Цитологические основы наследственности

1. Цитологические основы наследственности

2. Значение цитологического метода

• Развитие клеточной
теории во второй
половине XIX века
создало основную
предпосылку для
признания законов
Менделя.
Независимо от
гибридологического
анализа цитология
обосновала роль
ядра в
наследственности.

3.

• Уже в 1855 г. Р.Вирхов
выдвинул
фундаментальное
положение “Omnis cellula
e cellula” - всякая клетка
от клетки, выразившее в
концентрированной
форме представление о
самовоспроизведении
клетки
Ру́дольф Людвиг Карл Ви́рхов (1821 — 1902) —
немецкий учёный и политический деятель второй
половины XIX столетия,
врач, патологоанатом, гистолог, физиолог, один из
основоположников клеточной теории в биологии и
медицине, основоположник теории
клеточной патологии в медицине; был известен также
как археолог, антрополог и палеонтолог.

4.

В 1862 г. Французская Академия
удостоила премии мемуар Л.
Пастера «О
воспроизводящихся частицах
в атмосфере».
• Так была обоснована
невозможность
самозарождения жизни в
настоящий геологический
период.
• Так стали утверждаться
представления о том, что
жизнь – это непрерывный ряд
воспроизведения клеток
Луи́ Пасте́р (правильно Пастёр, 1822 — 1895) —французский микробиолог и химик,
член Французской академии (1881). Пастер, показав микробиологическую
сущность брожения и многих болезней человека, стал одним из основоположников
микробиологии и иммунологии. Его работы в области строения кристаллов и
явления поляризации легли в основу стереохимии. Также Пастер поставил точку в
многовековом споре о самозарождении некоторых форм жизни в настоящее время, опытным
путем доказав невозможность этого. Его имя широко известно в ненаучных кругах благодаря
созданной им и названной позже в его честь технологии пастеризации.

5.

Вальтер
Флемминг (1843—
1905)
Генрих
Вильгельм
Вальдейер
(1836—1921)
• Тем самым было положено начало
пристальному изучению процесса клеточного
деления – кариокинеза, или митоза, как его
назвал В. Флемминг, подробно описавший
деление ядра в клетках кожи саламандры.
Этой работой Флемминг привлек внимание
исследователей к поведению хромосом.
Правды, сам термин «хромосома» был введен
несколько позже – в 1883. В. Вальдейером.
Флемминг обнаружил, что при митозе хромосомы
«делятся» вдоль, а Э. ван Бенеден (1883)
обратил внимание на то, что дочерние
хромосомы, распределяющиеся между
дочерними клетками, до мельчайших деталей
повторяют строение материнской хромосомы
Мари Жозеф
Эдуард ван
Бенеден (18461910)

6.

Эдуард Адольф
Страсбургер
(1844—1912)
Гертвиг, Оскар
(1849 – 1922).
• В 1884 г. Э. Страсбургер выделили такие
стадии митоза, как профаза и метафаза.
Именно в этот период сформировалась
ядерная гипотеза наследственности (В. Ру,
1883; О. Гертвиг, Э. Страсбургер, 1884). В
1896 г. вышло в свет первое издание сводки
Э.Вильсона «Клетка в развитии и
наследственности», обособившая
цитогенетику как раздел биологии.
УИЛСОН (Wilson) (Вильсон) Эдмунд
Бичер (1856-1939) - американский
цитолог, один из основоположников
цитогенетики, президент Нью-Йоркской
АН (с 1904). На примере насекомых
выяснил (1905-12)
хромосомный механизм определения
пола. Внес значительный вклад в
изучение строения и физиологии клетки,
предложил (1925) коллоидную теорию
протоплазмы.
Фундаментальная монография по
цитологии (в рус. переводе - "Клетка и
ее роль в развитии и наследственности",
т. 1-2, 1936-40).

7.

• Цитологический метод широко
используется в генетике для
непосредственного изучения
клеточных структур –
носителей наследственной
информации. Это, прежде
всего, относится к
хромосомам ядра и
самовоспроизводящимся
органеллам цитоплазмы.
Группа японских ученых сконструировала
наномотор, работающий за счет смены
конформации молекулой ДНК — перехода
двойной спирали из правозакрученной (Bформа) в левозакрученную (Z-форма). «Запуск»
мотора осуществляется путем изменения
концентрации ионов в растворе. Закрепив
мотор в жесткой рамке, которая фиксирует его
на подложке, не мешая при этом вращению
ротора, ученые смогли при помощи атомной
силовой микроскопии проследить за работой
мотора в режиме реального времени. Они
зафиксировали два оборота ротора, что
соответствует одному B-Z-переходу.
Рис. Вверху: схема поворота ротора (показан красным
цветом) ДНК-мотора (то есть перехода из B-формы в Zформу) при увеличении концентрации ионов Mg2+ и
обратного перехода при уменьшении концентрации
ионов. Внизу: изображения, полученные при помощи
атомной силовой микроскопии и подтверждающие, что
переход произошел. Рисунок из обсуждаемой статьи
в Journal of American Chemical Society

8. Клеточный цикл

• Клеточный цикл состоит из
двух периодов: митоз (Мфаза) включает разделение
предварительно удвоенного
ядерного материала, деление
ядра, деление самой клетки,
цитокинез и занимает около
часа. Значительно более
длительный период между
двумя митозами занимает
интерфаза, включающая
• стадию роста G1,
• фазу репликации ДНК (S),
• фазу подготовки к
делению G2.

