Лекция 4. Трансляция. Деление клеток. Основы полового и бесполого размножения

Гаметогенез.

последовательности и-РНК в последовательность аминокислот полипептида.
Это второй этап реализации генетической

информации, который заключается в синтезе белков на рибосоме. Осуществляется в несколько этапов и стадий:

с образованием аминоациладенилатов (комплексов аминокислота+АТФ). Взаимодействие происходит с помощью ферментоваминоацил-тРНК-синтетаз.

Ферменты специфичны для каждой аминокислоты и участвуют в следующей стадии.

к своим т-РНК. Энергия АТФ при этом идёт на образование

ковалентной связи между аминокислотой и т-РНК. К каждой тРНК присоединяется только та аминокислота, которая кодируется триплетом и-РНК, комплементарным антикодону данной т-РНК.

т.к. у эукариот предыдущий матричный процесс - транскрипция происходит в ядре, то для осуществления трансляции в таких клетках необходим выход и-РНК из ядра в цитоплазму.

рибосомы соединяется с иРНК, она имеет аминоацильный центр или А-центр.

Сигналом инициации служит кодон и-РНК АУГ, который считывается в А-центре. К этому кодону в А-центре у эукариот присоединяется метиониновая аминокислота, а у прокариот - форметиониновая аминокислота. Малая субъединица рибосомы, и-РНК и т-РНК, несущая форметионин или метионин, т.е. первую аминокислоту, образуют комплекс инициации.
Далее к малой субъединице рибосомы присоединяется большая рибосома и форметиониновая т-РНК перемещается в пептидильный центр P-центр, расположенный преимущественно на большой субъединице рибосомы. Инициация обеспечивается факторами инициации и энергии АТФ.

в свободный А центр тРНК со второй аминокислотой. Доставка осуществляется

согласно принципу комплементарности и правилам генетического кода. Происходит гидролиз АТФ.

аминокислоту из Р-центра в А-центр между первойи второй аминокислотами образуется

пептидная связь. Теперь тРНК в А-центре несёт дипептид, а свободная первая тРНК вытесняется из рибосомы, затрачивается энергия АТФ.

в) Факторы элангации вызывают перемещение рибосомы вдоль иРНК, при этом система тРНК - дипептид оказывается в Р-центре, расходуется энергия АТФ.

г) А-центр рибосомы вновь свободен и может принимать тРНК с третьей аминокислотой, согласно правилам генетического кода.

пептидная связь между 2 и 3 аминокислотами. тРНК в А-центре

несёт теперь трипептид, а свободная тРНК вытесняется из Р-центра. На указанные процессы затрачивается энергия АТФ.

е) Рибосома под действием факторов элангации вновь совершает перемещение вдоль цепи и-РНК на один триплет и система тРНК - трипептид оказывается в Р-центре, а А-центр вновь свободен и может принимать следующую тРНК со своей аминокислотой. Происходит затрата энергии АТФ.

ё) Так рибосома последовательно передвигается вдоль цепи и-РНК, последовательно считывается генетическая информация и удлиняя синтезирующую полипептидную цепь.

и-РНК, то фактор терминации узнаёт его и останавливает синтез полипептида.

Происходит распад белок-синтезирующей системы, который заключается в дисоциации пептидилтранспортной РНК на полипептид и т-РНК, освобождение субъединиц рибосом и-РНК, которые становятся способными к новому акту инициации трансляции.
 
Синтез белка происходит как правило не на одиночных рибосомах, а на полисомах (полирибосомах).

клеточного ядра, при котором образуется два дочерних ядра с набором

хромосом, идентичных родительской клетки.
Митоз = деление ядра + деление цитоплазмы

Впервые митоз у расте-ний наблюдал И.Д. Чис-тяков в 1874 г., а детально процесс был описан нем. ботаником Э.Страсбургером (1877) и нем. зоологом В.Флемингом (1882)

клетки от одного деления до другого называется митотическим, или клеточным

циклом.
Клеточный цикл у растений продолжается от 10 до 30 часов. Деление ядра (митоз) занимает около 10% этого времени.
П1 - пресинтетический период
С - синтетический период
П 2 - постсинтетический период

3 – синтетический и постсинтетический период; 4 – метафаза.

1. В

предсинтетический период клетка растет: происходит синтез белка, РНК и увеличивается количество органических веществ.

2. В синтетический период происходит репликация ДНК (удвоение). С этого момента каждая хромосома состоит из двух хроматид.

3. В постсинтетический период идет интенсивный синтез белка и АТФ, необходимых для деления клетки.

2. Она же в виде хромосомы при делении клетки

Общая схема митоза

оболочка и ядрышко растворяются; центриоли расходятся к полюсам; (2n 4c).

которые прикрепляются к центроме-рам хромосом; (2n 4c).

хромосомы расходятся к полюсам клетки; (4n 4c).

ядерная оболочка; на экваторе начинает формироваться перегородка; в ядрах 2n2c.

полным отделением дочерних клеток.
У растений по экватору клетки формируется клеточная

стенка.

Цитокинез клетки (фото)

кариотипом. Кариотип содержит двойной (диплоидный) набор хромосом (2n), постоянный для

каждого вида организмов.

Диплоидный набор хромосом человека

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).

перетяжки без образования веретена деления.
Распространенность в природе:

Норма
1. Амебы
2. Большое ядро инфузорий
3. Эндосперм
4. Клубень картофеля
5. Роговица глаза
6. Хрящевые и печеночные клетки

Патология
При воспалениях
Злокачественные новообразования

Значение: экономичный (мало энергозатрат) процесс воспроизводства клеток

клетке уменьшается вдвое. В результате такого деления образуются гаплоидные (n)

половые клетки (гаметы) и споры.

