Биологично значениемитоза

Състои се от факта, че митозата осигурява наследствено предаване на характеристики и свойства в редица поколения клетки по време на развитието на многоклетъчен организъм. Благодарение на точното и равномерно разпределение на хромозомите по време на митозата, всички клетки на един организъм са генетично идентични.

Митотичното клетъчно делене е в основата на всички форми на безполово размножаване, както при едноклетъчните, така и при многоклетъчните организми. Митозата определя най-важните явления на живота: растеж, развитие и възстановяване на тъкани и органи и безполово размножаване на организмите.

Мейоза

По време на половото размножаване дъщерен организъм възниква в резултат на сливането на две полови клетки (гамети) и последващото развитие от оплодена яйцеклетка - зигота.

Зародишните клетки на родителите имат хаплоиден набор (n) от хромозоми, а в зиготата, когато два такива набора се комбинират, броят на хромозомите става диплоиден (2n): всяка двойка хомоложни хромозоми съдържа една бащина и една майчина хромозома .

Хаплоидните клетки се образуват от диплоидните в резултат на специално клетъчно делене - мейоза.

Мейоза- вид митоза, в резултат на която се образуват хаплоидни гамети (1n) от диплоидни (2n) соматични клетки на половите жлези. По време на оплождането ядрата на гаметите се сливат и диплоидният набор от хромозоми се възстановява. По този начин мейозата гарантира, че наборът от хромозоми и количеството ДНК остават постоянни за всеки вид.

Мейозата е непрекъснат процес, състоящ се от две последователни деления, наречени мейоза I и мейоза II. Във всяко разделение се разграничават профаза, метафаза, анафаза и телофаза. В резултат на мейоза I броят на хромозомите се намалява наполовина (редукционно делене), по време на мейоза II клетъчната хаплоидност се запазва (еквационално делене). Клетките, влизащи в мейозата, съдържат 2n2xp генетична информация.

Профаза I. По време на профазата генетичната информация се обменя между хомоложни хромозоми. Това е най-сложната фаза на мейозата, която е разделена на 5 подфази.

лептотенили етап на тънки нишки. Наречен е така, защото поради максималното уплътняване на хроматина е възможно да се разграничат отделни хромозоми в ядрото, които изглеждат като тънки нишки.

зиготена. Хромозомите се комбинират в хомоложни двойки. Всеки чифт е уникален по своята форма и разположение на колана. Такива двойки хромозоми се наричат ​​бивалентни. На този етап хомоложните хромозоми започват да се приближават една към друга по цялата си дължина, образувайки синаптонемален комплекс. Този процес е подобен на закопчаване на цип.

Пачитена. Хомоложните хромозоми започват селективно да обменят гени. Този процес се нарича пресичане.

Диплотена. Синаптонемният комплекс се разпада, хроматинът частично губи своята плътна структура, хромозомите се отдалечават леко една от друга, но остават свързани. Може да претърпи синтез на иРНК.

Диакинеза. Ядрената обвивка се разтваря и се превръща във везикули. Хроматинът отново става по-плътен. Две центромери, съдържащи центриоли, се отклоняват към полюсите на клетката - образува се вретено на делене. Микротубулите се прикрепят към кинетохорите на хромозомите.

IN метафазаПри мейоза I двувалентните хромозоми са разположени в екваториалната равнина на клетката. В този момент тяхната спирализация достига своя максимум. Съдържанието на генетичния материал не се променя (2n2xr).

IN анафазаХомоложните хромозоми на мейоза I, състоящи се от две хроматиди, най-накрая се отдалечават една от друга и се отклоняват към полюсите на клетката. Следователно от всяка двойка хомоложни хромозоми само една попада в дъщерната клетка - броят на хромозомите се намалява наполовина (настъпва редукция). Съдържанието на генетичен материал става 1n2xp на всеки полюс.

IN телофазаОбразуват се ядра и цитоплазмата се разделя – образуват се две дъщерни клетки. Дъщерните клетки съдържат хаплоиден набор от хромозоми, всяка хромозома съдържа две хроматиди (1n2хр).

Интеркинеза- кратък интервал между първото и второто мейотично делене. По това време репликацията на ДНК не се извършва и двете дъщерни клетки бързо навлизат в мейоза II, която протича като митоза.

В профаза мейоза IIПротичат същите процеси като в профазата на митозата. В метафазата хромозомите са разположени в екваториалната равнина. Няма промени в съдържанието на генетичен материал (1n2хр). В анафазата на мейоза II, хроматидите на всяка хромозома се преместват към противоположните полюси на клетката и съдържанието на генетичен материал на всеки полюс става lnlxp. В телофазата се образуват 4 хаплоидни клетки (lnlxp).

Така в резултат на мейозата от една диплоидна майчина клетка се образуват 4 клетки с хаплоиден набор от хромозоми. В допълнение, в профаза на мейоза I се получава рекомбинация на генетичен материал (кросингоувър), а в анафаза I и II хромозомите и хроматидите произволно се преместват към единия или другия полюс. Тези процеси са причина за комбинативната изменчивост.

Биологично значение на мейозата:

1) е основният етап на гаметогенезата;

2) осигурява предаването на генетична информация от организъм на организъм по време на половото размножаване;

3) дъщерните клетки не са генетично идентични на майката и помежду си.

И също така, биологичното значение на мейозата се крие във факта, че е необходимо намаляване на броя на хромозомите по време на образуването на зародишни клетки, тъй като по време на оплождането ядрата на гаметите се сливат. Ако това намаление не се случи, тогава в зиготата (и следователно във всички клетки на дъщерния организъм) ще има два пъти повече хромозоми. Това обаче противоречи на правилото за постоянен брой хромозоми. Благодарение на мейозата половите клетки са хаплоидни и при оплождане диплоидният набор от хромозоми се възстановява в зиготата

Въпрос

Сред разнообразните прояви на жизнената активност (хранене, подреждане на местообитанията, защита от неприятели) размножаването играе специална роля. В известен смисъл съществуването на един организъм е подготовка за изпълнението му на основната биологична задача - участие в размножаването. Способността на организмите да се възпроизвеждат се основава на определени клетъчни механизми. Способността за възпроизвеждане е неразделно свойство на живите същества. С негова помощ биологичните видове и животът като такъв се запазват във времето. Биологична ролявъзпроизвеждането е, че осигурява смяната на поколенията. Разликите, които естествено се появяват във фенотипите на индивиди от различни поколения, правят естествения подбор и следователно еволюцията на живота възможна. Възпроизвеждането възниква в хода на историческото развитие на органичния свят в самото му състояние ранна фазазаедно с клетката. В процеса на биологично размножаване, наред със смяната на поколенията и поддържането на достатъчно ниво на вътрешноспецифична променливост, проблемите за увеличаване на броя на индивидите и запазване на типовете структурна и физиологична организация, които се развиват в еволюцията (чрез възпроизвеждане на себеподобни) също са решени. Последното се дължи на факта, че по време на репродукцията генетичният материал (ДНК) се предава в продължение на няколко поколения, т.е. определена биологична информация, специфична за даден тип.

В зависимост от естеството на клетъчния материал, използван за целите на размножаването, се разграничават различни методи и форми на последното. Има два начина на размножаване: безполов и сексуален.

Безполово размножаване- форма на размножаване, която не е свързана с обмен на генетична информация между индивидите - полов процес.

Деление на двеводи до появата от един родителски организъм на два

Безполово размножаване се наблюдава при животни с относително ниско нивоструктурна и физиологична организация, към която принадлежат много

увеличаване на броя на индивидите, но насърчава заселването, помага за оцеляването

неблагоприятни условия.

Полово размножаванеОтличава се с наличието на полов процес, който осигурява обмен на наследствена информация и създава условия за възникване на наследствена изменчивост. По правило в него участват два индивида - женски и мъжки, които образуват хаплоидни женски и мъжки репродуктивни клетки - гамети.

Формите на половия процес са конюгация и копулация.

Конюгация- особена форма на сексуалния процес, при който оплождането става чрез взаимен обмен на мигриращи ядра, движещи се от една клетка в друга по цитоплазмен мост, образуван от два индивида. Копулация(гаметогамия) - форма на полов процес, при която две различни по пол клетки - гамети - се сливат и образуват зигота. В този случай ядрата на гаметите образуват едно ядро ​​на зигота. Различават се следните основни форми на гаметогамия: изогамия, анизогамия и оогамия. При изогамияобразуват се подвижни, морфологично еднакви гамети, но физиологично се различават на „мъжки” и „женски”. Изогамията се среща в много водорасли.

При анизогамия (хетерогамия) се образуват подвижни гамети, различни морфологично и физиологично. Този тип полов процес е характерен за много водорасли.

Кога оогамиягаметите са много различни една от друга. Женската гамета е голяма, неподвижна яйцеклетка, съдържаща голям запас от хранителни вещества. Мъжките гамети - сперматозоиди - са малки, най-често подвижни клетки, които се движат с помощта на един или повече флагели. В семенните растения мъжките гамети - спермата - нямат камшичета и се доставят до яйцеклетката с помощта на поленова тръба. Оогамията е характерна за животни, висши растения и много гъби.

Въпрос

Полово размножаванеОтличава се с наличието на полов процес, който осигурява обмен на наследствена информация и създава условия за възникване на наследствена изменчивост. В него по правило участват два индивида - женски и мъжки, които образуват хаплоидни женски и мъжки полови клетки - гамети. В резултат на оплождането, т.е. сливането на женски и мъжки гамети, се образува диплоидна зигота с нова комбинация от наследствени характеристики, която става предшественик на нов организъм.

Гаметогенеза. Процесът на образуване и развитие на гамети се нарича гаметогенеза. При животните гаметогенезата се извършва в специални полови жлези - гонади. Въпреки това, например, гъбите и целентерните нямат гонади и гамети възникват от различни соматични клетки.

Спермата и яйцеклетките обикновено се образуват съответно от мъже и жени. Биологичните видове, при които всички организми са разделени на мъжки и женски в зависимост от клетките, които произвеждат, се наричат ​​двудомни. Има видове, при които един и същи организъм може да образува както мъжки, така и женски репродуктивни клетки. Такива организми се наричат.

Половите клетки претърпяват редица сложни трансформации в своето развитие. Процесът на образуване на мъжките зародишни клетки се нарича сперматогенеза, а този на женските се нарича оогенеза.

Сперматогенезата се извършва в мъжките полови жлези - тестисите. Тестисите на висшите животни се състоят от семенни каналчета. Във всяка тубула можете да намерите отделни зони, в които клетките са разположени в концентрични кръгове. Във всяка зона клетките са на подходящи етапи на развитие. Сперматогенезата се състои от четири периода: размножаване, растеж, съзряване и формиране. Зоната на възпроизвеждане е разположена по периферията на семенния тубул. Клетките в тази зона се наричат ​​сперматогонии. Те интензивно се делят чрез митоза, поради което броят им и самият тестис се увеличават. Периодът на интензивно делене на сперматогониите се нарича период на размножаване.

След пубертета се преместват някои сперматогонии следваща зона - зона на растеж, разположен по-близо до лумена на тубула. Тук клетките се увеличават по размер поради увеличаване на количеството цитоплазма и се превръщат в сперматоцити от първи ред (период на растеж ).

Третият период на развитие на мъжките гамети се нарича период на зреене . По това време сперматоцитите от първи ред се делят чрез мейоза. След първото разделение се образуват две сперматоцит от втори ред , а след втория - четири сперматиди , с овална форма и значително по-малки размери. Сперматидите се придвижват до зоната, която е най-близо до лумена на тубула (зона на образуване). Тук сперматидите променят формата си и стават зрели сперматозоиди , които след това се извеждат от тестисите по семенните канали.В тестисите се образуват огромен брой сперматозоиди. Така при всеки полов акт от човек се отделят около 200 милиона сперматозоиди.

