„Molekulinės genetikos“ disciplinoje
Tema: „Mitozė ir mejozė: bruožai, genetiniai vaidmenys,
Biologinės reikšmės“
UŽBAIGTA:
Biologijos fakulteto II kurso studentė
neakivaizdinis skyrius
Churagulovas Artemas Zamirovičius
PATIKRINTA:
Docentas; K.B.N.
Nadyrshina Dina Dayanovna
Įvadas
1. Amitozė………………………………………………………. 4
2. Mitozė………………………………………………………………………………. 6 3. Mejozė………………………………………………………………10 4. Mitozė. Jo biologinė reikšmė……………………………………..13
5. Mejozė. Jo biologinė reikšmė…………………………….13
6. Genetinis mitozės ir mejozės vaidmuo……………………………..15
Išvada
Bibliografija
Priedas Nr.1
Priedas Nr.2
ĮVADAS
Ląstelių dalijimąsi pirmą kartą 1824 m. aprašė prancūzų mokslininkai J.-L. Prevostas ir J.-B. Dumas, stebėjęs gyvūnų kiaušinėlių suskaidymą, tačiau jų atradimo neįvertino amžininkai. 70-ųjų antroje pusėje sekė eilė E. Strassburgerio ir jo mokinių darbų, kurie aprašė atskiras ląstelių dalijimosi fazes, W. Flemmingas, atradęs Įvairių tipų branduolio dalijimosi ir kiti tyrinėtojai, įskaitant rusų mokslininką I.D. Čistjakova. Terminas „mitozė“ priklauso V. Flemmingui. Visos ląstelinės gyvybės formos Žemėje gali būti suskirstytos į dvi superkaralystes pagal jas sudarančių ląstelių struktūrą:
Prokariotai (priešbranduoliniai) yra paprastesnės struktūros ir atsirado anksčiau evoliucijos procese;
Eukariotai (branduoliniai) - sudėtingesni, atsirado vėliau. Ląstelės, sudarančios žmogaus kūną, yra eukariotinės.
Nepaisant formų įvairovės, visų gyvų organizmų ląstelių organizavimas priklauso nuo bendrų struktūrinių principų.
Ląstelės turinys yra atskirtas nuo aplinką plazminė membrana arba plazmalemma. Ląstelės viduje yra citoplazma, kurioje yra įvairios organelės ir ląstelių intarpai, taip pat genetinė medžiaga DNR molekulės pavidalu. Kiekviena iš ląstelių organelių atlieka savo ypatingą funkciją ir visos kartu lemia visos ląstelės gyvybinę veiklą. (Čentsovas, 2004 m.)
Ląstelės branduolys vaidina pagrindinį vaidmenį jos gyvenime, jį pašalinus ląstelė nustoja veikti ir miršta. Dauguma gyvūnų ląstelių turi vieną branduolį, tačiau yra ir daugiabranduolių (žmogaus kepenys ir raumenys, grybai, blakstienas, žalieji dumbliai).
Amitozė
Amitozė yra tiesioginis branduolio dalijimasis, vienas iš branduolio dalijimosi būdų pirmuonių, augalų ir gyvūnų ląstelėse. Amitozę pirmą kartą aprašė vokiečių biologas R. Remakas (1841 m.); terminą pasiūlė histologas W. Flemmingas (1882). Amitozės metu, priešingai nei mitozės, arba netiesioginio branduolio dalijimosi metu, branduolio membrana ir branduoliai nesunaikinami, branduolyje nesusidaro dalijimosi verpstė, chromosomos lieka darbinės (despiralizuotos) būsenos, branduolys suvarstomas arba jame atsiranda pertvara, kuri, matyt, nepakitusi; ląstelės kūno dalijimasis - citotomija, kaip taisyklė, nevyksta; Dažniausiai amitozė neužtikrina vienodo branduolio ir atskirų jo komponentų pasidalijimo.
Amitozės tyrimą apsunkina jos apibrėžimo, pagrįsto morfologinėmis savybėmis, nepatikimumas, nes ne kiekvienas branduolio susiaurėjimas reiškia amitozę; net ryškūs „hantelio formos“ branduolio susiaurėjimai gali būti trumpalaikiai; branduolio susiaurėjimas taip pat gali būti neteisingos ankstesnės mitozės (pseudoamitozės) pasekmė. Amitozė dažniausiai po endomitozės. Daugeliu atvejų Amitozės metu dalijasi tik branduolys ir atsiranda dvibranduolė ląstelė; pasikartojančios amitozės gali susidaryti daugiabranduolės ląstelės. Daugelis dvibranduolių ir daugiabranduolių ląstelių yra Amitozės pasekmė (tam tikras skaičius dvibranduolių ląstelių susidaro mitozinio branduolio dalijimosi metu, nesidalinant ląstelės korpusui); juose (iš viso) yra poliploidinių chromosomų rinkinių.
Žinduolių organizme yra žinomi audiniai su vienabranduolinėmis ir dvibranduolinėmis poliploidinėmis ląstelėmis (kepenys, kasa ir seilių liaukos, nervų sistema, epitelis Šlapimo pūslė, epidermis), ir tik su dvibranduolinėmis poliploidinėmis ląstelėmis (mezotelio ląstelėmis, jungiamieji audiniai). Dviejų ir daugiabranduolių ląstelės skiriasi nuo mononuklearinių diploidinių ląstelių dideli dydžiai, intensyvesnė sintetinė veikla, padidėjęs įvairių struktūrinių darinių, įskaitant chromosomas, skaičius. Dviejų ir daugiabranduolių ląstelės skiriasi nuo mononuklearinių poliploidinių ląstelių daugiausia didesniu branduolio paviršiumi. Tai yra amitozės idėjos, kaip būdo normalizuoti branduolio ir plazmos santykius poliploidinėse ląstelėse, pagrindas didinant branduolio paviršiaus ir jo tūrio santykį. Amitozės metu ląstelė išlaiko jai būdingą funkcinį aktyvumą, kuris mitozės metu beveik visiškai išnyksta. Daugeliu atvejų amitozė ir dvibranduoliškumas lydi kompensacinius procesus, vykstančius audiniuose (pavyzdžiui, esant funkcinei perkrovai, nevalgius, apsinuodijus ar denervavus). Amitozė dažniausiai stebima audiniuose, kurių mitozinis aktyvumas yra sumažėjęs. Tai, matyt, paaiškina padidėjusį dvibranduolių ląstelių, susidarančių dėl amitozės, skaičių organizmui senstant. Amitozės, kaip ląstelių degeneracijos formos, idėja nepalaikoma. šiuolaikiniai tyrimai. Amitozės, kaip ląstelių dalijimosi formos, požiūris taip pat yra nepagrįstas; Yra tik pavieniai ląstelės kūno, o ne tik jos branduolio, amitozinio dalijimosi stebėjimai. Amitozę teisingiau laikyti tarpląsteline reguliavimo reakcija. (Wilson, 1936)
MITOZĖ
Daugialąsčio organizmo ląstelės yra itin įvairios savo atliekamomis funkcijomis. Pagal savo specializaciją ląstelės turi skirtingos trukmės gyvenimą. Pavyzdžiui, pasibaigus embrioniniam vystymosi laikotarpiui, nervų ir raumenų ląstelės nustoja dalytis ir funkcionuoja visą organizmo gyvenimą. Kitų audinių ląstelės - kaulų čiulpai, epidermis, epitelis plonoji žarna- atlikdami savo funkciją, jie greitai miršta ir dėl nuolatinio ląstelių dauginimosi pakeičiami naujais.
