Типы мейоза и его биологическое значение
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Занятие №21
Какие гены называют аллельными? Какова локализация аллельных генов в хромосомах?
a.i.1. Аллельные гены - гены, определяющие альтернативное развитие одного и того же признака и расположенные в идентичных участках гомологичных хромосом.
a.i.2.
2.Что означает понятие «множественный аллелизм»?
Множественный аллелизм — это существование в популяции более двух аллелей данного гена. В популяции оказываются не два аллельных гена, а несколько.
a.i.3. Какие гены называют неаллельными, и какую локализацию они могут иметь в хромосомах?Неаллельные гены— это гены, расположенные в различных участках хромосом и кодирующие неодинаковые белки.
4. Дайте определение понятиям «геном» и «генотип». Термин «геном» был предложен Гансом Винклером в 1920 г. для описания совокупности генов, заключённых в гаплоидном наборе хромосом организмов одного биологического вида. Генотип— совокупность генов данного организма
5.Какие организмы называют гетерозиготными, а какие – гомозиготными? Организмы, содержащие в соматических клетках два доминантных или два рецессивных гена данной аллельной пары (АА Или Аа), Называются ГомOЗиготными (от греч. homos — одинаковый и зигота), а организмы, содержащие разные гены данной аллельной пары, Гетерозиготными (от греч. geteros— различный и зигота) (рис. 20). Гомозиготные особи при размножении не дают расщепления в последующих поколениях, гетерозиготные формы продолжают расщепляться
6.Какие признаки называют моногенными? Моногенным называется такой тип наследования, когда наследственный признак контролируется одним геном.
7. Что означает понятие «действие (экспрессия) генов»?Экспрессия генов это процесс считывания генетической информации с гена и превращение ее в физический действующий продукт — РНК или белок.
1. Что такое хромосомы? Какие морфологические типы хромосом Вы знаете? Хромосомы — это основные структурные элементы клеточного ядра, являющиеся носителями генов, в которых закодирована наследственная информация. В зависимости от расположения первичной перетяжки хромосомы подразделяют на метацентрические (оба плеча равной или почти равной длины), субметацентрические (плечи неравной длины) и акроцентрические (центромера смещена на конец хромосомы) телоцентрические (палочковидные хромосомы с центромерой, расположенной на проксимальном конце) .
2. Дайте определения понятиям «кариотип» и «идиограмма». Кариотип-совокупность признаков хромосомного набора (число, размер, форма хромосом), характерных для того или иного вида. Постоянство К. каждого вида поддерживается закономерностями митоза и мейоза. Идиограмма (идио- + греч. gramma запись, изображение; син. кариограмма) — графическое изображение отдельных хромосом со всеми их структурными характеристиками.
Занятие №22
1. Что называют фенотипом организма? Фенотип — совокупность характеристик, присущих индивиду на определённой стадии развития. Фенотип формируется на основе генотипа, опосредованного рядом внешнесредовых факторов.
2. Какие формы взаимодействия аллельных генов Вы знаете, и каков их фенотипический эффект? Основная форма взаимодействия - полное доминирование,которое впервые описано Г. Менделем. Суть его заключается в том, что в гетерозиготном организме проявление одной из аллелей доминирует над проявлением другой.
Неполное доминирование - форма взаимодействия, при которой у гетерозиготного организма (Аа) доминантный ген (А) не полностью подавляет рецессивный ген (а), вследствие чего проявляется промежуточный между родительскими признак. Здесь расщепление по генотипу и фенотипу совпадает и составляет 1:2:1
При кодоминировании в гетерозиготных организмах каждый из аллельных генов вызывает формирование зависимого от него продукта, то есть оказываются продукты обеих аллелей. Классическим примером такого проявления является система групп крови, в частности система АBО, когда эритроциты человека несут на поверхности антигены, контролируемые обеими аллелями. Такая форма проявления носит название кодоминированием.
Сверхдоминирование - когда доминантный ген в гетерозиготном состоянии проявляется сильнее, чем в гомозиготном. Так, у дрозофилы при генотипе АА-нормальная продолжительность жизни; Аа - удлиненная триватисть жизни; аа - летальный исход.
3. Какие гены называют доминантными?
4. Какие гены называют рецессивными?
