в какую стадию гаметогенеза клетки делятся мейозом размножение
Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ
Гамета — генеративная, половая клетка, образованная в результате мейоза ( у споровых растений — в результате митоза) и содержащая в своем ядре гаплоидный (одинарный) набор хромосом. Обеспечивает передачу наследственной информации от родителей к потомкам.
Гаметогенез — процесс образования половых клеток — основа продолжения жизни на Земле.
Организмы, у которых разные особи производят мужские и женские гаметы, — раздельнополы.
Виды организмов, у которых одна и та же особь производит и мужские и женские гаметы, — гермафродиты.
Органы, в которых образуются половые клетки, гаметы — гонады
Стадии гаметогенеза
Как уже было показано в теме «Мейоз», половые клетки — гаплоидные, т.е. имеют одинарный набор хромосом. Это задумано природой для того, чтобы, объединившись, две клетки с одинарным набором сформировали полноценный организм с диплоидным — двойным набором.
Давайте разберем процесс образования этих клеток поподробнее…
Стадии гаметогенеза
Будущие половые клетки образуются из «заготовок» — специальных клеток с двойным (диплоидным) набором хромосом, которые называются овогонии (женские) и сперматогонии (мужские клетки).
И сначала эти клетки энергично делятся, делятся митозом, чтобы увеличить свой количество.
Интересно, что в мужском и женском организме этот период происходит в разное время.
Овогонии размножаются тогда, когда человека и женщиной-то назвать еще нельзя, это еще эмбрион. Т.е. женский организм рождается уже с определенным количеством овогоний. По истечении 7 месяцев развития эмбриона клетки приступают к мейозу.Сперматогонии размножаются в течение всего репродуктивного периода мужского организма. У всех организмов этот период разный, но, безусловно, он значительно дольше, чем у женского, и конечно, половых клеток в мужском организме образуется гораздо больше.
Рост, увеличение в размерах, накопление питательных веществ — все это характеристики этапа роста, подготовки к делению — к мейозу 1. Именно на этой стадии эти клетки уже называют овоцитами и сперматоцитами I порядка.
Важно:на этом этапе кол-во хромосом остается то же, а вот ДНК удваивается!
Собственно, мейоз— 2 последовательных деления: мейоз 1 и мейоз 2. И вот здесь имеет смысл разобрать отдельно образование женской половой клетки и мужской, потому что пути у них Очень разные.
Женская половая клетка:
Яйцеклетка — округлая крупная неподвижная клетка, содержащая много желтка, образованного мелкими зернами, содержащими запас питательных веществ.
Ядро клетки лежит в области, свободной от питательных веществ.
Гамета покрыта оболочками, выполняющими защитную функцию, обеспечивают необходимый тип обмена веществ, а у плацентарных млекопитающих участвует во внедрении зародыша в стенку матки.
Мужская половая клетка:
Головка — содержит ядро и акросому (видоизмененным комплексом Гольджи) со специальными ферментами, разрушающими оболочку яйцеклетки
Шейка — содержит центриоли
Тело — содержит митохондрии
Хвост — содержит микротрубочки, обеспечивающие подвижность клетки.
4. Формирование (спермиогенез)
Клетки «доформировываются». Им предстоит долгий и трудный путь до яйцеклетки. Победителем в этом марафоне будет только один, поэтому необходимо подготовиться: уплотняется ядро, хромосомы спирализуются, цитоплазма уходит; формируется жгутик — именно за счет него сперматозойд осущствляет поступательное движение, в нем должно быть много белки и митохондрии. Спринтер готов.
Итак, давайте подведем итоги.
Сперамтозойд
Яйцеклетка
Активирует развитие яйцеклетки
При оплодотворении теряет хвост
Содержит большой запас питательных веществ, обеспечивающий развитие зиготы
Приобретает способность к оплодотворению в результате овуляции.
Периодичность процесса регулируется нервной и эндкринной системами.
Оплодотворение — процесс слияния ядер мужских и женских гамет, в результате которого образуется зигота — оплодотворенная яйцеклетка с диплоидным ( 2n) набором хромосом. Оплодотворение может быть наружным (внешним) и внутренним.
