки.

Разглеждайки механизмите на митозата и мейозата като основни механизми на клетъчното делене, не бива да забравяме, че те са възможни само при представители на еукариотната империя, в противен случай огромната прокариотна империя ще остане извън обсега на нашето внимание.

Отсъствието на образувано ядро ​​и тубуларни органели (и следователно на вретено) прави очевидно, че механизмите на прокариотното делене трябва да бъдат фундаментално различни от еукариотните.

В прокариотните клетки кръгова ДНК молекула е прикрепена към плазмалемата в областта на една от мезозомите (гънки плазмената мембрана). Той е прикрепен от региона, където започва двупосочната репликация (наречена произход на репликацията на ДНК). Веднага след началото на репликацията започва активен растеж на плазмената мембрана и включването на нов мембранен материал става в ограниченото пространство на плазмената мембрана - между точките на закрепване на две частично репликирани ДНК молекули.

С нарастването на мембраната репликираните ДНК молекули постепенно се отдалечават една от друга, мезозомата се задълбочава и срещу нея се образува друга мезозома. Когато репликираните ДНК молекули най-накрая се отдалечат една от друга, мезозомите се съединяват и майчината клетка се разделя на две дъщерни клетки.

Прокариотите нямат сексуално размножаване, следователно няма варианти на разделяне с намаляване на плоидността и цялото разнообразие от методи на разделяне се свежда до особеностите на цитокинезата:

При равно делене цитокинезата е еднаква и получените дъщерни клетки имат подобни размери; това е най-честият начин на цитокинеза при прокариотите;

При пъпкуването една от клетките наследява б О по-голямата част от цитоплазмата на майчината клетка, а втората изглежда като малка пъпка върху повърхността на голяма (докато се отдели). Тази цитокинеза е дала името на цялото семейство прокариоти - Пъпкуващи бактерии, въпреки че не само те са способни да пъпкуват.

Специални варианти на делене на еукариотни клетки.

Профаза 2 (1n2c). Накратко, профаза 1, хроматинът е кондензиран, няма конюгация и кросингоувър, протичат процеси, нормални за профазата - разпадане на ядрени мембрани на фрагменти, дивергенция на центриолите към различни полюси на клетката, образуване на вретеновидни нишки.

Метафаза 2 (1n2c). Бихроматидните хромозоми се подреждат в екваториалната равнина на клетката и се образува метафазната плоча.
Създават се предпоставки за третата рекомбинация на генетичния материал - много хроматиди са мозаечни и тяхното разположение на екватора определя към кой полюс ще се преместят в бъдеще. Вретенообразните нишки са прикрепени към центромерите на хроматидите.

Анафаза 2 (2n2с). Настъпва разделянето на двухроматидните хромозоми на хроматиди и дивергенцията на тези сестрински хроматиди към противоположните полюси на клетката (в този случай хроматидите стават независими еднохроматидни хромозоми), възниква трета рекомбинация на генетичен материал.

Телофаза 2 (1n1cвъв всяка клетка).Хромозомите се декондензират, образуват се ядрени мембрани, нишките на вретеното се разрушават, появяват се нуклеоли и цитоплазмата се дели (цитотомия) което води до образуването на четири хаплоидни клетки.

5. Разлика между мейоза I и мейоза II

1. Първото деление се предшества от интерфаза с хромомна редупликация, по време на второто деление няма репликация на генетичен материал, т.е. няма синтетичен етап.

2. Профазата на първото деление е дълга.

3. При първото разделение настъпва конюгация на хромозоми и
пресичане.

4. В първото разделение хомоложните хромозоми (бивалентите, състоящи се от двойка хроматиди) се разминават към полюсите, а във второто разделение хроматидите се разминават.

Мейоза: 1 - лептотен; 2 - зиготена; 3 - пахитен; 4 - диплотен; 5 - диакинеза; 6 - метафаза 1; 7 - анафаза 1; 8 - телофаза 1; 9 - профаза 2; 10 - метафаза 2; 11 - анафаза 2; 12 - телофаза 2.

6. Разлики между мейоза и митоза

1. При митозата има едно делене, а при мейозата две (заради това се получават 4 клетки).

2. В профазата на първото разделение на мейозата възниква конюгация (близка близост на хомоложни хромозоми) и пресичане (обмяна на участъци от хомоложни хромозоми), което води до рекомбинация (рекомбинация) на наследствената информация.

