Биологический смысл митоза состоит в том что. Каково биологическое значение митоза

Жизненный цикл клетки. Деление про- и эукариотических клеток

Важнейшее положение клеточной теории гласит, что новые клетки образуются путем размножения (самовоспроизведения ) предшествующих, осуществляемого благодаря делению исходной клетки. Так, огромное число клеток, из которых состоит многоклеточный организм, возникает в результате последовательных делений начиная от единственной зиготы (оплодотворенной яйцеклетки).

При размножении клеток сохраняется наследственная информация в ряду их поколений (и организмов при бесполом размножении). Это обеспечивается прежде всего удвоением генетического материала, поскольку удваиваются молекулы ДНК - происходит ее репликация. Затем удвоенная ДНК распределяется поровну (в ходе клеточного деления) между двумя дочерними клетками.

Деление прокариотной клетки. Самовоспроизведение прокариотной клетки осуществляется путем простого деления (см. рис. 1).

Рис. 1. Деление бактериальной клетки. ДНК удваивается и расходится по двум дочерним клеткам

Начинается этот процесс с репликации ДНК. Две дочерние молекулы последней прикрепляются к плазмалемме, и мембрана начинает интенсивно расти между точками их прикрепления. В результате происходит механическое «растаскивание» двух дочерних молекул ДНК к противоположным полюсам клетки. После этого материнская клетка разделяется на две дочерние с одинаковыми молекулами ДНК.

Деление эукариотных клеток. У них генетическая информация содержится в хромосомах ядра, число которых может достигать значительного количества, а поэтому равномерное и точное распределение хромосом, удвоившихся до этого, между дочерними клетками обеспечивается специальным аппаратом - веретеном деления . Оно состоит из нитей, образованных микротрубочками. В формировании веретена деления участвует особый органоид - клеточный центр .

Основной способ деления эукариотических клеток - митоз . Половые же клетки образуются в результате мейоза .

В жизни клетки можно выделить два периода: ее делению предшествует интерфаза , а затем происходит собственно митоз. В период интерфазы клетка растет, в ней увеличивается количество органоидов, она достигает зрелости и подготавливается к делению - осуществляется репликация(удвоение) ДНК.

Совокупность этапов, через которые проходит клетка с момента ее возникновения (в процессе деления исходной, материнской) до собственного деления с образованием двух новых клеток, называется жизненным (клеточным) циклом . Жизненный цикл клетки отражает все закономерные структурно-функциональные изменения, происходящие с клеткой во времени. Таким образом, жизненный цикл клетки - это время существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или естественной гибели.

У клеток сложного организма (например, человека) жизненный цикл клетки может быть различным. Высокоспециализированные клетки (эритроциты, нервные клетки, клетки поперечнополосатой мускулатуры) не размножаются. Их жизненный цикл состоит из рождения, выполнения предназначенных функций, гибели.

Митоз, его фазы, биологическое значение

Основные стадии митоза.

1.Редупликация (самоудвоение) генетической информации материнской клетки и равномерное распределение ее между дочерними клетками. Это сопровождается изменениями структуры и морфологии хромосом, в которых сосредоточено более 90% информации эукариотической клетки.

2.Митотический цикл состоит из четырех последовательных периодов: пресинтетического G1, синтетического S, постсинтетического G2 и собственно митоза. Они составляют автокаталитическую интерфазу (подготовительный период).

Фазы клеточного цикла:

интерфаза:

Сразу после деления клетки синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки, РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов. Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления;

Затем происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка.

В итоге образуются две идентичные двойные спирали ДНК, каждая из которых состоит из одной новой и старой цепи ДНК. Количество наследственного материала удваивается. Кроме этого, продолжается синтез РНК и белков.

митоз

После этого наступает собственно митоз, который состоит из четырех фаз. Процесс деления включает в себя несколько последовательных фаз и представляет собой цикл. Его продолжительность различна и составляет у большинства клеток от 10 до 50 ч.

Стадии митоза.

Процесс митоза принято подразделять на четыре основные фазы:

профазу, метафазу, анафазу и телофазу (рис. 1–3). Так как он непрерывен, смена фаз осуществляется плавно - одна незаметно переходит в другую.

В профазе увеличивается объем ядра, и вследствие спирализации хроматина формируются хромосомы. К концу профазы видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Постепенно растворяются ядрышки и ядерная оболочка, и хромосомы оказываются беспорядочно расположенными в цитоплазме клетки. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется веретено деления, часть нитей которого идет от полюса к полюсу, а часть - прикрепляется к центромерам хромосом. Содержание генетического материала в клетке остается неизменным (2n4c).

Рис. 1. Схема митоза в клетках корешка лука

Рис. 2. Схема митоза в клетках корешка лука: 1- интерфаза; 2,3 - профаза; 4 - метафаза; 5,6 - анафаза; 7,8 - телофаза; 9 - образование двух клеток

Рис. 3. Митоз в клетках кончика корешка лука: а - интерфаза; б - профаза; в - метафаза; г - анафаза; л , е - ранняя и поздняя телофазы

В метафазе хромосомы достигают максимальной спирализации и располагаются упорядоченно на экваторе клетки, поэтому их подсчет и изучение проводят в этот период. Содержание генетического материала не изменяется (2n4c).

В анафазе каждая хромосома «расщепляется» на две хроматиды, которые с этого момента называются дочерними хромосомами. Нити веретена, прикрепленные к центромерам, сокращаются и тянут хроматиды (дочерние хромосомы) к противоположным полюсам клетки. Содержание генетического материала в клетке у каждого полюса представлено диплоидным набором хромосом, но каждая хромосома содержит одну хроматиду (4n4c).

В телофазе расположившиеся у полюсов хромосомы деспирализуются и становятся плохо видимыми. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах образуются ядрышки. Разрушается веретено деления. Одновременно идет деление цитоплазмы. Дочерние клетки имеют диплоидный набор хромосом, каждая из которых состоит из одной хроматиды (2n2c).

Нетипичные формы митоза

К нетипичным формам митоза относятся амитоз, эндомитоз, политения.

1. Амитоз - это прямое деление ядра. При этом сохраняется морфология ядра, видны ядрышко и ядерная мембрана. Хромосомы не видны, и их равномерного распределения не происходит. Ядро делится на две относительно равные части без образования митотического аппарата (системы микротрубочек, центриолей, структурированных хромосом). Если при этом деление заканчивается, возникает двухъядерная клетка. Но иногда перешнуровывается и цитоплазма.

Такой вид деления существует в некоторых дифференцированных тканях (в клетках скелетной мускулатуры, кожи, соединительной ткани), а также в патологически измененных тканях. Амитоз никогда не встречается в клетках, которые нуждаются в сохранении полноценной генетической информации, - оплодотворенных яйцеклетках, клетках нормально развивающегося эмбриона. Этот способ деления не может считаться полноценным способом размножения эукариотических клеток.

2. Эндомитоз. При этом типе деления после репликации ДНК не происходит разделения хромосом на две дочерние хроматиды. Это приводит к увеличению числа хромосом в клетке иногда в десятки раз по сравнению с диплоидным набором. Так возникают полиплоидные клетки. В норме этот процесс имеет место в интенсивно функционирующих тканях, например, в печени, где полиплоидные клетки встречаются очень часто. Однако с генетической точки зрения эндомитоз представляет собой геномную соматическую мутацию.

