Биологический смысл митоза и мейоза. Какое биологическое значение митоза и мейоза? Биологическое значение митоза

Мейоз и его биологическое значение

Митоз (от греч. митос – нить) - это процесс непрямого делœения соматических клеток эукариот, в результате которого из одной диплоидной материнской клетки образуются две дочерние с таким же набором хромосом. Он является основным способом делœения клеток эукариот. Про­должительность митоза у животных клеток составляет 30-60 мин, а у растительных - 2-3 ч. Митоз включает в себя два процесса - делœение ядра (кариокинœез) и делœение цитоплазмы (цитокинœез).

Митоз. Амитоз. Прямое бинарное делœение

Фазы митоза. Митоз подразделяют на четыре последовательные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу (рис.).

Профаза . Ядерная оболочка фрагментируется, увеличивается объем ядра, и вследствие спирализации хроматина формируются хромосомы. К концу профазы видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Постепенно растворяются ядрышки. Хромосомы оказываются беспорядочно расположенны­ми в цитоплазме клетки. ЦентрисомыЦентросомы, состоящие из двух центриолей, расходятся к полюсам клетки. Формируется веретено делœения , часть нитей которого идет от полюса к полюсу, а часть - прикреп­ляется к центромерам хромосом. Хромосомы движу

Метафаза. Хромосомы достигают максимальной спирализации и располагаются упорядоченно на экваторе клетки. Образуется так назы­ваемая метафазная пластинка, состоящая из хромосом. В эту фазу легко подсчитывать число хромосом, изучать их морфологические особенности.

Анафаза. Каждая хромосома продольно расщепляется на две иден­тичные хроматиды, которые с помощью нитей веретена делœения растягиваются к противоположным полю­сам клетки. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, за счет идентичности дочер­них хроматид у двух полюсов клетки оказывается одинаковый гене­тический материал.

Телофаза. Дочерние хромосомы деспирализуются у полюсов клетки и ДНК становится доступной для транскрипции. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цито­плазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах образуются ядрышки. Нити веретена де­ления распадаются. На этом кариокинœез заканчивается, и начинается цитокинœез. При этом у животных клеток в экваториальной плоскости возникает кольцевая пере­тяжка. Она углубляется до тех пор, пока не происходит разделœения двух дочерних клеток (см. рис.). В образовании перетяжки важ­ную роль играют структуры цитоскелœета. Растительные клетки не мо­гут делиться таким образом, так как имеют жесткую клеточную стен­ку. В них образуется внутриклеточная срединная пластинка, которая формируется из содержимого пузырьков комплекса Гольджи.

С момента разделœения дочерних клеток каждая из них вступает в интерфазу нового клеточного цикла.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, в результате митоза из одной клетки возникает две дочерние с тем же набором хромосом .

Биологическое значение митоза заключается в воспроизводст­ве клеток с количественно и качественно одинаковой генетической информацией. Это обеспечивается тем, что при репликации удваиваются ДНК и воз­никают две одинаковые хроматиды в составе каждой из хромосом, которые в процессе митоза равномерно распределяются между дочерними клетками. Митоз необходим для нормального развития и роста многоклеточного организма. Он же лежит в основе процессов заживления повреждений и бесполого раз­множения.

Онкологические заболевания как проблема неконтролируемого делœения клеток. Процессы делœения клетки регулируются двумя разными ви­дами генов: протоонкогены кодируют белки, стимулирую­щие делœение клетки, а гены-супрессоры оказывают по­давляющее действие на делœение клетки. Химические канце­рогены, богатые энергией лучи или вирусы могут вызывать мутации (изменение структуры ДНК), которые превращают протоонкогены в активные онкогены. Нарушение регуляции делœения клетки генными продуктами таких онкогенов приводит к неудержимому раз­множению клеток - образованию опухоли. При этом онкологические заболевания могут возникнуть и в результате мутаций на ге­нах, подавляющих опухоли. Так, при раке сетчатки глаза мутированнымвшим оказывается тот ген, который от­вечает за синтез белка, останавливающего неконтро­лируемое делœение клетки.

Как правило, клетки с поврежденными ДНК сами разруша­ются в результате запрограммированной смерти клеток (апоптоза , см. ниже) и тем самым предупреждают образование опухоли.

Клеточная гибель . Гибель (смерть) отдельных клеток или их групп постоянно встречается у многоклеточных организмов, так же как гибель однокле­точных организмов. Гибель клеток можно разделить на две категории: нек­роз (от греч. некрос - мертвый) и апоптоз (от греч. корней, озна­чающих «отпадение» или «распадение»), который часто называют про­граммируемой клеточной смертью или даже клеточным само­убийством.

Некроз обычно связывается с нарушением вну­триклеточного гомеостаза в результате нарушения проницаемости клеточных мембран. Это ведет к изменению концентрации ионов в клетке, необратимым изменениям митохондрий, что сразу вызывает прекращение всœех жизненных функций, включая синтез макро­молекул. Некроз вызывают повреждения цитоплазматической мембраны, подавление активности мембранных насосов под действием многих ядов, а также необратимые изменения энергетики при недостатке ки­слорода (при ишемической болезни происходит закупорка кровеносного сосуда) или отравлении митохондриальных ферментов (действие цианидов). При повышении проницаемости цитоплазматической мембраны клетка набухает за счет ее обводнения, в цитоплазме происходит уве­личение концентрации ионов Na + и Са 2+ , закисление цитоплазмы, набухание вакуолярных компонентов и разрыв их мембран, прекраще­ние синтеза белков в гиалоплазме, освобождение лизосомных ферментов гидролаз и лизис (растворение) клетки. Одновременно с этими изменениями в цитоплазме из­меняются и клеточные ядра: они вначале набухают, ядерная оболочка разрывается, и затем наступает растворение ядра. Особенностью некроза является то, что такой гибели подвергаются большие группы клеток (к примеру, при инфаркте миокарда из-за прекращения снабжения ки­слородом участка сердечной мышцы). Обычным является то, что уча­сток некроза подвергается атаке лейкоцитов и в зоне некроза развива­ется воспалительная реакция.