Стадии гаметогенеза
Понятия гаметогенеза
Биологическое значение мейоза
1) является основным этапом гаметогенеза;
2) обеспечивает передачу генетической информации от организма к организму при половом размножении;
3) дочерние клетки генетически не идентичны материнской и между собой.
Гаметогенез
Гаметогенез – это процесс образования половых клеток. Протекает он в половых железах – гонадах (в яичниках у самок и в семенниках у самцов). Гаметогенез в организме женской особи сводится к образованию женских половых клеток (яйцеклеток) и носит название овогенеза. У особей мужского пола возникают мужские половые клетки (сперматозоиды), процесс образования которых называется сперматогенезом.
Гаметогенез – это последовательный процесс, которых складывается из нескольких стадий – размножения, роста, созревания клеток. В процесс сперматогенеза включается также стадия формирования, которой нет при овогенезе.
1. Стадия размножения. Клетки, из которых в последующем образуются мужские и женские гаметы, называются сперматого-ниями и овогониями соответственно. Они несут диплоидный набор хромосом 2n2c. На этой стадии первичные половые клетки многократно делятся митозом, в результате чего их количество существенно возрастает. Сперматогонии размножаются в течение всего репродуктивного периода в мужском организме. Размножение овогоний происходит главным образом в эмбриональном периоде. У человека в яичниках женского организма процесс размножения овогоний наиболее интенсивно протекает между 2 и 5 месяцами внутриутробного развития.
К концу 7 месяца большая часть овоцитов переходит в профазу I мейоза.
Если в одинарном гаплоидном наборе количество хромосом обозначить как n, а количество ДНК – как c, то генетическая формула клеток в стадии размножения соответствует 2n2c до синтетического периода митоза (когда происходит репликация ДНК) и 2n4c после него.
2. Стадия роста. Клетки увеличиваются в размерах и превращаются в сперматоциты и овоциты I порядка (последние достигают особенно больших размеров в связи с накоплением питательных веществ в виде желтка и белковых гранул). Эта стадия соответствует интерфазе I мейоза. Важное событие этого периода – репликация молекул ДНК при неизменном количестве хромосом. Они приобретают двунитчатую структуру: генетическая формула клеток в этот период выглядит как 2n4c.
3. Стадия созревания. Происходят два последовательных деления – редукционное (мейоз I) и эквационное (мейоз II), которые вместе составляют мейоз. После первого деления (мейоза I) образуются сперматоциты и овоциты II порядка (с генетической формулой n2c), после второго деления (мейоза II) – сперматиды и зрелые яйцеклетки (с формулой nc) с тремя редукционными тельцами, которые погибают и в процессе размножения не участвуют. Так сохраняется максимальное количество желтка в яйцеклетках. Таким образом, в результате стадии созревания один сперматоцит I порядка (с формулой 2n4c) дает четыре спермати-ды (с формулой nc), а один овоцит I порядка (с формулой 2n4c) образует одну зрелую яйцеклетку (с формулой nc) и три редукционных тельца.
4. Стадия формирования, или спермиогенеза (только при сперматогенезе). В результате этого процесса каждая незрелая спермати-да превращается в зрелый сперматозоид (с формулой nc), приобретая все структуры, ему свойственные. Ядро сперматиды уплотняется, происходит сверхспирализация хромосом, которые становятся функционально инертными. Комплекс Гольджи перемещается к одному из полюсов ядра, формируя акросому. К другому полюсу ядра устремляются центриоли, причем одна из них принимает участие в формировании жгутика. Вокруг жгутика спирально закручивается одна митохондрия. Почти вся цитоплазма сперматиды отторгается, поэтому головка сперматозоида ее почти не содержит.
Митоз и мейоз
Жизненный цикл клетки (клеточный цикл)
С момента появления клетки и до ее смерти в результате апоптоза (программируемой клеточной гибели) непрерывно продолжается жизненный цикл клетки.