3. В анафазата на първото разделение на мейозата възниква независимо разминаване на хомоложни хромозоми (бихроматидните хромозоми се отклоняват към полюсите на клетката). Това води до рекомбинация и редукция.

4. В интерфазата между две разделения на мейозата не се случва удвояване на хромозомите, тъй като те вече са двойни.

5. След митозата се получават две клетки, а след мейозата се получават четири клетки.

6. След митоза се получават соматични клетки (телесни клетки), а след мейоза - зародишни клетки (гамети - сперматозоиди и яйца; при растенията след мейоза се получават спори).

7. След митозата се получават еднакви клетки (копия), а след мейозата се получават различни клетки (настъпва рекомбинация на наследствената информация).

8. След митозата броят на хромозомите в дъщерните клетки остава същият, какъвто е бил в майката, а след мейозата намалява 2 пъти (броят на хромозомите се намалява; ако не беше там, след всяко оплождане броят на хромозомите ще се удвои; намаляването на редуването и оплождането осигуряват постоянството на броя на хромозомите).

7. Биологично значение на мейозата

Мейозата е централното събитие на гаметогенезата при животните и спорогенезата при растенията. С негова помощ се поддържа постоянството на хромозомния набор - след сливането на гаметите не се случва удвояването му. Благодарение на мейозата се образуват генетично различни клетки, т.к По време на процеса на мейоза, рекомбинация на генетичен материал се случва три пъти: поради кръстосване (профаза 1), поради произволна, независима дивергенция на хомоложни хромозоми (анафаза 1) и поради случайна хроматидна дивергенция (анафаза 2).

8. Начини за размножаване на организмите

9. Разликата между полово и безполово размножаване

10. Основните форми на безполово размножаване: разделяне на две (митоза), множествено делене (шизогония), пъпкуване, фрагментация, спорулация, вегетативно размножаване, полиембриония).

Асексуалното размножаване е процесът на възникване на дъщерни индивиди от една или група соматични клетки на тялото на майката. Този метод на възпроизвеждане е по-древен. Базира се на митотично деленеклетки. Значението на безполовото размножаване се състои в бързото нарастване на броя на индивидите, които са почти неразличими един от друг. Разграничават се следните форми на безполово размножаване:

1. Разделяне на две– води до появата на два дъщерни организма от един родителски организъм. Това е преобладаващата форма на делене при прокариотите и протозоите. Различните едноклетъчни животни се делят по различни начини. По този начин флагелатите са разделени надлъжно, а ресничестите - напречно. Това деление се среща и при многоклетъчните животни - кишечнополостни (надлъжно деление при медузите) и червеи (напречно деление при пръстеновидните).

3. Пъпкуване– върху тялото на майчиното тяло се появява клъстер от клетки, който расте и постепенно придобива прилика с индивида на майката. Тогава дъщерният индивид се отделя и започва да води самостоятелно съществуване. Такова размножаване е често срещано сред нисшите многоклетъчни организми (гъби, кишечнополостни, бриозои, някои червеи и ципести). Понякога дъщерите не се отделят напълно от родителя, което води до образуването на колонии.

4.Раздробяване– тялото на многоклетъчния организъм се разпада на части, които по-късно се превръщат в независими индивиди ( плоски червеи, бодлокожи).

5. Спорове– дъщерният организъм се развива от специализирана спорова клетка.

Има две основни форми на безполово размножаване на растенията: вегетативно размножаване и спорулация.Извършва се вегетативно размножаване на едноклетъчни растения просто разделениеедна клетка в две. При гъбите формите му са по-разнообразни - спороношение (плесени, шапкашки гъби) и пъпкуване (дрожди). При покритосеменните растения вегетативното размножаване се осъществява благодарение на вегетативни (неполови) органи - корени, стъбла, листа.

При някои животински видове има полиембриония- безполово размножаване на ембрион, образуван чрез полово размножаване. Например при броненосци на етап бластула клетъчният материал на първоначално един ембрион се разделя между 4–8 ембриона, от които впоследствие се развиват пълноценни индивиди. В резултат на полиембрионията при хората се раждат еднояйчни близнаци.

11. Основните форми на сексуално размножаване при едноклетъчни организми (конюгация, копулация) и при многоклетъчни организми (без оплождане (партеногенеза) и с оплождане).

Полово размножаване се наблюдава при жизнени цикливсички основни групи организми. Преобладаването на сексуалното размножаване се обяснява с факта, че то осигурява значително генетично разнообразие и следователно фенотипна вариабилност на потомството.