Апоптоз. В процессе развития организмов и их функционировании во взрос­лом состоянии часть клеток постоянно гибнет, но без их физического или химического повреждения. Происходит их, на первый взгляд, «беспричинная» смерть. Гибель клеток наблюдается практически на всœех стадиях жизни организма и даже в эмбриональный период. К примеру, погибает часть предшественниц нервных (нейробластов) и половых (гонужноцитов) клеток, клетки некоторых органов при метаморфозах насекомых и амфибий (исчезновение хвоста у головастика и жабер у тритона) и т.д.

Во взрослом организме также постоянно происходит «спонтанная» гибель клеток. Миллионами погибают клетки крови - нейтрофилы, клетки эпидермиса кожи, клетки тонкого кишечника - энтероциты. Погибают фолликулярные клетки яичника после овуляции, клетки молочной желœезы после лактации. Особенно много клеток гибнет без непосредственного поврежде­ния при различных патологических процессах. К примеру, удаление гипофиза приводит к гибели клеток надпочечников. При дегенерации аксонов в поврежденном периферическом нерве взрос­лого животного происходит гибель так называемых шванновских клеток, которые образуют оболочку аксонов.

Клеточная смерть, по всœей вероятности, регулирует­ся межклеточными взаимодействиями различным образом. Множество клеток многоклеточного организма нуждается в сигналах с темдля того, чтобы оставаться живыми. В отсутствие таких сигналов или при недостатке питательных веществ в клетках развивается программа «самоубийства» или программи­руемой смерти. К примеру, клетки молочной желœезы погибают при паде­нии уровня гормона прогестерона и т. д. В то же время клетки могут по­лучать сигналы, которые в клетках-мишенях запускают процессы, при­водящие к гибели по типу апоптоза. Так, к примеру, гормон гидрокортизон вызывает гибель лимфоцитов, тирок­син (гормон щитовидной желœезы) вызывает апоптоз клеток хвоста голо­вастиков. Кроме этого существуют ситуации, когда апоптическая гибель клетки вызывается внешними факторами, к примеру радиацией.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, апоптоз как бы прерывает непрерывность клеточных делœений. Но от своего «рождения» до апоптоза клетка проходит огромное количество нормальных клеточных циклов. После каждого из таких периодов клетка должна перейти либо к митотическому циклу, либо к апоптозу.

Амитоз, или прямое делœение, - это делœение интерфазного ядра пу­тем перетяжки. При амитозе вере­тено делœения не образуется и хро­мосомы в световом микроскопе не различимы. Такое делœение встреча­ется у одноклеточных организмов (к примеру, амитозом делятся боль­шие полиплоидные ядра инфузо­рий). Амитозом делятся также некоторые высоко­специализированные с ослабленной физиологической активностью, дегенерирующие, обреченные на ги­бель клетки растений и животных, ᴛ.ᴇ. клетки, для которых возврат в митотический цикл, подготовка к новому делœению и митоз невозможны. Амитоз наблюдается при различных патологических процессах, таких, как злокачествен­ный рост, воспаление и т.п.

Амитоз можно наблюдать в тка­нях растущего клубня картофеля, эндосперме семян, стенках завязи пестика и паренхиме черешков ли­стьев. У животных и человека такой тип делœения характерен для клеток печени, хрящей, роговицы глаза.

При амитозе часто наблюдается только делœение ядра: в этом случае могут возникнуть двух- и многоядерные клетки. В случае если же за делœением ядра следует делœение цитоплазмы, то распределœение клеточных компонентов, как и ДНК, осуществляется произвольно (неравномерно).

Прямое бинарное делœение характерно для клеток прокариот. Бактериальные клетки содержат только одну кольцевую молекулу ДНК. Перед делœением клетки ДНК реплицируется и образуются две идентичные молекулы ДНК, каждая из которых прикрепляется к цитоплазматической мембране (рис.).

При делœении клетки цитоплазматическая мембрана врастает между двумя молекулами ДНК так, что в итоге делит клетку надвое. В каждой клетке оказывается по одной идентичной молекуле ДНК. Такой процесс получил название прямого бинарного делœения.

s1. Что такое митоз? 2. Какие фазы выделяют в процессе митоза? 3 . В какую фазу митоза образуется веретено делœения? 4. Благодаря чему дочерние клетки во время митоза получают идентичную наследственную инфолрмацию? 5. Каково биологическое значение митоза? 6. Чем амитоз отличается от митоза? Почему амитоз называют прямым делœением клетки, а митоз – непрямым? 7. Известно, что алкалоид колхицин разрушает веретено делœения и тем самым нарушает процесс делœения клетки. Будет ли влиять это соединœение на делœение клеток цианобактерий? Ответ обоснуйте. 8. Что такое некроз, апоптоз? 9. Каковы причины клеточной гибели? 10. Каково значение запрограммированной гибели клеток в жизни организмов?