3. Политения. Происходит кратное увеличение содержания ДНК (хромонем) в хромосомах без увеличения содержания самих хромосом. При этом количество хромонем может достигать 1000 и более, хромосомы при этом приобретают гигантские размеры. При политении выпадают все фазы митотического цикла, кроме репродукции первичных нитей ДНК. Такой тип деления наблюдается в некоторых высокоспециализированных тканях (печеночных клетках, клетках слюнных желез двукрылых насекомых). По-литенные хромосомы дрозофил используются для построения цитологических карт генов в хромосомах.

Биологическое значение митоза.

Оно состоит в том, что митоз обеспечивает наследственную передачу признаков и свойств в ряду поколений клеток при развитии многоклеточного организма. Благодаря точному и равномерному распределению хромосом при митозе все клетки единого организма генетически одинаковы.

Митотическое деление клеток лежит в основе всех форм бесполого размножения как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов. Митоз обусловливает важнейшие явления жизнедеятельности: рост, развитие и восстановление тканей и органов и бесполое размножение организмов.

Клеточный цикл. Митоз

Одним из важнейших свойств жизни является самовоспроизведение биологических систем, в основе которого лежит деление клеток: «От клеточного деления зависят не только явления наследственности, но и сама непрерывность жизни» (Э. Вильсон). Универсальным способом деления эукариотических клеток является непрямое деление, или митоз (от древнегреч. «митос» – нить). Биологическое значение митоза заключается в сохранении объема и качества наследственной информации.

Краткая история открытия митоза

Впервые деление клеток (дробление яиц лягушки) наблюдали французские ученые Прево и Дюма (1824). Более подробно этот процесс описал итальянский эмбриолог М. Рускони (1826). Процесс деления ядер при дроблении яиц у морских ежей описал К. Бэр (1845). Первое описание деления клеток у водорослей выполнил Б. Дюмортье (1832). Отдельные фазы митоза наблюдали: немецкий ботаник В. Гофмейстер (1849; клетки тычиночной нити традесканции), российские ботаники Э. Руссов (1872; материнские клетки спор папоротников, хвощей, лилии) и И.Д. Чистяков (1874; споры хвоща и плауна), немецкий зоолог А. Шнейдер (1873; дробящиеся яйца плоских червей), польский ботаник Э. Страсбургер (1875; спирогира, плаун, лук).

Для обозначения процессов перемещения составных частей ядра немецкий гистолог В. Шлейхнер предложил термин кариокинез (1879), а немецкий гистолог В. Флемминг ввел термин митоз (1878). В 1880-е гг. Общая морфология хромосом была описана еще в работах Гофмейстера, однако лишь в 1888 г. немецкий гистолог В. Вальдейер ввел термин хромосома. Ведущая роль хромосом в хранении, воспроизведении и передаче наследственной информации была доказана лишь в ХХ веке.

Биологическое значение

Процесс митоза обеспечивает строго равномерное распределение хромосом между двумя дочерними ядрами, так что в многоклеточном организме все клетки имеют совершенно одинаковые (по числу и по характеру) наборы хромосом. Хромосомы содержат генетическую информацию, закодированную в ДНК, и поэтому регулярный, упорядоченный митотический процесс обеспечивает также полную передачу всей информации каждому из дочерних ядер; в результате каждая клетка обладает всей генетической информацией, необходимой для развития всех признаков организма. В связи с этим становится понятно, почему одна клетка, взятая из полностью дифференцированного взрослого растения, может при подходящих условиях развиться в целое растение. Мы описали митоз в диплоидной клетке, но этот процесс протекает сходным образом и в гаплоидных клетках, например в клетках гаметофитного поколения растений.

Т.е. биологическое значение митоза состоит в том, что митоз обеспечивает наследственную передачу признаков и свойств в ряду поколений клеток при развитии многоклеточного организма. Благодаря точному и равномерному распределению хромосом при митозе все клетки единого организма генетически одинаковы.

Митотическое деление клеток лежит в основе всех форм бесполого размножения как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов. Митоз обусловливает важнейшие явления жизнедеятельности: рост, развитие и восстановление тканей и органов и бесполое размножение организмов.

Оно состоит в том, что митоз обеспечивает наследственную передачу признаков и свойств в ряду поколений клеток при развитии многоклеточного организма. Благодаря точному и равномерному распределению хромосом при митозе все клетки единого организма генетически одинаковы.

Митотическое деление клеток лежит в основе всех форм бесполого размножения как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов. Митоз обусловливает важнейшие явления жизнедеятельности: рост, развитие и восстановление тканей и органов и бесполое размножение организмов.

В каждой фазе происходят определенные структурные преобразования.

Профаза характеризуется морфологическими изменениями ядра и цитоплазмы. В ядре происходит: конденсация хроматина и образование хромосом, состоящих из двух хроматид , исчезновение ядрышка, распад кариолеммы на отдельные пузырьки. В цитоплазме отмечается редупликация (удвоение) центриолей и расхождение их к противоположным полюсам клетки, формирование из микротрубочек веретена деления, репродукция зернистой эндоплазматической сети, а также уменьшение числа свободных и прикрепленных рибосом.

В метафазе происходит образование метафазной пластинки, или материнской звезды, неполное обособление сестринских хроматид друг от друга.

Анафаза характеризуется полным обособлением (расхождением) хроматид и образованием двух равноценных диплоидных наборов хромосом, расхождением хромосомных наборов к полюсам митотического веретена и расхождением самих полюсов.

Телофаза характеризуется деконденсацией хромосом каждого хромосомного набора, формированием из пузырьков ядерной оболочки, цитотомиейперетяжкой двуядерной клетки на две дочерние самостоятельные клетки, появлением ядрышка в ядрах дочерних клеток.

В профазе хорошо видны центриоли - образования, находящиеся в клеточном центре и играющие роль в делении дочерних хромосом животных. (Напомним, что у высших растений нет центриолей в клеточном центре, который организует деление хромосом.) Мы же рассмотрим митоз на примере животной клетки, поскольку присутствие центриолей делает процесс деления клетки более наглядным. Центриоли делятся и расходятся к разным полюсам клетки. От центриолей протягиваются микротрубочки, образующие нити веретена деления, которое регулирует расхождение хромосом к полюсам делящийся клетки.

Морфологию митотических хромосом лучше всего изучать в момент их наибольшей конденсации, в метафазе и в начале анафазы. Хромосомы в этом состоянии представляют собой палочковидные структуры разной длины с довольно постоянной толщиной. У большинства хромосом удается легко найти зону первичной перетяжки (центромеры), которая делит хромосому на два плеча (рис. 22). Хромосомы с равными или почти равными плечами называют метацентрическими, с плечами неодинаковой длины - субметацентрическими. Палочковидные хромосомы с очень коротким, почти незаметным вторым плечом называют акроцентрическими.

В области первичной перетяжки расположен кинетохор . От этой зоны во время митоза отходят микротрубочки клеточного веретена, связанные с перемещением хромосом при делении клетки. Некоторые хромосомы имеют, кроме того, вторичные перетяжки , располагающиеся вблизи одного из концов хромосомы и отделяющие маленький участок - спутник хромосомы. Вторичные перетяжки называют, кроме того, ядрышковыми организаторами (см. предыдущую лекцию), так как именно на этих участках хромосом в интерфазе происходит образование ядрышка. В этих местах локализована ДНК, ответственная за синтез рибосомных РНК.