Taigi, gyvenimo ciklas atsinaujinančių audinių ląstelės apima funkciškai aktyvią veiklą ir dalijimosi laikotarpį. Ląstelių dalijimasis yra organizmų vystymosi ir augimo, jų dauginimosi pagrindas, taip pat užtikrina savaiminį audinių atsinaujinimą per visą organizmo gyvenimą ir jų vientisumo atkūrimą po pažeidimo.
Labiausiai paplitusi gyvų organizmų ląstelių dauginimosi forma yra netiesioginis dalijimasis arba mitozė. Mitozei būdingos sudėtingos ląstelės branduolio transformacijos, kurias lydi specifinių chromosomų struktūrų susidarymas. Chromosomos ląstelėje yra nuolat, tačiau laikotarpiu tarp dviejų dalijimosi – tarpfazių – jos yra despiralizuotos, todėl pro šviesos mikroskopą nėra matomos. Tarpfazėje vyksta pasiruošimas mitozei, daugiausia susidedantis iš DNR padvigubėjimo (reduplikacijos). Procesų rinkinys, vykstantis ruošiant ląstelę dalijimuisi, taip pat pačios mitozės metu, vadinamas mitoziniu ciklu. Paveikslėlyje parodyta, kad po dalijimosi ląstelė gali patekti į pasirengimo DNR sintezei laikotarpį, pažymėtą simboliu G1. Šiuo metu ląstelėje intensyviai sintetinama RNR ir baltymai, didėja DNR sintezėje dalyvaujančių fermentų aktyvumas. Tada ląstelė pradeda DNR sintezę. Dvi senosios DNR molekulės spiralės atsiskiria ir kiekviena tampa naujų DNR grandinių sintezės šablonu. Dėl to kiekviena iš dviejų dukterinių molekulių būtinai turi vieną seną spiralę ir vieną naują. Naujoji molekulė yra visiškai identiška senajai. Tai turi gilią biologinę prasmę: tokiu būdu išsaugomas genetinės informacijos tęstinumas per daugybę ląstelių kartų. DNR sintezės trukmė skirtingos ląstelės skiriasi ir svyruoja nuo kelių minučių bakterijose iki 6-12 valandų žinduolių ląstelėse. Pasibaigus DNR sintezei – mitozinio ciklo S fazei – ląstelė ne iš karto pradeda dalytis. Laikotarpis nuo DNR sintezės pabaigos iki mitozės pradžios vadinamas G2 faze. Per šį laikotarpį ląstelė baigia pasiruošimą mitozei: kaupiasi ATP, sintetinami achromatino verpstės baltymai, dvigubėja centrioliai. Pats mitozinio ląstelių dalijimosi procesas susideda iš keturių fazių: profazės, metafazės, anafazės ir telofazės. (Priedas Nr. 1)
Profazėje didėja branduolio ir visos ląstelės tūris, ląstelė suapvalėja, sumažėja arba sustoja jos funkcinis aktyvumas (pavyzdžiui, ameboidinis judėjimas pirmuoniuose ir aukštesniųjų gyvūnų leukocituose). Dažnai išnyksta specifinės ląstelių struktūros (blakstienos ir kt.). Centroliai išsiskiria poromis link polių, chromosomos spirale ir dėl to sustorėja bei tampa matomos. Nuskaityti genetinę informaciją iš DNR molekulių tampa neįmanoma: sustoja RNR sintezė, o branduolys išnyksta. Dalijimosi verpstės siūlai ištempiami tarp ląstelės polių – susidaro aparatas, užtikrinantis chromosomų divergenciją į ląstelės polius. Profazės metu chromosomos ir toliau spiralės formuojasi, tampa storos ir trumpos. Profazės pabaigoje branduolinė membrana suyra ir chromosomos atsiranda atsitiktinai išsibarsčiusios citoplazmoje. (Čentsovas, 2004 m.)
Metafazėje chromosomų spiralizacija pasiekia maksimumą, o sutrumpėjusios chromosomos veržiasi į ląstelės pusiaują, esantį vienodu atstumu nuo ašigalių. Susidaro pusiaujo, arba metafazinė, plokštė. Šiame mitozės etape aiškiai matoma chromosomų struktūra, jas lengva suskaičiuoti ir ištirti jų individualias savybes.
Kiekviena chromosoma turi pirminio susiaurėjimo sritį – centromerą, prie kurios mitozės metu pritvirtinamas veleno sriegis ir rankos. Metafazės stadijoje chromosoma susideda iš dviejų chromatidžių, sujungtų viena su kita tik centromeroje.