Мейоз (от греч. мейозис– уменьшение) - это особый способ делœения клетки, в результате которого из диплоидной материнской клетки образуется четыре гаплоидные дочерние клетки. Путем мейоза образуются споры и половые клетки – гаметы. Из-за редукции (уменьшения) вдвое хромосомного набора в каждую гаплоидную клетку попадает по одной хромосоме из каждой пары хромосом, имеющихся в материнской клетке. В ходе последующего процесса оплодотворения (слияния гамет) организм нового поколения получит также диплоидный набор хромосом, ᴛ.ᴇ. сохранит присущий данному виду организмов кариотип . Это крайне важно для сохранения постоянства числа хромосом при половом размножении.

Механизм мейоза . Мейоз представляет собой непрерывный процесс, со­стоящий из двух последовательных делœений, называемых мейозом I и мейозом II. В каждом делœении различают профа­зу, метафазу, анафазу и телофазу. В результате мейоза I число хромосом уменьшается вдвое (редукционное делœение); при мейозе II гаплоидность клеток сохраняется (эквационное де­ление).

Впрофазе мейоза I (или профазе I) происходит постепенная спирализация хроматина с образованием хромосом (рис.). Гомологичные хромосомы сближаются, образуя общую структуру, состоя­щую из двух хромосом (бивалент) или четырех хроматид (тет­рада). Сближение двух гомологичных хромосом по всœей длинœе с образованием бивалентов принято называть конъюгацией. Затем между гомологич­ными хромосомами возникают силы отталкивания, и хро­мосомы сначала разделяются в области центромер, остава­ясь соединœенными в области плеч, и образуют перекресты (хиазмы). Расхождение хроматид хромосом постепенно увеличиваетсянарастает, и перекресты смещаются к их концам. В процессе конъюга­ции между некоторыми хроматидами гомологичных хромо­сом может происходить обмен участками - кроссинговер, приводящий к перекомбинации генетического материала. К концу профазы растворяются ядерная оболочка и ядрышки, формируется веретено делœения.

Вметафазе I биваленты распола­гаются в экваториальной плоскости клетки. В данный момент спирализация хромосом достигает максимума.

Ванафазе I гомологичные хромосомы, со­стоящие из двух хроматид, окончательно отходят друг от друга и растягиваются нитями веретена делœения к полюсам клетки. Следовательно, из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна - число хромосом уменьшается вдвое (проис­ходит редукция).

Втелофазе I происходит формирование ядер и раз­делœение цитоплазмы - образуются две дочерние клетки. До­черние клетки содержат гаплоидный набор хромосом, каж­дая хромосома - две хроматиды.

Короткий промежуток времени между первым и вторым мейотическими делœениями принято называть интеркинœезом. В это время не проис­ходит репликации ДНК, и две дочерние клетки быстро всту­пают в мейоз II, протекающий по типу митоза.

Впрофазе II происходят те же процессы, что и в профазе митоза.

В метафазе II хромосомы располагаются в экваториальной плоскости.

В анафазе II хроматиды каждой хромосомы отходят к противоположным полюсам клетки.

В телофазе II образуются 4 гаплоидные клетки.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, в результате мейоза из одной дипло­идной материнской клетки (2n ) образуются 4 клетки с гаплоид­ным набором хромосом (n ). Вместе с тем, в профазе I про­исходит перекомбинация генетического материала (кроссинговер), а в анафазе I и II - случайное отхождение хромосом и хроматид к одному или другому полюсу. Эти процессы яв­ляются причиной комбинативной изменчивости (см. с.). Мейоз представляет собой два следующих одно за другим делœения генетического материала и цитоплазмы, перед которыми репликация происходит только один раз. Энергия и вещества, необходимые для обоих делœений мейоза, накапливаются во время интерфазы I; интерфаза II практически отсутст­вует.

s1. В чем отличие мейоза от митоза? 2. Что такое конъюгация? В чем биологиче­ское значение этого процесса? 3. Какие события в мейозе обеспечивают уменьшение числа хромосом в гаметах вдвое по сравнению с соматическими клетками? 4. В какую фазу мейоза происходит кроссинговер? 5. При кроссинговере происходит обмен идентичными участками гомологичных хромосом. Подумайте, какое значение имеет это явление. 6. Каково биологическое значение мейоза? 7. Как вы думаете, почему мейоз не наблюдается у организмов, которым не свойственно половое размножение?

Глава 4. Обмен веществ и превращение энергии в организме

Биологическое значение митоза и мейоза в природе

Показатель	Митоз	Мейоз
Итог клеточного делœения	Две одинаковые диплоидные клетки (2п2с)	Четыре разнокачественные гаплоидные клетки (пс)
В ходе каких процессовпроисходит	В ходе заложения и роста всœех органов растений и животных	У животных - входе гаметогенеза - образования гамет (спермато и овогенеза). У растений - входе спорогенеза
Каким клеткам свойственен	Соматическим клеткам (клеткам тела) животных и растений	У животных - гаметоцитам (клеткам, из которых образуются гаметы). У растений - спорогенным клеткам (из которых образуются споры)
Роль в природе	1. Генетическая стабильность - обеспечивает стабильность кариотипа соматических клеток в течение жизни одного поколения (т. е. в течение всœей жизни организма). 2. Рост - увеличение числа клеток в организме - один из главных механизмов роста. 3. Бесполое размножение, регенерация утраченных частей, замещение клеток у многоклеточных организмов	1. Поддержание постоянного числа хромосом вида из поколения в поколение. (Диплоидный набор хромосом каждый раз восстанавливается в ходе оплодотворения в результате слияния двух гаплоидных гамет.) 2. Один из механизмов возникновения изменчивости в результате: - перекомбинации генов в профазе I в ходе конъюгации и кроссинговера (ре- комбинации); - возникновения различных комбинаций генов в зиготах вследствие оплодотворения (комбинативная изменчивость)

