Biologisk betydning mitose

Den består i det faktum at mitose sikrer arvelig overføring av egenskaper og egenskaper i en rekke generasjoner av celler under utviklingen av en flercellet organisme. På grunn av den nøyaktige og jevne fordelingen av kromosomer under mitose, er alle celler i en enkelt organisme genetisk identiske.

Mitotisk celledeling ligger til grunn for alle former for aseksuell reproduksjon, både i encellede og flercellede organismer. Mitose bestemmer de viktigste fenomenene i livet: vekst, utvikling og restaurering av vev og organer og aseksuell reproduksjon av organismer.

Meiose

Under seksuell reproduksjon oppstår en datterorganisme som et resultat av fusjonen av to kjønnsceller (gameter) og påfølgende utvikling fra et befruktet egg - en zygote.

Kjønnscellene til foreldrene har et haploid sett (n) av kromosomer, og i zygoten, når to slike sett kombineres, blir antallet kromosomer diploide (2n): hvert par homologe kromosomer inneholder ett paternal og ett mors kromosom .

Haploide celler dannes fra diploide som et resultat av en spesiell celledeling - meiose.

Meiose- en type mitose, som et resultat av at haploide gameter (1n) dannes fra diploide (2n) somatiske celler i gonadene. Under befruktning smelter gametkjernene sammen og det diploide settet av kromosomer gjenopprettes. Dermed sikrer meiose at settet med kromosomer og mengden DNA forblir konstant for hver art.

Meiose er en kontinuerlig prosess som består av to påfølgende inndelinger kalt meiose I og meiose II. I hver divisjon skilles profase, metafase, anafase og telofase. Som et resultat av meiose I halveres antallet kromosomer (reduksjonsdeling), under meiose II bevares cellehaploiden (likningsdeling). Celler som går inn i meiose inneholder 2n2xp genetisk informasjon.

Profesjon I. Under profase utveksles genetisk informasjon mellom homologe kromosomer. Dette er den mest komplekse fasen av meiose, som er delt inn i 5 underfaser.

Leptoten eller stadiet av tynne filamenter. Det heter slik fordi det, på grunn av den maksimale komprimeringen av kromatin, er mulig å skille individuelle kromosomer i kjernen, som ser ut som tynne tråder.

Zygoten. Kromosomer er kombinert til homologe par. Hvert par er unikt i sin form og plassering av linningen. Slike kromosompar kalles bivalente. På dette stadiet begynner homologe kromosomer å nærme seg hverandre langs hele lengden, og danner et synaptonemalt kompleks. Denne prosessen ligner på å zippe opp en glidelås.

Pachytena. Homologe kromosomer begynner å selektivt utveksle gener. Denne prosessen kalles krysser over.

Diplotena. Synaptonemalkomplekset går i oppløsning, kromatinet mister delvis sin tette struktur, kromosomene beveger seg litt bort fra hverandre, men forblir forbundet. Kan gjennomgå mRNA-syntese.

Diakinese. Kjernekonvolutten løses opp og blir til vesikler. Kromatinet blir tettere igjen. To sentromerer som inneholder sentrioler divergerer mot cellens poler - en delingsspindel dannes. Mikrotubuli fester seg til kinetokorene til kromosomene.

I metafase Ved meiose I er bivalente kromosomer lokalisert i ekvatorialplanet til cellen. I dette øyeblikket når deres spiralisering sitt maksimum. Innholdet av genetisk materiale endres ikke (2n2xr).

I anafase Meiose I homologe kromosomer, bestående av to kromatider, beveger seg til slutt bort fra hverandre og divergerer til cellens poler. Følgelig, fra hvert par homologe kromosomer, kommer bare én inn i dattercellen - antall kromosomer halveres (reduksjon skjer). Innholdet av genetisk materiale blir 1n2xp ved hver pol.

I telofase Det dannes kjerner og cytoplasmaet deles - det dannes to datterceller. Datterceller inneholder et haploid sett med kromosomer, hvert kromosom inneholder to kromatider (1n2хр).

Interkinesis- et kort intervall mellom første og andre meiotiske divisjon. På dette tidspunktet skjer ikke DNA-replikasjon, og de to dattercellene går raskt inn i meiose II, som fortsetter som mitose.