Формата на мъжките гамети варира при различните животински видове. Най-характерните сперматозоиди за висшите животни са тези, които имат глава, шия и дълга опашка, която служи за активно движение. Точно това е структурата на човешката сперма. Главата съдържа сърцевината и незначителна сумацитоплазма с органели. В предния край на главата има акрозома, която е видоизменен апарат на Голджи. Съдържа ензими, които разтварят черупката на яйцето по време на оплождането. Шията съдържа центриоли и митохондрии.

Сперматозоидите нямат запаси от хранителни вещества и обикновено умират бързо.

Оогенеза възниква в специални жлези - яйчниците - и включва три периода: размножаване, растеж и съзряване. Тук няма период на образуване.По време на периода на размножаване предшествениците на зародишните клетки се делят интензивно - оогония. При бозайниците този период завършва преди раждането. По това време се образуват около 30 хиляди оогония, които остават непроменени в продължение на много години. С настъпването на пубертета периодично влизат отделни оогонии период на растеж. Клетките се уголемяват, в тях се натрупва жълтък – образуват се овоцити от първи ред. Всеки овоцит е заобиколен от малки фоликуларни клетки, които осигуряват неговото хранене. Тогава се образува зрял овоцит ( Граафов балон), подходящ за повърхността на яйчника. Стената му се счупва и навлиза овоцитът от първи ред коремна кухинаи по-навътре фалопиева тръба. Ооцитите от първи ред навлизат в периода на узряване - те се делят, но за разлика от подобен процес по време на сперматогенезата, тук се образуват клетки, които не са еднакви по размер: по време на първото делене на узряването, една овоцит от втори ред и малко първо полярно тяло, по време на второто разделение - зряло яйце и второ полярно тяло. Това неравномерно разпределение на цитоплазмата осигурява на яйцеклетката значително количество хранителни вещества, които след това се използват по време на развитието на ембриона.

зрял яйце , подобно на сперматозоидите, съдържа половината от броя на хромозомите, тъй като по време на периода на узряване овоцитите от първи ред претърпяват мейоза. Ооцитите най-често имат сферична форма.Обикновено са много по-големи от соматичните клетки. Човешката яйцеклетка например е с диаметър 150-200 микрона. Особено големи размери достигат яйцата на животни, чието ембрионално развитие протича извън тялото на майката (яйца на птици, влечуги, земноводни и риби).

Яйцата съдържат редица вещества, необходими за образуването на ембриона. На първо място, това е хранителен материал - жълтъкът. В зависимост от количеството на жълтъка и характера на разпределението му се разграничават няколко вида яйца. Яйцата са покрити с ципи. Мембраните изпълняват защитни функции, осигуряват обмяната на вещества с околната среда, а в плацентата служат за въвеждане на ембриона в стената на матката. Процесът, който причинява срещата на мъжките и женските репродуктивни клетки при животните, се нарича осеменяване. Има външно и вътрешно осеменяване.

При външно осеменяване, Характерно за повечето водни животни, спермата и яйцата се отделят във водата, където се сливат. За такова осеменяване не е необходима директна среща на мъжки и женски индивиди, но е необходим голям брой гамети, тъй като повечето от тях умират.

Вътрешно осеменяванехарактерни за обитателите на сушата, където няма условия за запазване и среща на гамети във външната среда. При този тип осеменяване сперматозоидите се въвеждат в репродуктивния тракт на жената. Вътрешното осеменяване е характерно за всички сухоземни гръбначни животни (влечуги, птици, бозайници), както и за червеи, паяци и насекоми. Когато спермата достигне до яйцеклетката, възниква процес Оплождане . Извършва се по следния начин. При контакт с яйцеклетката акрозомата на спермата се разкъсва и съдържанието й се освобождава. Под въздействието на акрозомните ензими черупката на яйцето в точката на контакт се разтваря. Вътрешната повърхност на акрозомата е удължена и се образува акрозомален процес, който прониква в разтворената зона на яйчните мембрани и се слива с яйчната мембрана. В този момент от цитоплазмата се образува възприемчив туберкул. Той улавя ядрото, центриолите и митохондриите на спермата и ги пренася в яйцето. Цитоплазмената мембрана на спермата е вградена в мембраната на яйцеклетката.

Проникването на сперма в яйцеклетката води до отлепване на оплождащата мембрана от яйцеклетката. Между него и повърхността на яйцето се появява пространство, пълно с течност. Образуването на мембраната за оплождане предотвратява навлизането на други сперматозоиди в яйцето.

Прониквайки в цитоплазмата на яйцеклетката, ядрото на спермата набъбва и достига размера на ядрото на яйцеклетката. Ядрата се приближават и се сливат. Този момент е самото оплождане. В резултат на това се образува една диплоидна зигота от две гамети, т.е. диплоидният набор от хромозоми се възстановява.

По време на оплождането един сперматозоид обикновено прониква в яйцето. При насекоми, риби, птици и други животни обаче няколко сперматозоида могат да проникнат в яйцето. Това явление се нарича полиспермия. В този случай ядрото само на един сперматозоид се слива с ядрото на яйцеклетката. Ядрата на други сперматозоиди се унищожават. Оплождането обаче изисква участието на много сперматозоиди, тъй като те отделят ензими, които осигуряват проникването им в яйцето. Ако няма достатъчно ензими, оплождането не настъпва.

Въпрос

Генетиката като наука: цели, задачи, обекти и методи на изследване. Нива на изследване на генетичните феномени. Основните насоки и етапи на развитие на генетиката от 1900 г. Ролята на местни и чуждестранни учени. Основни понятия на генетиката. Значението на генетиката за медицината.

Като наука генетиката изучава два основни проблема – наследствеността и изменчивостта, опитва се да обясни механизмите на предаване на белези от родителите на техните деца, както и приликите и разликите между родствените организми. Наследственост- това е способността, присъща на всички организми, да предават своите характеристики на своето потомство, което води до биологично сходство между родителите и тяхното потомство, както и да осигури възможност за индивидуално развитие в съответствие с постоянно променящите се условия на околната среда. Променливостпредставлява способността на организмите да придобиват различни видове промени. По този начин наследствеността, като консервативна, осигурява запазването на характеристиките и свойствата на организмите в продължение на много поколения, а променливостта причинява формирането на нови характеристики в резултат на промени в генетичната информация или условията на околната среда. Задачите на генетиката произтичат от установените общи закономерности на наследствеността и изменчивостта. Тези задачи включват изследване на: 1) механизми за съхраняване и предаване на генетична информация от родителски форми към дъщерни форми; 2) механизмът за внедряване на тази информация под формата на характеристики и свойства на организмите в процеса на тяхното индивидуално развитие под контрола на гените и влиянието на условията на околната среда; 3) видове, причини и механизми на променливост на всички живи същества; 4) връзката между процесите на наследственост, изменчивост и селекция като движещи фактори в еволюцията на органичния свят.

Генетиката е и основа за решаването на редица важни практически проблеми. Те включват: 1) избор на най-ефективните видове хибридизация и методи за селекция; 2) управление на развитието на наследствените характеристики, за да се получат най-значимите резултати за дадено лице; 3) изкуствено производство на наследствено модифицирани форми на живи организми; 4) разработване на мерки за защита на дивата природа от вредното мутагенно въздействие на различни фактори на околната среда и методи за борба с наследствените заболявания на човека, вредителите по селскостопанските растения и животни; 5) разработване на методи за генно инженерство за получаване на високоефективни производители на биологично активни съединения, както и за създаване на принципно нови технологии в селекцията на микроорганизми, растения и животни.

При изучаване на наследствеността и променливостта на различни нива на организация на живата материя (молекулярно, клетъчно, организмово, популационно) в генетиката се използват различни методи на съвременната биология: хибридологични, цитогенетични, биохимични, генеалогични, близнаци, мутация и др. многото методи за изучаване на моделите на наследствеността централно място принадлежи на хибридологичния метод. Същността му се състои в хибридизация (кръстосване) на организми, които се различават един от друг по една или повече характеристики, последвано от анализ на потомството. Този метод ви позволява да анализирате моделите на наследяване и променливостта на отделните черти и свойства на организма по време на сексуално размножаване, както и променливостта на гените и тяхната комбинация. Основната целГенетиката винаги е имала за цел разбирането на механизмите на наследствеността, изучаването на всеки ген поотделно, за да се определят функциите му като градивен елемент, който носи определено количество наследствена информация. От само себе си се разбира, че е невъзможно да се провеждат такива изследвания само в едно направление на науката. Ето защо хромозомната теория за наследствеността се развива успоредно с няколко свързани дисциплини, като цитология, молекулярна биология и др. Човешката генетика, или медицинска генетика, изучава явленията на наследствеността и изменчивостта в различни човешки популации, особеностите на проявата и развитието на нормални (физически, творчески, интелектуални способности) и патологични характеристики, зависимостта на заболяванията от генетична предопределеност и условия заобикаляща среда, включително от социално битови условия. Формирането на медицинската генетика започва през 30-те години. XX век, когато започват да се появяват факти, потвърждаващи, че унаследяването на черти при хората е подчинено на същите закони, както при другите живи организми. Задачата на медицинската генетика е да идентифицира, изучава, предотвратява и лекува наследствени заболявания, както и да разработва начини за предотвратяване на вредното въздействие на факторите на околната среда върху човешката наследственост. Когато изучават наследствеността и човешката изменчивост, те използват следните методи:

Генеалогичен методви позволява да откриете семейните връзки и да проследите наследяването на нормални или патологични характеристики сред близки и далечни роднини в дадено семейство въз основа на съставяне на родословие - генеалогия. Ако има родословия, тогава, използвайки обобщени данни за няколко семейства, е възможно да се определи типът на наследяване на даден признак - доминиращ или рецесивен, свързан с пола или автозомно, както и неговия моногенен или полигенен характер. Генеалогичният метод е доказал унаследяването на много болести, напр захарен диабет, шизофрения, хемофилия и др.

Генеалогичният метод се използва за диагностика на наследствени заболявания и медико-генетично консултиране; дава възможност за генетична профилактика (предотвратяване на раждането на болно дете) и ранна профилактиканаследствени заболявания.

Двойен методсе състои в изучаване на развитието на черти при близнаци. Тя ви позволява да определите ролята на генотипа в наследяването на сложни черти, както и да оцените влиянието на фактори като възпитание, обучение и др.

Цитогенетичен методвъз основа на микроскопско изследване на хромозомната структура при здрави и болни хора. Цитогенетичният контрол се използва при диагностицирането на редица наследствени заболяваниясвързани с явленията на анеуплоидия и различни хромозомни пренареждания. Той също така дава възможност да се изследва стареенето на тъканите въз основа на изследвания на свързаната с възрастта динамика на клетъчната структура, да се установи мутагенното действие на факторите на околната среда върху хората и др.

Биохимични методиизследванията на човешката наследственост помагат да се открият редица метаболитни заболявания (въглехидрати, аминокиселини, липиди и др.), като се използва например изследване на биологични течности (кръв, урина, амниотична течност) чрез качествен или количествен анализ. Причината за тези заболявания е промяна в активността на определени ензими.

Кратка информацияот историята на генетиката.Генетиката изучава моделите на наследствеността и изменчивостта, които са свързани с основните свойства на живата материя и всички организми. Генетиката като наука се е развила в отговор на практически нужди. При отглеждането на домашни животни и култивирани растения от древни времена се използва хибридизация, т.е. кръстосване на организми, принадлежащи към различни видове, породи, сортове или различаващи се един от друг по някои характеристики. Сравнявайки хибридите с оригиналните форми, практикуващите отдавна са забелязали някои характеристики на наследяването на черти.