Интенсивно образуются рибосомы, синтезируется АТФ и все виды РНК, ферменты, клетка растет.
Митоз является непрямым способом деления клетки, наиболее распространенным среди эукариотических организмов. По продолжительности занимает около 1 часа. К митозу клетка готовится в период интерфазы путем синтеза белков, АТФ и удвоения молекулы ДНК в синтетическом периоде.
Митоз состоит из 4 фаз, которые мы далее детально рассмотрим: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Напомню, что клетка вступает в митоз с уже удвоенным (в синтетическом периоде) количеством ДНК. Мы рассмотрим митоз на примере клетки с набором хромосом и ДНК 2n4c.
ДНК максимально спирализована в хромосомы, которые располагаются на экваторе клетки. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой (кинетохором). Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом (если точнее, прикрепляются к кинетохору центромеры).
Попробуйте самостоятельно вспомнить фазы митоза и описать события, которые в них происходят. Особенное внимание уделите состоянию хромосом, подчеркните сколько в них содержится молекул ДНК (хроматид).
Мейоз
В результате мейоза из диплоидных клеток (2n) получаются гаплоидные (n). Мейоз состоит из двух последовательных делений, между которыми практически отсутствует пауза. Удвоение ДНК перед мейозом происходит в синтетическом периоде интерфазы (как и при митозе).
Помимо типичных для профазы процессов (спирализация ДНК в хромосомы, разрушение ядерной оболочки, движение центриолей к полюсам клетки) в профазе мейоза I происходят два важнейших процесса: конъюгация и кроссинговер.
Кроссинговер является важнейшим процессом, в ходе которого возникают рекомбинации генов, что создает уникальный материал для эволюции, последующего естественного отбора. Кроссинговер приводит к генетическому разнообразию потомства.
Биваленты (комплексы из двух хромосом) выстраиваются по экватору клетки. Формируется веретено деления, нити которого крепятся к центромере (кинетохору) каждой хромосомы, составляющей бивалент.
Мейоз II весьма напоминает митоз по всем фазам, поэтому если вы что-то подзабыли: поищите в теме про митоз. Главное отличие мейоза II от мейоза I в том, что в анафазе мейоза II к полюсам клетки расходятся не хромосомы, а хроматиды (дочерние хромосомы).
Сейчас мы возьмем клетку, в которой 4 хромосомы. Попытайтесь самостоятельно описать фазы и этапы, через которые она пройдет в ходе мейоза. Проговорите и осмыслите набор хромосом в каждой фазе.
Бинарное деление надвое
При благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. В случае, если условия не столь благоприятны, то больше времени уходит на рост и развитие, накопление питательных веществ. Интервалы между делениями становятся длиннее.
Амитоз встречается в раковых (опухолевых) клетках, воспалительно измененных, в старых клетках.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Общее понятие
Основным событием процесса является деление клеток — мейоз. Стадия включает два быстро происходящих разделения во время созревания, которые следуют сразу одно после другого. Дезоксирибонуклеиновая кислота удваивается 1 раз на стадии роста. В промежутке между первым и вторым делением не происходит синтез наследственного материала. Мейоз поддерживает определенное количество хромосом во время оплодотворения. В результате обмена комбинируются новые сочетания наследственных факторов в молекулах.
Митоз представляет собой непрямую репликацию клетки, метод воспроизведения эукариотических бластомеров. Биологическая значимость заключается в строго дозированном разделении хромосом по дочерним ядрам, что делает возможным появление идентичных клеток в генетическом плане. Митоз обеспечивает жизнь организма (онтогенез), в результате процесса увеличивается популяция клеточных тканей.
В результате внешнего или внутреннего оплодотворения происходит слияние женских и мужских половых клеток, итогом которого становится образование зиготы. Эта плодная гамета имеет диплоидный комплект хромосом (2 n).
Процесс развития
Число овогониев, которые вступают в процесс прогенеза, закладывается на стадии эмбриона. Спермогонии непрерывно делятся на фазе гаметогенеза при половом созревании и представляет собой непрерывное течение. Сравнительное биологическое отличие в том, что сперматогенез обеспечивает появление разнообразия из 4 гамет, а при овогенезе воспроизводится одна. Заканчивается образование женской яйцеклетки только после оплодотворения.