9. Схема регуляции клеточного цикла

Клеточный цикл регулируется генами и
белками-ферментами двух основных
классов. Циклин-зависимыепротеинкиназы (Cdk) индуцируют
последовательность процессов путем
фосфорилирования отдельных белков.
Циклины, которые синтезируются и
деградируют при каждом новом цикле
деления, связываются с
молекулами Cdk и контролируют их
способность к фосфорилированию,
без циклина Cdk не активны.
Количество этих молекул регуляторов
различно в разного вида клетках.
В делении дрожжевой клетки основные роли играют один Cdk и девять циклинов,
которые образуют девять разных циклин-Cdk комплексов. У гораздо более сложно
организованных млекопитающих изучено шесть Cdk и полтора десятка циклинов.
Контроль выхода клетки из G1-, и G2-фаз осуществляют промотор-фактор S-фазы
(SPF) и промотор-фактор M-фазы (MPF), представляющие собой гетеродимеры.
Cуществует особая контрольная точка клеточного цикла (Start), с которой
заканчивается рост (G1-фаза) и начинается процесс синтеза ДНК. Постулируется
существование фактора транскрипции SBF, который может быть в активной Sa- и
пассивной Si -форме. Он переходит в активную форму под действием циклина Cln
(N) и Start-киназы (Cdc28-Cln3) (A) и инактивируется другим веществом (Е). Циклин
продуцируется путем активации SBF и деградирует. SBF активируется Chu и Startкиназой и инактивируется фосфатазой

10.

• Фазы клеточного цикла и митоза
Временной ход митоза и цитокинеза, типичный для
клетки млекопитающего. Точные цифры для
разных клеток различны. Цитокинез берёт своё
начало в анафазе и завершается, как правило, к
окончанию телофазы
Фаза клеточного цикла, соответствующая
делению клетки, называется М-фазой (от
слова «митоз»). М-фазу условно
подразделяют на шесть стадий, постепенно
и непрерывно переходящих одна в
другую. Первые пять — профаза,
прометафаза (метакинез), метафаза,
анафаза и телофаза (или цитотомия) —
составляют митоз, а берущий своё начало в
анафазе процесс разделения цитоплазмы
клетки, или цитокинез, протекает вплоть до
завершения митотического цикла и, как
правило, рассматривается в составе
телофазы.
Только в растительных клетках профазе
предшествует дополнительная стадия,
известная как препрофаза.
Длительность отдельных стадий различна и
варьируется в зависимости от типа ткани,
физиологического состояния организма,
внешних факторов.

11. Митоз

12.

Прометафаза
Метафаза
Профаза
Анафаза
Телофаза

13. Мейоз и формирование гамет

• Мейо́з (от др.греч. μείωσις —
уменьшение)
или редукционное
деление клетки —
деление
ядра эукариотической
клетки с уменьшением
числа хромосом в два
раза. Происходит в
два этапа
(редукционный и
эквационный этапы
мейоза).

14.

В зависимости от места в
жизненном цикле организма
различают три осн. типа
М.: зиготный, или начальный
(у мн. грибов и водорослей),
происходит в зиготе сразу
после оплодотворения и
приводит к образованию
гаплоидного мицелия или
таллома, а затем спор и
гамет; гаметный, или
конечный (у всех
многоклеточных животных и
ряда низших растений),
происходит в половых органах
и приводит к образованию
гамет; споровый, или
промежуточный (у высших
растений), происходит перед
цветением и приводит к
образованию гаплоидного
гаметофита, в котором
позднее образуются гаметы. У
простейших встречаются все
три типа.
Общая схема последовательных стадий мейоза: а — лептотена; б — зиготена; в — пахитена; г —
диплотена; д — диакинез; е — метафаза I; ж — анафаза I; з — телофаза I; и — интеркинез; к — метафаза
II; л — анафаза II; м — телофаза II.

15.

16. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ МЕЙОЗА

Август Вейсман
(1834-1914, Германия)
• Биологическое значение мейоза
впервые оценил А. Вейсман, который
отметил, что редукция числа хромосом
в мейозе и последующее
оплодотворение лежат в основе
поддержания постоянства числа
хромосом вида из поколения
в поколение. Кроме того, мейоз
обеспечивает комбинативную
изменчивость. Поскольку
хромосомы разных бивалентов
расходятся в анафазе I независимо
друг от друга, это приводит
к рекомбинации родительских
наборов хромосом. В мейозе
происходит также рекомбинация
участков гомологичных хромосом,
судя по появлению хиазм на стадии
диплотены — пахитены

17. Поведение хромосом в мейозе сопоставимо с поведением наследственных факторов (генов) в открытых Г. Менделем закономерностях

наследования. Обнаружение этого параллелизма
дало толчок к созданию хромосомной теории наследственности.
Действительно,
гаплоидные гаметы
F1
содержат по одной
из каждой пары
хромосом
и соответственно
по одному
менделевскому фактору, или
аллеломорфу.
• Слияние гаплоидных
гамет приводит
к объединению в ядре
по одной гомологичной
хромосоме от каждого
родителя, а если они
различались
по аллелям одного
1 / 4 Ab гена,
то и к установлению
гетерозиготности (Аа).
•При мейозе происходит редукция числа хромосом, при этом гомологи
из разных бивалентов расходятся в анафазе I независимо и также независимо
ведут себя разные пары менделевских факторов (АаВЬ), образуя в итоге 4 типа
гамет: АВ, Ab, аВ, аЬ.

18.

• Хромосомная теория
наследственности —
теория, согласно которой
хромосомы, заключённые в
ядре клетки, являются
носителями генов и
представляют собой
материальную основу
наследственности, то есть
преемственность свойств
организмов в ряду
поколений определяется
преемственностью их
хромосом.

19. Спасибо за внимание