Основните модели на приемственост на свойствата и характеристиките през поколенията са открити от Г. Мендел (1822-1884). Той прави доклад за своите изследвания през 1865 г. на събрание на Дружеството на любителите на естествената история в Бърно (Чехословакия). Работата на Мендел „Опити върху растителни хибриди“, която по-късно става класика, е публикувана в сборника на същото общество през 1866 г., но по това време не привлича вниманието на съвременниците му.

Едва през 1900г същите модели отново са установени независимо един от друг от G. de Vries в Холандия, K. Correns в Германия и E. Cermak в Австрия. Скоро, благодарение на експерименти за хибридизация, проведени с множество обекти, беше показано, че моделите, открити от Мендел, са характерни за всички организми, растения и животни. 1900 г. може да се счита за годината на второто раждане на генетиката.

В началото на 20в. по предложение на датския учен И. Йохансен дискретните единици на наследствеността са наречени гени.

През 1902 г. Т. Бовери в Германия, Е. Уилсън и Д. Сетън в САЩ отбелязват, че при предаването на наследствени фактори има паралелизъм в поведението на хромозомите по време на образуването на зародишни клетки и оплождането. Това съвпадение доведе до предположението за връзка между наследствените фактори и хромозомите. Хипотезата се оказва плодотворна и бележи нов етап в изучаването на явленията на наследствеността, свързани със синтеза на генетиката и цитологията.

Най-големи успехи в тази посока постигна школата на американския генетик Т.Г. Морган (1866-1945), който формулира хромозомната теория за наследствеността (1911). Школата на Морган доказа, че гените са разположени върху хромозомите и са подредени в линеен ред.

През 30-те години на ХХ век. дефинирането на ген само като част от хромозома вече не удовлетворява изследователите. Напредъкът в развитието на биохимията направи възможно по-точното характеризиране на материалния субстрат на наследствеността.

Съветският изследовател Н. К. Колцов (1872-1940) още през 1928 г. изрази идеята за връзката между гените и определено химическо вещество. Той приема, че хромозомата е голяма протеинова молекула, чиито отделни радикали изпълняват функцията на гени. Н.К. Колцов вярва, че протеиновите мицели са способни на самовъзпроизвеждане. Тази теория се оказа погрешна, но за първи път в науката беше направен опит да се разгледат моделите на наследствеността на молекулярно ниво и за първи път беше изложена идеята за авторепродукция на единици наследствена информация (т. матричен принцип на синтеза на макромолекулите). През последните десетилетия беше възможно да се проникне по-дълбоко в изучаването на материалните основи на наследствеността и да се премине към изясняване на тяхната химическа природа.

През 40-те години G. Beadle и E. Tatum установяват, че гените определят образуването на ензими, които, като насочват клетъчния метаболизъм по определен начин, влияят върху развитието на структурите и физиологичните свойства на организмите (един ген - един ензим).

През 1944 г. О. Ейвъри, К. Маклауд и М. Маккарти, използвайки микроорганизми, установяват, че предаването на наследствена информация е свързано с нуклеинова киселина (ДНК). Изследванията на съветския биохимик А. Н. Белозерски (1905-1972) изиграха важна роля в изучаването на ДНК. Още през 30-те години той представи данни, че ДНК е основен компонент на хромозомите на растителни и животински клетки, и изследва нуклеотидния състав на ДНК на много видове. По-нататъшните изследвания на явленията на наследствеността трябваше да преминат на молекулярно ниво. До началото на 40-те години бяха предложени принципно нови методи, които направиха възможно поставянето на основите на молекулярната генетика: електронна микроскопия, методът на белязаните атоми, рентгеновият структурен анализ и др. Молекулярната биология възниква на пресечната точка на генетиката, микробиологията, биохимия и физика. Изследванията на физиците изиграха жизненоважна роля; Така в началото на 50-те години в лаборатория, ръководена от английския физик М. Уилкинсън, с помощта на рентгенови лъчи и математически изчисления са получени рентгенови изображения на ДНК верига. Американският биохимик Е. Чаргаф открива правилото за комплементарност между пуриновите и пиримидиновите бази. Въз основа на сравнението и анализа на тези данни генетиците Дж. Уотсън и Ф. Крик през 1953 г. предлагат модел на макро молекулярна структураДНК, оформена като двойна спирала. Започва задълбочено изследване на наследствеността на молекулярно ниво.

Така в историята на генетиката могат да се разграничат три етапа: първият е изучаването на явленията на наследствеността на организмово ниво, вторият - на клетъчно ниво и третият - на молекулярно ниво. Естествено, дори и днес изучаването на свойствата на наследствеността на всички нива не е загубило значението си. Селекцията се основава на изследване на генетични модели, т.е. създаване на нови и подобряване на съществуващи породи домашни животни, сортове култивирани растения, както и микроорганизми, използвани във фармацевтичната промишленост, медицината и националната икономика.

Основни понятия и термини от генетиката.

Наследственост- свойството на организмите да повтарят подобни характеристики в редица поколения и да осигурят специфичния характер на индивидуалното развитие при определени условия на околната среда. Благодарение на наследствеността родителите и потомците имат подобен тип биосинтеза, което определя сходството в химичния състав на тъканите, естеството на метаболизма, физиологичните функции, морфологични особеностии други функции. В резултат на това всеки тип организъм се възпроизвежда от поколение на поколение.

Променливост- Това е явление, противоположно на наследствеността. Състои се в промяна на наследствените наклонности, както и в променливостта на техните прояви по време на развитието на организмите при взаимодействие с външната среда. Елементарните дискретни единици на наследствеността са гени. СЪС химическа точкаПо отношение на зрението те са сегменти от ДНК молекула. Всеки ген определя последователността на аминокиселините в един от протеините, което в крайна сметка води до внедряването на определени характеристики в онтогенезата на индивида. Под признаци се разбират морфологични, физиологични, биохимични, патологични и други свойства на организмите, по които някои от тях се различават от други.

Обикновено се наричат ​​гени, които определят развитието на алтернативни черти алеленте са разположени в едни и същи локуси на хомоложни хромозоми.

Ако и двете хомоложни хромозоми съдържат едни и същи алелни гени, такъв организъм се нарича хомозиготени произвежда само един тип гамети. Ако алелните гени са различни, тогава се нарича такъв организъм хетерозиготниот тази характеристика, той произвежда два вида гамети.

Съвкупността от всички наследствени фактори се нарича генотип. Терминът "генотип" се използва и в по-тесен смисъл за обозначаване на онези гени, чието наследство е обект на изследване.

Нарича се съвкупността от всички признаци и свойства на организма фенотип. Фенотипът се развива до генетична основав резултат на взаимодействието на организма с условията на околната среда. Следователно организмите с еднакъв генотип могат да се различават един от друг в зависимост от условията на развитие и съществуване. Границите, в които, в зависимост от условията на околната среда, варират фенотипни проявигенотип се наричат норма на реакция .

Наследство - метод за предаване на наследствена информация, който може да варира в зависимост от формите на възпроизвеждане. При безполовото размножаване наследяването става чрез вегетативни клетки и спори, което осигурява голямо сходство между майчините и дъщерните поколения. При половото размножаване унаследяването става чрез зародишни клетки. Приликата между родители и деца в този случай е по-малка, отколкото в предишния, но има по-голяма вариативност и следователно много по-богат материал за подбор и процес на еволюция.

28. Митоза, нейното биологично значение.

Най-важният компонент на клетъчния цикъл е митотичният (пролиферативен) цикъл. Това е комплекс от взаимосвързани и координирани явления по време на клетъчното делене, както и преди и след него. Митотичен цикъл- това е набор от процеси, протичащи в клетка от едно делене до следващо и завършващи с образуването на две клетки от следващото поколение. Освен това концепцията за жизнения цикъл включва и периода, през който клетката изпълнява функциите си и периодите на почивка. По това време по-нататъшната съдба на клетката е несигурна: клетката може да започне да се дели (влиза в митоза) или да започне да се подготвя да изпълнява специфични функции.

Основни етапи на митозата.

1. Редупликация (самоудвояване) на генетичната информация на майчината клетка и нейното равномерно разпределение между дъщерните клетки. Това е придружено от промени в структурата и морфологията на хромозомите, в които е концентрирана повече от 90% от информацията на еукариотната клетка.

2. Митотичният цикъл се състои от четири последователни периода: пресинтетичен (или постмитотичен) G1, синтетичен S, постсинтетичен (или премитотичен) G2 и самата митоза. Те съставляват автокаталитичната интерфаза (подготвителен период).

Фази на клетъчния цикъл:

1) пресинтетичен (G1). Възниква веднага след клетъчното делене. Синтезът на ДНК все още не е настъпил. Клетката активно расте по размер, съхранява вещества, необходими за деленето: протеини (хистони, структурни протеини, ензими), РНК, молекули на АТФ. Настъпва разделяне на митохондриите и хлоропластите (т.е. структури, способни на самовъзпроизвеждане). Организационните особености на интерфазната клетка се възстановяват след предишното делене;

2) синтетичен (S). Генетичният материал се дублира чрез репликация на ДНК. Това се случва по полуконсервативен начин, когато двойната спирала на ДНК молекулата се разделя на две вериги и върху всяка от тях се синтезира комплементарна верига.

Резултатът е две идентични двойни спирали на ДНК, всяка от които се състои от една нова и една стара ДНК верига. Количеството на наследствения материал се удвоява. Освен това продължава синтезът на РНК и протеини. Също така малка част от митохондриалната ДНК претърпява репликация (основната част от нея се репликира в периода G2);

3) постсинтетичен (G2). ДНК вече не се синтезира, но дефектите, направени по време на нейния синтез в S периода, се коригират (поправка). Също така се натрупват енергия и хранителни вещества и продължава синтезът на РНК и протеини (главно ядрени).

S и G2 са пряко свързани с митозата, така че понякога се отделят в отделен период - препрофаза.

След това настъпва същинската митоза, която се състои от четири фази. Процесът на разделяне включва няколко последователни фази и представлява цикъл. Продължителността му варира и варира от 10 до 50 часа в повечето клетки.В клетките на човешкото тяло продължителността на самата митоза е 1-1,5 часа, G2 периодът на интерфазата е 2-3 часа, S периодът на интерфазата е 6-10 часа .

Биологично значение на митозата

∙ Митозата е в основата на растежа и вегетативното размножаване на всички организми, които имат ядро ​​- еукариоти.

∙ Благодарение на митозата постоянството на броя на хромозомите се поддържа в клетъчните поколения, т.е. дъщерните клетки получават същата генетична информация, която се съдържа в ядрото на майчината клетка.

∙ Митозата определя най-важните явления на живота: растеж, развитие и възстановяване на тъкани и органи и безполово размножаване на организмите.

∙ Безполово размножаване, регенерация на изгубени части, заместване на клетки в многоклетъчни организми

Генетична стабилност - осигурява стабилността на кариотипа на соматичните клетки през целия живот на едно поколение (т.е. през целия живот на организма.

29. Мейотично деление, неговите характеристики, характеристики на етапите на профаза 1.

Централното събитие на гаметогенезата е специална форма на клетъчно делене - мейоза. За разлика от широко разпространената митоза, която поддържа постоянен диплоиден брой хромозоми в клетките, мейозата води до образуването на хаплоидни гамети от диплоидни клетки. По време на последващо оплождане гаметите образуват ново поколение организъм с диплоиден кариотип (ps + ps == 2n2c). Това е най-важното биологично значение на мейозата, възникнала и утвърдила се в процеса на еволюцията при всички видове, които се размножават полово.