Visose bet kurio organizmo somatinėse ląstelėse yra griežtai apibrėžtas skaičius chromosomų. Visuose tai pačiai rūšiai priklausančiuose organizmuose chromosomų skaičius ląstelėse yra vienodas: naminėje muselėje - 12, Drosophila - 8, kukurūzuose - 20, braškėse - 56, vėžiuose - 116, žmogaus - 46 , šimpanzėse , tarakonuose ir pipiruose - 48. Kaip matyti, chromosomų skaičius nepriklauso nuo organizacijos ūgio ir ne visada rodo filogenetinį ryšį. Todėl chromosomų skaičius nėra rūšiai būdinga savybė. Tačiau chromosomų rinkinio (kariotipo) savybių rinkinys – chromosomų forma, dydis ir skaičius – būdingas tik vienai augalų ar gyvūnų rūšiai. Chromosomų skaičius somatinėse ląstelėse visada yra suporuotas. Tai paaiškinama tuo, kad šiose ląstelėse yra dvi vienodos formos ir dydžio chromosomos: viena yra iš tėvo, kita iš motinos organizmo. Chromosomos, kurios yra vienodos formos ir dydžio bei turi tuos pačius genus, vadinamos homologinėmis. Somatinės ląstelės chromosomų rinkinys, kuriame kiekviena chromosoma turi porą, vadinamas dvigubu arba diploidiniu rinkiniu ir žymimas 2n. DNR kiekis, atitinkantis diploidinį chromosomų rinkinį, žymimas 2c. Į lytines ląsteles patenka tik viena iš kiekvienos homologinių chromosomų poros, todėl gametų chromosomų rinkinys vadinamas viengubu arba haploidiniu.
Studijuoti metafazės plokštelės chromosomų struktūros detales yra labai didelę reikšmęžmonių ligų, kurias sukelia chromosomų struktūros anomalijos, diagnostikai. (Green ir kt., 1990)
Anafazėje mažėja citoplazmos klampumas, atsiskiria centromerai ir nuo šio momento chromatidės tampa nepriklausomomis chromosomomis. Prie centromerų pritvirtinti verpstės siūlai traukia chromosomas į ląstelės polius, o chromosomų rankos pasyviai seka centromerą. Taigi anafazėje chromosomų chromatidės, padvigubėjusios tarpfazėje, tiksliai nukrypsta į ląstelės polius. Šiuo metu ląstelėje yra du diploidiniai chromosomų rinkiniai (4n4c). (Baladin ir kt., 2006)
Paskutiniame etape – telofazėje – chromosomos atsipalaiduoja ir išsikrauna. Branduolinis apvalkalas susidaro iš citoplazmos membraninių struktūrų. Gyvūnams susidarius susiaurėjimui ląstelė dalijama į dvi mažesnes. Augaluose citoplazminė membrana atsiranda ląstelės viduryje ir tęsiasi iki periferijos, padalydama ląstelę pusiau. Susidarius skersinei citoplazminei membranai, augalų ląstelėse atsiranda celiuliozės sienelė. Taigi iš vienos ląstelės susidaro dvi dukterinės ląstelės, kuriose paveldima informacija tiksliai kopijuoja informaciją, esančią motininėje ląstelėje. Pradedant nuo pirmojo mitozinio apvaisinto kiaušinėlio dalijimosi (zigotos), visose dukterinėse ląstelėse, susidarančiose dėl mitozės, yra tas pats chromosomų rinkinys ir tie patys genai. Todėl mitozė yra ląstelių dalijimosi metodas, apimantis tikslų genetinės medžiagos pasiskirstymą tarp dukterinių ląstelių. Dėl mitozės abi dukterinės ląstelės gauna diploidinį chromosomų rinkinį. Mitozė yra slopinama aukštos temperatūros, didelės jonizuojančiosios spinduliuotės dozės, augalų nuodų veikimas. Vienas iš šių nuodų – kolchicinas – naudojamas citogenetikoje: juo galima sustabdyti mitozę metafazės plokštelės stadijoje, todėl galima suskaičiuoti chromosomų skaičių ir kiekvienai iš jų suteikti individualią savybę, t.y. kariotipų nustatymas.
MEJOZĖ
Lytinis organizmų dauginimasis atliekamas specializuotų ląstelių, vadinamųjų, pagalba. gametos – oocitai (kiaušiniai) ir spermatozoidai (sperma). Gametos susilieja ir sudaro vieną ląstelę – zigotą. Kiekviena gameta yra haploidinė, t.y. turi vieną chromosomų rinkinį. Rinkinyje visos chromosomos yra skirtingos, tačiau kiekviena kiaušinėlio chromosoma atitinka vieną iš spermos chromosomų. Todėl zigotoje jau yra pora chromosomų, atitinkančių viena kitą, kurios vadinamos homologinėmis. Homologinės chromosomos yra panašios, nes turi tuos pačius genus arba jų variantus (alelius), kurie lemia konkrečių ženklų. Pavyzdžiui, vienoje iš suporuotų chromosomų gali būti genas, koduojantis A kraujo grupę, o kitoje – variantas, koduojantis B kraujo grupę. Zigotos chromosomos, kilusios iš kiaušinėlio, yra motininės, o iš spermos – tėvinės. (Green ir kt., 1990)
Dėl pasikartojančio mitozinio dalijimosi iš susidariusio zigoto atsiranda daugialąstelinis organizmas arba daugybė laisvai gyvų ląstelių, kaip tai atsitinka pirmuoniams, kurie dauginasi lytiškai, ir vienaląsčiuose dumbliuose.
Formuojantis gametoms, zigotoje esantis diploidinis chromosomų rinkinys turi sumažėti per pusę. Jei taip neatsitiktų, kiekvienoje kartoje lytinių ląstelių susiliejimas padvigubintų chromosomų rinkinį. Redukcija iki haploidinio chromosomų skaičiaus įvyksta dėl redukcijos dalijimosi – vadinamojo. mejozė, kuri yra mitozės atmaina. (Green ir kt., 1990)
Skilimas ir rekombinacija. Mejozės ypatumas yra tas, kad ląstelių dalijimosi metu pusiaujo plokštelę sudaro homologinių chromosomų poros, o ne pasikartojančios atskiros chromosomos, kaip mitozėje. Suporuotos chromosomos, kurių kiekviena lieka viena, išsiskiria į priešingus ląstelės polius, ląstelė dalijasi ir dėl to dukterinės ląstelės gauna pusę chromosomų rinkinio, palyginti su zigota.