I profetien meiose II De samme prosessene forekommer som i profase av mitose. I metafase er kromosomene plassert i ekvatorialplanet. Det er ingen endringer i innholdet av genetisk materiale (1n2хр). I anafase av meiose II beveger kromatidene til hvert kromosom seg til motsatte poler i cellen, og innholdet av genetisk materiale ved hver pol blir lnlxp. I telofase dannes 4 haploide celler (lnlxp).

Således, som et resultat av meiose, dannes 4 celler med et haploid sett av kromosomer fra en diploid modercelle. I tillegg, i profase av meiose I, oppstår rekombinasjon av genetisk materiale (overkryssing), og i anafase I og II beveger kromosomer og kromatider seg tilfeldig til den ene eller den andre polen. Disse prosessene er årsaken til kombinasjonsvariabilitet.

Biologisk betydning av meiose:

1) er hovedstadiet av gametogenese;

2) sikrer overføring av genetisk informasjon fra organisme til organisme under seksuell reproduksjon;

3) datterceller er ikke genetisk identiske med mor og med hverandre.

Og også, den biologiske betydningen av meiose ligger i det faktum at en reduksjon i antall kromosomer er nødvendig under dannelsen av kjønnsceller, siden under befruktning smelter kjernene til gametene. Hvis denne reduksjonen ikke skjedde, ville det være dobbelt så mange kromosomer i zygoten (og derfor i alle celler i datterorganismen). Dette motsier imidlertid regelen om et konstant antall kromosomer. Takket være meiose er kjønnscellene haploide, og ved befruktning gjenopprettes det diploide kromosomsettet i zygoten

Spørsmål

Blant de forskjellige manifestasjonene av livsaktivitet (ernæring, habitatordning, beskyttelse mot fiender), spiller reproduksjon en spesiell rolle. I en viss forstand er eksistensen av en organisme en forberedelse til dens oppfyllelse av den viktigste biologiske oppgaven - deltakelse i reproduksjon. Organismens evne til å reprodusere er basert på visse cellulære mekanismer. Evnen til å reprodusere er en integrert egenskap hos levende vesener. Med dens hjelp blir biologiske arter og livet som sådan bevart over tid. Biologisk rolle reproduksjon er at det sikrer et generasjonsskifte. Forskjellene som naturlig dukker opp i fenotypene til individer fra ulike generasjoner gjør naturlig utvalg og følgelig utviklingen av livet mulig. Reproduksjon oppsto under den historiske utviklingen av den organiske verden på sitt aller tidlig stadie sammen med cellen. I prosessen med biologisk reproduksjon, sammen med generasjonsskifte og opprettholdelse av et tilstrekkelig nivå av intraspesifikk variabilitet, problemene med å øke antall individer og bevare typene strukturelle og fysiologiske organiseringer som utvikler seg i evolusjonen (ved å reprodusere ens egen type) er også løst. Det siste skyldes at under reproduksjon overføres genetisk materiale (DNA) over en rekke generasjoner, d.v.s. viss biologisk informasjon spesifikk for en gitt type.

Avhengig av arten av cellematerialet som brukes til reproduksjonsformål, skilles forskjellige metoder og former for sistnevnte. Det er to metoder for reproduksjon: aseksuell og seksuell.

Aseksuell reproduksjon- en form for reproduksjon som ikke er forbundet med utveksling av genetisk informasjon mellom individer - den seksuelle prosessen.

Inndeling i to fører til fremveksten fra en foreldreorganisme av to

Aseksuell reproduksjon observeres hos dyr med relativt lavt nivå strukturell og fysiologisk organisasjon, som mange tilhører

økning i antall individer, men fremmer bosetting, bidrar til å overleve

ugunstige forhold.

Seksuell reproduksjon Det kjennetegnes ved tilstedeværelsen av en seksuell prosess, som sikrer utveksling av arvelig informasjon og skaper forhold for fremveksten av arvelig variasjon. Som regel deltar to individer i det - en hunn og en hann, som danner haploide kvinnelige og mannlige reproduksjonsceller - kjønnsceller.

Formene for den seksuelle prosessen er konjugering og paring.

Konjugasjon- en særegen form for den seksuelle prosessen der befruktning skjer gjennom gjensidig utveksling av migrerende kjerner som beveger seg fra en celle til en annen langs en cytoplasmatisk bro dannet av to individer. Kopulation(gametogami) - en form for den seksuelle prosessen der to celler som er forskjellige i kjønn - kjønnsceller - smelter sammen og danner en zygote. I dette tilfellet danner gametkjernene én zygotekjerne. Følgende hovedformer for gametogami skilles ut: isogami, anisogami og oogami. På isogami mobile, morfologisk identiske gameter dannes, men fysiologisk skiller de seg inn i "mannlig" og "kvinnelig". Isogami forekommer i mange alger.