Плечи хромосом оканчиваются теломерами - конечными участками. Теломерные участки хромосом характеризуются отсутствием способности к соединению с другими хромосомами или их фрагментами и выполняют защитную функцию. В каждом цикле деления теломеры клетки укорачивается, из-за неспособности ДНК-полимеразы синтезировать копию ДНК с самого конца. Данный феномен носит название концевой недорепликации и является одним из важнейших факторов биологического старения . Специальный фермент теломераза при помощи собственной РНК-матрицы достраивает теломерные повторы и удлиняет теломеры. В большинстве дифференцированных клеток теломераза заблокирована, однако активна в стволовых и половых клетках.

Мейоз

Центральным событием гаметогенеза является особая форма клеточного деления - мейоз. В отличие от широко распространенного митоза, сохраняющего в клетках постоянное диплоидное число хромосом, мейоз приводит к образованию из диплоидных клеток гаплоидных гамет. При последующем оплодотворении гаметы формируют организм нового поколения с диплоидным кариотипом (пс + пс == 2n 2c ). В этом заключается важнейшее биологическое значение мейоза, который возник и закрепился в процессе эволюции у всех видов, размножающихся половьм путем (см. разд. 3.6.2.2).

Мейоз состоит из двух быстро следующих одно за другим делений, происходящих в периоде созревания. Удвоение ДНК для этих делений осуществляется однократно в периоде роста. Второе деление мейоза следует за первым практически сразу так, что наследственный материал не синтезируется в промежутке между ними (рис. 5.5).

Первое мейотическое деление называют редукционным, так как оно приводит к образованию из диплоидных клеток (2п 2с ) гаплоидных клеток п 2с. Такой результат обеспечивается благодаря особенностям профазы первого деления мейоза. В профазе I мейоза, так же как в обычном митозе, наблюдается компактная упаковка генетического материала (спирализация хромосом). Одновременно происходит событие, отсутствующее в митозе: гомологичные хромосомы конъюгируют друг с другом, т.е. тесно сближаются соответствующими участками.

В результате конъюгации образуются хромосомные пары, или биваленты, числом п. Так как каждая хромосома, вступающая в мейоз, состоит из двух хроматид, то бивалент содержит четыре хроматиды. Формула генетического материала в профазе I остается 2n 4c . К концу профазы хромосомы в бивалентах, сильно спирализуясь, укорачиваются. Так же как в митозе, в профазе I мейоза начинается формирование веретена деления, с помощью которого хромосомный материал будет распределяться между дочерними клетками (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Стадии мейоза

Отцовские хромосомы обозначены черным цветом, материнские -неокрашснные. На рисунке не изображена метафаза I, в которой биваленты располагаются в плоскости экватора веретена деления, и телофаза I, быстро переходящая в профазу II

Процессы, происходящие в профазе I мейоза и определяющие его результаты, обусловливают более продолжительное течение этой фазы деления по сравнению с митозом и дают возможность выделить несколько стадий в ее пределах (рис. 5.5).

Лептотена - наиболее ранняя стадия профазы I мейоза, в которой начинается спирализация хромосом, и они становятся видимыми в микроскоп как длинные и тонкие нити. Зиготена характеризуется началом конъюгации гомологичных хромосом, которые объединяются синаптонемальным комплексом в бивалент (рис. 5.6). Пахитена - стадия, в которой на фоне продолжающейся спирализации хромосом и их укорочения, между гомологичными хромосомами осуществляется кроссинговер - перекрест с обменом соответствующими участками. Диплотена характеризуется возникновением сил отталкивания между гомологичными хромосомами, которые начинают отдаляться друг от друга в первую очередь в области центромер, но остаются связанными в областях прошедшего кроссинговера - хиазмах (рис. 5.7).

Диакинез - завершающая стадия профазы I мейоза, в которой гомологичные хромосомы удерживаются вместе лишь в отдельных точках хиазм. Биваленты приобретают причудливую форму колец, крестов, восьмерок и т.д. (рис. 5.8).

Таким образом, несмотря на возникающие между гомологичными хромосомами силы отталкивания, в профазе I не происходит окончательного разрушения бивалентов. Особенностью мейоза в овогенезе является наличие специальной стадии - диктиотены, отсутствующей в сперматогенезе. На этой стадии, достигаемой у человека еще в эмбриогенезе, хромосомы, приняв особую морфологическую форму «ламповых щеток», прекращают какие-либо дальнейшие структурные изменения на многие годы. По достижении женским организмом репродуктивного возраста под влиянием лютеинизирующего гормона гипофиза, как правило, один овоцит ежемесячно возобновляет мейоз.

В метафазе I мейоза завершается формирование веретена деления. Его нити прикрепляются к центромерам хромосом, объединенных в биваленты, таким образом, что от каждой центромеры идет лишь одна нить к одному из полюсов веретена. В результате нити, связанные с центромерами гомологичных хромосом, направляясь к разным полюсам, устанавливают бивалентны в плоскости экватора веретена деления.

В анафазе I мейоза ослабляются связи между гомологичными хромосомами в бивалентах и они отходят друг от друга, направляясь к разным полюсам веретена деления. При этом к каждому полюсу отходит гаплоидный набор хромосом, состоящих из двух хроматид (см. рис. 5.5).

В телофазе I мейоза у полюсов веретена собирается одинарный, гаплоидный набор хромосом, каждая из них содержит удвоенное количество ДНК.

Формула генетического материала образующихся дочерних клеток соответствует п 2с.

Второе мейотическое (эквационное ) деление приводит к образованию клеток, в которых содержание генетического материала в хромосомах будет соответствовать их однонитчатой структуре пс (см. рис. 5.5). Это деление протекает, как митоз, только клетки, вступающие в него, несут гаплоидный набор хромосом. В процессе такого деления материнские двунитчатые хромосомы, расщепляясь, образуют дочерние однонитчатые.

Одна из главных задач мейоза - создание клеток с гаплоидным набором однонитчатых хромосом - достигается благодаря однократной редупликации ДНК для двух последовательных делений мейоза, а также благодаря образованию в начале первого мейотического деления пар гомологичных хромосом и дальнейшего их расхождения в дочерние клетки.

Процессы, протекающие в редукционном делении, обеспечивают также не менее важное следствие - генетическое разнообразие гамет, образуемых организмом. К таким процессам относят кроссинговер, расхождение гомологичных хромосом в разные гаметы и независимое поведение бивалентов в первом мейотическом делении (см. разд. 3.6.2.3).

Кроссинговер обеспечивает перекомбинацию отцовских и материнских аллелей в группах сцепления (см. рис. 3.72). Ввиду того что перекрест хромосом может происходить в разных участках, кроссинговер в каждом отдельном случае приводит к обмену разным по количеству генетическим материалом. Необходимо отметить также возможность возникновения нескольких перекрестов между двумя хроматидами (рис. 5.9) и участия в обмене более чем двух хроматид бивалента (рис. 5.10). Отмеченные особенности кроссинговера делают этот процесс эффективным механизмом перекомбинации аллелей.