Мейозата се състои от две деления, които бързо следват едно друго, възникващи по време на периода на съзряване. Удвояването на ДНК за тези деления се случва веднъж по време на периода на растеж. Второто мейотично делене следва първото почти веднага, така че наследственият материал не се синтезира в интервала между тях (фиг. 5.5).

Първо мейотично деленесе нарича редукция, тъй като води до образуването на хаплоидни n2c клетки от диплоидни клетки (2n2c). Този резултат се осигурява поради особеностите на профазата на първото разделение на мейозата. В профаза I на мейозата, както и в обикновената митоза, се наблюдава компактно опаковане на генетичен материал (хромозомна спирализация). В същото време се случва събитие, което отсъства при митозата: хомоложните хромозоми се конюгират една с друга, т.е. са близо до съответните области.

В резултат на конюгацията се образуват хромозомни двойки или бивалентни, номер n.Тъй като всяка хромозома, влизаща в мейозата, се състои от две хроматиди, бивалентът съдържа четири хроматиди. Формулата на генетичния материал в профаза I остава 2n4c. Към края на профазата хромозомите в бивалентите, силно спирални, се скъсяват. Както при митозата, в профаза I на мейозата започва образуването на вретено, с помощта на което хромозомният материал ще бъде разпределен между дъщерните клетки (фиг. 5.5).

Процесите, протичащи в профаза I на мейозата и определящи нейните резултати, определят по-голямата продължителност на тази фаза на делене в сравнение с митозата и позволяват да се разграничат няколко етапа в нея.

Лептотенът е най-ранният стадий на профаза I на мейозата, в който започва спирализацията на хромозомите и те стават видими под микроскоп като дълги и тънки нишки.

Зиготената се характеризира с началото на конюгиране на хомоложни хромозоми, които са обединени от синаптонемния комплекс в двувалентен (фиг. 5.6).

Пахитена е етап, при който на фона на продължаващата спирализация на хромозомите и тяхното скъсяване се извършва кръстосване между хомоложни хромозоми - кръстосване с обмен на съответните участъци.

Диплотената се характеризира с появата на сили на отблъскване между хомоложни хромозоми, които започват да се отдалечават една от друга предимно в центромерната област, но остават свързани в областите на минало кръстосване - хиазмахи (фиг. 5.7).

Диакинезата е последният етап от профаза I на мейозата, при която хомоложните хромозоми се задържат заедно само в отделни точки на хиазмата. Бивалентите приемат причудливата форма на пръстени, кръстове, осмици и т.н. (фиг. 5.8).

Така, въпреки силите на отблъскване, които възникват между хомоложните хромозоми, окончателното унищожаване на бивалентите не се случва в профаза I. Характеристика на мейозата в оогенезата е наличието на специален етап - диктиотен, който отсъства в сперматогенезата. На този етап, достигнат при хората по време на ембриогенезата, хромозомите, придобили специална морфологична форма на „четки за лампи“, спират всякакви по-нататъшни структурни промени в продължение на много години. При достигане на женското тяло репродуктивна възрастпод въздействието на лутеинизиращия хормон на хипофизната жлеза, като правило, един овоцит месечно възобновява мейозата.

ОСОБЕНОСТИ

Половото размножаване на организмите се осъществява с помощта на специализирани клетки, т.нар. гамети - овоцити (яйца) и сперма (сперма). Гаметите се сливат и образуват една клетка - зигота. Всяка гамета е хаплоидна, т.е. има един набор от хромозоми. В рамките на набора всички хромозоми са различни, но всяка хромозома на яйцеклетката съответства на една от хромозомите на спермата. Следователно зиготата вече съдържа двойка хромозоми, съответстващи една на друга, които се наричат ​​хомоложни. Хомоложните хромозоми са подобни, защото имат едни и същи гени или техни варианти (алели), които определят специфични характеристики. Например, една от сдвоените хромозоми може да има ген, кодиращ кръвна група А, а другата може да има вариант, кодиращ кръвна група В.

Хромозомите на зиготата, произхождащи от яйцеклетката, са майчини, а тези, произлизащи от спермата, са бащини.

В резултат на повтарящи се митотични деления, или многоклетъчен организъм, или множество свободно живеещи клетки възникват от получената зигота, както се случва в протозоите, които имат сексуално размножаване и в едноклетъчните водорасли.

По време на образуването на гамети диплоидният набор от хромозоми, присъстващи в зиготата, трябва да бъде намален наполовина. Ако това не се случи, тогава във всяко поколение сливането на гамети ще доведе до удвояване на набора от хромозоми. Редукцията до хаплоидния брой хромозоми възниква в резултат на редукционно делене - т.нар. мейоза, която е вариант на митозата.

Разцепване и рекомбинация. Особеността на мейозата е, че по време на клетъчното делене екваториалната плоча се образува от двойки хомоложни хромозоми, а не от дублирани отделни хромозоми, както при митозата. Сдвоените хромозоми, всяка от които остава единична, се отклоняват към противоположните полюси на клетката, клетката се дели и в резултат на това дъщерните клетки получават половината от набора от хромозоми в сравнение със зиготата.

Например приемете, че хаплоидният набор се състои от две хромозоми. В зиготата (и съответно във всички клетки на организма, който произвежда гамети) присъстват майчините хромозоми А и В и бащините хромозоми А" и В". По време на мейозата те могат да се разделят, както следва:

Най-важното в този пример е фактът, че когато хромозомите се разминават, не е задължително да се формира оригиналният майчин и бащин набор, но е възможна рекомбинация на гени,

Да предположим сега, че двойката хромозоми AA" съдържа два алела - a и b - на гена, който определя кръвни групи A и B. По същия начин двойката хромозоми BB" съдържа алели m и n на друг ген, който определя кръвни групи M и N. Разделянето на тези алели може да протече по следния начин: Очевидно получените гамети могат да съдържат всяка от следните комбинации от алели на двата гена: am , bn , bm или an .

Ако е налична по-голям бройхромозоми, тогава двойки алели ще се разделят независимо според същия принцип. Това означава, че едни и същи зиготи могат да произвеждат гамети с различни комбинации от генни алели и да пораждат различни генотипове в потомството.

Мейотично деление. И двата примера илюстрират принципа на мейозата. Всъщност мейозата е много повече труден процес, тъй като включва две последователни деления. Основното в мейозата е, че хромозомите се удвояват само веднъж, докато клетката се дели два пъти, в резултат на което броят на хромозомите намалява и диплоидният набор се превръща в хаплоиден.

По време на профазата на първото делене хомоложните хромозоми се конюгират, т.е. те се събират по двойки. В резултат на този много прецизен процес всеки ген завършва срещу своя хомолог на друга хромозома. След това и двете хромозоми се удвояват, но хроматидите остават свързани помежду си чрез общ центромер. В метафазата четирите свързани хроматиди се подреждат, за да образуват екваториалната плоча, сякаш са една дублирана хромозома. Противно на това, което се случва при митозата, центромерите не се делят. В резултат на това всяка дъщерна клетка получава чифт хроматиди, все още свързани от центромера. По време на второто делене хромозомите, вече индивидуални, се подреждат отново, образувайки, както при митозата, екваториална плоча, но тяхното удвояване не се случва по време на това делене. След това центромерите се разделят и всяка дъщерна клетка получава един хроматид.

Цитоплазмено деление. В резултат на две мейотични деления на диплоидна клетка се образуват четири клетки. Когато се образуват мъжки репродуктивни клетки, се получават четири сперматозоида с приблизително еднакъв размер. Когато се образуват яйца, разделянето на цитоплазмата става много неравномерно: една клетка остава голяма, докато другите три са толкова малки, че са почти изцяло заети от ядрото. Тези малки клетки, т.нар. полярните тела служат само за настаняване на излишните хромозоми, образувани в резултат на мейозата. По-голямата част от цитоплазмата, необходима за зиготата, остава в една клетка - яйцето.

Конюгация и кросингоувър. По време на конюгацията хроматидите на хомоложните хромозоми могат да се счупят и след това да се съединят в нов ред, разменяйки секции, както следва:

Този обмен на участъци от хомоложни хромозоми се нарича кросинговър. Както е показано по-горе, кръстосването води до появата на нови комбинации от алели на свързани гени. Така че, ако първоначалните хромозоми са имали комбинациите AB и ab, тогава след кръстосването те ще съдържат Ab и aB. Този механизъм за появата на нови генни комбинации допълва ефекта от независимото сортиране на хромозомите, което се случва по време на мейозата.

Разликата е, че кръстосването разделя гени на една и съща хромозома, докато независимото сортиране разделя само гени на различни хромозоми.

30. Мутации на наследствения апарат. Тяхната класификация Фактори, предизвикващи мутации на наследствения апарат

Факторите, причиняващи мутации, могат да бъдат голямо разнообразие от влияния на околната среда: температура, ултравиолетова радиация, радиация (както естествена, така и изкуствена), въздействието на различни химични съединения - мутагени.

Мутагените са агенти на външната среда, които причиняват определени промени в генотипа - мутация, а процесът на образуване на мутации се нарича мутагенеза.

Радиационна мутагенезазапочва да практикува през 20-те години на миналия век. През 1925 г. съветските учени Г. С. Филипов и Г. А. Надсон за първи път в историята на генетиката използват рентгенови лъчи, за да получат мутации в дрождите. Година по-късно американският изследовател Г. Мелер (по-късно два пъти носител на Нобелова награда), работил дълго време в Москва в института, ръководен от Н. К. Колцов, използва същия мутаген върху дрозофила. Установено е, че доза радиация от 10 rad удвоява честотата на мутациите при хората. Радиацията може да предизвика мутации, водещи до наследствени заболявания и рак.

Химическа мутагенезаЗа първи път сътрудникът на Н. К. Колцов В. В. Сахаров започва целенасочено да го изучава през 1931 г. върху дрозофила, когато яйцата му са били изложени на йод, а по-късно и М. Е. Лобашов.

Химическите мутагени включват голямо разнообразие от вещества (водороден прекис, алдехиди, кетони, азотна киселина и нейните аналози, соли на тежки метали, ароматни вещества, инсектициди, хербициди, лекарства, алкохол, никотин, някои лекарствени веществаи много други. От 5 до 10% от тези съединения имат мутагенна активност (способни да нарушат структурата или функционирането на наследствения материал).

Генетично активните фактори могат да бъдат разделени на 3 категории: физични, химични и биологични.

Физически фактори.Те включват различни видове йонизиращо лъчениеи ултравиолетова радиация. Проучване на ефекта на радиацията върху процеса на мутация показа, че в този случай няма прагова доза и дори най-малките дози увеличават вероятността от възникване на мутации в популацията. Увеличаването на честотата на мутациите е опасно не толкова в индивидуален смисъл, колкото от гледна точка на увеличаване на генетичния товар на популацията.

Например, облъчването на един от съпрузите с доза в диапазона на удвояване на честотата на мутациите (1,0 - 1,5 Gy) леко повишава риска от раждане на болно дете (от ниво 4 - 5% до ниво 5). - 6%). Ако населението на цял регион получи еднаква доза, броят на наследствените заболявания в населението ще се удвои за едно поколение.

Химични фактори.Химизацията на селското стопанство и други области на човешката дейност, развитието на химическата промишленост доведе до синтеза на огромен поток от вещества, включително такива, които никога не са съществували в биосферата в продължение на милиони години предишна еволюция. Това означава преди всичко неразложимост и дългосрочно запазване чужди веществанавлизане в околната среда. Това, което първоначално се приемаше за постижения в борбата с вредните насекоми, впоследствие се оказа сложен проблем. Широкото използване на инсектицида ДДТ през 40-те и 60-те години на миналия век доведе до разпространението му по целия свят, чак до ледовете на Антарктида.