Pavyzdžiui, tarkime, kad haploidų rinkinį sudaro dvi chromosomos. Zigotoje (ir atitinkamai visose lytines ląsteles gaminančiose organizmo ląstelėse) yra motinos A ir B chromosomos bei tėvo chromosomos A' ir B'. Mejozės metu jie gali pasiskirstyti taip:
Šiame pavyzdyje svarbiausias dalykas yra tai, kad chromosomoms išsiskyrus nebūtinai susiformuoja pirminis motinos ir tėvo rinkinys, tačiau įmanoma genų rekombinacija, kaip ir lytinėse ląstelėse AB’ ir A’B aukščiau pateiktoje diagramoje.
Dabar tarkime, kad chromosomų poroje AA' yra du geno, lemiančio A ir B kraujo grupes, aleliai - a ir b. Panašiai chromosomų poroje BB' yra kito geno, lemiančio M kraujo grupes, aleliai m ir n. N.
Akivaizdu, kad gautose gametose gali būti bet kuris iš šių dviejų genų alelių derinių: am, bn, bm arba an.
Jei galima didesnis skaičius chromosomos, tada alelių poros pagal tą patį principą išsiskirs nepriklausomai. Tai reiškia, kad tos pačios zigotos gali gaminti gametas su skirtingais genų alelių deriniais ir sukelti skirtingus palikuonių genotipus.
Mejotinis padalijimas. Abu pavyzdžiai iliustruoja mejozės principą. Tiesą sakant, mejozė yra daug daugiau sunkus procesas, nes jame yra du iš eilės skyriai. Pagrindinis dalykas mejozėje yra tai, kad chromosomos padvigubėja tik vieną kartą, o ląstelė dalijasi du kartus, dėl to sumažėja chromosomų skaičius ir diploidinis rinkinys virsta haploidiniu.
Pirmojo dalijimosi profazės metu homologinės chromosomos konjuguoja, tai yra, susijungia poromis. Dėl šio labai tikslaus proceso kiekvienas genas atsiduria priešais savo homologą kitoje chromosomoje. Tada abi chromosomos padvigubėja, tačiau chromatidės lieka sujungtos viena su kita bendra centromera. (Priedas Nr. 2)
Metafazėje keturios sujungtos chromatidės išsirikiuoja ir sudaro pusiaujo plokštelę, tarsi jos būtų viena pasikartojanti chromosoma. Priešingai nei vyksta mitozėje, centromerai nesiskiria. Dėl to kiekviena dukterinė ląstelė gauna porą chromatidžių, vis dar sujungtų centromeru. Antrojo dalijimosi metu chromosomos, jau pavienės, vėl išsirikiuoja, suformuodamos, kaip ir mitozės atveju, pusiaujo plokštelę, tačiau jų padvigubėjimas šio dalijimosi metu neįvyksta. Tada centromerai dalijasi ir kiekviena dukterinė ląstelė gauna vieną chromatidę. (Baladin ir kt., 2006)
Citoplazminis dalijimasis. Dėl dviejų diploidinės ląstelės mejozinio pasiskirstymo susidaro keturios ląstelės. Susidarius vyriškoms reprodukcinėms ląstelėms, gaunami keturi maždaug vienodo dydžio spermatozoidai. Kai susidaro kiaušinėliai, citoplazmos dalijimasis vyksta labai netolygiai: viena ląstelė išlieka didelė, o kitos trys yra tokios mažos, kad jas beveik visas užima branduolys. Šios mažos ląstelės, vadinamosios. poliariniai kūnai tarnauja tik perteklinėms chromosomoms, susidariusioms dėl mejozės, sutalpinti. Didžioji dalis zigotai reikalingos citoplazmos lieka vienoje ląstelėje – kiaušinėlyje.
Konjugacija ir kirtimas.
Šis homologinių chromosomų sekcijų pasikeitimas vadinamas kryžminiu. Kaip parodyta aukščiau, perėjimas sukelia naujų susietų genų alelių derinių atsiradimą. Taigi, jei pradinėse chromosomose buvo AB ir ab deriniai, tada po kryžminimo jose bus Ab ir aB. Šis naujų genų derinių atsiradimo mechanizmas papildo nepriklausomo chromosomų rūšiavimo, atsirandančio mejozės metu, poveikį. Skirtumas tas, kad kryžminimas atskiria genus toje pačioje chromosomoje, o nepriklausomas rūšiavimas atskiria tik skirtingų chromosomų genus.
MITOZĖ. JO BIOLOGINĖ REIKŠMĖ.
Užtikrina tolygų chromatino pasiskirstymą tarp dukterinių ląstelių. Mitozė susideda iš kariogenezės - branduolio dalijimosi, citogenezės - citoplazmos dalijimosi. Yra 2 pagrindiniai etapai: tarpfazė ir vidinė mitozė.
Tarpfazėje kaupiasi baltymai, RNR ir kiti produktai; Sintetinama DNR, o chromosomos kartojasi savaime; DNR ir baltymų sintezė tęsiasi ir energija kaupiasi.
Profazė– chromosomos yra ilgų plonų chromatino gijų raizginys, suardomas branduolys, prie centriolių, kurie atsiskyrė ir išsidėstę priešinguose ląstelės poliuose, suardoma ląstelės branduolio membrana.
Metafazė(motinos žvaigždė) – chromosomų sustorėjimas, spiralizacija, jų judėjimas į ląstelės pusiaujo ertmę.
Anafazė(dukterinė žvaigždė) - chromosomų dalijimasis, padvigubėjimas į chromatides, kurios nukrypsta į priešingus ląstelės polius.
Telofazė– seserinės chromatidės pasiekia priešingus polius ir despirale – 2 dukteriniai branduoliai, vyksta citoplazmos dalijimasis, formuojasi ląstelių membranos. Reikšmė: tikslus chromosomų pasiskirstymas tarp 2 dukterinių ląstelių; išsaugomas chromosomų rinkinio tęstinumas daugelyje ląstelių kartų ir kiekvienos ląstelės genetinės informacijos naudingumas.
"Įvadas į bendroji biologija ir ekologija. 9 klasė." A.A. Kamensky (GDZ)
Mitozė (kariokinezė) – netiesioginis ląstelių dalijimasis
1 klausimas. Kokia yra mitozės biologinė reikšmė?