5. Дайте определения понятиям «пенетрантность», «экспрессивность» и «плейотропия».
6. Какие гены называют летальными? Экспрессивность – степень фенотипического проявления аллеля. Пенетрантность – вероятность фенотипического проявления признака при наличии соответствующего гена. Плейотропия , множественное действие гена, способность одного наследственного фактора — гена — воздействовать одновременно на несколько разных признаков организма.
7. Какое наследование называют полигенным? Наследование признака, контролируемого совместно группой неаллельных генов.
8. Какие формы взаимодействия неаллельных генов Вам известны, и каков их фенотипический эффект? Комплементарное (дополнительное) действие генов — это вид взаимодействия неаллельных генов, доминантные аллели которых при совместном сочетании в генотипе обусловливают новое фенотипическое проявление признаков. Подавление (ингибирование) действия одной аллельной пары генов геном другой, не аллельной им пары, называется эпистазом. Полимери́я — взаимодействие неаллельных множественных генов, однозначно влияющих на развитие одного и того же признака; степень проявления признака зависит от количества генов.
Занятие №23
1. Какое биологическое значение имеет размножение организмов? Размножение дает начало жизни новым организмам, новым поколениям и тем самым оно сохраняет и поддерживает жизнь живых существ.
2. Назовите способы клеточного деления. Митоз, мейоз, амитоз
3. Что такое бесполое размножение и каковы его формы? Размножение делением
Размножение спорами вегетативное размножение Почкование Фрагментация (деление тела)
4. Что Вы считаете цитологической основой роста и бесполого размножения? Митоз
5. Что такое митотический цикл клетки? Митотический цикл- Совокупность последовательных и взаимосвязанных процессов в период подготовки клетки к делению, а также на протяжении самого деления.
6. Дайте характеристику периодов митотического цикла. Какое биологическое значение имеет каждый из них? Профаза
К основным событиям профазы относят конденсацию хромосом внутри ядра и образование веретена деления в цитоплазме клетки.
В прометафазе наблюдается интенсивное, но беспорядочное перемещение хромосом.
В завершении прометафазы хромосомы располагаются в экваториальной плоскости веретена примерно на равном расстоянии от обоих полюсов деления, образуя метафазную пластинку. Морфология метафазной пластинки в клетках животных, как правило, отличается упорядоченным расположением хромосом: центромерные участки обращены к центру веретена, а плечи — к периферии клетки.
К окончанию метафазы наблюдается чёткое обособление сестринских хроматид, соединение между которыми сохраняется лишь в центромерных участках. Плечи хроматид располагаются параллельно друг другу, и становится отчетливо заметной разделяющая их щель.
Анафаза — самая короткая стадия митоза, которая начинается внезапным разделением и последующим расхождением сестринских хроматид в направлении противоположных полюсов клетки.
Анафаза А характеризуется расхождением сестринских хроматид к противоположным полюсам деления клетки.
Во время анафазы В расходятся сами полюса деления клетки
Телофаза рассматривается как заключительная стадия митоза; за её начало принимается момент остановки разделённых сестринских хроматид у противоположных полюсов деления клетки. В ранней телофазе наблюдается деконденсация хромосом и, следовательно, увеличение их в объёме.
Окончание телофазы преимущественно совпадает с разделением тела материнской клетки — цитокинезом. При этом образуются две или более дочерние клетки.
7. Что такое циклины, и какова их роль в регуляции клеточного цикла?
8. Какие механизмы обеспечивают точное распределение генетического материала при митозе?