Повечето пестициди са силно устойчиви на химическо и биологично разграждане и имат високо нивотоксичност.

Биологични фактори.Наред с физичните и химичните мутагени някои фактори от биологично естество имат и генетична активност. Механизмите на мутагенния ефект на тези фактори са проучени най-малко подробно. В края на 30-те години S. и M. Gershenzon започват изследвания върху мутагенезата в Drosophila под въздействието на екзогенна ДНК и вируси. Оттогава е установен мутагенният ефект на много вирусни инфекции при хората.

Хромозомните аберации в соматичните клетки се причиняват от вируси на едра шарка, морбили и варицела, заушка, грип, хепатит и др.

Класификация на мутациите

Класификацията на мутациите е предложена през 1932 г. от Г. Мелер. Акцент:

- хипоморфни мутации -проявата на черта, контролирана от патологичен ген, е отслабена в сравнение с черта, контролирана от нормален ген (синтез на пигменти).

- аморфни мутации- черта, контролирана от патологичен ген, не се появява, тъй като патологичният ген не е активен в сравнение с нормалния ген (ген за албинизъм).

Хипоморфните и аморфните мутации са в основата на заболяванията, унаследени по рецесивен начин.

Антиморфни мутации- стойността на черта, контролирана от патологичен ген, е противоположна на стойността на черта, контролирана от нормален ген (доминантно наследени черти и заболявания).

- неоморфни мутации- стойността на чертата, контролирана от патологичния ген, е противоположна на стойността на гена, контролиран от нормалния ген (синтез в тялото на нови антитела срещу проникването на антигена).

- хиперморфни мутации- черта, контролирана от патологичен ген, е по-силно изразена от черта, контролирана от нормален ген (анемия на Фанкони).

Съвременната класификация на мутациите включва:

- генни или точкови мутации.Това е промяна в един ген (всяка точка), водеща до появата на нови алели. Точковите мутации се наследяват като прости менделийски черти, като например хорея на Хънтингтън, хемофилия и др. ( пример с-мМартина - Бел, кистозна фиброза)

- хромозомни мутации- нарушават структурата на хромозомата (генна група за свързване) и водят до образуването на нови групи за свързване. Това са структурни пренареждания на хромозомите в резултат на делеция, дублиране, транслокация (преместване), инверсия или вмъкване на наследствен материал (пример с Даун, sm коткавик)

- геномни мутацииводят до появата на нови геноми или части от тях чрез добавяне или загуба на цели хромозоми. Друго име за тях са числени (числови) мутации на хромозоми в резултат на нарушение на количеството генетичен материал. (пример от Шерешевски - Търнър, от Клайнфелтер).

31. Фактори на мутагенеза на наследствения апарат.

Мутациите се делят на спонтанни и предизвикани. Спонтанните мутации са тези, които възникват под въздействието на непознати за нас природни фактори. Индуцираните мутации се причиняват от специални насочени ефекти.

Факторите, способни да предизвикат мутационен ефект, се наричат ​​мутагенни. Основните мутагенни фактори са: 1) химически съединения, 2) различни видове радиация.

Химическа мутагенеза

IN 1934 г М. Е. Лобашев отбеляза, че химическите мутагени трябва да имат 3 качества:

1) висока проникваща способност,

2) способността да се променя колоидното състояние на хромозомите, 3) определен ефект върху промяната на ген или хромозома.

Много химични вещества имат мутагенен ефект. Редица химически вещества имат още по-мощен ефект от физическите фактори. Те се наричат ​​супермутагени.

Химическите мутагени се използват за получаване на мутантни форми на плесени, актиномицети и бактерии, които произвеждат стотици пъти повече пеницилин, стрептомицин и други антибиотици.

Възможно е да се увеличи ферментационната активност на гъбите, използвани за алкохолна ферментация. Съветски изследователи са получили десетки обещаващи мутации в различни сортове пшеница, царевица, слънчоглед и други растения.

В експериментите мутациите се предизвикват от различни химични агенти. Този факт показва, че очевидно в естествени условия подобни фактори също предизвикват появата на спонтанни мутации в различни организми, включително при хора. Доказана е мутагенната роля на различни химикали и дори на някои лекарства. Това показва необходимостта от изследване на мутагенния ефект на нови фармакологични вещества, пестициди и други химични съединения, които все повече се използват в медицината и селското стопанство.

Радиационна мутагенеза Индуцираните мутации, причинени от радиация, са получени за първи път от съветски учени

Г. А. Надсон и Г. С. Филипов, които през 1925 г. наблюдават ефект на мутация в дрожди след излагане на радиеви лъчи. През 1927 г. американският генетик Г. Мелер показа, че рентгеновите лъчи могат да причинят много мутации в Drosophila, а по-късно мутагенният ефект на рентгеновите лъчи беше потвърден върху много обекти. По-късно се установи, че наследствените промени се причиняват и от всички други видове проникваща радиация. За получаване на изкуствени мутации често се използват гама лъчи, чийто източник в лабораториите обикновено е радиоактивен кобалт Co60. Напоследък неутрони с висока проникваща способност все повече се използват за предизвикване на мутации. В този случай се появяват както счупвания на хромозоми, така и точкови мутации. Изследването на мутациите, свързани с действието на неутрони и гама лъчи, е от особен интерес по две причини. Първо, установено е, че генетичните последици от атомните експлозии са свързани преди всичко с мутагенния ефект на йонизиращото лъчение. второ, физични методиМутагенезата се използва за получаване на икономически ценни сортове културни растения. По този начин съветските изследователи, използвайки методи на излагане на физически фактори, получиха сортове пшеница и ечемик, които бяха устойчиви на редица гъбични заболявания и по-продуктивни.

Облъчването показва както генни мутации, така и структурни хромозомни пренареждания от всички видове, описани по-горе: дефицит, инверсия, дублиране и транслокация, т.е. всички структурни промени, свързани с разрушаването на хромозомите. Причината за това са някои особености на процесите, протичащи в тъканите под въздействието на радиация. Радиацията предизвиква йонизация в тъканите, в резултат на което някои атоми губят електрони, докато други ги получават: образуват се положително или отрицателно заредени йони. Подобен процес на вътрешномолекулно пренареждане, ако се случи в хромозомите, може да причини тяхната фрагментация. Радиационната енергия може да причини химически промени в околната среда около хромозомата, които водят до индукция генни мутацииИ структурни променив хромозомите.

Мутациите могат също да бъдат предизвикани от следрадиационни химически промени, настъпили в околната среда. Една от най-опасните последици от радиацията е образуването на свободни радикали OH или HO2 от водата в тъканите.

Други мутагенни фактори Първите изследователи на мутационния процес подценяват ролята на факторите на околната среда в

явления на променливост. Някои изследователи в началото на ХХ век дори смятаха, че външните влияния нямат значение за мутационния процес. Но по-късно тези идеи бяха опровергани благодарение на изкуственото производство на мутации с помощта на различни фактори на околната среда. Понастоящем може да се предположи, че очевидно няма фактори на околната среда, които до известна степен да не повлияят на промените в наследствените свойства. От физичните фактори върху редица обекти е установено мутагенното действие на ултравиолетовите лъчи, фотоните на светлината и температурата. Повишаващите се температури увеличават броя на мутациите. Но температурата е един от агентите, срещу които организмите имат защитни механизми. Следователно нарушението на хомеостазата се оказва незначително. В резултат на това температурните ефекти имат лек мутагенен ефект в сравнение с други агенти.

32. Включвания в еукариотни клетки, техните видове, предназначение.

Включенията са относително нестабилни компоненти на цитоплазмата, които служат като резервни хранителни вещества (мазнини, гликоген), цитоплазма, които служат като резервни хранителни вещества (мазнини, гликоген), продукти, които трябва да бъдат отстранени от клетката (секреторни гранули) и баластни вещества (някои пигменти).

Включенията са отпадъчни продукти на клетките. Те могат да бъдат плътни частици-гранули, течни капчици-вакуоли, както и кристали. Някои вакуоли и гранули са заобиколени от мембрани. В зависимост от изпълняваните функции включванията условно се разделят на три групи: трофични, секреторни и специални. Включения с трофично значение - капчици мазнина, нишестени гранули. гликоген, протеин. Те присъстват в малки количества във всички клетки и се използват в процеса на асимилация. Но в някои специални клетки те се натрупват в големи количества. По този начин има много нишестени зърна в клетките на картофените клубени и гликогенови гранули в клетките на черния дроб. Количественото съдържание на тези включвания варира в зависимост от физиологичното състояние на клетката и целия организъм. При гладно животно чернодробните клетки съдържат значително по-малко гликоген, отколкото при добре нахранено. Включенията със секреторно значение се образуват главно в клетките на жлезата и са предназначени за освобождаване от клетката. Броят на тези включвания в клетката също зависи от физиологичното състояние на тялото. Така клетките на панкреаса на гладно животно са богати на капчици секрет. но ако са добре нахранени, те са бедни в тях. Включвания от особено значение се намират в цитоплазмата на силно диференцирани клетки. изпълнявайки специализирана функция. Пример за тях е хемоглобинът, дифузно разпръснат в еритроцитите.

33. Изменчивост, нейните видове в човешките популацииИзменчивостта е свойство, противоположно на наследствеността, свързано с появата на характеристики, които се различават от типичните. Ако по време на размножаването само на

непрекъснатост на съществуващи преди това свойства и характеристики, тогава еволюцията на органичния свят би била невъзможна, но изменчивостта е характерна за живата природа. На първо място, това е свързано с „грешки“ по време на възпроизвеждане. Различно конструираните молекули на нуклеинова киселина носят нова наследствена информация. Тази нова, променена информация в повечето случаи е вредна за организма, но в някои случаи, в резултат на изменчивостта, тялото придобива нови свойства, полезни при дадени условия. Нови характеристики се избират и фиксират чрез селекция. Така се създават нови форми, нови видове. Така наследствената изменчивост създава предпоставки за видообразуване и еволюция, а оттам и за съществуване на живот.

Прави се разлика между ненаследствена и наследствена изменчивост. Първият от тях е свързан с промяна на фенотипа, вторият - генотип. Дарвин нарича ненаследствената променливост определена; обикновено се нарича модификация или фенотипна променливост. Наследствената вариация, както е дефинирана от Дарвин, е неопределена („генотипна вариация“).

ФЕНОТИПНА (МОДИФИКАЦИЯ) И ГЕНОТИПНА ВАРИАБИВНОСТ Фенотипната вариабилност Модификациите са фенотипни промени, които настъпват под влияние на условия

заобикаляща среда. Обхватът на вариабилността на модификацията е ограничен от нормата на реакцията. Развитата специфична модификационна промяна в признака не се наследява, но обхватът на модификационната вариабилност се определя от наследствеността. Модификационните промени не водят до промени в генотипа и съответстват на условията на живот и са адаптивни.

Генотипният или ненаследственият се разделя на комбиниран и мутационен.

Комбинативна изменчивост

Комбинативната изменчивост е свързана с производството на нови комбинации от гени в генотипа. Това се постига в резултат на 2 процеса: 1) хромозомна дивергенция по време на мейозата и произволната им комбинация по време на оплождането, 2) генна рекомбинация поради кръстосване; самите наследствени фактори (гени) не се променят, но новите комбинации от тях водят до появата на организми с нов фенотип.