Biologinė prasmė mitozė
Dėl mitozės susidaro dvi dukterinės ląstelės, turinčios tą patį chromosomų rinkinį kaip ir motininė ląstelė. Mitozės reikšmė:
1. Genetinis stabilumas, nes chromatidės susidaro dėl replikacijos, t.y. jų paveldima informacija yra tokia pati kaip motinos.
2. Organizmų augimas, nes Dėl mitozės ląstelių skaičius didėja.
3. Nelytinis dauginimasis – daugelis augalų ir gyvūnų rūšių dauginasi mitozinio dalijimosi būdu.
4. Ląstelių regeneracija ir pakeitimas vyksta per mitozę.
2 klausimas. Kokias fazes apima mitozė?
Mitozė (kariokinezė) yra netiesioginis ląstelių dalijimasis, kurio metu išskiriamos šios fazės: profazė, metafazė, anafazė ir telofazė.
1. Profazei būdinga:
1) chromonemata spirale, storėja ir trumpėja.
2) išnyksta branduoliai, t.y. Branduolio chromonema yra supakuota ant chromosomų, turinčių antrinį susiaurėjimą, kuris vadinamas branduolio organizatoriumi.
3) citoplazmoje susidaro du ląstelių centrai (centrioliai) ir formuojasi verpstės siūleliai.
4) profazės pabaigoje branduolinė membrana suyra ir chromosomos patenka į citoplazmą. Profazinių chromosomų rinkinys yra 2n4c.
2. Metafazei būdinga:
1) verpstės sriegiai prisitvirtina prie chromosomų centromerų ir chromosomos pradeda judėti ir išsirikiuoja ties ląstelės pusiauju.
2) metafazė vadinama „ląstelės pasu“, nes Aiškiai matyti, kad chromosoma susideda iš dviejų chromatidžių. Chromosomos yra maksimaliai spiralizuotos, chromatidės pradeda viena kitą atstumti, bet vis tiek yra susijungusios centromeroje. Šiame etape tiriamas ląstelių kariotipas, nes aiškiai matomas chromosomų skaičius ir forma. Fazė labai trumpa.
Metafazių chromosomų rinkinys yra 2n4c.
3. Anafazei būdinga:
1) chromosomų centromerai dalijasi, o seserinės chromatidės pereina į ląstelės polius ir tampa nepriklausomomis chromatidėmis, kurios vadinamos dukterinėmis chromosomomis. Kiekviename ląstelės poliuje yra diploidinis chromosomų rinkinys.
Anafazinių chromosomų rinkinys yra 4n4c.
4. Telofazei būdinga:
Vienos chromatidinės chromosomos ląstelės poliuose despiruoja, susidaro branduoliai, atkuriama branduolio membrana.
Telofazinių chromosomų rinkinys yra 2n2c.
4. Telofazė baigiasi citokineze. Citokinezė- citoplazmos dalijimosi tarp dviejų dukterinių ląstelių procesas. Citokinezė augalams ir gyvūnams pasireiškia skirtingai.
Gyvūnų ląstelėje. Ties ląstelės pusiauju atsiranda žiedo formos susiaurėjimas, kuris pagilina ir visiškai suriša ląstelės kūną. Dėl to susidaro dvi naujos ląstelės, kurios yra perpus mažesnės už motininę ląstelę. Susiaurėjimo srityje yra daug aktino, t.y. Mikrofilamentai vaidina svarbų vaidmenį judėjime. Citokinezė vyksta susiaurėjimo būdu.
Augalų ląstelėje. Ties pusiauju, ląstelės centre, susikaupus Golgi komplekso diktiozomų pūslelėms, susidaro ląstelės plokštelė, kuri auga iš centro į periferiją ir veda prie motininės ląstelės dalijimosi į dvi ląstelės. Vėliau pertvara sustorėja dėl celiuliozės nusėdimo ir susidaro ląstelės sienelė. Citokinezė vyksta per pertvarą.
3 klausimas: kas yra DNR reduplikacija?
Reduplikacija – tai DNR molekulės padvigubėjimas tarpfazės metu. Veikiant fermentui, nutrūksta vandenilio ryšiai tarp papildomų azoto bazių. Sruogos, sudarančios dvigubą DNR spiralę, atsiskiria. Iš laisvųjų nukleotidų pagal komplementarumo principą užbaigiamos antrosios gautų DNR grandžių grandinės. Dėl to iš vienos motininės molekulės atsiranda dvi identiškos dukterinės DNR molekulės.
4 klausimas. Kas vyksta tarpfazėje, kad būtų galima pasiruošti ląstelių dalijimuisi?
Interfazės metu ląstelė intensyviai ruošiasi dalytis, kurią sudaro:
Vyksta DNR reduplikacija;
daugėja daugelio organelių, įskaitant mitochondrijas, centrioles ir kitus;
ATP sintetinamas ir saugomas, o tai būtina tolesniems dalijimosi procesams.
5 klausimas. Kokioje fazėje dalijasi ląstelės citoplazma?
Citokinezė– citoplazmos atsiskyrimo tarp dviejų dukterinių ląstelių procesas vyksta paskutinėje mitozės fazėje – telofazėje.
Ląstelių ciklas. Mitozė
Viena iš svarbiausių gyvybės savybių – biologinių sistemų savaiminis dauginimasis, kurio pagrindas – ląstelių dalijimasis: „Nuo ląstelių dalijimosi priklauso ne tik paveldimumo reiškiniai, bet ir pats gyvybės tęstinumas“ (E. Wilsonas). Universalus padalijimo metodas eukariotinės ląstelės yra netiesioginis dalijimasis arba mitozė (iš senovės graikų „mitos“ - siūlas). Biologinė reikšmė Mitozė yra paveldimos informacijos apimties ir kokybės išsaugojimas.