В основата на половото размножаване е половият процес, чиято същност се свежда до съчетаването в наследствения материал за развитието на потомък на генетична информация от двама различни източници– родители.

Една от формите на половия процес е спрежение. В този случай възниква временна връзка на два индивида с цел обмен (рекомбинация) на наследствен материал, например при реснички. В резултат на това индивидите изглеждат генетично различни от родителските организми, които впоследствие извършват безполово размножаване. Броят на ресничките не се променя след конюгацията, така че в този случай е невъзможно да се говори буквално за размножаване.

При протозоите половият процес може да протича и във формата копулация – сливане на два индивида в едно, асоциация и рекомбинация на наследствен материал. След това този индивид се възпроизвежда чрез делене.

За участие в половото размножаване в родителските организми се произвеждат гамети - клетки, специализирани за осигуряване на генеративната функция. Сливането на майчините и бащините гамети води до появата на зигота - клетка, която е дъщерен индивид на първия, най- ранна фазаиндивидуално развитие.

При някои организми зигота се образува в резултат на обединяването на неразличаващи се по структура гамети – явление изогамия. При повечето видове репродуктивните клетки се разделят според структурни и функционални характеристики на майчини (яйца) и бащини (сперматозоиди).

Понякога развитието на дъщерен организъм възниква от неоплодено яйце. Това явление се нарича девствено развитие или партеногенеза. В този случай източникът на наследствен материал за развитието на потомството обикновено е ДНК на яйцеклетката - феномен гиногенеза.По-рядко се наблюдава андрогенеза– развитие на потомък от клетка с цитоплазмата на яйцеклетката и ядрото на спермата. В случай на андрогенеза, ядрото на женската гамета умира.

12. Биологично значение на половото размножаване

На определен етап от еволюцията при многоклетъчните организми половият процес, като начин за обмен на генетична информация между индивидите в рамките на един вид, се оказва свързан с размножаването. По време на половото размножаване, получените нови индивиди обикновено се различават от своите родители и един от друг по комбинация от генни алели. Нови комбинации от хромозоми и гени се появяват в потомците с нова комбинация от характеристики. Резултатът е голямо разнообразие от индивиди в рамките на един вид. По този начин, биологично значениесексуалното размножаване се състои не само в самовъзпроизвеждане, но и в осигуряване на историческото развитие на видовете, тоест живота като такъв. Това ни позволява да считаме сексуалното размножаване биологично за по-прогресивно от безполовото размножаване.

13. Сперматогенеза

Процесът на образуване на мъжки зародишни клетки е сперматогенезата. В резултат на това се образуват сперматозоиди.

В сперматогенезата има 4 периода: размножаване, растеж, съзряване (мейоза) и образуване (фиг. 3).

По време на размножителния период оригинални недиференцирани зародишни клетки сперматогония , или гония се разделят чрез нормална митоза. След като направиха няколко такива деления, влизат през периода на растеж. На този етап се наричат сперматоцити от първи ред (или цити от първи). Те интензивно усвояват хранителни вещества, уголемяват се, претърпяват дълбоко физическо и химично преструктуриране, в резултат на което се подготвят за третия период - съзряване, или мейоза .

При мейозата сперматоцитите I претърпяват два процеса на клетъчно делене. При първото деление (редукция) броят на хромозомите намалява (редукция). В резултат на това две клетки с еднакъв размер възникват от една клетка I - сперматоцити от втори ред или цити II. След това идва второто разделение на съзряването. Протича като обикновена соматична митоза, но с хаплоиден брой хромозоми. Такова разделение се нарича уравнено („equatio“ - равенство), тъй като се образуват две еднакви разделения, т.е. напълно еквивалентни клетки, които се наричат сперматиди.

В четвъртия период – формиране – кръгъл сперматид приема формата на зряла мъжка репродуктивна клетка: флагелът расте, ядрото става по-плътно и се образува черупка. В резултат на целия процес на сперматогенеза, от всяка първоначална недиференцирана сперматогония се получават 4 зрели зародишни клетки, всяка от които съдържа хаплоиден набор от хромозоми.

На фиг. Фигура 4 показва диаграма на процесите на сперматогенеза и спермиогенеза при хора. Сперматогенезата се извършва в извитите семенни каналчета на тестисите.Развитието на спермата започва през периода на пренаталното развитие по време на полагането на генеративни тъкани, след това се възобновява в началото на пубертета и продължава до старост.