Мутационна изменчивост

Мутацията е промяна, причинена от реорганизация на репродуктивните структури на клетката, промяна в нейния генетичен апарат. Тези мутации се различават рязко от модификации, които не засягат генотипа на индивида. Мутациите възникват внезапно, спазматично и понякога рязко отличават организма от първоначалната му форма. Мутационната изменчивост е характерна за всички организми, тя дава материал за селекция, с нея е свързана еволюцията, процесът на образуване на нови видове, сортове и породи. Въз основа на естеството на промените в генетичния апарат, мутациите се разграничават поради:

1) промяна в броя на хромозомите (полиплоидия, хетероплоидия, хаплоидия);

2) промени в структурата на хромозомите (хромозомни аберации);

3) промени в молекулярната структура на гена.

Полиплоидия и хетероплоидия (анеуплоидия).

Полиплоидията е увеличаване на диплоидния брой хромозоми чрез добавяне (генни или точкови мутации) на цели набори от хромозоми. Половите марули имат хаплоиден набор от хромозоми (n), а зиготите и всички соматични клетки се характеризират с диплоиден набор (2n). При полиплоидните форми се наблюдава увеличение на броя на хромозомите, кратно на хаплоидния набор: 3n - триплоид, 4n - тетроплоид и др.

Хетероплоидията е промяна в броя на хромозомите, която не е кратна на хаплоидния набор. Диплоиден набор може да има само 1 хромозома повече от нормалното, т.е. 2n+1 хромозома. Такива форми се наричат ​​тризомици. Обратното на тризомията, т.е. загубата на една хромозома от двойка в диплоиден набор се нарича монозомия, организмът се нарича монозомичен. Монозомиците, като правило, имат намалена жизнеспособност или са напълно нежизнеспособни.

Феноменът на анеуплоидията показва, че нарушението на нормалния брой хромозоми води до промени в структурата и намаляване на жизнеспособността на организма.

Учението на Дарвин за променливостта.

Той вижда причината за променливостта във влиянието на околната среда. Той прави разлика между определена и неопределена променливост. Известна променливост се появява при индивиди, които са били подложени на някакво специфично, в някои случаи повече или по-малко лесно забележимо въздействие. Тази форма на променливост се нарича модификация. Несигурната променливост (това са мутации) се проявява при определени индивиди и протича в различни посоки. Докато изучава проявлението на изменчивостта, Дарвин открива връзката между промените в различните органи и техните системи в тялото. Тази променливост се нарича корелативна или корелативна. Той се състои в това, че промяната в който и да е орган винаги или почти винаги води до промяна в други органи или техните функции. Корелативната променливост се основава на плейотропното действие на гените.

Вариациите внасят разнообразие в организмите и наследствеността предава тези промени на потомците.

В биологията има доста интересни и мистериозни теми и една от тях е структурата на клетката и нейните жизнени процеси. В знанието за клетката деленето с право се счита за най-интригуващото събитие. Какво е митоза (деление), каква е нейната същност и значение? За това е тази статия.

Видове клетъчно възпроизвеждане

Възпроизвеждането е неразделна част от целия живот на нашата планета. Тази функция е присъща на всички живи организми и клетки като най-малката структурна единица на тялото. Маркирайте следните видовеклетъчно делене:

Клетъчен цикъл

За клетъчното възпроизвеждане е необходима ДНК репликация (удвояване), тъй като това е единственият начин просто да се раздели клетка на две идентични дъщерни клетки. Това е митозата (mitosis, от гръцки mitos - нишка) - това е метод на клетъчно делене с прецизно разделяне на генетичния материал между дъщерните клетки. В този случай процесът на репликация на генетичния материал и разпределението му между дъщерните клетки са разделени във времето.

Периодът, предхождащ клетъчната митоза, се нарича интерфаза. През този период се случва репликацията на ДНК.

Периодите между клетъчното делене (митоза) или клетъчната смърт се наричат ​​клетъчен цикъл.

Интерфазният период е най-дългият в клетъчния цикъл. Това включва натрупването на енергийни и структурни компоненти, които ще бъдат необходими за деленето, и синтеза на нуклеотиди, необходими за репликацията на дезоксирибонуклеиновите киселини.

Цитология на процеса

Образуването на две идентични майчини клетки е митозата. Този тип делене е характерен за всички соматични клетки на многоклетъчен организъм и се е превърнал в един от методите за неполово размножаване на едноклетъчни организми. Процесът на митоза е разделен на четири фази, които следват една след друга. Фазите се разделят според физикохимичното състояние на цитоплазмата и местоположението и външния вид на хромозомите. Продължителността и характеристиките на тези фази варират за различните видове клетки, но последователността и основните характеристики остават непроменени за всяка митоза. Какви са етапите на този тип разделение и какви са техните разлики, ще разгледаме допълнително.

Първата фаза е профаза

На този етап настъпва спирализация на хромозомите (кондензация и уплътняване), които са били удвоени в интерфазата. На този етап хромозомите стават видими под светлинен микроскоп. Цитоплазмата на клетката става вискозна, ядрените мембрани се разрушават и центриолите образуват вретено - система от микротубули, изградени от протеина тубулин, простиращи се от полюсите на клетката до нейния екватор. Това е вретеното, което ще бъде отговорно за ясното разминаване на хромозомите.

Метафазата и анафазата са следващите етапи на митозата

Какво се случва след това? Тези две фази се считат за най-важните по време на клетъчното делене. В метафазата хромозомите се подреждат по екватора на клетката и образуват екваториална плоча, която се нарича звезда-майка. Всяка хромозома е прикрепена към микротубулите на вретеното чрез своите центромери. В анафаза нишките на миофибрилите, които фиксират вретеното, започват да се свиват и разтягат хроматидите към полюсите на клетката. Анафазата се нарича етап на дъщерните звезди. Преди края на анафазата на всеки полюс се сглобява диплоиден набор от хромозоми.

Краен етап на митоза

Нарича се телофаза. На този етап започва процесът на цитокинеза - физическо клетъчно делене. Хромозомите на полюсите се деспирират (отвиват се и се свързват с протеини), образуват се ядрена мембрана и стеснение, което ще раздели клетката на две. В растителната клетка това стеснение се образува от вътреклетъчната пластина, а в животинските клетки се получава делене поради образуването на бразда за разцепване.

Продължителност на фазите и регулиране на процеса

Продължителността на такова разделение варира в зависимост от различни видовеклетки. В животински клетки то продължава 30-60 минути, в растителни - 2-3 часа. Продължителността на етапите на митозата също е различна и зависи от много фактори (размер на клетката, плоидност, условия на околната среда). Въпреки това, фазите на разделяне, свързани със синтеза на веществата, са по-дълги - про- и телофаза. Например в клетките на бозайниците митотичната профаза продължава 25-30 минути, метафазата и анафазата продължават около 15 минути всяка, а телофазата може да продължи до 40 минути. В многоклетъчните организми митотичната активност на клетките се контролира неврохуморално. Те участват в него нервна системаи органни хормони вътрешна секреция(например надбъбречни, хипофизни, щитовидни и полови хормони). При нарушаване на неврохуморалната регулация настъпва промяна в митотичната активност, която наблюдаваме в клетките на различни тумори.

Критични точки

Клетъчният цикъл е сложен процес, който изисква строг контрол от клетката. Етапите трябва да бъдат завършени стриктно един след друг, като пълното завършване на предишния е важно. Контролните точки са точки, които гарантират прехода към следващите фази и гарантират точността на предаването на информация. Има три такива точки в клетъчния цикъл.

Първият е началото на процеса на репликация на ДНК и подготовка за делене. Ако в този момент възникнат смущения, това ще доведе до счупване на ДНК и нарушаване на целостта на хромозомите.

Втората е проверка на качеството и пълнотата на репликацията на наследствения материал. При смущения в тази точка се нарушава кариотипът на клетките.

Третият е началото на анафазата на митозата, когато трябва да настъпи разминаване на хромозомите към полюсите.

Изучаването на процесите, протичащи в тези точки, ще помогне да се подобрят методите за регенерация на тъкани и органи, да се намерят начини за предотвратяване на нарушения на клетъчния цикъл и предотвратяване на неконтролирано клетъчно делене. Нарушенията на клетъчния цикъл и патологичната митоза също могат да бъдат причинени от излагане на отрови или токсини, екстремни фактори (прегряване, кислороден глад, йонизиращо лъчение). Вирусните инфекции също могат да доведат до патологична митоза.

Биологично значение на митозата

Този тип клетъчно делене осигурява прецизното предаване на наследствената информация през поредица от последователни клетъчни цикли. Това предаване запазва кариотипа (набора от хромозоми) на организмите от всеки вид и стабилността на видовете в процеса на еволюция (историческо развитие).

Всички соматични клетки на многоклетъчния организъм се делят митотично, което осигурява растежа на организма. Освен това значението на митозата е да осигури регенерацията на тъканите и органите и подмяната на клетките. Например, Костен мозъкпостоянно обновява състава на кръвните клетки.

Много животни и растения са избрали точно този метод на несексуално размножаване (едноклетъчни, кишечнополови и не само). Естествено доказателство за пълната идентичност на клетките, образувани чрез митоза, са еднояйчните близнаци, които произлизат от една и съща зигота, разделена чрез митоза в ранните етапи на ембрионалното развитие.

1. Води до увеличаване на броя на клетките и осигурява растежа на многоклетъчен организъм.

2. Осигурява заместител на износена или повредена тъкан.

3. Поддържа набора от хромозоми във всички соматични клетки.

4. Служи като механизъм за безполово размножаване, което създава потомство, което е генетично идентично с родителите.

5. Позволява ви да изследвате кариотипа на организма (в метафаза).

Амитоза

Амитозата е разделяне на интерфазното ядро ​​чрез свиване без образуване на вретено на делене.

При амитоза хромозомите са неразличими под светлинен микроскоп. Това разделение се среща в едноклетъчни организми (амеба, голямо ядро ​​на ресничките), както и в някои високоспециализирани клетки на растения и животни с отслабена физиологична активност, дегенериращи, обречени на смърт или в различни патологични процеси (ендосперма, картофена грудка). При животните и хората този тип разделение е характерно за клетките на черния дроб, хрущяла и роговицата на окото. При амитоза често се наблюдава само ядрено делене: в този случай могат да се появят дву- и многоядрени клетки. Ако ядреното делене е последвано от цитоплазмено делене, тогава разпределението на клетъчните компоненти, като ДНК, е произволно.

Значение на амитозата: в двуядрените и многоядрените клетки общата площ на контакт между ядрения материал и цитоплазмата се увеличава. Това води до повишен ядрено-плазмен обмен, повишена функционална активност на клетката и по-голяма устойчивост на експозиция неблагоприятни фактори. Клетките, които са преминали през амитоза, губят способността си да претърпят митотично делене и репродукция.

МЕЙОЗА

При образуването на гамети, т.е. зародишните клетки - сперматозоиди и яйцеклетки - претърпяват клетъчно делене, наречено мейоза.

Оригиналната клетка има диплоиден набор от хромозоми, които след това се удвояват. Но ако по време на митозата хроматидите във всяка хромозома просто се разделят, тогава по време на мейозата една хромозома (състояща се от две хроматиди) е тясно преплетена в своите части с друга хромозома, хомоложна на нея (също състояща се от две хроматиди) и пресичане - обмен на хомоложни области на хромозоми. Тогава нови хромозоми със смесени "майчини" и "бащини" гени се разминават и се образуват клетки с диплоиден набор от хромозоми, но съставът на тези хромозоми вече е различен от първоначалния; рекомбинация . Първото мейотично деление е завършено, а второто мейотично деление протича без синтез на ДНК, така че по време на това делене количеството на ДНК намалява наполовина. От първоначалните клетки с диплоиден набор от хромозоми възникват гамети с хаплоиден набор. От една диплоидна клетка се образуват четири хаплоидни клетки. Фазите на клетъчното делене, които следват интерфазата, се наричат ​​профаза, метафаза, анафаза, телофаза и след деленето отново интерфаза.

