Занятие 6

Тема: Гаметогенез. Мейоз.

Цель: Изучить мейоз и процессы, происходящие в разные периоды гаметогенеза, строение половых клеток.

Задание для самоподготовки

1. Фазы и стадии мейоза.

2. Биологическое значение мейотических делений.

3. Отличие мейоза от митоза.

4. Гаметогенез (периоды). Характеристика каждого периода.

5. Овогенез.

6. Сперматогенез.

7. Строение половых клеток.

8. Заполнить таблицы 14, 15, 16, 17 (см. Приложение 2).

Мейоз – редукционное деление, происходящее при образовании половых клеток, при котором происходит уменьшение числа хромосом: из одной диплоидной клетки образуется четыре клетки с гаплоидным набором хромосом. Мейоз проходит в два деления, следующие одно за другим: первое деление – редукционное (происходит редукция, или уменьшение, числа хромосом), второе – эквационное деление (уравнивающее). Во время мейоза происходит рекомбинация генетического материала. Первому делению мейоза предшествует интерфаза, когда происходит удвоение ДНК и подготовка клетки к делению.

I деление (редукционное)

ПРОФАЗА I проходит в 5 последовательных стадий:

• лептонема (лептотена) – это “стадия тонких нитей”:

начало конденсации хроматина, когда хромосомы выглядят как тонкие слабо спирализованные нити с узелками-хромомерами;

• зигонема (зиготена) – это “стадия соединенных в пару нитей”:

происходит коньюгация гомологичных хромосом, при которой хромомеры одной хромосомы прикладываются к соответствующим хромомерам другой, образуя биваленты;

• пахинема (пахитена) – это “стадия толстых нитей”:

на фоне продолжающейся спирализации хромосом и их укорочения, осуществляется кроссинговер – обмен участками гомологичных хромосом на уровне хроматид, образуются хиазмы – перекресты хромосом в местах кроссинговера;

• диплонема (диплотена) – это “стадия двойных нитей”:

завершается спирализация, гомологичные хромосомы начинают взаимно отталкиваться, оставаясь связанными только в хиазмах, которые постепенно смещаются к концам хромосом;

• диакинез – это последняя стадия профазы I:

завершается спирализация – хромосомы максимально укорочены и утолщены, они образуют характерные фигуры – кольца (закрытые биваленты – 2 хиазмы) и кресты (открытые биваленты – 1 хиазма); разрушается кариотека и ядрышко.

МЕТАФАЗА I: образуется метафазная пластинка: биваленты выстраиваются на экваторе клетки, нити веретена деления прикрепляются к кинетохору на центромерах хромосом.

Анафаза I: гомологичные хромосомы растягиваются нитями веретена деления к полюсам клетки – происходит редукция числа хромосом (каждая из хромосом состоит из двух хроматид).

Телофаза I: (эта стадия отсутствует)

Интеркинез – промежуток между делениями, в это время может происходить цитокинез: тогда образуется две клетки.

II деление (эквационное) проходит одновременно в обоих «ядрах» (клетках).

ПРОФАЗА II очень короткая (после первого деления хромосомы остались спирализованными, ядро не образовалось) – формируется веретено деления.

МЕТАФАЗА II хромосомы (каждая из которых состоит из двух рекомбинированных хроматид) располагаются на экваторе клетки и взаимодействуют с нитями веретена деления, удваивается центромерный участок хромосом.

Анафаза II хроматиды растягиваются нитями веретена деления к полюсам клетки, каждая хроматида становится однонитчатой хромосомой.

Телофаза II хромосомы деспирализуются, формируются ядрышки и ядерные оболочки, образуются 4 гаплоидные клетки.

Во второе деление мейоза вступают клетки с измененным в результате кроссинговера генотипом.

биологическое Значение мейотического деления

1. Это механизм, поддерживающий постоянство числа хромосом в ряду поколений.

2. При мейозе образуется большое количество различных новых комбинаций негомологичных хромосом, что обеспечивает комбинативную изменчивость.

3. В процессе кроссинговера также происходит рекомбинация генетического материала. В этом одна из причин изменчивости организмов, дающая материал для отбора.

Между митозом и мейозом можно выделить следующие основные различия:

1. Мейоз состоит из 2 последовательных делений, которым предшествует однократная редупликация ДНК. Митоз состоит из одного деления с однократным удвоением ДНК.

2. В профазу I мейоза происходит конъюгация и кроссинговер, чего нет в профазе митоза.

3. Во время мейоза в метафазу I по экватору выстраиваются биваленты, и в анафазу I расходятся гомологичные хромосомы, а во время митоза – хромосомы и сестринские хроматиды соответственно.

4. В телофазу I мейоза не происходит деспирализации хромосом, не образуется ядерной оболочки и ядрышка.

5. В результате мейоза образуются четыре дочерних клетки с гаплоидным набором хромосом, а в результате митоза – две дочерние клетки, содержащие диплоидный набор хромосом.

Процесс формирования половых клеток называется гаметогенезом. Он содержит в себе 4 периода: размножения, роста, созревания, формирования.

Сперматогенез – это процесс образования мужских половых клеток. Процесс формирования женских гамет носит название овогенеза. В процессе созревания половых клеток происходит мейоз, при котором число хромосом уменьшается, становится гаплоидным (n). Этот процесс совершается во время двух следующих одно за другим делений периода созревания. Особенностью мейоза в овогенезе является наличие специальной стадии – диктионемы (диктиотены), отсутствующей в сперматогенезе. На этой стадии, достигаемой у человека еще в эмбриогенезе, хромосомы принимают морфологический вид «ламповых щеток», прекращают структурные изменения на многие годы. По достижении женского организма репродуктивного возраста под влиянием гормонов гипофиза один овоцит ежемесячно возобновляет мейоз.

По строению мужские и женские гаметы резко отличаются. Сперматозоид мелких размеров, обладает способностью к движению, состоит из головки, шейки и хвостика. На переднем конце головки расположена акросома, содержащая гидролитические ферменты. Основную массу головки занимает ядро. В области шейки располагаются митохондрии в виде закрученной спирали и центриоли. Размеры и формы сперматозоидов весьма разнообразны и зависят от вида животных.

Яйцеклетки неподвижные, шарообразные, крупнее соматических клеток, содержат все типичные органоиды (кроме центриолей) и ряд веществ, необходимых для развития зародыша. Цитоплазма богата трофическими включениями. Оболочка яйцеклетки выполняет защитную функцию, а у плацентарных млекопитающих служит для внедрения зародыша в стенку матки. Различают первичную, вторичную и третичную оболочки. У человека – две оболочки, внутренняя называется «блестящая зона» или пелликула, а наружная – фолликула. Третичная наружная оболочка образована веществами, представляющими собой продукты секреции желез яйцеводов (у птиц, например – скорлуповая). В процессе гаметогенеза в яйцеклетках происходит накопление желтка.