В зиготе после оплодотворения, что приводит к образованию зооспор у водорослей и мицелия грибов.

В половых органах , приводит к образованию гамет

У семенных растений приводит к образованию гаплоидного гаметофита

мейоза 2. Удвоение ДНК происходит только перед мейозом 1, 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.

центриоли расходятся к полюсам; сближение (конъюгация) и укорочение гомо-логичных хромосом

с последующим перекрестом и обменом гомологич-ными участками (кроссинговер); растворение ядерной оболочки.

от друга. Образуется веретено деления. Нити веретена прикрепляются к двухроматидным

хромосомам.

Происходит уменьшение (редукция) хромосом у полюсов клетки.

клетках оказывается по одной, а хромосомный набор становится гаплоидным. Однако

каждая хромосома состоит из двух хроматид, поэтому клетка сразу же приступает ко второму делению.

2 к полюсам расходятся хроматиды, которые и становятся дочерними хромосомами.

Из каждой исходной клетки в результате мейоза образуется четыре клетки с гаплоидным набором хромосом.

в поколение. Зрелые гаметы получают гаплоидное число (n) хромосом, а

при оплодотворении восстанавливается характерное для данного вида диплоидное число хромосом.

Образуется большое количество новых комбинаций генов при кроссинговере и слиянии гамет (комбинативная изменчивость), что дает новый материал для эволюции (потомки отличаются от родителей).

♂ (n) + ♀ (n) = зигота (2n) → новый организм (2n)

ГАМЕТОГЕНЕЗ
Сперматогенез ♂ Овогенез ♀

(в семенниках) (в яичниках)
Период размножения (митоз)
В репродуктивный В эмбриональный период период
Период роста (интерфаза)
Незначительный Длительный период Спермацит 1-го Овоцит 1-го порядка порядка
Период созревания (мейоз)
Первое и второе Первое и второе мейотическое неравномерное деление мейотическое деление
4 сперматозоида 1 яйцеклетка

крысы, 3 – морской свинки, 4 – человека, 5 –

рака, 6 – паука, 7 – жука, 8 – хвоща, 9 – мха, 1О – папоротника.
Рис.2. Яйцеклетка млекопитающих: 1 – оболочка, 2 - ядро, 3 – цитоплазма, 4 – фол-ликулярные клетки.
Термины сперматозоид и яйцеклетка ввел Карл Бэр в 1827 г.

этих генов может быть различным, т.к. гены несут родительский «отпечаток»,

различный у самцов и самок, который влияет на нормальное развитие организма, а также играет роль в возникновении заболеваний.
Явление, когда при образовании гамет у потомка прежний хромосомный «отпечаток», полученный от родителей стирается и его гены маркируются в соответствии с полом данной особи, называется геномный импринтинг

обеспечивая непрерывность и преемственность жизни в ряду поколений.

один организм. Идентичное потомство, происходящее от одной родительской особи, называют

клоном.
Бесполое размножение эволюционно сложилось раньше полового. Его значение - увеличение численности вида, при помощи митотического деления. Все потомки имеют генотип, идентичный материнскому, что не сопровождается повышением генетического разнообразия.

родителей, в результате которого осуществляется объединение генетической информации в наследственном

материале потомка.
Биологическое значение полового размножения заключается не только в самовоспроизведении особей, но и в обеспечении биологического разнообразия видов, их адаптивных возможностей и эволюционных перспектив. Это делает половое размножение биологически более прогрессивным, чем бесполое.

на две или большее число дочерних клеток, идентичных родительской клетке.

Делению клетки предшествует репликация ДНК, а у эукариот - также деление ядра. В большинстве случаев происходит бинарное деление, при котором образуются две идентичные дочерние клетки. Так делятся бактерии, многие простейшие (амеба, парамеция), одноклеточные водоросли. При таком делении вслед за рядом делений клеточного ядра происходит деление самой клетки на множество дочерних клеток. Наблюдается у споровиков - группы простейших. Стадия, на которой происходит множественное деление, называется шизонтом, а сам этот процесс - шизогония.
Образование спор. Спора - это одноклеточная репродуктивная единица обычно микроскопических размеров, (споруляция) состоящая из небольшого количества цитоплазмы и ядра, покрытая плотной оболочкой и устойчивая к действиям неблагоприятных факторов внешней среды. Споры служат для размножения, расселения и переживания неблагоприятных условий. Существуют и половые споры - зооспоры; они участвуют в половом размножении, иногда выполняют функцию гамет.

при которой новая особь образуется в виде выроста (почки) на

теле родительской особи, а затем отделяется от нее, превращаясь в самостоятельный организм, совершенно идентичный родительскому. Например, у кишечнополостных. Фрагментацией называется разделение особи на две и несколько частей, каждая из которых растет и образует новую особь. Основу фрагментации составляет способность организма к регенерации - восстановлению утраченных частей. Вегетативное размножение. При вегетативном размножении от растения отделяется относительно большая, обычно дифференцированная, часть и развивается в самостоятельное растение. Нередко растения образуют структуры, специально предназначенные для этой цели: луковицы, клубнелуковицы, корневища, столоны и клубни. Некоторые из этих структур служат для запасания питательных веществ.

родителей, в результате которого осуществляется объединение генетической информации в наследственном

материале потомка.
Биологическое значение полового размножения заключается не только в самовоспроизведении особей, но и в обеспечении биологического разнообразия видов, их адаптивных возможностей и эволюционных перспектив. Это делает половое размножение биологически более прогрессивным, чем бесполое.