På anisogami (heterogami) mobile gameter som er forskjellige morfologisk og fysiologisk dannes. Denne typen seksuell prosess er karakteristisk for mange alger.

Når oogamy kjønnsceller er veldig forskjellige fra hverandre. Den kvinnelige gameten er et stort, ubevegelig egg som inneholder en stor tilførsel av næringsstoffer. Mannlige kjønnsceller – sædceller – er små, oftest bevegelige celler som beveger seg ved hjelp av en eller flere flageller. Hos frøplanter har mannlige kjønnsceller - sædceller - ikke flageller og leveres til egget ved hjelp av et pollenrør. Oogamy er karakteristisk for dyr, høyere planter og mange sopp.

Spørsmål

Seksuell reproduksjon Det kjennetegnes ved tilstedeværelsen av en seksuell prosess, som sikrer utveksling av arvelig informasjon og skaper forhold for fremveksten av arvelig variasjon. Som regel deltar to individer i det - en kvinne og en hann, som danner haploide kvinnelige og mannlige reproduksjonsceller - kjønnsceller. Som et resultat av befruktning, dvs. sammensmeltingen av kvinnelige og mannlige gameter, dannes en diploid zygote med en ny kombinasjon av arvelige egenskaper, som blir stamfaren til en ny organisme.

Gametogenese. Prosessen med dannelse og utvikling av kjønnsceller kalles gametogenese. Hos dyr oppstår gametogenese i spesielle kjønnskjertler - gonader. Imidlertid mangler for eksempel svamper og coelenterater gonader og gameter oppstår fra forskjellige somatiske celler.

Sædceller og egg dannes vanligvis av henholdsvis hanner og hunner. Biologiske arter der alle organismer er delt inn i hanner og hunner avhengig av cellene de produserer kalles toboe. Det er arter der den samme organismen kan danne både mannlige og kvinnelige reproduksjonsceller. Slike organismer kalles.

Kimceller gjennomgår en rekke komplekse transformasjoner i sin utvikling. Prosessen med dannelse av mannlige kjønnsceller kalles spermatogenese, og den for kvinner kalles oogenese.

Spermatogenese oppstår i de mannlige gonadene - testiklene. Testis av høyere dyr består av seminiferøse tubuli. I hver tubuli kan du finne separate soner hvor cellene er ordnet i konsentriske sirkler. I hver sone er cellene i passende utviklingsstadier. Spermatogenese består av fire perioder: reproduksjon, vekst, modning og dannelse. Reproduksjonssonen er lokalisert langs periferien av seminiferous tubuli. Cellene i denne sonen kalles spermatogonia. De deler seg intensivt ved mitose, på grunn av hvilket antallet og selve testiklene øker. Perioden med intensiv deling av spermatogoni kalles reproduksjonsperioden.

Etter puberteten flytter noen spermatogoni inn neste sone - vekstsone, plassert nærmere lumen av tubuli. Her øker cellene i størrelse på grunn av en økning i mengden cytoplasma og blir til første ordens spermatocytter (vekstperiode ).

Den tredje perioden med utvikling av mannlige kjønnsceller kalles modningsperiode . På dette tidspunktet deler førsteordens spermatocytter seg ved meiose. Etter den første divisjonen dannes to andre ordens spermatocytt , og etter den andre - fire spermatider , med en oval form og betydelig mindre dimensjoner. Spermatider beveger seg til sonen nærmest lumen av tubuli (formasjonssone). Her endrer spermatidene form og blir modne sædceller , som deretter føres ut av testiklene langs de deferente kanalene. Et stort antall sædceller dannes i testiklene. Ved hvert samleie frigjøres altså rundt 200 millioner sædceller fra en person.

Formen på hannkjønnsceller varierer mellom forskjellige dyrearter. De mest typiske sædceller for høyere dyr er de som har et hode, en nakke og en lang hale, som tjener til aktiv bevegelse. Dette er nøyaktig strukturen til menneskelig sæd. Hodet inneholder kjernen og ubetydelig beløp cytoplasma med organeller. I den fremre enden av hodet er det et akrosom, som er et modifisert Golgi-apparat. Den inneholder enzymer som løser opp eggeskallet under befruktning. Halsen inneholder sentrioler og mitokondrier.