Trumpa mitozės atradimo istorija
Ląstelių dalijimąsi (varlių kiaušinių suskaidymą) pirmieji pastebėjo prancūzų mokslininkai Prevostas ir Diuma (1824). Šį procesą plačiau aprašė italų embriologas M. Rusconi (1826). Branduolinio dalijimosi procesas kiaušinių smulkinimo metu jūros ežiai aprašė K. Baeris (1845). Pirmą kartą ląstelių dalijimąsi dumbliuose aprašė B. Dumortier (1832). Atskiras mitozės fazes stebėjo vokiečių botanikas W. Hofmeister (1849; Tradescantia kuokelių gijos ląstelės), rusų botanikas E. Russovas (1872; paparčių, asiūklių, lelijų sporų motininės ląstelės) ir I.D. Čistjakovas (1874; asiūklio ir samanų sporos), vokiečių zoologas A. Schneideris (1873; susmulkinti plokščiųjų kirmėlių kiaušinėliai), lenkų botanikas E. Strasburgeris (1875; spirogyra, samanos, svogūnas).
Branduolio sudedamųjų dalių judėjimo procesams apibūdinti vokiečių histologas W. Schleichneris pasiūlė terminą kariokinezė (1879), o vokiečių histologas W. Flemmingas – mitozės terminą (1878). 1880-aisiais. Bendroji chromosomų morfologija aprašyta Hoffmeisterio darbuose, tačiau tik 1888 metais vokiečių histologas W. Waldeyeris įvedė terminą chromosoma. Pagrindinis chromosomų vaidmuo saugant, atkuriant ir perduodant paveldimą informaciją buvo įrodytas tik XX amžiuje.
Biologinė reikšmė
Mitozės procesas užtikrina griežtai tolygų chromosomų pasiskirstymą tarp dviejų dukterinių branduolių, todėl daugialąsčiame organizme visos ląstelės turi lygiai vienodus (skaičiumi ir požymiais) chromosomų rinkinius. Chromosomose yra genetinė informacija, užkoduota DNR, todėl reguliarus, tvarkingas mitozinis procesas taip pat užtikrina, kad visa informacija būtų visiškai perduota kiekvienam iš dukterinių branduolių; dėl to kiekviena ląstelė turi visą genetinę informaciją, reikalingą visoms organizmo savybėms sukurti. Šiuo atžvilgiu tampa aišku, kodėl viena ląstelė, paimta iš visiškai diferencijuoto suaugusio augalo, tinkamomis sąlygomis gali išsivystyti į visą augalą. Mes aprašėme mitozę diploidinėje ląstelėje, tačiau šis procesas panašiai vyksta ir haploidinėse ląstelėse, pavyzdžiui, augalų gametofitinės kartos ląstelėse.
Tie. Biologinė mitozės reikšmė yra ta, kad mitozė užtikrina paveldimą savybių ir savybių perdavimą ląstelių kartų serijomis daugialąsčio organizmo vystymosi metu. Dėl tikslaus ir vienodo chromosomų pasiskirstymo mitozės metu visos vieno organizmo ląstelės yra genetiškai identiškos.
Mitozinis ląstelių dalijimasis yra visų nelytinio dauginimosi formų ir vienaląsčių, ir vienaląsčių daugialąsčiai organizmai. Mitozė lemia svarbiausius gyvybės reiškinius: audinių ir organų augimą, vystymąsi ir atkūrimą bei nelytinį organizmų dauginimąsi.
Biologinė mitozės reikšmė yra labai didelė. Nežinančiam sunku net įsivaizduoti, kokį vaidmenį gyvenime vaidina paprastas ląstelių dalijimosi procesas organizme. Ląstelių gebėjimas dalytis yra svarbiausia ir pagrindinė jų funkcija. Be to neįmanoma tęsti gyvybės Žemėje, padidinti vienaląsčių organizmų populiacijų, neįmanoma išsivystyti ir tęsti didelio daugialąsčio organizmo egzistavimą, taip pat neįmanoma sukurti naujos gyvybės iš apvaisinto kiaušinėlio.
Biologinė mitozės reikšmė būtų daug mažesnė, jei ji nebūtų daugelio įvykių, vykstančių mūsų planetoje, esmė. biologiniai procesai. Šis procesas vyksta keliais etapais. Kiekvienas iš jų apima keletą veiksmų ląstelėje. To rezultatas yra privalomas vienos ląstelės genetinės bazės padauginimas iš dviejų dubliuojant DNR, kad vėliau motininė ląstelė suteiktų gyvybę dviem dukterinėms ląstelėms.
Visas ląstelės gyvenimas gali būti apskaičiuojamas nuo dukterinės ląstelės susidarymo iki vėlesnio jos dalijimosi į dvi dalis. Šis laikotarpis biologijoje vadinamas „ląstelių ciklu“.
Pati pirmoji mitozės fazė yra tikrasis pasiruošimas tam laikotarpiui, kai veikia ląstelės, turinčios branduolius tiesioginis mokymas dalijimasis vadinamas tarpfaze. Jame vyksta visi svarbiausi dalykai, būtent DNR grandinės ir kitų struktūrų padvigubėjimas, taip pat sintezė didelis kiekis voverė. Taigi ląstelės chromosomos padvigubėja, o kiekviena tokios dvigubos chromosomos pusė vadinama „chromatidu“.
Po tarpfazės prasideda pats dalijimosi procesas – mitozė. Tai taip pat vyksta keliais etapais. Dėl to visos padvigubintos dalys yra ištemptos simetriškai per ląstelę, todėl suformavus centrinę pertvarą kiekvienoje naujoje ląstelėje lieka tiek pat suformuotų komponentų.
Ir mejozė panašiai, bet pastarojoje (dalijimosi metu vyksta du dalijimasis, ir dėl to gaunamos ne dvi, o keturios „dukterinės“ ląstelės. Taip pat prieš antrąjį dalijimąsi nebūna chromosomų padvigubėjimas, todėl jų nustatytas dukterinėse ląstelėse lieka pusė.
1. Profazė. Šioje fazėje labai aiškiai matomi ląstelės centrioliai. Jų yra tik gyvūnų ir žmogaus ląstelėse. Augalai neturi centriolių.
2. Prometafazė. Šiuo metu baigiasi profazė ir prasideda metafazė.
3. Metafazė. Šiuo metu chromosomos yra ląstelės "ekvatoriuje".
4. Anafazė. Chromosomos juda į skirtingus polius.
5. Telofazė. Viena „motinos“ ląstelė dalijasi suformuodama centrinę pertvarą į dvi „dukterines“ ląsteles. Taip baigiasi ląstelių dalijimasis arba mitozė.