Органы и ткани, образующиеся из зародышевых листков

ГЕНЕТИКА

Основные понятия генетики

Законы и закономерности генетики

Название	Автор	Формулировка
Правило (закон) единообразия гибридов первого поколения (I закон)	Г. Мендель, 1865 ᴦ.	При моногибридном скрещивании у гибридов первого поколения проявляются только доминантные признаки - оно фенотипически и генотипически единообразно. (При скрещивании двух гомозигот, отличающихся контрастными признаками, формируются единообразные гибриды первого поколения, у которых полностью или частично проявляются доминантные признаки родителœей)
Закон расщепления (II закон)	Г. Мендель, 1865 ᴦ.	При самоопылении гибридов первого поколения в потомстве происходит расщепление признаков в отношении 3:1 - образуются две фенотипические группы (доминантная и рецессивная); 1:2:1 - три генотипические группы (При скрещивании гибридов первого поколения происходит расщепление по фенотипу и генотипу в определœенных числовых соотношениях) А) моногибридное: полное доминирование По генотипу 1:2:1 По фенотипу 3:1 Б) моногибридное: неполное доминирование По генотипу 1:2:1 По фенотипу 1:2:1 В) моногибридное: анализирующее По генотипу 1:1 По фенотипу 1:1 Г) дигибридное: полное доминирование По генотипу 1:2:1:2:1:2:1:2:4 По фенотипу 9:3:3:1 Д) дигибридное анализирующее По генотипу 1:1:1:1 По фенотипу 1:1:1:1
Закон независимого наследования третий закон)	Г. Мендель, 1865 ᴦ.	При дигибридном скрещивании у гибридов каждая пара признаков наследуется независимо от других и дает расщепление 3:1, образуя при этом четыре фенотипические группы, характеризующиеся отношением 9:3:3:1 (при скрещивании двух гомозигот, отличающихся по двум и более признакам, различные признаки наследуются независимо друг от друга, комбинируясь у потомков во всœех возможных сочетаниях)
Гипотеза (закон) чистоты гамет	Г. Мендель, 1865 ᴦ.	Находящиеся в каждом организме пары альтернативных признаков не смешиваются при образовании гамет и по одному от каждой пары переходят в них в чистом виде. Гамета чиста по одной аллели.
Закон сцепленного наследования	Т. Морган, 1911ᴦ.	Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно (сцепленно) и не обнаруживают независимого распределœения. Гены в хромосомах расположены линœейно и образуют группы сцепления, число которых равно гаплоидному набору хромосом.
	Н. И. Вавилов, 1920 ᴦ.	Генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов.

Основные методы исследования генетики человека

Название метода	Объект и методика исследований	Возможности метода и область его применения
Клинико-генеалогический (предло­жен Ф. Гальтоном в 1865 ᴦ.)	Составление и ана­лиз родословной	Определœение типа наследова­ния, изучение сцепленного на­следования, определœения типа взаимодействия генов. Про­гноз вероятности проявления изучаемого признака в потом­стве. Используется в медико-генетическом консультирова­нии
Популяционно-генетический	Изучение частот различных генов и генотипов в челове­ческих популяциях	1. Определœение генетической структуры человеческих попу­ляций, т. е. вычисление частот встречаемости наследственных признаков (в т. ч. болезней) в различных местностях, сре­ди разных рас и народностей, степени гетерозиготности и полиморфизма. 2. Установление особенностей взаимодействия факторов, влияющих на распределœение наследственных признаков в различных человеческих по­пуляциях, что позволяет опре­делить адаптивную ценность конкретных генотипов
Близнецовый (предложен Ф. Гальтоном в 1876 ᴦ.)	Сравнение частоты сходства по ряду признаков пар одно- и разнояйцевых близнецов	Разграничение роли наследственности и среды в развитии различных признаков. Позволяет определить роль генетического вклада в наследовании сложных признаков, а также оценивать влияние воспитания, обучения и т. д.
Цитогенетический	Строение метафазных хромосом, их морфологические особенности	1. Изучение нормального кариотипа. 2. Точная диагностика наследственных заболеваний, вызываемых хромосомными мутациями. 3. Определœение последствий воздействия мутагенов. Используется в медико-генетическом консультировании
Биохим ический	Пробы крови или амниотической (околоплодной) жидкости	1. Выявление болезней обмена веществ. 2. Выявление гетерозиготности носителœей рецессивных генов
Иммуногенетический	Факторы иммунитета и тканевой совместимости	1. Установление причин тканевой несовместимости. 2. Определœение наследования факторов иммунитета. 3. Изучение разнообразия и особенностей наследования тканевых антигенов

Сравнительная характеристика изменчивости форм изменчивости
Характеристика	Модификационная изменчивость	Мутационная изменчивость
Объект изменения	Фенотип в пределах нормы реакции	Генотип
Отбирающий фактор		Изменение условий окружающей среды
Наследование призна­ков	Не наследуются	Наследуются
Подверженность изме­нениям хромосом	Не подвергаются	Подвергаются при хро­мосомной мутации
Подверженность изме­нениям молекул ДНК	Не подвергаются	Подвергаются в случае генной мутации
Значение для особи	Повышает или понижает жизнеспособность, продуктивность, адаптацию	Полезные изменения приводят к победе в борьбе за существование, вредные - к гибели
Значение для вида	Способствует выживанию	Приводит к образованию новых популяций, видов и т. д. в результате дивергенции
Роль в эволюции	Приспособление организмов к условиям среды	Материал для естественного отбора
Форма изменчивости	Определœенная (групповая)	Неопределœенная (индивидуальная)
Подчинœенность закономерности	Статистическая закономерность вариационных рядов	Закон гомологических рядов наследственной изменчивости