Има три вида мейоза: зиготна (в зиготата след оплождане, което води до образуване на зооспори във водорасли и гъбичен мицел); гаметичен (в гениталиите, води до образуването на гамети) и споров (в семенните растения води до образуването на хаплоиден гаметофит).

Мейозата се състои от две последователни деления - мейоза I и мейоза II. Дублирането на ДНК става само преди мейоза I и няма интерфаза между деленията. При първото делене хомоложните хромозоми се разминават и броят им намалява наполовина, а при второто делене хроматидите се разделят и се образуват зрели гамети. Характеристика на първото разделение е сложната и отнемаща време профаза.

Профаза I- профазата на първото разделение е много сложна и се състои от 5 етапа:

лептотенили лептонема - опаковане на хромозоми, кондензация на ДНК за образуване на хромозоми под формата на тънки нишки (хромозомите се съкращават). зиготена или зигонема - възниква конюгация - свързването на хомоложни хромозоми с образуването на структури, състоящи се от две свързани хромозоми, наречени тетради или бивалентни и тяхното по-нататъшно уплътняване. Пачитена или пахинема - (най-дългият етап) - на някои места хомоложните хромозоми са плътно свързани, образувайки хиазми. В тях се случва кръстосване - обмен на участъци между хомоложни хромозоми. Диплотена или диплонема - настъпва частична декондензация на хромозомите, докато част от генома може да работи, възникват процесите на транскрипция (образуване на РНК), транслация (синтез на протеин); хомоложните хромозоми остават свързани една с друга. При някои животни хромозомите в ооцитите на този етап от мейотичната профаза придобиват характерната хромозомна форма на лампова четка. Диакинеза - ДНК отново се кондензира максимално, синтетичните процеси спират, ядрената мембрана се разтваря; Центриолите се отклоняват към полюсите; хомоложните хромозоми остават свързани една с друга.

Биологичното значение на митозата е много голямо. За непосветените е трудно дори да си представят каква роля в живота играе процесът на просто делене на клетките в тялото. Способността на клетките да се делят е тяхната най-важна и основна функция. Без това е невъзможно да продължи животът на Земята, да се увеличат популациите на едноклетъчните организми, развитието и продължаващото съществуване на голям многоклетъчен организъм е невъзможно, както и сексуалното размножаване и развитието на нов живот от оплодена яйцеклетка също е невъзможно.

Биологичното значение на митозата би било много по-малко, ако клетъчното делене не беше същността на повечето биологични процеси, протичащи на нашата планета. Този процес протича на няколко етапа. Всеки от тях включва няколко действия в клетката. Резултатът от това е задължителното умножаване на генетичната основа на една клетка на две чрез дублиране на ДНК, така че впоследствие майчината клетка дава живот на две дъщерни клетки.

Целият живот на клетката може да се заключи в периода от образуването на дъщерна клетка до последващото й разделяне на две. Този период в биологията се нарича "клетъчен цикъл".

Първата фаза на митозата е действителната подготовка за клетъчно делене. Периодът, в който изпълняват клетките, надарени с ядра директно обучениедо разделяне се нарича интерфаза. В него се случват всички най-важни неща, а именно удвояването на ДНК веригата и други структури, както и синтеза на големи количества протеин. По този начин хромозомите на клетката се удвояват и всяка половина от такава двойна хромозома се нарича "хроматид".

След интерфазата започва самия процес на делене - митоза. То също протича на няколко етапа. В резултат на това всички удвоени части се разтягат симетрично през клетката, така че след образуването на централната преграда във всяка нова клетка остава същият брой образувани компоненти.

Фазите на митозата и мейозата са подобни, но в последната (по време на деленето на зародишните клетки) има две деления и в резултат на това се получават не две, а четири „дъщерни“ клетки. Освен това преди второто разделение няма удвояване на хромозомите, така че техният набор в дъщерните клетки остава наполовина.

1. Профаза. В тази фаза центриолите на клетката са много ясно видими. Те присъстват само в животински и човешки клетки. Растенията нямат центриоли.
2. Прометафаза. В този момент профазата завършва и започва метафазата.
3. Метафаза. В този момент хромозомите лежат на „екватора“ на клетката.
4. Анафаза. Хромозомите се движат към различни полюси.
5. Телофаза. Една клетка „майка“ се дели, като образува централна преграда на две „дъщерни“ клетки. Така завършва клетъчното делене или митозата.

Най-важното биологично значение на митозата е абсолютно идентичното разделяне на удвоените хромозоми на 2 еднакви части и поставянето им в две „дъщерни“ клетки. Различни видове клетки и клетки различни организмиимат различна продължителност на делене - митоза, но средно продължава около час и половина. Има много фактори, които влияят на този много крехък процес. Всички променящи се условия на околната среда, например температура на околната среда, светлинни фази, налягане в околната среда и вътре в тялото и клетката, както и много други фактори, могат значително да повлияят както на продължителността, така и на качеството на процеса на клетъчно делене. Също така, продължителността на цялата митоза и нейните отделни етапи може пряко да зависи от вида на тъканта, в чиито клетки се случва.

Биологичното значение на митозата става все по-ценно с всяко ново откритие в областта на цитологията, защото без този процес животът на планетата е невъзможен.

Проблеми със самоконтрола. Биологично значение на митозата

Задача No1

Тема 14. Полово размножаване.

Проблеми със самоконтрола

Биологично значение на митозата.

ТЕЛОФАЗА

АНАФАЗА

МЕТАФАЗА.

Хромозомите придобиват подредено разположение, докато се придвижват към екватора. Достигайки екватора, хромозомите са разположени в една и съща равнина и в този момент една от нишките на вретеното е прикрепена към центромерите на всяка хромозома.

В метафазата ясно се вижда, че хромозомите се състоят от две хроматиди, свързани само в центромера.

Хроматидите на всяка хромозома започват да се разминават към полюсите на клетката: един хроматид отива към единия полюс, а друг отива към противоположния полюс. Движението на хромозомите се осъществява благодарение на нишките на вретеното, които свиват и разтягат дъщерните хромозоми от екватора към противоположните полюси на клетката. При движение се използва ATP енергия.

В този момент клетката съдържа два диплоидни комплекта хромозоми.

Хромозомните клетки, които се приближават до полюсите, започват да се развиват и отново приемат формата на дълги нишки, преплитащи се една с друга, което е характерно за неделящо се ядро. В дъщерните ядра отново се образува ядрената обвивка, образува се ядрото и ядрената структура, характерна за интерфазата, се възстановява напълно. По време на телофазата се извършва и цитоплазмено делене, в резултат на което две дъщерни клетки се отделят една от друга. Тези клетки са напълно сходни по структура с майчината клетка, но се различават от нея по по-малкия си размер.

В резултат на митозата всяка дъщерна клетка получава точно същите хромозоми, каквито е имала майчината клетка. Броят на хромозомите в двете дъщерни клетки е равен на броя на хромозомите в майчината клетка.

Следователно, биологичното значение на митозата се състои в строго равномерното разпределение на хромозомите между ядрата на две дъщерни клетки. Това означава, че митозата осигурява финия трансфер на цялата наследствена информация към всяко от дъщерните ядра.

Ако има нарушение в нормалния ход на митозата и дъщерната клетка има по-малко или повече хромозоми от майчината клетка, това ще доведе или до смърт, или до значителни промени в живота на клетката - до появата на мутации.

1.Какви форми на размножаване са характерни за живите организми?

2. Какъв вид размножаване се нарича безполово?

4.Какви форми на безполово размножаване са характерни за организмите?

5. Коя форма на безполово размножаване е най-младата?

6. Какво е митоза?

7.Какви клетки се делят чрез митоза?

8. Какъв набор от хромозоми съдържат клетките в края на интерфазата?

9. В коя фаза на митозата хромозомите са разположени в екваториалната равнина?

10. В коя фаза на митозата хроматидите се придвижват към полюсите на клетката?

11.На какъв етап от клетката се образува вретеното?

12.Какво е биологичното значение на митозата?

1. Прочетете образователния материал по-долу.

2.Анализиране на таблици от приложението

3. Отговорете на въпроси за самоконтрол.

Полово размножаване- смяна на поколенията и развитие на организми на базата на специализирани зародишни клетки.

Въпреки това, при безгръбначните животни спермата и яйцеклетките често се образуват в тялото на един организъм. Това явление - бисексуалност - се нарича хермафродитизъм.

Има случаи, когато не е задължително нов организъм да се появи в резултат на сливането на зародишни клетки. При някои видове животни и растения се наблюдава развитие от неоплодено яйце (пчели, оси, листни въшки, някои ракообразни (дафнии)). Този тип възпроизвеждане се нарича девствено или партеногенетичен.

Полово размножаване. Нов организъм се образува в резултат на сливането на гаметни полови клетки (n). Образува се зигота (2n) с уникален набор от хромозоми. Сексуалното размножаване е характерно за повечето живи организми. Предимства : всеки индивид има уникален генотип, който позволява, в резултат на естествен подбор, да се адаптира към различни условиязаобикаляща среда.

Характерни са следните особености: в размножаването обикновено участват два индивида - мъжки и женски; по-често се осъществява с помощта на специализирани клетки - гамети; намаляването на броя на хромозомите и рекомбинацията на генетичния материал в гаметите възниква в резултат на мейозата; потомството (с изключение на еднояйчните близнаци) е генетично различно едно от друго и от родителите.

Сперматогенеза, оогенеза (овогенеза).

Гаметогенезата е процес на развитие на половите клетки - гамети. Предшествениците на гаметите (гаметоцитите) са диплоидни. Процесът на образуване на сперматозоиди се нарича сперматогенеза, а образуването на яйцеклетки се нарича оогенеза. Има три различни области или зони в половите жлези: размножителна зона, зона на растеж, зона на зреене. Сперматогенезата и оогенезата включват три еднакви фази: размножаване, растеж, съзряване (деление). Има още една фаза в сперматогенезата - образуване.

Фаза на размножаване: Диплоидните клетки се делят многократно чрез митоза. Броят на клетките в половите жлези се увеличава, те се наричат ​​оогонии и сперматогонии. Хромозомен набор 2n.

Във фаза на растежнастъпва техният растеж, получените клетки се наричат ​​овоцити от 1-ви ред и сперматоцити от 1-ви ред.

Във фаза на зреененастъпва мейоза, в резултат на първото мейотично делене се образуват гаметоцити от 2-ри ред (набор от хромозоми n2c), които влизат във второто мейотично делене и се образуват клетки с хаплоиден набор от хромозоми (nc). Оогенезата на този етап е почти завършена и сперматогенезата също включва фаза на образуване, по време на които се образуват сперматозоиди.

За разлика от образуването на сперматозоиди, което се случва едва след достигане на полова зрялост (особено при гръбначните), процесът на образуване на яйца започва в ембриона. Репродуктивният период се осъществява изцяло в ембрионалния стадий на развитие и завършва в момента на раждането (при бозайници и хора). По време на периода на растеж овоцитите се увеличават по размер поради натрупването на хранителни вещества (протеини, мазнини, въглехидрати) и пигменти - образува се жълтък. След това овоцитите от 1-ви ред навлизат в периода на узряване. Първото мейотично делене води до две дъщерни клетки. Едното от тях, сравнително малко, наречено първо полярно тяло, не функционира, а другото, по-голямо (овоцит от 2-ри ред), претърпява допълнителни трансформации.