9. Охарактеризуйте фазы митоза. Каково биологическое значение митоза? Таблица Митотический цикл и митоз (Т.Л. Богданова. Биология. Задания и упражнения. Пособие для поступающих в ВУЗы. М.,1991)
| Фазы | Процесс, происходящий в клетке | |
| Интерфаза (фаза между делениями клеток) | Пресинтетический период | Синтез белка. На деспирализованных молекулах ДНК синтезируется РНК |
| Синтетический период | Синтез ДНК - самоудвоение молекулы ДНК. Построение второй хроматиды, в которую переходит вновь образовавшаяся молекула ДНК: получаются двухроматидные хромосомы | |
| Постсинтетический период | Синтез белка, накопление энергии, подготовка к делению | |
| Профаза (первая фаза деления) | Двухроматидные хромосомы спирализуются, ядрышки растворяются, центриоли расходятся, ядерная оболочка растворяется, образуются нити веретена деления | |
| Фазы митоза | Метафаза (фаза скопления хромосом) | Нити веретена деления присоединяются к центромерам хромосом, двухроматидные хромосомы сосредоточиваются на экваторе клетки |
| Анафаза (фаза расхождения хромосом) | Центромеры делятся, однохроматидные хромосомы растягиваются нитями веретена деления к полюсам клетки | |
| Телофаза (фаза окончания деления) | Однохроматидные хромосомы деспирализуются, сформировывается ядрышко, восстанавливается ядерная оболочка, на экваторе начинает закладываться перегородка между клетками, растворяются нити веретена деления |
10. Как изменяется число наборов хромосом и хроматид в процессе митотического деления?
Занятие №24
1. Что такое половое размножение, и каковы его формы?
2. Какие процессы составляют цитологические основы размножения? Мейоз и гаметогенез
3. Что такое мейоз, и на какие фазы можно разделить мейотическое деление? см. ниже
4. Дайте характеристику фаз мейотического деления. Каково биологическое значение каждой из них? см. ниже
5. Как изменяются хромосомы в ходе мейоза? 2n→n
6. В чем заключается биологическое значение мейоза? Назовите эффекты мейоза. Биологический смысл мейоза.
Заключается в следующем:
1. образование гамет или спор
2. сохранение числа хромосом у существующих видов животных и растений
3. кроссенговер, который происходит в ходе мейоза, является основой комбинативной изменчивости, т.к. между гомологичными хромосомами происходит обмен информацией. Кроме того, к комбинативной изменчивости приводит произвольное расположение бивалентов в метафазе 1 и произвольное расхождение гомологичных хромосом к полюсам клетки в анофазе 1.
7. Какая связь существует между мейозом и гаметогенезом? У животных гаметогенез всегда связан с так называемыми делениями созревания или мейозом.
8.К каким изменениям генома могут приводить нарушения в процессе мейоза?
Общий ход мейоза
Типичный мейоз состоит из двух последовательных клеточных делений, которые соответственно называются мейоз I и мейоз II. В первом делении происходит уменьшение числа хромосом в два раза, поэтому первое мейотическое деление называют редукционным, реже – гетеротипным. Во втором делении число хромосом не изменяется; такое деление называют эквационным (уравнивающим), реже – гомеотипным. Выражения «мейоз» и «редукционное деление» часто используют как синонимы.
Интерфаза
Предмейотическая интерфаза отличается от обычной интерфазы тем, что процесс репликации ДНК не доходит до конца: примерно 0,2...0,4 % ДНК остается неудвоенной. Таким образом, деление клетки начинается на синтетической стадии клеточного цикла. Поэтому мейоз образно называют преждевременным митозом. Однако в целом, можно считать, что в диплоидной клетке (2n) содержание ДНК составляет 4с.
При наличии центриолей происходит их удвоение таким образом, что в клетке имеется две диплосомы, каждая из которых содержит пару центриолей.
Первое деление мейоза (редукционное деление, или мейоз I)
Сущность редукционного деления заключается в уменьшении числа хромосом в два раза: из исходной диплоидной клетки образуется две гаплоидные клетки с двухроматидными хромосомами (в состав каждой хромосомы входит 2 хроматиды).
Профаза 1 (профаза первого деления) состоит из ряда стадий:
Лептотена (стадия тонких нитей). Хромосомы видны в световой микроскоп в виде клубка тонких нитей. Раннюю лептотену, когда нити хромосом видны еще очень плохо, называют пролептотена.
Зиготена (стадия сливающихся нитей). Происходит конъюгация гомологичных хромосом (от лат. conjugatio – соединение, спаривание, временное слияние). Гомологичные хромосомы (или гомологи) – это хромосомы, сходные между собой в морфологическом и генетическом отношении. У нормальных диплоидных организмов гомологичные хромосомы – парные: одну хромосому из пары диплоидный организм получает от матери, а другую – от отца. При конъюгации образуются биваленты. Каждый бивалент – это относительно устойчивый комплекс из одной пары гомологичных хромосом. Гомологи удерживаются друг около друга с помощью белковых синаптонемальных комплексов. Один синаптонемальный комплекс может связывать только две хроматиды в одной точке. Количество бивалентов равно гаплоидному числу хромосом. Иначе биваленты называются тетрады, так как в состав каждого бивалента входит 4 хроматиды.