Центры происхождения культурных растений (по Н. И. Вавилову)

Название центра	Географическое положение	Родина культурных растений
Южноазиатский тропический	Тропическая Индия, Индокитай, Южный Китай, о-ва Юго-Восточной Азии	Рис, сахарный тростник огурец, баклажан, черный перец, цитрусовые и др. Размещено на реф.рф (50% культурных растений)
Восточноазиатский	Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, Тайвань	Соя, просо, гречиха, плодовые и овощные культуры слива, вишня, редька и др. Размещено на реф.рф (20% культурных растеНИй)
Юго-Западноазиатский	Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан, Юго-Западная Индия	Мягкая пшеница, рожь, бобовые культуры, лен, конопля, репа, морковь, чеснок, виноград, абрикос, груша, дыня и др. Размещено на реф.рф (14% культурных растений)
Средиземноморский	Страны по берегам Средиземного моря	Капуста͵ сахарная свекла, маслины, клевер, чечевица и другие кормовые травы (11% культурных растений)
Абиссинский	Абиссинское нагорье Африки	Твердая пшеница, ячмень, кофе, сорго, бананы
Центральноамери- канский	Южная Мексика	Кукуруза, длинноволокнистый хлопчатник, какао, тыква, табак
Андийский (Южно- американский)	Южная Америка вдоль Западного побережья	Картофель, ананас, кокаиновый куст, хинное дерево

Биологическое значение митоза и мейоза в природе - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Биологическое значение митоза и мейоза в природе" 2017, 2018.

Цель: учащиеся углубляют знания о формах размножения организмов; формируются новые понятия о митозе и мейозе и их биологическом значении.

Оборудование:

1. Учебно-наглядные пособия: табл., плакаты
2. технические средства обучения: интерактивная доска, мультимедийные презентации, обучающие компьютерные программы.

План урока:

1. Организационный момент
2. Повторение.
   1. Что такое размножение?
   2. Какие типы размножения вам известны? Дайте им определения?
   3. Перечислите примеры бесполого размножения? Приведите примеры.
   4. Биологическое значение бесполого размножения?
   5. Какое размножение называется половым?
   6. Какие половые клетки вам известны?
   7. Чем гаметы отличаются от соматических клеток?
   8. Что такое оплодотворение?
   9. В чем заключается преимущества полового размножения по сравнению с бесполым размножением?
3. Изучение нового материала

Ход урока

В основе передачи наследственной информации, размножения, а также роста, развития и регенерации лежит важнейший процесс – деление клеток. Молекулярная сущность деления заключена в способности ДНК к самоудвоению молекул.

Объявление темы урока. Поскольку фазы митоза и мейоза в общих чертах мы уже изучали в 9 классе, задачей общей биологии является рассмотрение этого процесса на молекулярном и биохимическом уровне. В связи с этим особое внимание мы уделим изменению хромосомных структур.

Клетка является не только единицей строения и функции у живых организмов, но также и генетической единицей. Это единица наследственности и изменчивости, проявляющихся в процессе деления клеток. Элементарным носителем наследственных свойств клетки является ген. Ген представляет собой отрезок молекулы ДНК из нескольких сотен нуклеотидов, где закодировано строение одной молекулы белка и проявление какого-то наследственного признака клетки. Молекула ДНК в комплексе с белком образует хромосому. Хромосомы ядра и локализованные в них гены являются основными носителями наследственных свойств клетки. В начале клеточного деления хромосомы укорачиваются и окрашиваются более интенсивно, так что становятся видимыми по отдельности.

В делящейся клетке хромосома имеет вид двойной палочки и состоит из двух разделенных щелью вдоль оси хромосомы половинок или хроматид. Каждая из хроматид содержит одну молекулу ДНК.

Внутреннее строение хромосом, число нитей ДНК в них меняются в жизненном цикле клетки.

Вспомним: что такое клеточный цикл? Какие этапы выделяют в клеточном цикле? Что происходит на каждом этапе?

Интерфаза включает в себя три периода.

Пресинтетический период G 1 наступает сразу после деления клетки. В это время в клетке происходит синтез белков, АТФ, разных видов РНК и отдельных нуклеотидов ДНК. Клетка растет, и в ней интенсивно накапливаются различные вещества. Каждая хромосома в этот период однохроматидна, генетический материал клетки обозначается 2n 1xp 2с (n – набор хромосом, хр – число хроматид, с – количество ДНК).

В синтетическом периоде S осуществляется редупликация молекул ДНК клетки. В результате удвоения ДНК в каждой из хромосом оказывается вдвое больше ДНК, чем было до начала S-фазы, но число хромосом не изменяется. Теперь генетический набор клетки составляет 2n 2xp 4с (диплоидный набор, хромосомы двухроматидны, количество ДНК – 4).

В третьем периоде интерфазы – постсинтетическом G 2 – продолжается синтез РНК, белков и накопление клеткой энергии. По окончании интерфазы клетка увеличивается в размерах и начинается ее деление.

Деление клетки.

В природе существует 3 способа клеточного деления – амитоз, митоз мейоз.

Амитозом делятся прокариотические организмы и некоторые клетки эукариот, например, мочевого пузыря, печени человека, а также старые либо поврежденные клетки. Сначала в них делится ядрышко, затем ядро на две или несколько частей путем перетяжек и в конце деления перешнуровывается цитоплазма на две или несколько дочерних клеток. Распределение наследственного материала и цитоплазмы не равномерно.

