§ 60. МЕЙОЗ. ОСОБЛИВОСТІ ГАМЕТОГЕНЕЗУ В ЛЮДИНИ. СТАТЕВІ КЛІТИНИ

Основні поняття й ключові терміни: МЕЙОЗ. ГАМЕТОГЕНЕЗ. СТАТЕВІ КЛІТИНИ.

Пригадайте! Що таке статеве розмноження?

Знайомтеся!

Одним із загальних законів розвитку є закон єдності та боротьби протилежностей: кожний предмет, явище, процес є суперечливою єдністю протилежностей, що взаємопроникають, переходять одна в одну, перебувають у стані єдності й боротьби. Чи справедливий закон для мейозу та гаметогенезу?

ЗМІСТ

Яке значення мейозу в збільшенні біорізноманіття організмів?

МЕЙОЗ (від грец. мейозіз — зменшення) — це поділ еукаріотичних клітин, внаслідок якого утворюються дочірні клітини з удвічі меншим набором хромосом.Значення мейозу полягає у підтримці стабільності хромосомних наборів, що забезпечує спадковість, та в створенні нових сполучень батьківських й материнських генів, що сприяє мінливості. Мейоз має низку особливостей, що відрізняють його від інших способів поділу клітин, а саме:

• відбувається у 2 послідовні етапи — мейоз І та мейоз ІІ, кожний з яких складається з 4 фаз: профази, метафази, анафази і телофази (іл. 134);

Іл. 134. Схема мейозу: мейоз І (1) і мейоз ІІ (2)

• на першому етапі мейозу розподіляються гомологічні хромосоми з утворенням гаплоїдного набору хромосом, тому цей поділ називають редукційним (мейоз І); зменшення кількості хромосом удвічі забезпечує можливість поєднання клітин і відновлення нормального диплоїдного каріотипу;

• стан спадкової інформації після першого поділу вже видозмінений завдяки рекомбінації ДНК, що забезпечує перерозподіл генетичної інформації та виникнення нових комбінацій генів; рекомбінація ДНК між гомологічними хромосомами є одним із визначальних процесів збільшення спадкової різноманітності ознак;

• на другому етапі розходяться хроматиди гомологічних хромосом, тому поділ називається екваційним (мейоз ІІ);

• загальним результатом мейозу є утворення клітин з гаплоїдним набором хромосом і різними комбінаціями генів; саме ці клітини беруть участь у заплідненні й статевому розмноженні, якому жива природа завдячує своїм різноманіттям.

Отже, мейоз є ключовим механізмом спадкової мінливості, що притаманний усім організмам, яким властиве статеве розмноження.

Які особливості гаметогенезу в людини?

ГАМЕТОГЕНЕЗ — процес утворення й дозрівання статевих клітин. Розвиток гамет у людини відбувається в яєчниках і сім’яниках яєчок. Процеси утворення чоловічих й жіночих гамет є послідовними й відбуваються упродовж стадій розмноження, росту, дозрівання й формування з певними особливостями.

Таблиця 8. ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОЗВИТКУ ЧОЛОВІЧИХ І ЖІНОЧИХ ГАМЕТ

В ембріогенезі з утворенням сперматогоніїв

В ембріогенезі з утворенням овогоніїв

У статевозрілому віці з утворенням сперматоцитів І-го порядку

В ембріогенезі з утворенням овоцитів І-го порядку

У статевозрілому віці з утворенням сперматид. Мейоз рівномірний

Починається в ембріогенезі й продовжується з настанням статевої зрілості. Мейоз нерівноміний з утворенням овоцита ІІ-го порядку та неполярних тілець

У статевозрілому віці з утворенням сперматозоонів

У дівчаток до 7 місяця ембріогенезу утворюється близько 7 мільйонів овогоніїв, але далі більшість із них зазнає апоптозу; у новонародженої дівчинки залишається близько 400 000 овоцитів І-го порядку. Далі вони вступають в профазу мейозу, і поділ зупиняється. Під час статевого дозрівання первинні овоцити продовжують мейотичний поділ, стають вторинними овоцитами і починають вивільнюватися один за одним, у процесі овуляції. Однак завершення мейозу в людини відбувається вже після запліднення. Перехід овоцитів у стадію дозрівання продовжується упродовж усього репродуктивного періоду і зазвичай закінчується на 45—50—му році життя.

У чоловічому організмі, на відміну від жіночого, утворення гамет починається після настання статевої зрілості й продовжується до старості.

Отже, овогенез відрізняється від сперматогенезу завершенням стадії розмноження ще в ембріогенезі та відсутністю стадії формування.