Особенности проявляются общими стадиями гаметогенеза:
Во время мейоза формируются биваленты путем связывания двух гомологических молекул после репликации хромосом. Входящие биваленты содержат удвоенные молекулы из двух хроматид. Молекулы передвигаются так, чтобы сблизить соответствующие зоны, претерпевшие рекомбинацию. Скрепляются они способом белкового комплекса, строение которого сходно в биологии у животных и человека.
Стадия сперматогенеза
В этом периоде размножаются диплоидные биваленты, из которых получаются гаметы. Овогонии и спермогонии подвергаются мейотическому делению, в результате их число возрастает. Мужские клетки вступают в процесс партеногенеза на протяжении времени половой зрелости мужчины. У женщин появление новых овогоний связывается со временем эмбриогенеза.
Наиболее сложной является первая фаза, схема гаметогенеза включает периоды:
Первоначальные женские и мужские клетки размножаются путем митоза, поэтому соматические бластомеры содержат весь комплекс хромосом в парном сочетании для каждого вида. Молекулы отличаются однониточным строением до окончания синтетической стадии интерфазы. Двухниточная структура появляется в постсинтетическую стадию, профазу и метафазу.
Этап роста
На этом этапе клетки увеличивают размеры, мужские превращаются в сперматоциты, а женские становятся овоцитами первого порядка, при этом последние имеют большие размеры, чем сперматоциты. Питательные вещества накапливаются в виде желтков яйцеклетки для энергетической поддержки, вторая часть имеет значение при следующем делении. Отсутствие требуемого количества элементов приводит к патологии.
В этот период происходит репликация молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, при этом остается неизменным количество хромосом. Биваленты получают двухниточное строение, а автогенетическая формула овоцитов и сперматоцитов получает вид 2 n 4 c.
Скапливание энергетического питания, рост и эскалация размеров являются характеристиками второго этапа нарастания и подготовки клеток к мейозу — делению.
Фаза созревания
Наблюдается редукционное и эквационное деление (мейоз I и II). После первого межевания возникают сперматоциты и овоциты II с обозначением n 2 c. Незрелые сперматиды после второго деления становятся взрослыми сперматозоидами с соответствующим обозначением nc, развиваются все свойственные полноценным мужским клеткам структуры. Яйцеклетки имеют 3 редукционных тельца, которые впоследствии отмирают и в размножении не принимают участия.
В следующем виде гаметогенеза ядра уплотняются и происходит усиленная спирализация хромосом. Молекулы становятся инертными в функциональном плане. Пластинчатый набор (комплекс Гольджи) движется к одному из ядерных полюсов, при этом формируется перфаторий — орган сперматозоида в виде мембранного пузырька. Центриоли находятся у противоположного полюса, у одной вырастает жгутик, где скапливаются митохондрии. В этой стадии происходит отторжение почти всей цитоплазмы, поэтому к головке сперматозоида она не поступает.
Используется накопленный ранее объем питательных веществ. Это становится необходимым, т. к. на этом этапе развивается дочерний бионт и оплодотворяется яйцеклетка. Формирование крупной взрослой клетки обеспечивается неравномерностью деления гамет. Сперматозоид отыскивает яйцеклетку, проникает в полость и доносит туда генетический набор молекул ДНК.
Сперматозоиды существуют короткое время, они воспроизводятся в большом количестве, т. к. масса погибает на этапе выявления яйцеклетки, а в цитоплазме по этой причине не накапливается много питательных элементов. Центральным событием является упрощение диплоидного комплекса хромосом в процессе мейоза и воспроизведение гаплоидных клеток, частным вариантом которых являются гаметы.
Формирование женских бивалентов
В тканях женских яичников половые клетки с полным комплексом хромосом несколько раз подвергаются делению путем митоза. В результате овогенная ткань разрастается. Овогония переходит в стадию овоцита 1 порядка, который продолжает усиленный рост и концентрирует полезные вещества. Стадия роста овоцита длится дольше, чем развитие сперматоцита.