Расхождение гомологичных хромосом в разные гаметы в случае гетерозиготности приводит к образованию гамет, различающихся по аллелям отдельных генов (см. рис. 3.74).

Случайное расположение бивалентов в плоскости экватора веретена деления и последующее их расхождение в анафазе I мейоза обеспечивают перекомбинацию родительских групп сцепления в гаплоидном наборе гамет (см. рис. 3.75).

Ответ 25! Ткани как системы клеток и их производных - один из иерархических уровней организации живого. Клетки как ведущие элементы ткани. Неклеточные структуры - симпласты и межклеточное вещество как производные клеток. Синцитии. Понятие о клеточных популяциях. Диффероны. Закономерности возникновения и эволюции тканей, теории параллелизма А.А.Заварзина и дивергентной эволюции Н.Г.Хлопина, их синтез на современном уровне развития науки.

Ткань – исторически (филогенетически) сложившаяся система клеток и неклеточных структур, обладающая общностью строения, а иногда и происхождения и специализированная на выполнении определенных функций. Ткань – это новый (после клеток) уровень организации живой материи.

Структурные компоненты ткани: клетки, производные клеток, межклеточное вещество.

Дата добавления: 2015-05-19 | Просмотры: 690 | Нарушение авторских прав

Каждая соматическая клетка проходит определённый жизненный цикл, включая деление на две соматические клетки. Это деление – митоз –происходит согласно определённому порядку, биологический смысл которого заключается в том, что каждая из дочерних клеток получает точно такой же двойной набор хромосом, что и клетка-родитель. Митоз не вносит никаких изменений в наследственную информацию, и обе дочерние клетки идентичны клетке-родителю. Перед началом митоза ДНК клетки удваивается. Каждая хромосома теперь состоит из двух одинаковых хроматид, которые станут хромосомами дочерних клеток. Митоз состоит из четырёх последовательных фаз — профазы, метафазы, телофазы. В профазе хромосомы становятся хорошо видимыми (при окрашивании). Ядерная оболочка распадается, хромосомы свободно располагаются в цитоплазме клетки. В клетках животных и низших растений центриоли клетки. В клетках животных и низших растений центриоли (органоиды, управляющие клеточным делением) расходятся к полюсам клетки. От центриолей между полюсами протягиваются нити веретена деления, обеспечат расхождение хромосом к полюсам. В метафазе хромосомы располагаются вдоль экватора клетки. В анафазе нити вретина начинают тянуть хроматиды каждой хромосомы к противоположным полюсам клетки. Разделившиеся хроматиды (теперь они уже именуются хромосомами) собираются у полюсов. В телофазе, завершающей митоз, хромосомы, разошедшиеся к полюсам, вновь становятся плохо видны. Нити веретена разрушаются. Вокруг хромосом образуются два новых ядра. Посредине клетки возникает перетяжка, которая делит клетку пополам, на две новые клетки. Продолжается митоз сравнительно недолго — как правило от получаса до трёх часов.

2. Благодаря чему в поколениях при бесполом размножении сохраняется диплоидный набор хромосом?

При бесполом размножении сохраняется диплоидный набор хромосом, бесполое размножение происходит без образования гамет (половых клеток), и в нем участвует лишь одна особь, которая делится, почкуется или формирует споры.

3. Гисто- и ортагонез

Органогенез (от орган и …генез) у животных - образование и развитие органов. Различают онтогенетический органогенез, изучаемый эмбриологией и биологией развития, и филогенетический органогенез, исследуемый сравнительной анатомией. Кроме описания и анализа течения процессов органогенеза, в задачу указанных дисциплин входят раскрытие и причинное объяснение этих процессов в филогенезе и онтогенезе . Сравнительная анатомия рассматривает возникновение новых органов, их преобразование, разделение, прогрессивное развитие и редукцию, процессы рудиментации и т.п. Изучение развития формы органов в связи с их функцией привело к открытию основных закономерностей филогенетического органогенеза. Таковы принципы дифференциации и интеграции , а также смены функций как руководящего начала в филогенетическом преобразовании органов. Онтогенетический органогенез до известной степени повторяет филогенетический органогенез. В ходе первого осуществляется последовательная дифференцировка и интеграция органов, а также неравномерный рост и активное перемещение клеточного материала. Причинное исследование онтогенетического органогенеза доступно точному изучению, особенно благодаря возможности применения экспериментального метода.

У растений термином «органогенез» обычно обозначают формирование и развитие основных органов (корня, стебля, листьев, цветков) в процессе онтогенеза из участка недифференцированной ткани - меристемы .

Гистогенез – совокупность закономерно протекающих в животных организмах процессов, обеспечивающих возникновение, существование и восстановление тканей с их специфическими в разных органах свойствами.

Гистогенез (от греч. histos — ткань и …генез), развитие тканей, совокупность закономерно протекающих процессов, обеспечивающих возникновение, существование и восстановление тканей животных организмов с их специфическими в разных органах свойствами. Изучение Г. разных тканей и его закономерностей — одна из важнейших задач гистологии. Термином «гистогенез» принято обозначать развитие тканей в онтогенезе. Однако закономерности гистогенез не могут рассматриваться в отрыве от эволюционного развития тканей (филогистогенеза). В основе гистогенез лежит начинающаяся с самых ранних стадий эмбриогенеза клеточная дифференцировка — развитие нарастающих морфо-функциональных различий между специализирующимися клетками. Это сложный молекулярно-генетический процесс закономерного включения активности генов, определяющих специфику белковых синтезов в клетке. Размножение клеток, их взаимоперемещения и др. процессы приводят к формированию эмбриональных зачатков, представляющих собой группы клеток, закономерно расположенные в теле зародыша. В результате тканевой дифференцировки эмбриональных зачатков возникает всё многообразие тканей разных органов тела. В послезародышевом периоде процессы Г. подразделяют на 3 основных типа: в тканях, клетки которых не размножаются (например, нервная ткань); в тканях, размножение клеток которых связано главным образом с ростом органа (например, паренхима пищеварительных. желёз, почек); в тканях, характеризующихся постоянным обновлением клеток (например, кроветворная ткань, многие покровные эпителии). Совокупность клеток, совершающих определенный гистогенез, подразделяют на ряд последовательных групп (фондов): фонд родоначальных клеток, способных как к дифференцировке, так и к восполнению убыли себе подобных; фонд клеток-предшественников, дифференцирующихся и способных к размножению; фонд зрелых, закончивших дифференцировку клеток. Восстановление поврежденных или частично утраченных тканей после травм осуществляется благодаря так называемому репаративному гистогенезу. При патологических условиях процессы гистогенеза могут подвергнуться глубоким качественным изменениям и привести к развитию опухолевых тканей

Эмбриональный гистогенез - процесс возникновения специализированных тканей из малодифференцированного клеточного материала эмбриональных зачатков, происходящий в течение эмбрионального развития организма. Эмбриональные зачатки - источники развития тканей и органов в онтогенезе, представленные группами более или менее многочисленных малодифференцированных (неспециализированных) клеток; межклеточного вещества зачатки не имеют.

Гистогенез сопровождается размножением и ростом клеток, их перемещением - миграцией, дифференцировкой клеток и их производных, межклеточными и межтканевыми взаимодействиями - корреляциями, отмиранием клеток. На разных этапах индивидуального развития могут иметь преимущественное значение те или иные из перечисленных компонентов.