Чому чоловічі та жіночі гамети різняться між собою?

СТАТЕВІ КЛІТИНИ (гамети) — це клітини з гаплоїдним набором хромосом, які виконують функцію передачі спадкової інформації від особин батьківського покоління нащадкам під час статевого розмноження.

Чоловічі гамети називаються сперматозоонами. Це здебільшого рухливі клітини, які виконують такі функції: 1) передають половину спадкової інформації від батьківського організму; 2) забезпечують активацію процесів яйцеклітини після її запліднення; 3) вносять в яйцеклітину центріолі для організації її поділів. Функції сперматозоонів зумовлюють їхні видовжену форму, дрібні розміри й специфічну будову. Розміри чоловічих гамет у людини коливаються в межах 50—70 мкм. Нормальні сперматозоони мають головку, проміжну частину й хвіст (іл. 135). Головка містить ядро з гаплоїдним набором хромосом (22А+Х або 22A+Y), тоненький шар цитоплазми і акросому з ферментами для розщеплення оболонок овоцита. У шийці містяться дві центріолі, одна з яких розростається й утворює осьову нитку. Інша центріоля залишається під ядром і разом із ним може проникнути в яйцеклітину. Проміжна частина містить мітохондрії у вигляді спіральної нитки, АТФ та глікоген для рухів клітини. Хвіст має апарат з 20 мікротрубочок, які забезпечують переміщення клітин зі швидкістю близько 50 мкм/с.

Іл. 135. Схема будови сперматозоона: 1 — головка; 2 — проміжна частина; 3 — хвостова частина; 4 — акросома; 5 — ядро; 6 — центріолі клітинного центру; 7 —шийка; 8 — мітохондрія спіралеподібна; 9 — мікротрубочки

Яйцеклітини — жіночі статеві клітини. Це здебільшого нерухливі клітини, що мають кулясту форму для кращого переміщення фалопієвими трубами до матки. Для яйцеклітин властиві такі функції: 1) передавання спадкової інформації від материнського організму; 2) упорядкування процесів запліднення; 3) накопичення запасів поживних речовин для розвитку зиготи. Через те яйцеклітини мають значно більші розміри, ніж сперматозоони. Так, діаметр яйцеклітини людини становить 130—200 мкм. У людини в заплідненні бере участь овоцит ІІ порядку (іл. 136). Ззовні овоцит вкритий фолікулярною оболонкою, що утворена ще клітинами яєчника. Фолікулярні клітини утворюють ворсинки, що формують променистий вінець та блискучу оболонку. Загалом оболонки виконують захисну, поживну та бар’єрну функції. Під нею розташована плазматична мембрана, а далі кортикальний шар із гранул. Цитоплазма яйцеклітини називається овоплазмою і містить велику кількість жовткових включень, багато мітохондрій, рибосом, розвинуті ЕПС й комплекс Гольджі. Ядро лежить в ділянці, вільній від цитоплазми, і має гаплоїдний набір хромосом (22А+Х).

Іл. 136. Схема будови овоцита ІІ порядку в людини: 1 — ядро; 2 — ЕПС; 3 — овоплазма; 4 — мітохондрія; 5 — комплекс Гольджі; 6 — жовткові включення; 7 —кортикальні гранули; 8 — плазматична мембрана; 9 — блискуча оболонка; 10 —- фолікулярна оболонка

Отже, особливості будови, хімічного складу та процесів життєдіяльності гамет визначаються їхніми функціями.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Лабораторна робота 3

Вивчення будови статевих клітин людини

Мета: ознайомитись з особливостями будови статевих клітин людини; закріпити знання про будову гамет людини у взаємозв’язку з їхніми функціями; закріпити навички роботи з мікроскопом.

Обладнання: мікроскопи, мікропрепарати, електронно-мікроскопічні фотографії яйцеклітин і сперматозоонів, дидактичні картки зі схемами будови гамет.

Хід роботи

1. Розгляньте овоцит людини під мікроскопом, на ілюстраціях підручника і запропонованій мікрофотографії. Замалюйте в робочий зошит та підпишіть елементи будови, що ви їх розпізнали.

2. Розгляньте сперматозоони людини під мікроскопом, на ілюстраціях підручника, на запропонованій мікрофотографії. Замалюйте в робочий зошит та підпишіть елементи будови, які ви розпізнали.

3. Порівняйте гамети людини і заповніть таблицю.

Порівняльна характеристика яйцеклітин і сперматозоонів

1. Мейоз

Мейоз — це спосіб поділу клітин, в результаті якого з однієї вихідної клітини з диплоїдним хромосомним набором утворюються чотири клітини з різними наборами гаплоїдних хромосом.

