Билет № 20.

1. Охарактеризуйте строение и развитие половых клеток. Каково биологическое значение оплодотворения?

2. Раскройте особенности строения и процессов жизнедеятельности земноводных как обитателей двух сред.

3. Объясните, как деятельность человека влияет на видовое разнообразие растений и животных.

4. Решите задачу по молекулярной биологии на транскрипцию.

1. Охарактеризуйте строение и развитие половых клеток. Каково биологическое значение оплодотворения?

Половые клетки (гаметы) – это дифференцированные клетки нашего многоклеточного организма, которые обеспечивают воспроизводство наследственной информации (путем передачи ее потомству), заложенной в ядрах этих клеток.

Строение половых клеток обусловлено строением сперматозоида и яйцеклетки. Сперматозоид – своеобразно измененная половая клетка, маленькая и подвижная. В ней содержится ядро и цитоплазма со всеми органоидами характерными и для других клеток. Движение обусловлено специально дифференцированной цитоплазмой. В строении сперматозоидов различают головку, шейку и хвост. Головка сперматозоида расширена и содержит ядро с тонким слоем цитоплазмы. Впереди ядра располагается небольшая плотная гранула заключенная в вакуолю – которую называют акросомой (akros – верхний, soma – тело). Акросома прикрыта тонкой мембраной – головной шапочкой.
В акросоме содержится фермент гиалуронидаза, которая принимает участие в растворении плотных оболочек яйцеклетки при оплодотворении.

Шейка более суженная часть сперматозоида в которой располагаются 2 центриоли: ближайшая к ядру центриоль называется проксимальной, а нижняя или дистальная играет роль базального тельца, от которого начинаются микротрубочки жгутика. За шейкой следует хвостик, который состоит из 3-х частей: средней, главной и концевой.

Средняя часть содержит пучок фибрилл составляющих осевую нить. В средней части осевой пучок окружен цитоплазмой с большим количеством митохондрий. Митохондрии располагаются друг за другом по спирали, за что и получили название митохондриальной спирали. В цитоплазме средней части сосредоточено большое количество гликогена и АТФ, что составляет основные энергетические ресурсы сперматозоида. Главная часть содержит пучок фибрилл окруженный цитоплазмой и цитоплазматической мембраной. В концевой части нет цитоплазмы, она состоит из пучка фибрилл прикрытых цитоплазматической мембраной. Осевой пучок фибрилл хвостика является сократительным элементом и за счет его происходит движение сперматозоида в жидкой среде.

Яйцеклетка – крупная неподвижная клетка, обладающая запасом питательных веществ. Размеры женской яйцеклетки составляют 150–170 мкм (гораздо больше мужских сперматозоидов, размер которых 50–70 мкм). Яйцеклетка имеет оболочки, которые выполняют защитные функции, препятствуют проникновению в яйцеклетку более одного сперматозоида, способствуют имплантации зародыша в стенку матки и определяют первичную форму зародыша.

Яйцеклетка обычно имеет шарообразную или слегка вытянутую форму, содержит набор тех типичных органелл, что и любая клетка. Как и другие клетки, яйцеклетка отграничена плазматической мембраной, но снаружи она окружена блестящей оболочкой, состоящей из мукополисахаридов (получила свое название за оптические свойства). Блестящая оболочка покрыта лучистым венцом, или фолликулярной оболочкой, которая представляет собой микроворсинки фолликулярных клеток. Она играет защитную роль, питает яйцеклетку.

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.

Стадии гаметогенеза

1. Стадия размножения. Клетки, из которых в последующем образуются мужские и женские гаметы, называются сперматогониями и овогониями соответственно. Они несут диплоидный набор хромосом. 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. Kлетки 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 сперматиды (с формулой nc), а один овоцит I порядка (с формулой 2n4c) образует одну зрелую яйцеклетку (с формулой nc) и три редукционных тельца. Отмеченные выше различия в ходе овогенеза и сперматогенеза имеют определенный биологический смысл, связанный с разным функциональным назначением мужских и женских гамет (помимо переноса генетической информации). Накопление в цитоплазме яйцеклетки большого количества запасных питательных веществ необходимо, так как на этой «базе» осуществляется развитие дочернего организма из оплодотворенного яйца. Неравномерное клеточное деление при овогенезе и обеспечивает формирование крупной яйцеклетки. Функция же сперматозоидов заключается в отыскании яйцеклетки, проникновении в нее и доставке своего хромосомного набора. Их существование кратковременно, а поэтому нет необходимости в запасании большого количества веществ в цитоплазме. А поскольку сперматозоиды в массе гибнут в процессе поиска яйцеклетки, их образуется огромное количество.

Центральное событие в процессе гаметогенеза — редукция диплоидного набора хромосом (в ходе мейоза) и формирование гаплоидных гамет.

4. Стадия формирования, или спермиогенеза (только при сперматогенезе). В результате этого процесса каждая незрелая сперматида 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.

Оплодотворение – это процесс слияния половых клеток. В результате оплодотворения образуется диплоидная клетка – зигота, это начальный этап развития нового организма.