Цитогенетические основы размножения

1. Тема: Цитогенетические основы размножения

Лектор: доц. Миронова В.А.

2. Размножение организмов

Размножение организмов обеспечивает:
1. Продолжение жизни 2.Преемственность поколений
3.Сохранение видов
Различают два основных способа размножения
Бесполое
В основе лежат процессы деления
соматических клеток
Половое
В основе лежат процессы гаметогенеза и
оплодотворения

3. Сущность бесполого размножения

- Участвует один родительский организм;
- Новый организм развивается из соматических
клеток;
- Клетки делятся митозом;
- Наследственный материал передается через
соматические клетки;
- Дочерние организмы идентичны по генотипу и
фенотипу;

4. Бесполое размножение

одноклеточные
-бинарное деление (1)
-митоз
-шизогония (2)
-эндодиогения
-почкование) (3)
1)
2)
многоклеточные
-вегетативное (частями тела) (4)
-спорообразование
-почкование (5)
-полиэмбриония
3)
5)

5. Полиэмбриония – пример бесполого размножения у человека

1 яйцеклетка
1 зигота
2 и более
эмбрионов
2 и более детей

6. Сущность полового размножения

- Участвуют два родительских организма;
- В организмах родителей образуются половые
клетки – гаметы (яйцеклетки и сперматозоиды);
- Гаметы генетически разнородны;
- Новый организм образуется при слиянии
яйцеклетки и сперматозоида;
- Дочерние организмы разнообразны по
генотипу и фенотипу;

7. Половое размножение

Формы размножения
одноклеточные
- копуляция (слияние половых форм)
- конъюгация
(обмен генетическим материалом)
многоклеточные
- с оплодотворением
- без оплодотворения
партеногенез
гиногенез

8. Партеногенез. Гиногенез.

Яйцеклетки способны развиваться в целый организм без
оплодотворения.
Партеногенез - участия сперматозоидов вообще не нужно;
Гиногенез - спермии должны присутствовать в окружающей
среде (активация яйцеклетки);
В обоих случаях вся популяция вида состоит из самок. Эти
способы размножения позволяют популяциям существовать в
условиях жесткой изоляции и трудности в поисках партнеров.

9. Репродукция клеток. Значение.

Репродукция клеток обеспечивает:
1. Размножение организмов
2. Развитие организма
3. Рост организма
4. Самообновление организма
Даже Я вначале
был одной клеткой ???

10. Репродукция клеток обеспечивает

1. Размножение организмов.
В основе бесполого и полового размножения
лежат процессы деления клеток.
При бесполом размножении соматическая
клетка (или группа клеток) делятся митозом,
образуются две дочерние клетки, которые,
в свою очередь, делятся и т.д.
При половом размножении у родителей образуются половые клетки (гаметы); в процессе гаметогенеза происходит митоз (период размножения), увеличивается количество незрелых клеток предшественников,
а затем - мейоз (период созревания), что приводит к формированию
генетически неоднородных зрелых гамет, способных к оплодотворению.

11. Репродукция клеток обеспечивает

2. Развитие организмов
зигота- одноклеточная стадия
многоклеточный эмбрион
сформированный зародыш
8месяцев
после рождения

12. 3. Рост организма.

Увеличение размеров тела, объема внутренних органов и тканей, их составляющих. Наиболее интенсивно процессы роста
протекают на ранних этапах постэмбрионального онтогенеза;
В основе роста лежит увеличение количества клетокрезультат репродукции клеток.
малыш превращается в подростка,
подросток – во взрослого.

13. Репродукция клеток обеспечивает:

4. Самообновление организма
(физиологическую регенерацию)
В процессе жизнедеятельности организма происходит
закономерное старение и отмирание части клеток в разных
тканях и органах. На смену им приходят молодые клетки этого
типа, которые дифференцируются и выполняют присущие им
функции.
Примеры:
- слущивание ороговевших клеток эпидермиса
-обновление клеточного состава крови -------->
-обновление слизистой оболочки кишечника

14. Клеточные популяции

По отношению к делению и по продолжительности
существования различают
три клеточные популяции
1. Стабильная (кардиомиоциты, нервные клетки)
2. Растущая (клетки паренхиматозных органов)
3. Обновляющаяся (клетки крови, кожного
эпителия, слизистых оболочек)

15. Клеточные популяции

1. Стабильная
Клетки – высокодифференцированные
- большая продолжительность жизни
- не способны делиться
нервные клетки
клетки миокарда

16. Клеточные популяции

2. Растущая
Клетки – высокодифференцированные
- большая продолжительности жизни
- способны делиться
печень
легкие
поджелудочная
железа
почки

17. Клеточные популяции

3. Обновляющаяся
Два типа клеток: а. высокодифференцированные
б. недифференцированные
(камбиальные, стволовые)
Примеры тканей:
эпидермис
эпителий кишки
кр.костный мозг

18. Обновляющаяся популяция

а. Дифференцированные клетки
- выполняют специфические функции;
- короткоживущие, быстро отмирают;
- неспособны делиться;
Примеры скорости обновления тканей:
- Слизистая 12-п. кишки - в среднем 10 час.;
-
Роговица глаза – около 3-х суток;
Эпидермис – около 24 суток;
----->
Лейкоциты – несколько суток;
Эритроциты – 3-4 мес.;

19. Стволовые клетки

б.Недифференцированные клетки по строению
клеток
сходны с эмбриональными. После деления
одна из дочерних клеток остается стволовой,
а вторая - дифференцируется.
е Такой механизм позволяет обновлять
структуры и сохранять запас стволовых
клеток в течение всей жизни организма.