Митоз – универсальный способ деления эукариотических клеток, при котором из диплоидной материнской клетки образуются две подобные ей дочерние клетки.

Длительность митоза 1-3 часа и в его процессе 4 фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

Профаза. Обычно самая продолжительная фаза клеточного деления.

Увеличивается объем ядра, хромосомы спирализуются. В это время хромосома состоит из двух хроматид, соединенных между собой в области первичной перетяжки или центромеры. Затем растворяются ядрышки и ядерная оболочка – хромосомы лежат в цитоплазме клетки. Центриоли расходятся к полюсам клетки и образуют между собой нити веретена деления, а в конце профазы нити крепятся к центромерам хромосом. Генетическая информация клетки, по-прежнему, как в интерфазе (2n 2хр 4с).

Метафаза. Хромосомы располагаются строго в зоне экватора клетки, образуя метафазную пластину. На стадии метафазы хромосомы имеют самую малую длину, так как в это время они сильно спирализованы и конденсированы. Поскольку хромосомы хорошо видны подсчет и изучение хромосом обычно проходит в этот период деления. По продолжительности это самая короткая фаза митоза, так как она длится то мгновение, когда центромеры удвоенных хромосом располагаются строго по линии экватора. И уже в следующий момент начинается следующая фаза.

Анафаза. Каждая центромера расщепляется на две, и нити веретена оттягивают дочерние центромеры к противоположным полюсам. Центромеры тянут за собой отделившиеся одна от другой хроматиды. На полюса приходят по одной хроматиде из пары – это дочерние хромосомы. Количество генетической информации на каждом полюсе теперь равно (2n 1хр 2с).

Завершается митоз телофазой. Процессы, происходящие в этой фазе, обратны процессам, которые наблюдались в профазе. На полюсах происходит деспирализация дочерних хромосом, они утоньшаются и становятся слаборазличимыми. Вокруг них образуются ядерные оболочки, а затем появляются ядрышки. Одновременно с этим идет деление цитоплазмы: в животных клетках – перетяжкой, а у растений со средины клетки к периферии. После образования цитоплазматической мембраны в растительных клетках формируется целлюлозная оболочка. Образуются две дочерние клетки с диплоидным набором однохроматидных хромосом (2n 1хр 2с).

Следует отметить, что все процессы, происходящие в клетке, в том числе и митоз, находятся под генетическим контролем. Гены контролируют последовательные стадии редупликации ДНК, движение, спирализацию хромосом и т.д.

Биологическое значение митоза:

1. Точное распределение хромосом и их генетической информации между дочерними клетками.
2. Обеспечивает постоянство кариотипа и генетическую преемственность во всех клеточных проявлениях; т.к. иначе было бы не возможным постоянство строения и правильность функционирования органов и тканей многоклеточного организма.
3. Обеспечивает важнейшие процессы жизнедеятельности – эмбриональное развитие, рост, восстановление тканей и органов, а также бесполое размножение организмов.

Мейоз

Образование половых клеток (гамет) происходит иначе, чем процесс размножения соматических клеток. Если бы образование гамет шло таким же путем, то после оплодотворения (слияния мужской и женской гамет) число хромосом каждый раз удваивалось бы. Однако этого не происходит. Каждому виду свойственно определенное число и свой специфический набор хромосом (кариотип).

Мейоз – это особый вид деления, когда из диплоидных (2п) соматических клеток половых органов образуются половые клетки (гаметы) у животных и растений или споры у споровых растений с гаплоидным (п) набором хромосом в этих клетках. Затем в процессе оплодотворения ядра половых клеток сливаются, и восстанавливается диплоидный набор хромосом (n+n=2n).

В непрерывном процессе мейоза идут два последовательных деления: мейоз I и мейоз II. В каждом делении те же фазы, что и в митозе, но разные по продолжительности и изменениям генетического материала. В результате мейоза I число хромосом в образовавшихся дочерних клетках уменьшается вдвое (редукционное деление), а при мейозе II гаплоидность клеток сохраняется (эквационное деление).

Профаза мейоза I – удвоенные в интерфазе гомологичные хромосомы попарно сближаются. При этом отдельные хроматиды гомологичных хромосом переплетаются, перекрещиваются между собой и могут разрываться в одинаковых местах. Во время этого контакта гомологичные хромосомы могут обмениваться соответствующими участками (генами), т.е. идет кроссинговер. Кроссинговер вызывает перекомбинацию генетического материала клетки. После этого процесса гомологичные хромосомы снова разъединяются, растворяются оболочки ядра, ядрышек и образуется веретено деления. Генетическая информация клетки в профазе составляет 2n 2хр 4с (диплоидный набор, хромосомы двухроматидные, количество молекул ДНК – 4).

Метафаза мейоза I – хромосомы располагаются в плоскости экватора. Но если в метафазе митоза гомологичные хромосомы имеют положение, независимое друг от друга, то в мейозе они лежат рядом – попарно. Генетическая информация прежняя (2n 2хр 4с).

Анафаза I – к полюсам клетки расходятся не половинки хромосом из одной хроматиды, а целые хромосомы, состоящие из двух хроматид. Значит, из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадет лишь одна, но двухроматидная хромосома. Их число в новых клетках уменьшится вдвое (редукция числа хромосом). Количество генетической информации на каждом полюсе клетки становится меньше (1n 2хр 2с).