В процессе гистогенетической дифференцировки происходят специализация тканевых зачатков и формирование различных видов тканей. При дифференцировке клеток из исходной стволовой клетки образуются диффероны - последовательные ряды клеток (стволовые диффероны). Количество дифферонов в каждом виде тканей может быть различным.

Результатом гистогенетических процессов является формирование основных групп тканей - эпителиальных, крови и лимфы, соединительных, мышечных и нервных. Их формирование начинается в эмбриональном периоде и заканчивается после рождения. Источниками постэмбрионального развития тканей служат стволовые и полустволовые клетки, обладающие высокими потенциями развития. Процесс дифференцировки из стволовых клеток подробно изучен на примере клеток крови.

4. На каком этапе сперматогенеза и оогенеза происходит уменьшение числа хромосом и формирование гаплоидных клеток?

Значительный рост клеток ярко выражен в оогенезе. Основным содержанием периода созревания является мейоз, в результате которого из каждой диплоидной клетки-предшественницы образуется 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. При сперматогенезе эти клетки одинаковы по размеру и позже становятся сперматозоидами, а при оогенезе мейоз обеспечивает неравномерное деление цитоплазмы. В результате лишь одна гаплоидная клетка из четырех становится яйцеклеткой, способной к оплодотворению, а три другие представляют собой редукционные тельца, содержащие избыток хроматина и в конечном счете погибающие. Кроме обеспечения гаплоидности мейоз приводит также к возникновению качественного многообразия половых клеток. В профазе первого мейотического деления гомологичные хромосомы отцовского и материнского происхождения, спирализуясь, сближаются попарно соответствующими друг другу участками (так называемая конъюгация), образуя биваленты. При этом отдельные хроматиды переплетаются между собой и могут разрываться в аналогичных участках.

Фаза размножения: диплоидные клетки многократно делятся митозом. Количество клеток в гонадах рас-тет, их называют оогонии и сперматогонии. Набор хромосом 2n. В фазе роста происходит их рост, образовав-шиеся клетки называются ооциты 1-го порядка и сперматоциты 1-го порядка. В фазе созревания происходит мейоз, в результате первого мейотического деления образуются гаметоциты 2-го порядка (набор хромосом n2с), которые вступают во второе мейотическое деление, и образуются клетки с гаплоидным набором хромосом (nc). Овогенез на этом этапе практически заканчивается, а сперматогенез включает еще фазу формирования, во время которой формируются сперматозоиды.

В процессе восстановления целости хроматид гомологичные хромосомы способны обмениваться соответствующими участками. Этот процесс называется кроссинговером. В анафазе первого мейотического деления происходит независимое расхождение материнских и отцовских хромосом к полюсам клетки ,
вследствие чего в гаплоидном наборе будущих гамет возникают разные сочетания материнских и отцовских хромосом. Последний период гаметогенеза (период формирования) наблюдается только при сперматогенезе, во время которого гаплоидные клетки - сперматиды - приобретают особенности строения, характерные для зрелых сперматозоидов.

5. Каких размеров могут быть яйцеклетки?

Размер яйцеклеток колеблется в широких пределах — от нескольких десятков микрометров до нескольких сантиметров (яйцеклетка человека — около 100 мкм, яйцо страуса, имеющее длину со скорлупой порядка 155 мм — тоже яйцеклетка). Яйцеклетка имеет ряд оболочек, располагающихся поверх плазматической мембраны и запасные питательные вещества. У млекопитающих яйцеклетки имеют блестящую оболочку, поверх которой располагается лучистый венец — слой фолликулярных клеток.

6. Самооплодотворение и партеногенез

Самооплодотворение — слияние разнополых или сестринских ядер, образовавшихся в одном индивиде.

Автогамия, самооплодотворение – autogamy or self-fertilization — – тип размножения, при котором зигота образуется вследствие слияния двух гаплоидных ядер внутри клетки этого же организма (инфузория) или же при слиянии гамет, образованных в одном и том же цветке

Самооплодотворение, слияние мужской и женской половых клеток, принадлежащих одной обоеполой особи. В природе самооплодотворение встречается редко: в процессе эволюции у организмов обычно вырабатывались приспособления, устраняющие возможность самооплодотворение и обеспечивающие перекрёстное оплодотворение, в результате которого увеличивается генетическое разнообразие потомства, что способствует как выработке новых приспособлений, так и развитию более жизнеспособного потомства. Среди животных самооплодотворение иногда наблюдается у гидр, плоских червей, некоторых кольчатых червей, моллюсков, рыб; среди растений — у многих водорослей, грибов, цветковых растений (у последних в результате самоопыления)

Самооплодотворение — наиболее тесная форма инбридинга.

Партеногенез – Вид полового размножения, при котором животное развивается из неоплодотворенного яйца; характерно для ос, пчел и некоторых других членистоногих.

Партеногенез (от греч. parthénos — девственница и …генез), девственное размножение, одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются без оплодотворения. Партеногенез — половое, но однополое размножение — возник в процессе эволюции организмов у раздельнополых форм. В тех случаях, когда партеногенетические виды представлены (всегда или периодически) только самками, одно из главных биологических преимуществ партеногенеза заключается в ускорении темпа размножения вида, так как все особи подобных видов способны оставить потомство. В тех случаях, когда из оплодотворённых яйцеклеток развиваются самки, а из неоплодотворённых — самцы, партеногенез способствует регулированию численных соотношений полов (например, у пчёл). Часто партеногенетические виды и расы являются полиплоидными и возникают в результате отдалённой гибридизации, обнаруживая в связи с этим гетерозис и высокую жизнеспособность. Партеногенез следует отличать от бесполого размножения, которое осуществляется всегда при помощи соматических органов и клеток (размножение делением, почкованием и т.п.). Различают партеногенез. естественный — нормальный способ размножения некоторых организмов в природе и искусственный, вызываемый экспериментально действием разных раздражителей на неоплодотворённую яйцеклетку, в норме нуждающуюся в оплодотворении.

Различают облигатный партеногенез, при котором яйца способны только к партеногенетическому развитию, и факультативный партеногенез, при котором яйца могут развиваться и посредством партеногенезом, и в результате оплодотворения [у многих перепончатокрылых насекомых, например у пчёл, из неоплодотворённых яиц развиваются самцы (трутни), из оплодотворённых — женские особи (матки и рабочие пчёлы)]. Часто размножение посредством партеногенез чередуется с обоеполым — так называемый циклический партеногенез. Партеногенетические и половые поколения при циклическом партеногенезе. внешне различны. Так, последовательные генерации у тлей рода Chermes резко различаются по морфологии (крылатые и бескрылые формы) и экологии (приуроченность к разным кормовым растениям); у некоторых орехотворок особи партеногенетических и обоеполых поколений столь различны, что принимались за разные виды и даже роды. Обычно (у многих тлей, дафний, коловраток и др.) летние партеногенетические поколения состоят из одних самок, а осенью появляются поколения из самцов и самок, которые оставляют на зиму оплодотворённые яйца. Многие виды животных, не имеющие самцов, способны к длительному размножению путём партеногенеза — так называемый константный партеногенез. У некоторых видов наряду с партеногенетической женской расой существует обоеполая раса (исходный вид), занимающая иногда др. ареал — так называемый географический партеногенез (бабочки чехлоноски, многие жуки, многоножки, моллюски, коловратки, дафнии, из позвоночных — ящерицы и др.).