Пахитена (стадия толстых нитей). Хромосомы спирализуются, хорошо видна их продольная неоднородность. Завершается репликация ДНК (образуется особая пахитенная ДНК). Завершается кроссинговер – перекрест хромосом, в результате которого они обмениваются участками хроматид.
Диплотена (стадия двойных нитей). Гомологичные хромосомы в бивалентах отталкиваются друг от друга. Они соединены в отдельных точках, которые называются хиазмы (от древнегреч. буквы χ – «хи»).
Диакинез (стадия расхождения бивалентов). Отдельные биваленты располагаются на периферии ядра.
Метафаза I (метафаза первого деления)
В прометафазе I ядерная оболочка разрушается (фрагментируется). Формируется веретено деления. Далее происходит метакинез – биваленты перемещаются в экваториальную плоскость клетки.
Анафаза I (анафаза первого деления)
Гомологичные хромосомы, входящие в состав каждого бивалента, разъединяются, и каждая хромосома движется в сторону ближайшего полюса клетки. Разъединения хромосом на хроматиды не происходит. Процесс распределения хромосом по дочерним клеткам называется сегрегация хромосом.
Телофаза I (телофаза первого деления)
Гомологичные двухроматидные хромосомы полностью расходятся к полюсам клетки. В норме каждая дочерняя клетка получает одну гомологичную хромосому из каждой пары гомологов. Формируются два гаплоидных ядра, которые содержат в два раза меньше хромосом, чем ядро исходной диплоидной клетки. Каждое гаплоидное ядро содержит только один хромосомный набор, то есть каждая хромосома представлена только одним гомологом. Содержание ДНК в дочерних клетках составляет 2с.
В большинстве случаев (но не всегда) телофаза I сопровождается цитокинезом.
Интеркинез
Интеркинез – это короткий промежуток между двумя мейотическими делениями. Отличается от интерфазы тем, что не происходит репликации ДНК, удвоения хромосом и удвоения центриолей: эти процессы произошли в предмейотической интерфазе и, частично, в профазе I.
Второе деление мейоза (эквационное деление, или мейоз II)
В ходе второго деления мейоза уменьшения числа хромосом не происходит. Сущность эквационного деления заключается в образовании четырех гаплоидных клеток с однохроматидными хромосомами (в состав каждой хромосомы входит одна хроматида).
Профаза II (профаза второго деления)
Не отличается существенно от профазы митоза. Хромосомы видны в световой микроскоп в виде тонких нитей. В каждой из дочерних клеток формируется веретено деления.
Метафаза II (метафаза второго деления)
Хромосомы располагаются в экваториальных плоскостях гаплоидных клеток независимо друг от друга. Эти экваториальные плоскости могут лежать в одной плоскости, могут быть параллельны друг другу или взаимно перпендикулярны.
Анафаза II (анафаза второго деления)
Хромосомы разделяются на хроматиды (как при митозе). Получившиеся однохроматидные хромосомы в составе анафазных групп перемещаются к полюсам клеток.
Телофаза II (телофаза второго деления)
Однохроматидные хромосомы полностью переместились к полюсам клетки, формируются ядра. Содержание ДНК в каждой из клеток становится минимальным и составляет 1с.
Типы мейоза и его биологическое значение
В общем случае в результате мейоза из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидные клетки. При гаметном мейозе из образовавшихся гаплоидных клеток образуются гаметы. Этот тип мейоза характерен для животных. Гаметный мейоз тесно связан с гаметогенезом и оплодотворением. При зиготном и споровом мейозе образовавшиеся гаплоидные клетки дают начало спорам или зооспорам. Эти типы мейоза характерны для низших эукариот, грибов и растений. Споровый мейоз тесно связан со спорогенезом. Таким образом, мейоз – это цитологическая основа полового и бесполого (спорового) размножения.
Биологическое значение мейоза 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.
Ход мейоза находится под контролем генотипа организма, под контролем половых гормонов (у животных), фитогормонов (у растений) и множества иных факторов (например, температуры).