В телофазе первого деления мейоза формируются ядра, ядрышки и делится цитоплазма – образуются две дочерние клетки с гаплоидным набором хромосом, но эти хромосомы состоят из двух хроматид (1n 2хр 2с).

Вслед за первым наступает второе деление мейоза, но ему не предшествует синтез ДНК. После короткой профазы мейоза II двухроматидные хромосомы в метафазе мейоза II располагаются в плоскости экватора и крепятся к нитям веретена деления. Их генетическая информация прежняя – (1n 2хр 2с).

В анафазе мейоза II к противоположным полюсам клетки расходятся хроматиды и в телофазе мейоза II образуются четыре гаплоидные клетки с однохроматидными хромосомами (1n 1хр 1с). Таким образом, в сперматозоидах и яйцеклетках число хромосом уменьшается вдвое. Такие половые клетки образуются у половозрелых особей различных организмов. Процесс формирования гамет называют гаметогенез.

Биологическое значение мейоза:

1.Образование клеток с гаплоидным набором хромосом. При оплодотворении обеспечивается постоянный для каждого вида набор хромосом и постоянное количество ДНК.

2.Во время мейоза происходит случайное расхождение негомологичных хромосом, что приводит к большому числу возможных комбинаций хромосом в гаметах. У человека число возможных комбинаций хромосом в гаметах составляет 2 n , где n – число хромосом гаплоидного набора: 2 23 =8 388 608. Число возможных комбинаций у одной родительской пары 2 23 х 2 23

3.Происходящие в мейозе перекрест хромосом, обмен участками, а также независимое расхождение каждой пары гомологичных хромосом

определяют закономерности наследственной передачи признака от родителей потомству.

Из каждой пары двух гомологичных хромосом (материнской и отцовской), входящих в хромосомный набор диплоидных организмов, в гаплоидном наборе яйцеклетки или сперматозоида содержится только одна хромосома. При этом она может быть: 1) отцовской хромосомой; 2) материнской хромосомой; 3) отцовской с участком материнской хромосомы; 4) материнской с участком отцовской. Эти процессы приводят к эффективной рекомбинации наследственного материала в гаметах, образуемым организмом. В результате обуславливается генетическая разнородность гамет и потомства.

При объяснении учащиеся заполняют таблицу: «Сравнительная характеристика митоза и мейоза»

Типы деления	Митоз (непрямое деление)	Мейоз (редукционное деление)
Число делений	одно деление	два деление
Происходящие процессы	Репликация и транскрипция отсутствуют	В профазе 1 происходит конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер
	К полюсам клетки расходятся хроматиды	В первом делении к полюсам клетки расходятся гомологичные хромосомы
Число дочерних клеток	2	4
Набор хромосом в дочерних клетках (n – набор хромосом, хр – хроматиды, с – число ДНК)	Число хромосом остается постоянным2n 1хр 2c (хромосомы однохроматидные)	Число хромосом уменьшается вдвое 1n 1хр 1c (хромосомы однохроматидные)
Клетки, где происходит деление	Соматические клетки	Соматические клетки половых органов животных; спорообразующие клетки растений
Значение	Обеспечивает бесполое размножение и рост живых организмов	Служит для образования половых клеток

Закрепление изученного материала (по табл., тестовая работа).

Литература:

1. Ю.И. Полянский. Учебник для 10-11 классов средней школы. –М.: «Просвещение», 1992.
2. И.Н. Пономарева, О.А. Корнилова, Т.Е. Лощилина. Учебник «Биология» 11 класс, базовый уровень, –М.: «Вентана-Граф», 2010.
3. С.Г. Мамонтов Биология для поступающих в ВУЗЫ. –М.: 2002.
4. Н. Грин, У.Стаут, Д. Тейлор. Биология в 3 т. –М.: «Мир», 1993.
5. Н.П. Дубинина. Общая биология. Пособие для учитетеля. –М.: 1990.
6. Н.Н. Приходченко, Т.П. Шкурат «Основы генетики человека». Уч.пос. – Ростов н/Д: «Феникс», 1997.

В природе существует несколько способов и видов деления клеток. Одним из них является процесс деления, именуемый мейозом. В данной статье Вы узнаете, как происходит данный процесс, об его особенностях, а также в чём заключается биологическое значение мейоза.

Фазы мейоза

Способ деления, в результате которого из материнской клетки образуется четыре дочерние с уменьшенным в два раза набором хромосом, называется мейозом.

Таким образом, если делится диплоидная соматическая клетка, то в результате получаем четыре гаплоидные клетки.

Весь процесс проходит непрерывно в два этапа, между которыми практически отсутствует интерфаза. Кратко описать весь процесс поможет следующая таблица:

Фаза	Описание
Первое деление:
Профаза 1	Ядрышки растворяются, разрушаются ядерные мембраны, и формируется веретено деления.
Метафаза 1	Спирализация достигает максимальных значений, пары хромосом располагаются в экваториальной части веретена.
Анафаза 1	Гомологичные хромосомы отходят к разным полюсам. Поэтому из каждой их пары одна попадает в дочернюю клетку.
Телофаза 1	Разрушается веретено деления, формируются ядра, и распределяется цитоплазма. В результате получается две клетки, которые буквально сразу же вступают в новый процесс деления способом митоза.
Второе деление:
Профаза 2	Происходит формирование хромосом, которые беспорядочно расположены в цитоплазме клетки. Образуется новое веретено деления.
Метафаза 2	Хромосомы перемещаются к экватору веретена деления.
Анафаза 2	Хроматиды разделяются и расходятся к разным полюсам.
Телофаза 2	В результате получаем четыре гаплоидные клетки с одной хроматидой.