Sædceller har ingen reserver av næringsstoffer og dør vanligvis raskt.

Oogenese forekommer i spesielle kjertler - eggstokkene - og inkluderer tre perioder: reproduksjon, vekst og modning. Her er det ingen dannelsesperiode I reproduksjonsperioden deler forløperne til kjønnsceller seg intensivt - oogonia. Hos pattedyr slutter denne perioden før fødselen. På dette tidspunktet er det dannet rundt 30 tusen oogonia, som forblir uendret i mange år. Med begynnelsen av puberteten inngår individuell oogoni med jevne mellomrom vekstperiode. Cellene forstørres, eggeplomme samler seg i dem - de dannes første ordens oocytter. Hver oocytt er omgitt av små follikulære celler som gir dens næring. Da dannes en moden oocytt ( Graafisk boble), egnet for overflaten av eggstokken. Veggen bryter, og førsteordens oocytten kommer inn bukhulen og videre inn eggleder. Førsteordens oocytter går inn i modningsperioden - de deler seg, men i motsetning til en lignende prosess under spermatogenese, dannes celler her som ikke er like store: under den første modningsdelingen, en andre ordens oocytt og en liten første polar kropp, under andre divisjon - modent egg og et andre polarlegeme. Denne ujevne fordelingen av cytoplasma gir egget en betydelig mengde næringsstoffer, som deretter brukes under utviklingen av embryoet.

Moden egg , som sædcellene, inneholder halvparten av antallet kromosomer, siden i løpet av modningsperioden gjennomgår første-ordens oocytter meiose. Oocytter har oftest en sfærisk form.De er vanligvis mye større enn somatiske celler. Det menneskelige egget har for eksempel en diameter på 150-200 mikron. Eggene til dyr hvis embryonale utvikling skjer utenfor mors kropp (egg fra fugler, krypdyr, amfibier og fisk) når spesielt store størrelser.

Eggene inneholder en rekke stoffer som er nødvendige for dannelsen av embryoet. Først av alt er det et næringsrikt materiale - eggeplommen. Avhengig av mengden eggeplomme og arten av dens distribusjon, skilles flere typer egg. Eggene er dekket med membraner. Membranene utfører beskyttende funksjoner, sikrer utveksling av stoffer med miljøet, og i placenta tjener de til å introdusere embryoet i livmorveggen. Prosessen som forårsaker møtet av mannlige og kvinnelige reproduksjonsceller i dyr kalles inseminering. Det er ekstern og intern inseminering.

På ekstern inseminering, karakteristisk for de fleste vannlevende dyr, spermier og egg slippes ut i vannet, hvor de smelter sammen. For slik inseminering er direkte møte mellom mannlige og kvinnelige individer ikke nødvendig, men et stort antall gameter er nødvendig, siden de fleste av dem dør.

Intern inseminering karakteristisk for landboere, der det ikke er betingelser for bevaring og møte av kjønnsceller i det ytre miljø. Med denne typen inseminering introduseres sædceller i hunnens forplantningskanal. Intern inseminasjon er karakteristisk for alle landlevende virveldyr (krypdyr, fugler, pattedyr), samt ormer, edderkopper og insekter. Når sædceller når egget, skjer det en prosess befruktning . Det utføres som følger. Ved kontakt med egget brister sædcellens akrosom og innholdet frigjøres. Under påvirkning av akrosomenzymer oppløses eggets skall ved kontaktpunktet. Den indre overflaten av akrosomet er forlenget, og det dannes en akrosomal prosess, som trenger inn i den oppløste sonen av eggmembranene og smelter sammen med eggmembranen. På dette tidspunktet dannes en mottakelig tuberkel fra cytoplasmaet. Den fanger opp kjernen, sentriolene og mitokondriene til sædcellene og bærer dem inn i egget. Den cytoplasmatiske membranen til sædcellene er innebygd i eggets membran.

Penetrering av en sædcelle i et egg fører til at befruktningsmembranen flasses av egget. Et rom fylt med væske vises mellom det og overflaten av egget. Dannelsen av befruktningsmembranen hindrer andre sædceller i å komme inn i egget.