По способности давать посредством партеногенеза самцов или самок различают: арренотокию, при которой из неоплодотворённых яиц развиваются только самцы (пчёлы и др. перепончатокрылые, червецы, клещи, из позвоночных — партеногенетические линии индеек); телитокию, при которой развиваются только самки (самый распространённый случай); дейтеротокию, при которой развиваются особи обоего пола (например, при случайном партеногенезе у бабочек; в обоеполом поколении при циклическом партеногенезе у дафний, коловраток, тлей).

Очень большое значение имеет цитогенетический механизм созревания неоплодотворённой яйцеклетки. Именно оттого, проходит ли яйцеклетка мейоз и уменьшение числа хромосом вдвое — редукцию (мейотический партеногенез) или не проходит (амейотический партеногенез), сохраняется ли при этом свойственное виду число хромосом вследствие выпадения мейоза (зиготический партеногенез) или это число восстанавливается после редукции слиянием ядра яйцеклетки с ядром направительного тельца или как-либо иначе (аутомиктический партеногенез), зависят в конечном счёте наследственная структура (генотип) партеногенетического зародыша и все его важнейшие наследственные особенности — пол, сохранение или утрата гетерозиса, приобретение гомозиготности и пр.

Партеногенез делят также на генеративный, или гаплоидный, и соматический (он может быть диплоидным и полиплоидным). При генеративном партеногенезе в делящихся клетках тела наблюдается гаплоидное число хромосом (n); этот случай относительно редок и сочетается с арренотокией (гаплоидные самцы — трутни пчёл). При соматическом партеногенезе в делящихся клетках тела наблюдается исходное диплоидное (2n) или полиплоидное (Зn, 4n, 5n, редко даже 6n и 8n) число хромосом. Часто в пределах одного вида имеется несколько рас, характеризующихся кратными числами хромосом,- так называемые полиплоидные ряды. По очень высокой частоте полиплоидии партеногенетические виды животных представляют резкий контраст с обоеполыми, у которых полиплоидия, наоборот, большая редкость. Полиплоидные раздельнополые виды животных, по-видимому, произошли путём партеногенез и отдалённой гибридизации.

Своеобразна форма партеногенеза — педогенез — партеногенетическое размножение в личиночном состоянии.

Искусственный партеногенез у животных был впервые получен русским зоологом А. А. Тихомировым. Он показал (1886), что неоплодотворённые яйца тутового шелкопряда можно побудить к развитию растворами сильных кислот, трением и др. физико-химическими раздражителями. В дальнейшем искусственный партеногенез был получен Ж. Лёбом и др. учёными у многих животных, главным образом у морских беспозвоночных (морские ежи и звёзды, черви, моллюски), а также у некоторых земноводных (лягушка) и даже млекопитающих (кролик). В конце 19 — начале 20 вв. опыты по искусственному партеногенезу привлекали особое внимание биологов, давая надежду с помощью этой физико-химической модели активации яйца проникнуть в сущность процессов оплодотворения. Искусственный партеногенез вызывают действием на яйца гипертонических или гипотонических растворов (так называемый осмотический партеногенез), уколом яйца иглой, смоченной гемолимфой (так называемый травматический П. земноводных), резким охлаждением и особенно нагревом (так называемый температурный партеногенез), а также действием кислот, щелочей и т.п. С помощью искусственного партеногенеза обычно удаётся получать лишь начальные стадии развития организма; полный партеногенез достигается редко, хотя известны случаи полного партеногенеза даже у позвоночных животных (лягушка, кролик). Способ массового получения полного партеногенеза, разработанный (1936) для тутового шелкопряда Б. Л. Астауровым, основан на точно дозированном кратковременном прогреве (до 46 С в течение 18 мин)извлечённых из самки неоплодотворённых яиц. Этот способ даёт возможность получать у тутового шелкопряда особи только женского пола, наследственно идентичные с исходной самкой и между собой. Получаемые при этом ди-, три- и тетраплоидные клоны можно размножать посредством партеногенеза неограниченно долго. При этом они сохраняют исходную гетерозиготность и «гибридную силу». Отбором получены клоны, размножающиеся посредством партеногенеза так же легко, как обоеполые породы посредством оплодотворения (более 90% вылупления активированных яиц и до 98% жизнеспособности). Партеногенез представляет разносторонний интерес для практики шелководства.

Партеногенез у растений. Партеногенез, распространённый среди семенных и споровых растений, относится обычно к константному типу; факультативный партеногенез обнаружен в единичных случаях (у некоторых видов ястребинки и у василистника Thalictrum purpurascens). Как правило, пол партеногенетически размножающихся растений — женский: у двудомных растений партеногенез связан с отсутствием или крайней редкостью мужских растений, у однодомных — с дегенерацией мужских цветков, отсутствием или абортивностью пыльцы. Как и при партеногенез е животных, различают: генеративный, или гаплоидный, партеногенез и соматический, который может быть диплоидным или полиплоидным. Генеративный партеногенез встречается у водорослей (кутлерия, спирогира, эктокарпус) и грибов (сапролегния, мукор, эндомицес). У цветковых растений он наблюдается только в экспериментальных условиях (табак, скерда, хлопчатник, хлебные злаки и многие др.). Соматический партеногенез встречается у водорослей (хара, кокконеис), у папоротников (марселия Друммонда) и у высших цветковых растений (хондрилла, манжетка, ястребинка, кошачья лапка, одуванчик и др.). Полиплоидный партеногенез у растений встречается очень часто; однако полиплоидия не является здесь особенностью партеногенетических видов, так как широко распространена и у обоеполых растений. К партеногенезу растений близки др. способы размножения — апогамия, при которой зародыш развивается не из яйцеклетки, а из др. клеток гаметофита, и апомиксис. Искусственный партеногенез у растений получен у некоторых водорослей и грибов действием гипертонических растворов, а также при кратковременном нагревании женских половых клеток. Австрийский учёный Э. Чермак получил (1935-48) искусственный партеногенез у цветковых растений (хлебные злаки, бобовые и многие др.), вызывая его раздражением рыльца убитой или чужеродной пыльцой или порошкообразными веществами (тальк, мука, мел и пр.). Советский учёный Е. М. Вермель получил (1972) диплоидный партеногенез у смородины, томатов и огурцов действием диметилсульфоксида.

К партеногенезу относят также своеобразные способы развития животных и растений — гиногенез и андрогенез, при которых яйцеклетка активируется к развитию проникающим спермием своего или близкого вида, но ядра яйцеклетки и спермия не сливаются, оплодотворение оказывается ложным, и зародыш развивается только с женским (гиногенез) или только с мужским (андрогенез) ядром.

7. Какое значение имеет в эволюции конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер между ними?

Конъюгация хромосом — сближение гомологичных хромосом при мейозе, вследствие чего между ними возможен взаимный обмен отдельными участками (кроссинговер).

Кроссинговер — обмен равными участками гомологичных конъюгирующих хромосом, происходящий в профазе первого мейоза и приводящий к перераспределению в них генов. Внешним проявлением кроссинговера являются хиазы.

Кроссинговер — один из механизмов наследственной изменчивости.