Мъжките зародишни клетки не се развиват поотделно, те растат в клонове и са свързани помежду си с цитоплазмени мостове. Съществуват цитоплазмени мостове между сперматогонии, сперматоцити и сперматиди. В края на фазата на формиране сперматозоидите се освобождават от цитоплазмените мостове. При хората максималната дневна продуктивност на спермата е 108, продължителността на съществуване на спермата във влагалището е до 2,5 часа, а в шийката на матката - до 48 часа.

14. Оогенеза. Концепцията на менструален цикъл

Процесът на развитие на женските зародишни клетки се нарича овогенеза (овогенеза).

В оогенезата има 3 периода: размножаване, растеж и съзряване.

Недиференцирани женски зародишни клетки - Оогония - възпроизвеждат се по същия начин като сперматогониите, чрез нормална митоза.

След разделянето стават овоцити от първи ред и навлезе в период на растеж. Растежът на овоцитите продължава много дълго време - седмици, месеци и дори години.

Тогава овоцитът от първи ред навлиза в периода на съзряване или мейоза. И тук се извършват редукционни и уравнени деления. Процесите на делене в ядрото протичат по същия начин, както при мейозата на сперматоцитите, но съдбата на цитоплазмата е напълно различна. По време на редукционното делене едно ядро ​​носи със себе си по-голямата част от цитоплазмата, и само малка част от него остава за дела на другия. Следователно се образува само една пълноценна клетка - овоцит от втори ред и второ мъничко - насочено или редукционно тяло, което може да бъде разделено на две редукционни тела.

При второто, еквационално делене, асиметричното разпределение на цитоплазмата се повтаря и отново се образува една голяма клетка - овотид и третото полярно телце. Овотидът, по отношение на своя ядрен състав и функционалност, е напълно зряла зародишна клетка.

Периодът на формиране, за разлика от сперматогенезата, липсва в оогенезата.

Така при оогенезата само едно зряло яйце възниква от един оогоний. Полярните тела остават недоразвити и скоро умират и се фагоцитират от други клетки. Зрелите женски гамети се наричат ​​яйцеклетки или яйца, а отложените във водата се наричат ​​хайвер.

Развитието на женските зародишни клетки се случва в яйчниците. Периодът на размножаване започва в оогония, докато е още в ембриона, и спира до раждането на момичето.

Периодът на растеж по време на оогенезата е по-дълъг, т.к в допълнение към подготовката за мейоза се получава натрупване на резерви хранителни вещества, които ще бъдат необходими в бъдеще за първите деления на зиготата. Във фазата на малък растеж настъпва образуване голямо количество различни видовеРНК.

В период на голям растеж фоликуларни клеткияйчникът образува няколко слоя около овоцита от първи ред,което насърчава преноса на хранителни вещества, синтезирани другаде, в цитоплазмата на ооцита.

При хората периодът на растеж на овоцитите може да бъде 12-50 години. След завършване на периода на растеж, овоцитът от първи ред навлиза в периода на узряване.

В резултат на това по време на оогенезата се получават 4 клетки, от които само една по-късно ще стане яйцеклетка, а останалите 3 (полярни тела) се редуцират. Биологично значениеТози етап на оогенезата е да запази всички натрупани вещества от цитоплазмата около едно хаплоидно ядро, за да осигури нормалното хранене и развитие на оплодената яйцеклетка.

По време на оогенезата при жените, на етапа на втората метафаза, се образува блок, който се отстранява по време на оплождането и фазата на узряване завършва едва след като спермата проникне в яйцето.

Процесът на оогенеза при жените е цикличен процес, повтарящ се приблизително на всеки 28 дни (започвайки от периода на растеж и завършвайки само след оплождане). Този цикъл се нарича менструален.

Отличителни чертисперматогенезата и оогенезата при хора са представени в таблица 3.

Биологично значение на мейозата: Благодарение на мейозата броят на хромозомите намалява. От една диплоидна клетка се образуват 4 хаплоидни клетки.

Благодарение на мейозата те се образуват генетично различни клетки (включително гамети), защото по време на процеса на мейоза, рекомбинацията на генетичен материал се случва три пъти:

1) поради пресичане;

2) поради случайна и независима дивергенция на хомоложни хромозоми;

3) поради произволна и независима дивергенция на кръстосани хроматиди.