20. Жизненный цикл клетки

1 - рост, дифференцировка, функционирование
(выход из цикла) ЖЦ = G0 (клетки стабильной популяции и дифференцированные клетки обновляющейся популяции)
2 - рост, дифференцировка, функционирование (временный выход из цикла);
возможно деление (возврат в цикл);
ЖЦ = Gо + МЦ ( клетки растущей популяции )
3 - постоянно в цикле ЖЦ = МЦ
(стволовые клетки , клетки злокачественной опухоли)
2временный)

21. Жизненный цикл клетки

Сразу после «рождения» клетка строит свои структуры,
растет, затем дифференцируется и выполняет свои
функции, т.е. работает на организм.
Это период - G0
-клетки стабильной популяции - ЖЦ = G0
-клетки растущей популяции- G0 составляет большую часть ЖЦ
-дифференцированные клетки обновляющейся популяции всю
свою короткую жизнь проводят в G0

22. Митотический цикл

Клетки, способные делиться, в какой-то момент могут вступить
в новый этап ЖЦ - подготовку к делению и в само деление.
митотический цикл – МЦ
МЦ = G1 + S + G2 + деление
Этот этап ЖЦ называется
- МЦ имеется в ЖЦ клеток растущей популяции;
- стволовые клетки обновляющейся популяции,
выходя из стадии покоя, сразу вступают в МЦ,
т.е. их ЖЦ = МЦ;

23. Жизненный цикл клетки

ЖЦ клеток разных популяций различен.
стабильная - ЖЦ = G0
растущая - ЖЦ= G0 + G1+ S+ G2 + М
т.е. G0 + МЦ
обновляющаяся:
- дифференцированные клетки - ЖЦ = G0
- стволовые клетки – ЖЦ = МЦ

24. Подготовка к делению

G1 – клетка выходит из G0, меняет свой метаболизм, идет
активный синтез белков, но, в основном, необходимых для
деления; снижается дифференцировка клетки;
накапливаются Т-нуклеотиды; формула клетки – 2n4с;
S - главное событие – репликация ДНК; формула клетки - 2n4с;
продолжаются синтетические процессы;
реплицируются центриоли.
G2- снижаются синтетические процессы;
накапливается энергия в виде молекул АТФ.

25. Способы репродукции клеток

Митоз - универсальный способ деления соматических клеток.
Результат - увеличение количества идентичных клеток.
Мейоз - деление, присущее клеткам-предшественникам
гамет. Результат- образование гаплоидных, генетически
разнородных зрелых половых клеток ( гамет).
Амитоз - простое, прямое деление, происходящее иногда
в
соматических клетках. Результат- образование двуядерных (многоядерных) клеток. Если образуются дочерние
клетки, то они генетически неполноценны.

26. митоз

Митоз – деление соматических клеток, результатом
которого является увеличение количества
генетически идентичных клеток.
Митоз протекает в несколько фаз, которые
определяют главное - генетический материал между
дочерними клетками распределяется поровну.
2n2c
исходная клетка
2n 2c
дочерние
2n2c 2п2с клетки

27. Митоз

Общая схема митоза--->
Верхний ряд – стадии профазы;
Средний ряд – прометафаза,
слева направо
метафаза,
анафаза;
Нижний ряд - стадии телофазы
Митоз в растительных клетках
(корешок лука) ---->

28. Фазы митоза

Профаза - спирализация хромосом, исчезновение
ядрышка, фрагментация ядерной оболочки;
Метафаза- хромосомы - по экватору клетки;
построен митотический аппарат;
Анафаза - хроматиды
каждой хромосомы
расходятся к полюсам клетки;
Телофаза - формируются ядра дочерних
клеток, разделяется цитоплазма, образуются
оболочки клеток
(а)-растительная клетка;
(б)-животная клетка;
а)
б)

29. Мейоз

Мейоз - сложное деление, характерное для
недифферен-
цированных клеток гонад. Два последовательных деления.
В процессе мейоза происходят особые процессы:
перекомбинация генетического материала, в результате
чего дочерние клетки (гаметы) генетически неоднородны;
гаплоидизация дочерних клеток;
исходная клетка -2n2с – дочерние - nс;

30. Мейоз

Каждое деление мейоза состоит из таких же фаз, как и при
митозе. Все отличия связаны с мейозом I :
1. Кроссинговер (обмен участками хроматид
гомологичных хромосом).
------>
2. В анафазе к полюсам клетки расходятся целые
хромосомы, а не хроматиды.
В результате - в телофазе I образуются 2 дочерние
клетки n2с различные по сочетанию аллелей;
После мейоза II образуются клетки n c неоднородные по генотипическому
составу ( в анафазе I и II хромосомы и хроматиды расходятся к полюсам
независимо и сочетаются случайно).
Возникает комбинативная изменчивость.