В профазе первого деления мейоза происходит спирализация хромосом. В конце профазы, когда спирализация заканчивается, хромосомы приобретают характерные для них форму и размеры. Хромосомы каждой пары, т.е. гомологичные, соединяются друг с другом по всей длине и скручиваются. Этот процесс соединения гомологичных хромосом носит название конъюгации. Во время конъюгации между некоторыми гомологичными хромосомами происходит обмен участками - генами (кроссинговер), что означает обмен наследственной информацией. После конъюгации гомологичные хромосомы отделяются друг от друга.

Когда хромосомы полностью разъединяются, образуется веретено деления, наступает метафаза мейоза и хромосомы располагаются в плоскости экватора. Затем наступает анафаза мейоза, и к полюсам клетки отходят не половинки каждой хромосомы, включающие одну хроматиду, как при митозе, а целые хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид. Следовательно, в дочернюю клетку попадает только одна из каждой пары гомологичных хромосом.

Вслед за первым делением наступает второе деление мейоза, причем этому делению не предшествует синтез ДНК. Интерфаза перед вторым делением очень короткая. Профаза 2 непродолжительна. В метафазе 2 хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки. В анафазе 2 осуществляется разделение их центромер и каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой. В телофазе 2 завершается расхождение сестринских хромосом к полюсам и наступает деление клетки. В результате из двух гаплоидных клеток образуются четыре гаплоидные дочерние клетки.

Происходящий в мейозе перекрест хромосом, обмен участками, а также независимое расхождение каждой пары гомологичных хромосом определяет закономерности наследственной передачи признака от родителей потомству. Из каждой пары двух гомологичных хромосом (материнской и отцовской), входивших в хромосомный набор диплоидных организмов, в гаплоидном наборе яйцеклетки или сперматозоида содержится лишь одна хромосома. Она может быть:

1. отцовской хромосомой;

2. материнской хромосомой;

3. отцовской с участком материнской;

4. материнской с участком отцовской.

Эти процессы возникновения большого количества качественно различных половых клеток способствуют наследственной изменчивости.
В отдельных случаях вследствие нарушения процесса мейоза, при не расхождении гомологичных хромосом, половые клетки могут не иметь гомологичной хромосомы или, наоборот, иметь обе гомологичные хромосомы. Это приводит к тяжелым нарушениям в развитии организма или к его гибели.

8. Назовите виды регенерации на примерах животных и человека

9. С помощью какого типа деления идет дробление оплодотворенной клетки?

10. Чем опасно радиоактивное излучение?

Основную часть ионизирующего облучения человек получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения попадают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре.

Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении
. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним .

Радиация по самой своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут «запустить» не до конца еще изученную цепь событий, приводящих к раку или генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма.

Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания, однако, проявляются спустя много лет после облучения, - как правило, не ранее чем через одно-два десятилетия. А врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, по определению проявляются лишь в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки индивидуума, подвергшегося облучению.

Под действием ионизирующей радиации разрушаются сложные молекулы и клеточные структуры, что приводит к лучевому поражению организма.

В то время как идентификация быстро проявляющихся («острых») последствий от действия больших доз облучения не составляет труда, обнаружить отдаленные последствия от малых доз облучения почти всегда оказывается очень трудно. Частично это объясняется тем, что для их проявления должно пройти очень много времени. Но даже и обнаружив какие-то эффекты, требуется еще и доказать, что они объясняются действием радиации, поскольку и рак, и повреждения генетического аппарата могут быть вызваны не только радиацией, но и множеством других причин.

Чтобы вызвать острое поражение организма, дозы облучения должны превышать определенный уровень, но нет никаких оснований считать, что это правило действует в случае таких последствий, как рак или повреждение генетического аппарата. По крайней мере, теоретически для этого достаточно самой малой дозы. Однако, в то же время, никакая доза облучения не приводит к этим последствиям во всех случаях. Даже при относительно больших дозах облучения далеко не все люди обречены на эти болезни: действующие в организме человека репарационные механизмы обычно ликвидируют все повреждения. Точно так же любой человек, подвергшийся действию радиации, совсем не обязательно должен заболеть раком или стать носителем наследственных болезней; однако вероятность или риск наступления таких последствий у него больше, чем у человека, который не был облучен. И риск этот тем больше, чем больше доза облучения.

Острое поражение организма человека происходит при больших дозах облучения. Вообще говоря, радиация оказывает подобное действие, лишь начиная с некоторой минимальной, или «пороговой», дозы облучения.

Реакция тканей и органов человека на облучение неодинакова, причем различия очень велики. Величина же дозы, определяющая тяжесть поражения организма, зависит от того, получает ли ее организм сразу или в несколько приемов. Большинство органов успевает в той или иной степени залечить радиационные повреждения и поэтому лучше переносит серию мелких доз, нежели ту же суммарную дозу облучения, полученную за один прием.

Воздействие ионизирующего излучения на живые клетки

Заряженные частицы . Проникающие в ткани организма a- и b-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят. (g-излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию веществу несколькими способами, которые в конечном счете также приводят к электрическим взаимодействиям.)

Электрические взаимодействия . За время порядка десяти триллионных секунды после того, как проникающее излучение достигнет соответствующего атома в ткани организма, от этого атома отрывается электрон. Последний заряжен отрицательно, поэтому остальная часть исходно нейтрального атома становится положительно заряженной. Этот процесс называется ионизацией. Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы.

Физико-химические изменения . И свободный электрон, и ионизированный атом обычно не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение следующих десяти миллиардных долей секунды участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно реакционноспособные, как «свободные радикалы».

Химические изменения . В течение следующих миллионных долей секунды, образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.

Биологические эффекты . Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и чрез десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений в них, которые могут привести к раку.

Разумеется, если доза облучения достаточно велика, облученный человек погибнет. Во всяком случае, очень большие дозы облучения порядка 100 Гр вызывают настолько серьезное поражение центральной нервной системы, что смерть, как правило, наступает в течение нескольких часов или дней. При дозах облучения от 10 до 50 Гр при облучении всего тела поражение центральной нервной системы может оказаться не настолько серьезным, чтобы привести к летальному исходу, однако облученный человек, скорее всего, все равно умрет через одну-две недели от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте. При еще меньших дозах может не произойти серьезных повреждений желудочного тракта или организм с ними справится, и тем не менее, смерть может наступить через один-два месяца, с момента облучения главным образом из-за разрушения клеток красного костного мозга - главного компонента кроветворной системы организма: от дозы 3-5 Гр при облучении всего тела умирает примерно половина всех облученных. Таким образом, в этом диапазоне доз облучения большие дозы отличаются от меньших лишь тем, что смерть в первом случае наступает раньше, а во втором - позже.

В организме человека ионизирующие воздействия вызывают цепочку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения атомов и молекул в тканях. Важную роль в формировании биологических эффектов играют свободные радикалы Н и ОН, которые образуются в результате радиолиза воды (в организме человека содержится до 70 % воды). Обладая высокой активностью, они вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других элементов биологической ткани, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме. В процесс вовлекаются сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением. В результате нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму. Это приводит к нарушению жизнедеятельности отдельных функций органов и систем организма. Под влиянием ионизирующих излучений в организме происходит нарушение функции кроветворных органов, увеличение проницаемости и хрупкости сосудов, расстройство желудочно-кишечного тракта, снижение сопротивляемости организма, его истощение, перерождение нормальных клеток в злокачественные и др. Эффекты развиваются в течение разных промежутков времени: от долей секунд до многих часов, дней, лет.