Първото и второто разделение на мейозата се състоят от същите фази като митозата, но същността на промените в наследствения апарат е различна.

Профаза 1. (2n4c)Най-дългата и сложна фаза на мейозата. Състои се от няколко последователни етапа. Хомоложните хромозоми започват да се привличат една към друга от подобни области и да се конюгират.

Конюгацията е процес на близко сближаване на хомоложни хромозоми. Двойка конюгиращи хромозоми се нарича двувалентна. Двувалентите продължават да се скъсяват и удебеляват. Всеки двувалентен е образуван от четири хроматиди. Ето защо се нарича тетрада.

Най-важното събитие е кросинговърът - обмяната на хромозомни участъци. Кръстосането води до първата рекомбинация на гени по време на мейозата.

В края на профаза 1 се формира вретеното и ядрената обвивка изчезва. Бивалентите се движат към екваториалната равнина.

Метафаза 1. (2n; 4c)Образуването на вретеното на делене завършва. Хромозомната спирализация е максимална. Бивалентите са разположени в екваториалната равнина. Освен това центромерите на хомоложните хромозоми са изправени пред различни полюси на клетката. Разположението на бивалентите в екваториалната равнина е еднакво вероятно и произволно, т.е. всяка от бащината и майчината хромозома може да бъде обърната към единия или другия полюс. Това създава предпоставки за втората генна рекомбинация по време на мейозата.

Анафаза 1. (2n; 4c)Целите хромозоми се придвижват към полюсите, а не към хроматидите, както при митозата. Всеки полюс има половината от хромозомния набор. Освен това двойките хромозоми се разминават, тъй като са били разположени в екваториалната равнина по време на метафазата. В резултат на това възниква голямо разнообразие от комбинации от бащини и майчини хромозоми и възниква втора рекомбинация на генетичен материал.

Телофаза 1. (1n; 2c)При животните и някои растения хроматидите деспирират и около тях се образува ядрена обвивка. След това се дели цитоплазмата (при животните) или се образува делителна клетъчна стена (при растенията). В много растения клетката преминава от анафаза 1 веднага към профаза 2.

Второ мейотично делене

Интерфаза 2. (1n; 2s)Характерен само за животински клетки. Репликацията на ДНК не се осъществява. Вторият етап на мейозата също включва профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

Профаза 2. (1n; 2c)Хромозомите са спирални, ядрената мембрана и нуклеолите се разрушават, центриолите, ако има такива, се преместват към полюсите на клетката и се образува вретено.

Метафаза 2. (1n; 2c)Метафазната плоча и вретеното се образуват, а нишките на вретеното са прикрепени към центромерите.

Анафаза 2. (2n; 2c)Центромерите на хромозомите се делят, хроматидите стават независими хромозоми и нишките на вретеното ги разтягат към полюсите на клетката. Броят на хромозомите в клетката става диплоиден, но на всеки полюс се образува хаплоиден набор. Тъй като в метафаза 2 хроматидите на хромозомите са разположени произволно в екваториалната равнина, третата рекомбинация на генетичния материал на клетката се случва в анафаза.

Телофаза 2. (1n; 1s)Нишките на вретеното изчезват, хромозомите се деспирират, ядрената мембрана около тях се възстановява и цитоплазмата се разделя.

По този начин, в резултат на две последователни мейотични деления, една диплоидна клетка поражда четири дъщерни, генетично различни клетки с хаплоиден набор от хромозоми.

Задача 1.

Хромозомният набор от соматични клетки на цъфтящо растение N е 28. Определете хромозомен набори броят на ДНК молекулите в клетките на яйцеклетката преди началото на мейозата, в метафаза на мейоза I и метафаза на мейоза II. Обяснете какви процеси протичат през тези периоди и как те влияят върху промените в броя на ДНК и хромозомите.

Решение: Б соматични клетки 28 хромозоми, което съответства на 28 ДНК.

Фази на мейозата	Брой хромозоми	ДНК количество
Интерфаза 1 (2p4s)
Профаза 1 (2n4c)
Метафаза 1 (2n4c)
Анафаза 1 (2n4c)
Телофаза 1 (1n2s)
Интерфаза 2 (1n2s)
Профаза 2 (1n2s)
Метафаза 2 (1n2c)
Анафаза 2 (2n2c)
Телофаза 2 (1n1c)

1. Преди началото на мейозата количеството на ДНК е 56, тъй като се е удвоило, но броят на хромозомите не се е променил - има 28 от тях.
2. В метафазата на мейозата I количеството на ДНК е 56, броят на хромозомите е 28, хомоложните хромозоми са разположени по двойки над и под екваториалната равнина, образува се вретеното.
3. В метафазата на мейоза II броят на ДНК е 28, хромозомите са 14, тъй като след редукционното разделяне на мейоза I броят на хромозомите и ДНК намалява 2 пъти, хромозомите са разположени в екваториалната равнина, образува се делителното вретено .