31. Амитоз

Особенности амитоза:
- подготовки к делению нет;
- ядро делится на 2 и более частей;
- генетический материал между дочерними ядрами распределяется
случайно, неравномерно;
- цитотомия чаще не происходит;
- образуются двуядерные или
многоядерные клетки;

32. Амитоз. Значение.

Амитоз чаще наблюдается в клетках внутренних органов, подвергающихся механическому воздействию (слизистая оболочка
мочевого пузыря) или в клетках органов с напряженным метаболизмом (печень,поджелудочная железа).
Значение амитоза:
в двуядерных и многоядерных клетках общая площадь контакта
между ядерным материалом и цитоплазмой увеличивается. Это
приводит к усилению ядерно-плазматического обмена, повышению функциональной активности клетки и большей устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов.
- Клетки, прошедшие через амитоз, теряют способность к
митотическому делению и воспроизведению.

33. Виды амитоза.

По морфо-функциональным параметрам можно выделить
три вида амитоза:
1. реактивный
(фактор --> 2-яд.клетка --> устойчивость)
2. дегенеративный ( сильный фактор ----> фрагментация
ядра ---> многоядерная клетка---- >гибель)
3. генеративный - исходная клетка 4n и более
(фактор---> 2 и более ядер (клеток), генетически
полноценных --–> высокая функциональная активность)

34. Апоптоз

Апоптоз – это процесс самоуничтожения клеток, от которых
организм хочет по разным причинам избавиться.
Механизмы апоптоза включаются и работают под контролем
системы СDС ( сell division cycle), в которую входит более 100
генов, регулирующих клеточный цикл.
Значение апоптоза - не допустить репродукцию
нежелательных клеток и удалить их из организма.
Путем апоптоза удаляются клетки, утратившие свое значение в
эмбриогенезе, клетки органов, подвергающихся инволюции в
онтогенезе, мутировавшие клетки, злокачественно трансформированные клетки и др.

35. Апоптоз. Цитоморфология.

При апоптозе в клетке происходят характерные изменения:
- уплотнение гиалоплазмы;
- конденсация и деградация хроматина;
- кариопикноз и кариорексис;
- фрагментация клетки с образованием апоптозных телец
(окруженных мембраной клеточных структур).
Апоптозные тельца - маркеры апоптоза.

36. Организация хроматина

Хроматин – интерфазное состояние хромосом: это совокупность молекул
ДНК, мРНК, белков ( гистонов, РНК-полимеразы, нуклеоплазмина, HMG,др.),
ионов Fe, Cu, Zn и др.
Молекулы ДНК, соединяясь с гистонами, формируют нитевидные структуры
различной компактности. В G0 большая часть хроматина активна, деконденсирована, на разных участках его идут процессы транскрипции.
В процессе подготовки к делению компактность хроматина увеличивается,
активность его снижается до минимума. Максимальная компактизациия
достигается к началу деления клетки, формируются хромосомы, которые
путем спирализации все более уплотняются и укорачиваются хромосомный уровень
В конце деления в молодых клетках происходит обратный процесс деспирализации хромосом и деконденсации хроматина до самого активного нуклеосомного.

37. Уровни организации хроматина

1. ДНК
2. нуклеосомный
3. нуклеомерный
4. хромомерный
5. хромонемный
6. хроматидный
7. хромосомный
нуклеосома
нуклеосома
Строение нуклеосомы –(самый активный уровень) 8 молекул гистонов
образуют сердцевину, которую обвивает ДНК , делая 1,75 оборота;

38. Эндорепродукция

Эндорепродукция –это увеличение количества генетического
материала в клетке.
Виды : 1) эндомитоз и 2) политения
1.Эндомитоз. При нарушении нормального течения митоза
(сохранение ядерной оболочки, нарушение расхождения
хроматид к полюсам);
Результат - образование клетки с удвоенным набором хромосом. Количество клеток не увеличивается;
исходная клетка - 2п2с – образовавшаяся - 4п4с
Значение – повышение функциональной активности;

39. Эндорепродукция

2. Политения - образование многонитчатых хромосом
(политенных) в результате многократной репликации на одной
и той же молекуле ДНК.
Результат – гигантские интерфазные хромосомы, видимые в световой
микроскоп. Они активны и участки транскрипции отчетливо видны как
пуфы (утолщения) или кольца Бальбиани.
Значение: - биологическое - резкая интенсификация
синтеза определенного белка;
- научное - цитологические
генетические карты.

40. Жизнь продолжается !!!