Svarbiausia biologinė mitozės reikšmė – absoliučiai identiškas padvigubėjusių chromosomų padalijimas į 2 identiškas dalis ir jų išsidėstymas dviejose „dukterinėse“ ląstelėse. Skirtingi tipai skirtingų organizmų ląstelės ir ląstelės turi skirtingą dalijimosi trukmę – mitozę, tačiau vidutiniškai tai trunka apie pusantros valandos. Yra daug veiksnių, turinčių įtakos šiam labai trapiam procesui. Bet kokios besikeičiančios aplinkos sąlygos, pavyzdžiui, aplinkos temperatūra, šviesos fazės, slėgis aplinkoje ir kūno bei ląstelės viduje, taip pat daugelis kitų veiksnių gali reikšmingai paveikti tiek ląstelių dalijimosi proceso trukmę, tiek kokybę. Taip pat visos mitozės trukmė ir atskiri jos etapai gali tiesiogiai priklausyti nuo audinio, kurio ląstelėse ji atsiranda, tipo.
Biologinė mitozės reikšmė tampa vis vertingesnė su kiekvienu nauju atradimu citologijos srityje, nes be šio proceso gyvybė planetoje neįmanoma.
Mitozė– Tai yra labiausiai paplitęs eukariotinių ląstelių dalijimosi būdas. Mitozės metu kiekvienos iš dviejų gautų ląstelių genomai yra identiški vienas kitam ir sutampa su pradinės ląstelės genomu.
Mitozė yra paskutinė ir dažniausiai trumpiausia stadija ląstelių ciklas. Jai pasibaigus, baigiasi ląstelės gyvavimo ciklas ir prasideda dviejų naujai susiformavusių ląstelių ciklai.
Diagrama iliustruoja ląstelės ciklo etapų trukmę. Raidė M reiškia mitozę. Didžiausias mitozės dažnis stebimas lytinėse ląstelėse, mažiausias – audiniuose su aukštas laipsnis diferenciacija, jei jų ląstelės apskritai dalijasi.
Nors mitozė nagrinėjama nepriklausomai nuo tarpfazės, susidedančios iš G 1, S ir G 2 periodų, pasiruošimas jai vyksta būtent joje. Labiausiai svarbus punktas yra DNR replikacija, kuri vyksta sintetiniu (S) periodu. Po replikacijos kiekviena chromosoma jau susideda iš dviejų identiškų chromatidžių. Jie yra arti vienas kito per visą ilgį ir sujungti chromosomos centromeroje.
Tarpfazės metu chromosomos išsidėsto branduolyje ir yra plonų, labai ilgų chromatino gijų raizginys, matomas tik elektroniniu mikroskopu.
Mitozė turi keletą nuoseklių fazių, kurios taip pat gali būti vadinamos etapais arba laikotarpiais. Klasikinėje supaprastintoje svarstymo versijoje išskiriamos keturios fazės. Tai profazė, metafazė, anafazė ir telofazė. Dažnai išskiriamos daugiau fazių: prometafazė(tarp profazės ir metafazės), išankstinė fazė(būdinga augalų ląstelėms, prieš profazę).
Kitas su mitoze susijęs procesas yra citokinezė, kuris dažniausiai pasireiškia telofazės laikotarpiu. Galima sakyti, kad citokinezė yra tarsi neatsiejama telofazės dalis arba abu procesai vyksta lygiagrečiai. Citokinezė reiškia pirminės ląstelės citoplazmos (bet ne branduolio!) atskyrimą. Branduolio dalijimasis vadinamas kariokinezė, ir jis yra prieš citokinezę. Tačiau pačios mitozės metu branduolio dalijimasis nevyksta, nes pirmiausia suyra vienas, tėvas, tada susidaro du nauji, dukteriniai.
Pasitaiko atvejų, kai atsiranda kariokinezė, o citokinezė – ne. Tokiais atvejais susidaro daugiabranduolės ląstelės.
Pačios mitozės ir jos fazių trukmė yra individuali ir priklauso nuo ląstelės tipo. Paprastai profazė ir metafazė yra ilgiausi.
Vidutinė mitozės trukmė yra apie dvi valandas. Gyvūnų ląstelės paprastai dalijasi greičiau nei augalų ląstelės.
Kai eukariotinės ląstelės dalijasi, būtinai susidaro bipolinis dalijimosi velenas, susidedantis iš mikrotubulių ir susijusių baltymų. Jo dėka paveldima medžiaga pasiskirsto tolygiai tarp dukterinių ląstelių.
Žemiau pateiksime procesų, vykstančių ląstelėje įvairiose mitozės fazėse, aprašymą. Perėjimas į kiekvieną sekančią fazę ląstelėje kontroliuojamas specialiais biocheminiais valdymo taškais, kurie „tikrina“, ar viskas yra būtinus procesus buvo užpildyti teisingai. Jei yra klaidų, padalijimas gali sustoti arba nesustoti. IN pastarasis atvejis atsiranda nenormalių ląstelių.
Mitozės fazės
Profazėje vyksta šie procesai (dažniausiai lygiagrečiai):
Chromosomos kondensuojasi
Branduoliai išnyksta
Branduolinis apvalkalas suyra
Suformuojami du veleno poliai
Mitozė prasideda nuo chromosomų sutrumpėjimo. Jas sudarančios chromatidžių poros susisuka spirale, dėl to chromosomos labai sutrumpėja ir sustorėja. Profazės pabaigoje juos galima pamatyti šviesos mikroskopu.
Branduoliai nyksta, nes juos sudarančios chromosomų dalys (branduolių organizatoriai) jau yra spiralinės formos, todėl yra neaktyvios ir nesąveikauja viena su kita. Be to, nukleoliniai baltymai suyra.
Gyvūnų ir žemesnių augalų ląstelėse ląstelės centro centrioliai nukrypsta į ląstelės polius ir išsikiša mikrotubulų organizavimo centrai. Nors aukštesni augalai Centrolių nėra, susidaro ir mikrovamzdeliai.
Trumpi (astraliniai) mikrovamzdeliai pradeda skirtis nuo kiekvieno organizacijos centro. Susidaro į žvaigždę panaši struktūra. Jis nėra gaminamas augaluose. Jų dalijimosi poliai platesni, mikrovamzdeliai išnyra ne iš mažo, o iš gana plataus regiono.