Підготовка клітини до мейозу відбувається в інтерфазі: подвоюється ДНК, накопичується АТФ, синтезуються білки веретена поділу.

Мейоз включає два наступних один за одним поділи клітини.

Перший поділ мейозу (мейоз \(I\)) призводить до зменшення хромосомного набору і називається редукційним. Воно включає чотири фази.

Профаза \(I\)
Відбувається скручування молекул ДНК та утворення хромосом. Кожна хромосома складається із двох гомологічних хроматид — \(2n4c\).
Гомологічні (парні) хромосоми зближуються і скручуються, тобто відбувається кон’югація хромосом. Потім гомологічні хромосоми починають розходитися. При цьому утворюються перехрести і відбувається кросинговер — обмін ділянками між гомологічними хромосомами . Розчиняється ядерна оболонка. Руйнуються ядерця. Формується веретено поділу.

Кон’югація хромосом та кросинговер

Метафаза \(I\)
Спіралізація хромосом досягає максимуму. Пари гомологічних хромосом (чотири хроматиди) вишиковуються на екваторі клітини. Утворюється метафазна пластинка. Кожна хромосома з’єднана з нитками веретена поділу. Хромосомний набір клітини — \(2n4c\).

Анафаза \(I\)
Гомологічні хромосоми, які складаються з двох хроматид, відходять друг від друга.
Нитки веретена поділу розтягують хромосоми до полюсів клітини. З кожної пари гомологічних хромосом до полюсів потрапляє лише одна. Відбувається редукція — зменшення кількості хромосом удвічі. У полюсів клітини виявляються гаплоїдні набори хромосом, які складаються з двох хроматид. Хромосомний набір у кінці анафази: у полюсів — \(1n2c\), у клітині — \(2n4c\).

Телофаза \(I\)
Відбувається формування ядер. Ділиться цитоплазма. Утворюються дві клітини із гаплоїдним набором хромосом. Кожна хромосома представлена ​​двома хроматидами.
Хромосомний набір кожної з клітин, що утворилися — \(1n2c\).

Через короткий проміжок часу починається друге ділення мейозу. У цей час не відбувається подвоєння ДНК. Діляться дві гаплоїдні клітини, що утворилися внаслідок першого поділу.

Другий поділ мейозу

Профаза \(II\)
Ядерні оболонки руйнуються. Хромосоми безладно розташовуються в цитоплазмі. Формується веретено поділу. Хромосомний набір клітини — \(1n2c\).

Метафаза \(II\)
Хромосоми розташовуються у площині екватору. Кожна хромосома складається із двох хроматид. До кожної хроматиди прикріплено нитки веретена поділу. Хромосомний набір клітини — \(1n2c\).

Анафаза \(II\)
Нитки веретена поділу відтягують сестринські хроматиди до полюсів. Хроматиди стають самостійними хромосомами. Дочірні хромосоми прямують до полюсів клітини.
Хромосомний набір кожного полюса — \(1n1c\) (у клітині — \(2n2c\)).

Телофаза \(II\)
Формуються ядра. Ділиться цитоплазма. Утворюються чотири гаплоїдні клітини — \(1n1c\). Хромосомні набори клітин, що утворилися, не є ідентичними.

Значення мейозу
Клітини, що утворилися у результаті мейозу, відрізняються своїми хромосомними наборами, що забезпечує різноманітність живих організмів. Число хромосом при мейозі зменшується вдвічі, що необхідно при статевому розмноженні. Процес запліднення знову відновлює у зиготі диплоїдний набір хромосом.

Рекомбінація ДНК — це перерозподіл генетичної інформації ДНК, що приводить до виникнення нових комбінацій генів.

Під час рекомбінації ланцюжок ДНК розривається, потім його фрагменти об’єднуються в іншому порядку.

Гомологічна рекомбінація — це процес обміну нуклеотидними послідовностями між гомологічними хромосомами чи ланцюгами ДНК. Цей тип рекомбінації використовується клітинами для виправлення пошкоджень ДНК, створення нових комбінацій генів під час мейозу, тощо. Прикладом гомологічної рекомбінації ДНК є кросинговер.

Негомологічна рекомбінація — це процес обміну нуклеотидними послідовностями між негомологічними хромосомами або ланцюгами ДНК. Прикладом такої рекомбінації є випадкове вбудовування вірусних чи бактеріальних фрагментів ДНК у ДНК клітини — хазяїна.

Біологія : підруч. для 9 кл. загальноосвіт. навч. закл./ В. І. Соболь. – Кам’янець-Подільський : Абетка, 2017. с. 122 — 123.