Etter å ha trengt inn i cytoplasmaet til egget, svulmer sædcellene og når størrelsen på eggekjernen. Kjernene kommer nærmere og smelter sammen. Dette øyeblikket er selve befruktningen. Som et resultat dannes en diploid zygote fra to gameter, det vil si at det diploide settet med kromosomer gjenopprettes.

Under befruktning trenger vanligvis en sædcelle inn i egget. Hos insekter, fisk, fugler og andre dyr kan imidlertid flere sædceller trenge gjennom egget. Dette fenomenet kalles polyspermi. I dette tilfellet smelter kjernen til bare en sædcelle sammen med eggets kjerne. Kjernene til andre sædceller blir ødelagt. Imidlertid krever befruktning deltakelse av mange sædceller, da de skiller ut enzymer som sikrer at de trenger inn i egget. Hvis det ikke er nok enzymer, skjer ikke befruktning.

Spørsmål

Genetikk som vitenskap: mål, mål, objekter og studiemetoder. Nivåer av studier av genetiske fenomener. De viktigste retningene og stadiene i utviklingen av genetikk siden 1900. Rollen til innenlandske og utenlandske forskere. Grunnleggende begreper om genetikk. Genetikkens betydning for medisin.

Som en vitenskap studerer genetikk to hovedproblemer - arv og variasjon; den prøver å forklare mekanismene for overføring av egenskaper fra foreldre til barna, samt likheter og forskjeller mellom beslektede organismer. Arvelighet- dette er evnen som ligger i alle organismer til å overføre sine egenskaper til deres avkom, noe som fører til biologisk likhet mellom foreldre og deres avkom, samt å sikre muligheten for individuell utvikling i samsvar med stadig skiftende miljøforhold. Variabilitet representerer organismers evne til å tilegne seg ulike typer endringer. Dermed sikrer arv, som er konservativ, bevaring av egenskaper og egenskaper til organismer over mange generasjoner, og variasjon forårsaker dannelsen av nye egenskaper som følge av endringer i genetisk informasjon eller miljøforhold. Genetikkens oppgaver oppstår fra de etablerte generelle lovene om arv og variasjon. Disse oppgavene inkluderer forskning på: 1) mekanismer for lagring og overføring av genetisk informasjon fra foreldreformer til datterformer; 2) mekanismen for å implementere denne informasjonen i form av egenskaper og egenskaper til organismer i prosessen med deres individuelle utvikling under kontroll av gener og påvirkning av miljøforhold; 3) typer, årsaker og variasjonsmekanismer for alle levende vesener; 4) forholdet mellom prosessene med arv, variasjon og seleksjon som drivende faktorer i utviklingen av den organiske verden.

Genetikk er også grunnlaget for å løse en rekke viktige praktiske problemer. Disse inkluderer: 1) valg av de mest effektive typene hybridisering og seleksjonsmetoder; 2) administrere utviklingen av arvelige egenskaper for å oppnå de mest betydningsfulle resultatene for en person; 3) kunstig produksjon av arvelig modifiserte former for levende organismer; 4) utvikling av tiltak for å beskytte dyrelivet mot de skadelige mutagene effektene av ulike miljøfaktorer og metoder for å bekjempe arvelige menneskelige sykdommer, skadedyr på landbruksplanter og dyr; 5) utvikling av genteknologiske metoder for å oppnå høyeffektive produsenter av biologisk aktive forbindelser, samt å skape fundamentalt nye teknologier i valg av mikroorganismer, planter og dyr.