Задача 2.

Хромозомният набор от соматични пшенични клетки е 28. Определете хромозомния набор и броя на ДНК молекулите в яйцеклетките преди началото на мейозата, в анафаза на мейоза I и анафаза на мейоза II. Обяснете какви процеси протичат през тези периоди и как те влияят върху промените в броя на ДНК и хромозомите.

Задача 3.

Соматичната клетка на животно се характеризира с диплоиден набор от хромозоми. Определете хромозомния набор (n) и броя на ДНК молекулите (c) в клетката в профаза на мейоза I и метафаза на мейоза II. Обяснете резултатите във всеки случай.

Задача 4.

Хромозомният набор от соматични пшенични клетки е 28. Определете хромозомния набор и броя на ДНК молекулите в яйцеклетката в края на мейоза I и мейоза II. Обяснете резултатите във всеки случай.

Задача 5.

Хромозомният набор от соматични клетки от цариградско грозде е 16. Определете хромозомния набор и броя на ДНК молекулите в телофазата на мейоза I и анафазата на мейоза II. Обяснете резултатите във всеки случай.

Задача 6.

Соматичните клетки на Drosophila съдържат 8 хромозоми. Определете броя на хромозомите и ДНК молекулите, съдържащи се в ядрата по време на гаметогенезата преди разделянето в интерфазата и в края на телофазата на мейоза I.

Задача 7.

Хромозомният набор от соматични пшенични клетки е 28. Определете хромозомния набор и броя на ДНК молекулите в ядрото (клетката) на яйцеклетката преди началото на мейоза I и мейоза II. Обяснете резултатите във всеки случай.

Задача 8.

Хромозомният набор от соматични пшенични клетки е 28. Определете хромозомния набор и броя на ДНК молекулите в ядрото (клетката) на яйцеклетката преди началото на мейоза I и в метафазата на мейоза I. Обяснете резултатите за всеки случай.

Задача 9.

Соматичните клетки на Drosophila съдържат 8 хромозоми. Определете броя на хромозомите и ДНК молекулите, съдържащи се в ядрата по време на гаметогенезата преди разделянето на интерфаза и в края на телофазата на мейоза I. Обяснете как се образува такъв брой хромозоми и ДНК молекули.

1. Преди да започне деленето, броят на хромозомите = 8, броят на ДНК молекулите = 16 (2n4c); в края на мейозата телофаза I, броят на хромозомите = 4, броят на ДНК молекулите = 8.

2. Преди да започне деленето, ДНК молекулите се удвояват, но броят на хромозомите не се променя, тъй като всяка хромозома става бихроматидна (състои се от две сестрински хроматиди).

3. Мейозата е редукционно делене, така че броят на хромозомите и ДНК молекулите е наполовина.

Проблем 10.

На големите говедаСоматичните клетки имат 60 хромозоми. Какъв ще бъде броят на хромозомите и ДНК молекулите в клетките на тестисите в интерфазата преди началото на деленето и след деленето на мейоза I?

1. В интерфазата преди началото на деленето: хромозоми – 60, ДНК молекули – 120; след мейоза I: хромозоми – 30, ДНК – 60.

2. Преди да започне деленето, ДНК молекулите се удвояват, броят им се увеличава, но броят на хромозомите не се променя - 60, всяка хромозома се състои от две сестрински хроматиди.

3) Мейоза I е редукционно деление, поради което броят на хромозомите и ДНК молекулите намалява 2 пъти.

Проблем 11.

Какъв хромозомен набор е характерен за борови поленови зърна и сперматозоиди? Обяснете от какви изходни клетки и в резултат на какво делене се образуват тези клетки.

1. Клетките на боровото поленово зърно и спермата имат хаплоиден набор от хромозоми – n.

2. Клетки от борови поленови зърна се развиват от хаплоидни спори чрез МИТОЗА.

3. Боровата сперма се развива от поленови зърна (генеративни клетки) чрез МИТОЗА.