Радиационные эффекты принято делить на соматические и генетические. Соматические эффекты проявляются в форме острой и хронической лучевой болезни, локальных лучевых повреждений, например, ожогов, а также в виде отдаленных реакций организма, таких как лейкоз, злокачественные опухоли, раннее старение организма. Генетические эффекты могут проявиться в последующих поколениях.

Острые поражения развиваются при однократном равномерном гамма-облучении всего тела и поглощенной дозе свыше 0,25 Гр. При дозе 0,25…0,5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются. В интервале дозы 0,5… 1,5 Гр возникает чувство усталости, менее чем у 10 % облученных может наблюдаться рвота, умеренные изменения в крови. При дозе 1,5…2,0 Гр наблюдается легкая форма острой лучевой болезни, которая проявляется продолжительным снижением числа лимфоцитов в крови (лимфопенией), возможна рвота в первые сутки после облучения. Смертельные исходы не регистрируются.

Лучевая болезнь средней тяжести возникает при дозе 2,5…4,0 Гр. Почти у всех в первые сутки - тошнота, рвота, резко снижается содержание лейкоцитов в крови, появляются подкожные кровоизлияния, в 20 % случаев возможен смертельный исход, смерть наступает через 2…6 недель после облучения.

При дозе 4,0…6,0 Гр развивается тяжелая форма лучевой болезни, приводящая в 50 % случаев к смерти в течение первого месяца. При дозах, превышающих 6,0…9,0 Гр, почти в 100 % случаев крайне тяжелая форма лучевой болезни заканчивается смертью из-за кровоизлияния или инфекционных заболеваний-.

Приведенные данные относятся к случаям, когда отсутствует лечение. В настоящее время имеется ряд противолучевых средств, которые при комплексном лечении позволяют исключить летальный исход при дозах около 10 Гр.

Хроническая лучевая болезнь может развиться при непрерывном или повторяющемся облучении в дозах, существенно ниже тех, которые вызывают острую форму. Наиболее характерными признаками хронической формы являются изменения в крови, нарушения со стороны нервной системы, локальные поражения кожи, повреждения хрусталика, снижение иммунитета организма.

Степень воздействия радиации зависит от того, является облучение внешним или внутренним (при попадании радиоактивного изотопа внутрь организма). Внутреннее облучение возможно при вдыхании, заглатывании радиоизотопов и проникновении их в организм человека через кожу. Некоторые вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации. Например, кальций, радий, стронций накапливаются в костях, изотопы иода вызывают повреждение щитовидной железы, редкоземельные элементы - преимущественно опухоли печени. Равномерно распределяются изотопы цезия, рубидия, вызывая угнетение кроветворения, повреждение семенников, опухоли мягких тканей. При внутреннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие изотопы полония и плутония.
Целостность и дискретность живых систем как основа представлений об уровнях организации живой материи. Ступени организации по сложности СИСТЕМНО-СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И САМООРГАНИЗАЦИЯ В ЖИВОЙ ПРИРОДЕ РАЗНООБРАЗИЕ КАК НЕОБХОДИМОСТЬ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ Роль АТФ в микробном метаболизме, механизмы биосинтеза АТФ

1. Приводит к увеличению числа клеток и обеспечивают рост многоклеточного организма.

2. Обеспечивает замещение изношенных или поврежденных тканей.

3. Сохраняет набор хромосом во всех соматических клетках.

4. Служит механизмом бесполого размножения, при котором создается потомство, генетически идентичное родителям.

5. Позволяет изучить кариотип организма (в метафазе).

АМИТОЗ

Амитоз – это деление интерфазного ядра путем перетяжки без образования веретена деления.

При амитозе хромосомы в световом микроскопе неразличимы. Такое деление встречается у одноклеточных организмов (амебы, большое ядро инфузорий), а также в некоторых высокоспециализированных с ослабленной физиологической активностью, дегенерирующих, обреченных на гибель клетках растений и животных либо при различных патологических процессах (эндосперм, клубень картофеля). У животных и человека такой тип деления характерен для клеток печени, хрящей, роговицы глаза. При амитозе часто наблюдается только деление ядра: в этом случае могут возникнуть двух- и многоядерные клетки. Если же за делением ядра следует деление цитоплазмы, то распределение клеточных компонентов, как и ДНК, осуществляется произвольно.

Значение амитоза: в двуядерных и многоядерных клетках общая площадь контакта между ядерным материалом и цитоплазмой увеличивается. Это приводит к усилению ядерно-плазматичекого обмена, повышению функциональной активности клетки и большей устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов. Клетки, прошедшие через амитоз, теряют способность к митотическому делению и воспроизведению.

МЕЙОЗ

При образовании гамет, т.е. половых клеток – сперматозоидов и яйцеклеток – происходит деление клетки, называемое мейозом.

Исходная клетка имеет диплоидный набор хромосом, которые затем удваиваются. Но, если при митозе в каждой хромосоме хроматиды просто расходятся, то при мейозе хромосома (состоящая из двух хроматид) тесно переплетается своими частями с другой, гомологичной ей хромосомой (также состоящей из двух хроматид), и происходит кроссинговер - обмен гомологичными участками хромосом. Затем уже новые хромосомы с перемешанными «мамиными» и «папиными» генами расходятся и образуются клетки с диплоидным набором хромосом, но состав этих хромосом уже отличается от исходного, в них произошла рекомбинация . Завершается первое деление мейоза, и второе деление мейоза происходит без синтеза ДНК, поэтому при этом делении количество ДНК уменьшается вдвое. Из исходных клеток с диплоидным набором хромосом возникают гаметы с гаплоидным набором. Из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидных клетки. Фазы деления клетки, которые следуют за интерфазой, называются профаза, метафаза, анафаза, телофаза и после деления опять интерфаза.

Мейоз бывает трех видов: зиготный (в зиготе после оплодотворения, что приводит к образованию зооспор у водорослей и мицелия грибов); гаметный (в половых органах, приводит к образованию гамет) и споровый (у семенных растений приводит к образованию гаплоидного гаметофита).

Мейоз состоит из двух последовательных делений – мейоза I и мейоза II. Удвоение ДНК происходит только перед мейозом I, а между делениями отсутствует интерфаза. При первом делении расходятся гомологичные хромосомы и их число уменьшается вдвое, а во втором – хроматиды и образуются зрелые гаметы. Особенностью первого деления является сложная и длительная по времени профаза.

Профаза I - профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:

Лептотена или лептонема - упаковка хромосом, конденсация ДНК с образованием хромосом в виде тонких нитей (хромосомы укорачиваются). Зиготена или зигонема - происходит конъюгация - соединение гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами и их дальнейшая компактизация. Пахитена или пахинема - (самая длительная стадия) - в некоторых местах гомологичные хромосомы плотно соединяются, образуя хиазмы. В них происходит кроссинговер - обмен участками между гомологичными хромосомами. Диплотена или диплонема - происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой. У некоторых животных в ооцитах хромосомы на этой стадии профазы мейоза приобретают характерную форму хромосом типа ламповых щёток. Диакинез - ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.