✅Мейоз: таблиця по фазах поділу, характеристика стадій

Мейоз – це поділ клітини зі зменшенням кількісного набору хромосом, в результаті чого утворюються статеві гамети з гаплоїдним набором. Він має кілька етапів (таблиця по фазах мейозу). Його роль полягає в підтримці однакового хромосомного набору для всіх особин одного виду. Крім цього, за рахунок кросинговеру, або рекомбінації генів, в процесі мейозу стає можливою мінливість, що допомагає організмам вижити в мінливих умовах середовища.

Порівняння двох типів поділу

Після мітотичного поділу відбувається формування соматичних клітин. Без нього багато життєво необхідні процеси, наприклад, регенерація, розвиток, безстатеве розмноження або зростання, не представляються можливими. А характерною рисою мейозу є утворення гамет, без яких неможливо статеве розмноження. Попри те, що ці процеси лежать в основі створення різних клітин, вони мають спільні риси.

Під час інтерфази обох процесів ДНК подвоюється, до того ж етапи однакові. Однак в результаті декількох поділів мейозу, перше з яких супроводжується кон’югацією, виходить чотири статеві клітини з набором хромосом 1n1c, а після поділу мітозу, що не супроводжується кон’югацією, утворюються тільки дві клітини, що містять диплоїдний, 2n2c.

Інтерфаза (підготовча)

Вона відбувається протягом трьох періодів (G1, S, G2). На цьому етапі відбувається підготовка до поділу. Він займає більшу частину її життєвого циклу і закінчується профазою 1. Які процеси відбуваються під час інтерфази?

Перший етап, G1, він же постмітотичний, характеризується активним синтезом всіх видів рибонуклеїнових кислот і АТФ, утворенням ферментів, рибосом і мітохондрій і зростанням клітини. Кількість хромосом відбивається у формулі 2n2c.Другий, s період, називають синтетичним, тому що в ньому ДНК подвоюється. З цієї причини кількість хромосом у клітині стає 2n4c. Останній, постсинтетичний, або премітотичний, період, по-іншому G2, триває недовго. За короткий відрізок часу подвоюються центріолі і синтезуються АТФ і білки.

Етапи мейозу

Процес поділу має в кілька стадій, кожна проходить в чотири етапи, і будь-який попередній плавно переходить в наступний. Перша стадія називається редукційної (по — іншому-мейоз 1). Друга-екваційна, вона ж-мейоз 2. У цей період в клітині гомологічні хромосоми притягуються до різних полюсів, це її схожість з мітозом.

Редукційний поділ

Початкова фаза цього періоду має назву профаза 1, друга — метафаза 1, третя — анафаза 1 і четверта — телофаза 1. Кожна з них тісно пов’язана з попередньою (для анафази це інтерфаза). Порушення одного етапу незмінно веде до порушення всього процесу.

Вираз nc дозволяє зобразити набір і хромосомний набір після поділу, де n — кількість хромосом (в гаплоїдному наборі), А c — число наборів хроматид.

Екваційна стадія

Ця стадія теж характеризується чотирма фазами, що називаються ідентично фазам мейозу 1, за винятком індексу (замість цифри один ставиться два).

Таблиця з коротким описом схеми мейозу 2:

За кількісним складом хромосом на кожному етапі можна скласти малюнок поділу. Під час інтерфази хромосомний набір дорівнює 2n2c, але в результаті редукції збільшується число хроматид і відбувається перший поділ. Через це кількість хромосом набуває формулу 1n2c.після екваційної стадії він зменшується до 1n1c.

Загальна характеристика

Подібний поділ клітини лежить в основі статевого розмноження і кросинговеру, без якого виживання організмів в постійно мінливих умовах навколишнього середовища не представляється можливим. Після поділу утворюються чотири гамети (статеві клітини) з гаплоїдним набором хромосом.

Для мейозу характерні два етапи, кожен з яких складається з чотирьох фаз (не рахуючи інтерфази — підготовчого періоду). Вони йдуть строго в певній послідовності: профаза, метафаза, анафаза і телофаза.

Порушення одного з процесів тягне за собою незворотні зміни в складі майбутніх клітин або розлад всього механізму їх утворення. Це може стати причиною вроджених хвороб у нащадків або навіть їх загибелі.

За допомогою цього способу утворюються статеві гамети. На відміну від мітозу, в цьому процесі відбувається два ділення, одне з яких містить кросинговер. Утворилися клітини мають половинний набір хромосом. У тварин гамети утворюються в результаті гаметогенезу, а у рослин — спороутворення.