Второто разделение на мейозата настъпва преди етапа на метафаза II и ще продължи само след като овоцитът от 2-ри ред взаимодейства със спермата и настъпи оплождане. Така, строго погледнато, от яйчника излиза не яйцеклетка, а овоцит от втори ред. След оплождането се дели, което води до яйцеклетката (или яйцеклетката) и второ полярно тяло. Въпреки това, традиционно, за удобство, яйцеклетката се нарича овоцит от втори ред, готов да взаимодейства със сперма. Така в резултат на оогенезата се образува едно нормално яйце и три полярни тела.

Гамети. Това са зародишни клетки, чието сливане образува зигота, давайки началото на нов организъм. Те са високоспециализирани клетки, участващи в процесите, свързани със сексуалното размножаване. Гаметите имат редица характеристики, които ги отличават от соматичните клетки: хромозомният набор от соматични клетки е диплоиден (2n2c), а гаметите са хаплоидни (nc); гаметите не се делят; гамети, особено яйца, по-големи от соматичните клетки; яйцето съдържа много хранителни вещества, сперматозоидите съдържат малко (практически никакви); гаметите имат променено ядрено-цитоплазмено съотношение в сравнение със соматичните клетки (в яйцеклетката ядрото заема значително по-голям обем от цитоплазмата, в спермата е обратното, а ядрото има същите размери като в яйцеклетката). Сперматозоидите играят активна роля в оплождането. Поради това е малък по размер и подвижен (при животните). Яйцето не само внася свой собствен набор от хромозоми в зиготата, но също така осигурява развитието на ембриона в ранните етапи. Поради това той е голям по размер и като правило съдържа голям запас от хранителни вещества.

Организация на животински яйца. Размерът на яйцата варира в широки граници - от няколко десетки микрометра до няколко сантиметра (човешкото яйце е около 100 микрона, щраусово яйце, което има дължина с черупка около 155 мм, също е яйце). Яйцеклетката има редица мембрани, разположени върху плазмената мембрана и резервни хранителни вещества. При бозайниците яйцата имат zona pellucida, на върха на която е corona radiata, слой от фоликуларни клетки.

Количеството хранителни вещества, натрупани в яйцето, зависи от условията, в които се развива ембрионът. Така че, ако развитието на яйцето се случва извън тялото на майката и води до образуването на големи животни, тогава жълтъкът може да представлява повече от 95% от обема на яйцето. Яйцето на бозайниците съдържа по-малко от 5% жълтък. Поради натрупването на хранителни вещества, яйцата развиват полярност. Противоположните полюси се наричат ​​растителен и животински. Поляризацията се проявява във факта, че има промяна в местоположението на ядрото в клетката (то се измества към животинския полюс), както и в разпределението на цитоплазмените включвания (в много яйца количеството жълтък се увеличава от животинския към вегетативния полюс).

Организация на сперматозоидите. Дължината на човешкия сперматозоид е 50-60 микрона. Функциите на спермата определят и нейната структура. Главата е най-голямата част от спермата, образувана от ядрото, което е заобиколено от тънък слой цитоплазма. В предния край на главата има акрозома, част от цитоплазмата с видоизменен апарат на Голджи. Той произвежда ензим, който помага за разтварянето на мембраните на яйцето. На кръстовището на главата и средната част се образува прихващане - шийката на спермата, в която са разположени две центриоли. Зад шийката е средната част на сперматозоидите, съдържаща митохондрии, и опашката, която има структура, типична за всички еукариотни камшичета и е органелата на движението на сперматозоидите. Енергията за движение се осигурява от АТФ хидролиза, която се случва в митохондриите на средната част на спермата.

Оплождане. Съвкупността от процеси, водещи до сливането на мъжките и женските гамети, обединяването на техните ядра и образуването на зигота, която дава начало на нов организъм, се нарича оплождане.

Прави се разлика между външно оплождане, при което срещата на сперматозоидите и яйцеклетките става във външната среда, и вътрешното оплождане, при което срещата на сперматозоидите и яйцеклетките се извършва в женските генитални пътища.

Най-често сперматозоидите се прибират напълно в яйцето; понякога камшикът остава отвън и се изхвърля. От момента, в който спермата проникне в яйцеклетката, гаметите престават да съществуват, тъй като те образуват една клетка - зиготата. В зависимост от броя на сперматозоидите, които проникват в яйцеклетката по време на оплождането, те се различават: моноспермия - оплождане, при което само един сперматозоид прониква в яйцеклетката (най-често срещаното оплождане) и полиспермия - оплождане, при което няколко сперматозоида проникват в яйцеклетката. Но дори и в този случай ядрото само на един от сперматозоидите се слива с ядрото на яйцеклетката, а останалите ядра се унищожават.

Мейоза

Първо мейотично делене.

1. Профаза I.

Хромозомна спирала. Може да се разграничи, че всяка хромозома се състои от две хроматиди, свързани една с друга в центромера.

Хомоложните хромозоми се приближават една до друга, свързват се по цялата си дължина и се усукват - този процес се нарича конюгация. След това има обмен на идентични или хомоложни региони (генен обмен) - кръстосване.

След конюгацията хромозомите се разделят.

2. Метафаза I.

Хромозомите са прикрепени към нишките на вретеното чрез своите центромери и са разположени в екваториалната равнина.

3. Анафаза I.

Към полюсите на клетката отиват половини от всяка хромозома, включително всяка хромозома, която включва един хроматид, както при митозата, и цели хромозоми, всяка от които се състои от 2 хроматиди. Следователно само една от всяка двойка хомоложни хромозоми влиза в дъщерната клетка.

Броят на хромозомите намалява наполовина, хромозомният набор става хаплоиден.

4. Телофаза I.

За дълго време се образува ядрена обвивка. Тъй като отделните хромозоми на хаплоидните дъщерни клетки продължават да се дублират, не се случва дублиране на ДНК по време на интерфазата между първото и второто мейотично делене. Клетките се образуват в резултат на първото разделение на узряването, като се различават по състава на бащините и майчините хромозоми и следователно в набора от гени.

Например, всички човешки клетки, включително първичните зародишни клетки, съдържат 46 хромозоми. От тях 23 са получени от бащата и 23 от майката. След 1-вото мейотично делене само 23 хромозоми влизат в сперматоцитите и ооцитите - по една хромозома от всяка двойка хомоложни хромозоми. Въпреки това, поради случайността на дивергенцията на бащините и майчините хромозоми в анафаза I, получените клетки получават голямо разнообразие от комбинации от родителски хромозоми. Например, един от тях може да има 3 бащини и 20 майчини хромозоми, друг 10 бащини и 12 майчини, трети 20 бащини и 3 майчини и т.н. Броят на възможните комбинации е много голям.

следователно мейоза – в основата на комбинираната генотипна изменчивост.

Второ мейотично делене.

Като цяло протича по същия начин като обикновеното митотично делене, с единствената разлика, че делящата се клетка е хаплоидна.

Профаза II

Хромозомите спирали и се образува вретено.

Метафаза II

Хромозомите са разположени в екваториалната равнина на клетката, нишките на вретеното са прикрепени към центомерите.

Анафаза II.

Хроматидите се движат към полюсите на клетката.

Термична фаза II.

Че. От оригиналната първична зародишна клетка се образуват четири хаплоидни клетки с набор от хромозоми.

Същността на периода на съзряване е, че в зародишните клетки броят на хромозомите е наполовина.

Биологичният смисъл на второто мейотично делене е, че количеството ДНК се привежда в съответствие с хромозомния набор.

При мъжете И четирите хаплоидни клетки се образуват в резултат на мейоза и впоследствие се трансформират в гамети - сперматозоиди.

При женските Поради неравномерната мейоза само една клетка произвежда жизнеспособна яйцеклетка. Останалите три клетки са много по-малки, те се превръщат в така наречените насочващи или редуциращи клетки, които скоро умират. Биологичният смисъл на това е необходимостта да се запазят в една клетка всички резервни хранителни вещества, които ще са необходими за развитието на бъдещия ембрион.

1. Какъв вид размножаване се нарича сексуално?

2. Какви са предимствата на сексуалното размножаване пред безполовото?

3. Кои са основните етапи при образуването на яйцеклетките и спермата?

4.Назовете отличителните черти на мейозата и митозата.

5.Какъв процес се нарича конюгация?

6.Какъв процес се нарича кросингоувър?

7. Какво е биологичното значение на мейозата?

Тема 15. Индивидуално развитиеорганизми: ембрионален период

Какво е биологичното значение на митозата

Светлана Сищенко

Генетична стабилност. В резултат на митозата се получават две ядра, всяко от които съдържа същия брой хромозоми, както е имало в родителското ядро. Тези хромозоми са получени от родителските хромозоми чрез прецизна репликация на ДНК, така че техните гени съдържат абсолютно същата наследствена информация. Дъщерните клетки са генетично идентични с родителската клетка, така че митозата не може да направи никакви промени в генетичната информация. Следователно клетъчните популации (клонинги), получени от родителски клетки, са генетично стабилни.
Височина. В резултат на митозата се увеличава броят на клетките в тялото (процес, известен като хиперплазия), което е един от основните механизми на растеж.
Безполово размножаване, клетъчна регенерация и заместване. Много видове животни и растения се размножават безполово, като използват само митотично клетъчно делене. В допълнение, митозата осигурява регенерация на загубени части (например крака при ракообразните) и клетъчна подмяна, което се случва в една или друга степен при всички многоклетъчни организми.

Анджелина

МИТОЗАТА е основната форма на клетъчно делене, чиято същност е равномерното разпределение на хромозомите между дъщерните клетки; клетъчното делене е асексуално (соматични клетки), образуват се две дъщерни клетки с набор от хромозоми 2n

Напишете каква е същността на митозата. Какво е неговото биологично значение?

Помощ за домашното! Моля те!

Най-важният компонент на клетъчния цикъл е митотичният (пролиферативен) цикъл. Това е комплекс от взаимосвързани и координирани явления по време на клетъчното делене, както и преди и след него. Митотичният цикъл е набор от процеси, протичащи в клетка от едно делене до следващо и завършващи с образуването на две клетки от следващото поколение. Освен това концепцията за жизнения цикъл включва и периода, през който клетката изпълнява функциите си и периодите на почивка. По това време по-нататъшната съдба на клетката е несигурна: клетката може да започне да се дели (влиза в митоза) или да започне да се подготвя да изпълнява специфични функции.
Биологичното познание за митозата е, че тя осигурява наследственото предаване на характеристики и свойства в поредица от клетъчни поколения по време на развитието на многоклетъчен организъм. Благодарение на точното и равномерно разпределение на хромозомите по време на митозата, всички клетки на един организъм са генетично идентични.
Митотичното клетъчно делене е в основата на всички форми на безполово размножаване както в едноклетъчните, така и в многоклетъчните организми. Митозата определя най-важните явления на живота: растеж, развитие и възстановяване на тъкани и органи и безполово размножаване на организмите.
http://xn--90aeobapscbe.xn--p1ai/Educational-materials/Cell-division/41-Mitosis-its-phases-biological-significance

Ирина

Каква е същността на митозата? какво е неговото биологично значение?
Метозата е основната форма на клетъчно делене, чиято същност е равномерното разпределение на хромозомите между дъщерните клетки. Биологично значение на метозата. Метозата е в основата на растежа и вегетативното размножаване на всички организми, които имат еннукриотично ядро. Осигурява постоянството на броя на хромозомите във всички клетки на тялото.