Рис. 1. Схема мейоза

Профаза 1 проходит в пять стадий, во время которых хроматин спирализуется, образуются двухроматидные хромосомы. Наблюдается попарное сближение гомологичных хромосом (конъюгация), при этом в некоторых местах они перекрещиваются и обмениваются определёнными участками (кроссинговер).

Рис. 2. Схема профазы 1

Биологическое значение мейоза

Процесс деления клеток-эукариотов способом мейоза играет большую роль, особенно в образовании клеток половой системы - гамет. В процессе оплодотворения, когда гаметы сливаются, новый организм получает диплоидный набор хромосом и тем самым сохраняются признаки кариотипа. Если бы не было мейоза, то в результате размножения число хромосом постоянно бы росло.

Рис. 3. Схема образования гамет

Помимо этого биологическим смыслом мейоза является:

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

• образование споров у некоторых растительных организмов, а также грибов;
• комбинативная изменчивость организмов, так как при конъюгации получаются новые наборы генетической информации;
• основополагающий этап при образовании гамет;
• передача генетического кода новому поколению;
• поддержание постоянного числа хромосом при размножении;
• дочерние клетки не похожи на материнские и сестринские.

Что мы узнали?

Мейозом называют процесс, сущность которого состоит в уменьшении числа хромосом при делении клетки. Проходит он в два этапа, каждый из которых состоит из четырёх фаз. В результате первого этапа получаем две клетки с гаплоидным набором хромосом. Второй этап проходит по принципу деления способом митоза, в результате чего получаем четыре клетки с гаплоидным набором. Данный процесс очень важен в образовании половых клеток, которые участвуют в оплодотворении. Полученные клетки - гаметы с гаплоидным набором при слиянии образуют зиготу с диплоидным набором, тем самым поддерживается постоянное число хромосом. Особенность мейоза состоит в том, что дочерние клетки не похожи на материнскую клетку, и имеют особый генетический материал.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4 . Всего получено оценок: 136.

Биологическое значение митоза	Биологическое значение мейоза
Лежит в основе роста и вегетативного размножения всех организмов, имеющих ядро - эукариот. Благодаря митозу поддерживается постоянство числа хромосом в клеточных поколениях, т.е. дочерние клетки получают такую же генетическую информацию, которая содержалась в ядре материнской клетки.	Заключается в поддержании постоянства числа хромосом при наличии полового процесса. Кроме того, вследствие кроссинговера происходит рекомбинация – появление новых сочетаний наследственных задатков в хромосомах. Мейоз обеспечивает также комбинативную изменчивость – появление новых сочетаний наследственных задатков при дальнейшем оплодотворении.

Контрольные вопросы для закрепления:

Способы и формы размножения.

Чередование поколений с бесполым и половым размножением.

Основные типы деления эукариотических клеток.

Жизненный цикл клетки.

Гаметогенез.

Развитие половых клеток.

Строение и функции яйцеклеток.

Строение и функции сперматозоида.

Биологическое значение митоза и мейоза.

Основная:

Биология. В 2 кн. Кн. 2: Учеб. для спец. вузов/ В.Н.Ярыгин, В.И.Васильева, И.Н.Волков, В.В.Синельщикова; Под ред. В.Н.Ярыгина.- 2-е изд., испр.- М.: Высш. шк., 2008.

Биология с общей генетикой. Слюсарев А.А. изд. 2-Е, М.: Медицина, 2007

Дополнительная:

Биология. Пособие для пост, в ВУЗы биол.-мед. профиля. -М.: Школа-Пресс, 2008.

Гилберт С. Биология развития: в 3 т. / Пер. с англ. - М.: Мир, 2008.

Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: в 3 т. / Пер. с англ. - М. : Мир, 2009.

Богданова Т.Л. Биология: задания и упражнения. Пособие для поступающих в ВУЗы. - М.: Высшая школа, 2008.

Морозов Е.И., Тарасевич Е.И., Анохин B.C. Генетика в вопросах и ответах. - Минск, 2007.

Дж. Харрисон и др. Биология человека //самая полная электронная библиотека книг: URL: http :// bankknig . com / knigi /63750- biologiya - cheloveka . html (дата обращения 23.12.2010)

Хен Ю.В. Усовершенствование человека (евгеника) как проблема биоэтики. // всемирный философский конгресс: URL: http://www.congress2008.dialog21.ru/Doklady/21811.htm (дата обращения 23.12.2010)

Биология и генетика пола // Генетика: URL: http :// www . twirpx . com / files / medicine / genetics / (дата обращения 23.12.2010)

Щербо С.Н. Генодиагностика в современной лаборатории // Этапы развития генодиагностики. Преимущества в использовании нуклеиновых кислот для диагностики. Молекулярно-генетические методы диагностики: URL: http://www.twirpx.com/file/297399/ (дата обращения 23.12.2010)

Строение хромосом // Конспекты лекций, учебные пособия: URL: http://www.twirpx.com/file/329582/ (дата обращения 23.12.2010)

Презентация - ФКУ PPTX // Конспекты лекций, учебные пособия: URL: http://www.twirpx.com/file/286669/ (дата обращения 23.12.2010)

Хромосомные болезни пола (синдром Тернера, синдром трисомии X) // Конспекты лекций, учебные пособия: URL: http://www.twirpx.com/file/113781/ (дата обращения 23.12.2010)

Тесты по медицинской биологии и общей генетике // Конспекты лекций, учебные пособия: URL: http://www.twirpx.com/file/266378/ (дата обращения 23.12.2010)