Branduolinės membranos suskaidymas į mažas vakuoles žymi profazės pabaigą.
Mikronuotraukoje dešinėje žalias mikrovamzdeliai paryškinti, chromosomos – mėlynai, chromosomų centromerai – raudonai.
Taip pat reikėtų pažymėti, kad mitozės fazės metu EPS suskaidoma, ji suskaidoma į mažas vakuoles; Golgi aparatas skyla į atskiras diktioomas.
Pagrindiniai prometafazės procesai dažniausiai vyksta nuosekliai:
Chaotiškas chromosomų išsidėstymas ir judėjimas citoplazmoje.
Sujungiant juos mikrovamzdeliais.
Chromosomų judėjimas į ląstelės pusiaujo plokštumą.
Chromosomos patenka į citoplazmą ir juda atsitiktinai. Patekę į polius, jie turi didesnę galimybę prisitvirtinti prie pliusinio mikrotubulo galo. Galų gale siūlas prisitvirtina prie kinetochoro.
Pradeda augti toks kinetochoras mikrovamzdelis, kuris atitolina chromosomą nuo poliaus. Tam tikru momentu prie seserinės chromatidės kinetochoro prisitvirtina kitas mikrovamzdelis, išaugantis iš kito dalijimosi poliaus. Ji taip pat pradeda stumti chromosomą, bet priešinga kryptimi. Dėl to chromosoma tampa ties pusiauju.
Kinetochorai yra baltymų dariniai chromosomų centromeruose. Kiekviena sesuo chromatidė turi savo kinetochorą, kuri „bręsta“ profazėje.
Be astralinių ir kinetochorų mikrovamzdelių, yra ir tokių, kurie eina nuo vieno poliaus į kitą, tarsi plečia ląstelę statmena pusiaujui kryptimi.
Metafazės pradžios ženklas yra chromosomų išsidėstymas išilgai pusiaujo, taip vadinamas metafazė arba pusiaujo plokštė. Metafazės metu aiškiai matomas chromosomų skaičius, jų skirtumai ir tai, kad jos susideda iš dviejų seserinių chromatidžių, sujungtų centromeroje.
Chromosomas laiko kartu subalansuotos įtempimo jėgos skirtinguose poliuose esančiuose mikrotubuluose.
Seserinės chromatidės išsiskiria, kiekviena juda savo poliaus link.
Stulpai tolsta vienas nuo kito.
Anafazė yra trumpiausia mitozės fazė. Jis prasideda, kai chromosomų centromerai suskyla į dvi dalis. Dėl to kiekviena chromatidė tampa nepriklausoma chromosoma ir yra prijungta prie vieno poliaus mikrotubulo. Siūlai "traukia" chromatides į priešingus polius. Tiesą sakant, mikrovamzdeliai yra išardomi (depolimerizuojami), tai yra, jie sutrumpinami.
Gyvūnų ląstelių anafazėje juda ne tik dukterinės chromosomos, bet ir patys poliai. Dėl kitų mikrotubulių jie stumia vienas nuo kito, astraliniai mikrovamzdeliai prisitvirtina prie membranų ir taip pat „traukia“.
Chromosomų judėjimas sustoja
Chromosomos dekondensuoja
Atsiranda branduoliai
Branduolinė membrana atkurta
Dauguma mikrotubulių išnyksta
Telofazė prasideda, kai chromosomos nustoja judėti, sustoja ties ašigaliais. Jie nusileidžia, tampa ilgi ir panašūs į siūlus.
Verpstės mikrovamzdeliai sunaikinami nuo ašigalių iki pusiaujo, t.y., nuo jų minusinių galų.
Branduolinis apvalkalas aplink chromosomas susidaro susiliejus membraninėms pūslelėms, į kurias profazės metu suskilo motinos branduolys ir EPS. Kiekviename ašigalyje susidaro savas dukterinis branduolys.
Chromosomoms susiskaldžius, suaktyvėja branduolio organizatoriai ir atsiranda branduolių.
RNR sintezė atsinaujina.
Jei centrioliai prie polių dar nėra suporuoti, tada šalia kiekvieno iš jų statoma pora. Taigi kiekviename poliuje atkuriamas savas ląstelės centras, kuris pateks į dukterinę ląstelę.
Paprastai telofazė baigiasi citoplazmos atskyrimu, ty citokineze.
Citokinezė gali prasidėti jau anafazės metu. Iki citokinezės pradžios ląstelių organelės pasiskirsto gana tolygiai per polius.
Augalų ir gyvūnų ląstelių citoplazmos atskyrimas vyksta įvairiais būdais.
Gyvūnų ląstelėse dėl elastingumo ląstelės pusiaujo dalyje esanti citoplazminė membrana pradeda išsipūsti į vidų. Susidaro vaga, kuri ilgainiui užsidaro. Kitaip tariant, motininė ląstelė dalijasi perrišimo būdu.
Augalų ląstelėse telofazės metu verpstės gijos neišnyksta ties pusiauju. Jie priartėja prie citoplazminės membranos, jų skaičius didėja ir susidaro fragmoplastas. Jį sudaro trumpi mikrovamzdeliai, mikrofilamentai ir EPS dalys. Čia juda ribosomos, mitochondrijos ir Golgi kompleksas. Golgi pūslelės ir jų turinys ties pusiauju sudaro vidurinę ląstelės plokštelę, ląstelių sieneles ir dukterinių ląstelių membraną.
Mitozės reikšmė ir funkcijos
Mitozė užtikrina genetinį stabilumą: tikslus genetinės medžiagos atkūrimas per kelias kartas. Naujų ląstelių branduoliuose yra tiek pat chromosomų, kiek ir pirminėje ląstelėje, ir šios chromosomos yra tikslios pirminių ląstelių kopijos (nebent, žinoma, įvyko mutacijų). Kitaip tariant, dukterinės ląstelės yra genetiškai identiškos motininei ląstelei.
Tačiau mitozė taip pat atlieka keletą kitų svarbių funkcijų:
daugialąsčio organizmo augimas,
nelytinis dauginimasis,
įvairių audinių ląstelių pakeitimas daugialąsčiuose organizmuose,
Kai kuriose rūšyse gali atsirasti kūno dalių regeneracija.
Panašūs straipsniai