Рост овоцита 1 порядка заканчивается созреванием. Наступает время мейоза, но этот процесс деления проходит длительно. У животных двоение клеток стартует на стадии эмбриона, но останавливается на первой фазе до того, как самка достигает половой зрелости. Определение периода замораживания происходит в зависимости от вида млекопитающего и может продолжаться от месяцев до нескольких лет. Впоследствии под действием гормонов клетки делятся некоторое время на протяжении продуктивного возраста.
Первый процесс мейоза заключается в асимметричном образовании крупной гаметы — овоцита 2-го разряда, где скапливается энергетический потенциал и органоиды. Сюда передвигается маленькая клетка в виде направленного полярного тела, в которой находится только ядро.
Второе деление также относится к асимметрическим процессам. Яйцеклетка образуется из овоцита 2 порядка, в ней содержатся питательные элементы и вторичное направленное полярное тело. Из начального тела получается два небольших вторичных образования. У большинства животных мейоз останавливается в период метафазы второго деления и оканчивается с оплодотворением яйцеклетки.
Одна большая яйцеклетка с полным комплектом хромосом и 3 полярных тела, способных сокращаться, формируется из половой клетки женского организма в процессе овогония. Полярные сгустки служат для ровного разделения ядра и правильного расположения хромосом в процессе мейоза. Гормон прогестерон координирует начало и окончание овогенеза у млекопитающих.
Строение яйцеклетки
Элемент представляет собой гамету женского типа у высших растительных организмов, человека, животных. Яйцеклетка выделяется у водорослей, иных протистов с характерным слиянием клеток. У людей она является большой несинциатильной клеткой, хотя подобные элементы мышц и объемистые нейроны во много раз превышают размеры.
Крупная малоподвижная гамета имеет внутри запас питательных веществ. В качестве энергетических запасов выступают составляющие, которые требуются для белкового биосинтеза, а также специальные регулятивные компоненты, контролирующие процессы. В состав питательного комплекта входит желток, который содержит фосфолипиды, белки, минералы и разные жиры. Эти вещества снабжают зародыш в течение эмбриональной стадии.
Яйцеклетки различаются по количеству желтка:
Яйцеклетка человека относится к алецитальным видам. Это объясняется быстрым переходом зародыша от питания продуктами распада тканей родительского организма к получению веществ из материнской ткани.
Клетки подразделяются по местоположению желтка:
В человеческой яйцеклетке желток равномерно распределяется в области, поэтому ядро располагается в центре. Оболочка защищает яйцо от проникновения нескольких сперматозоидов и пропускает только одного. Сохраняется первоначальная форма зародыша, благодаря капсуле. Яйцеклетка имеет немного вытянутую или шарообразную форму и примерный диаметр 130 мкм.
Конструкция и функция сперматозоида
Мужская половая гамета присутствует у размножающихся организмов по способу оогамии. Активно передвигающиеся сперматозоиды оплодотворяют женские яйцеклетки. По размеру они меньше женских половых гамет, т. к. не отличаются большим объемом цитоплазмы и воспроизводятся мужским организмом в большом количестве.
Сперматозоид отличается типичной структурой и состоит из элементов:
Головка отличается формой эллипса, немного сплющенного с боков. На одной стороне располагается небольшая выемка, поэтому сперматозоиды человека называют ложковидными.
В головке располагаются структурные элементы:
Сперматозоиды бывают двух видов в зависимости от содержания Y или X хромосомы. В первом случае получается мужской плод, во втором формируется женский. Сперматозоидное ядро мельче других клеточных оснований. Позади головки находится центральная часть, участки соединяются суженой шейкой.
Жгутик из микротрубочек, который окружен метохондрионом, идет через центральный сегмент на всем протяжении. Скопление митохондрия синтезирует АТФ и обеспечивает ход жгутика. За средней областью находится хвост, который длиннее и тоньше центрального участка.