Når man studerer arv og variabilitet på ulike nivåer av organisering av levende materie (molekylær, cellulær, organisme, populasjon) i genetikk, brukes ulike metoder for moderne biologi: hybridologisk, cytogenetisk, biokjemisk, genealogisk, tvilling, mutasjon, etc. Men bl.a. de mange metodene for å studere arvelighetsmønstre, det sentrale stedet tilhører den hybridologiske metoden. Dens essens ligger i hybridisering (kryssing) av organismer som skiller seg fra hverandre i en eller flere egenskaper, etterfulgt av analyse av avkommet. Denne metoden lar deg analysere mønstrene for arv og variasjon av individuelle egenskaper og egenskaper til en organisme under seksuell reproduksjon, samt variasjonen av gener og deres kombinasjon. Hovedmålet Genetikk har alltid handlet om å forstå arvelighetsmekanismene, studere hvert gen separat for å bestemme dets funksjoner som et byggeelement som bærer en viss mengde arvelig informasjon. Det sier seg selv at det er umulig å drive slik forskning i bare én retning av vitenskapen. Det er derfor den kromosomale arvelighetsteorien utviklet seg parallelt med flere beslektede disipliner, som cytologi, molekylærbiologi osv. Human genetikk, eller medisinsk genetikk, studerer fenomenene arv og variasjon i forskjellige menneskelige populasjoner, trekk ved manifestasjonen og utviklingen av normale (fysiske, kreative, intellektuelle evner) og patologiske egenskaper, sykdommers avhengighet av genetisk forhåndsbestemmelse og tilstander miljø, blant annet fra sosiale levekår. Dannelsen av medisinsk genetikk begynte på 30-tallet. XX århundre, da fakta begynte å dukke opp som bekrefter at arv av egenskaper hos mennesker er underlagt de samme lovene som i andre levende organismer. Medisinsk genetikks oppgave er å identifisere, studere, forebygge og behandle arvelige sykdommer, samt å utvikle måter å forebygge skadelige effekter av miljøfaktorer på menneskelig arv. Når de studerer arv og menneskelig variabilitet, bruker de følgende metoder:

Genealogisk metode lar deg finne ut familiebånd og spore arven til normale eller patologiske egenskaper blant nære og fjerne slektninger i en gitt familie på grunnlag av å utarbeide en stamtavle - genealogi. Hvis det er stamtavler, er det ved hjelp av oppsummeringsdata for flere familier mulig å bestemme arvetypen til en egenskap - dominant eller recessiv, kjønnsbundet eller autosomal, så vel som dens monogene eller polygene natur. Den genealogiske metoden har bevist arven til mange sykdommer, for eksempel sukkersyke schizofreni, hemofili, etc.

Den genealogiske metoden brukes for diagnostisering av arvelige sykdommer og medisinsk genetisk rådgivning; det gir mulighet for genetisk forebygging (forebygging av fødselen av et sykt barn) og tidlig forebygging arvelige sykdommer.

Tvillingmetoden består i å studere utviklingen av egenskaper hos tvillinger. Det lar deg bestemme rollen til genotypen i arven av komplekse egenskaper, samt vurdere påvirkningen av faktorer som oppdragelse, trening, etc.

Cytogenetisk metode er basert på en mikroskopisk studie av kromosomstruktur hos friske og syke mennesker. Cytogenetisk kontroll brukes ved diagnostisering av en rekke arvelige sykdommer assosiert med fenomenene aneuploidi og ulike kromosomale omorganiseringer. Det gjør det også mulig å studere vevsaldring basert på studier av den aldersrelaterte dynamikken i cellestruktur, for å etablere den mutagene effekten av miljøfaktorer på mennesker, etc.

Biokjemiske metoder studier av menneskelig arvelighet bidrar til å oppdage en rekke stoffskiftesykdommer (karbohydrat, aminosyre, lipid, etc.) ved hjelp av for eksempel studiet av biologiske væsker (blod, urin, fostervann) gjennom kvalitativ eller kvantitativ analyse. Årsaken til disse sykdommene er en endring i aktiviteten til visse enzymer.

Kort informasjon fra genetikkens historie. Genetikk studerer mønstrene for arv og variasjon, som er relatert til de grunnleggende egenskapene til levende materie og alle organismer. Genetikk som vitenskap har utviklet seg som svar på praktiske behov. Ved avl av husdyr og kulturplanter har hybridisering blitt brukt siden antikken, dvs. kryssing av organismer som tilhører forskjellige arter, raser, varianter eller som skiller seg fra hverandre i enkelte egenskaper. Ved å sammenligne hybrider med de originale formene, har utøvere lenge lagt merke til noen trekk ved arven til egenskaper.

De grunnleggende mønstrene for kontinuitet av egenskaper og egenskaper på tvers av generasjoner ble oppdaget av G. Mendel (1822-1884). Han laget en rapport om forskningen sin i 1865 på et møte i Society of Natural History Lovers i Brno (Tsjekkoslovakia). Mendels verk, "Eksperimenter med plantehybrider", som senere ble en klassiker, ble publisert i det samme samfunn i 1866, men på den tiden vakte ikke oppmerksomheten til hans samtidige.

Først i 1900 de samme mønstrene ble igjen etablert uavhengig av hverandre av G. de Vries i Holland, K. Correns i Tyskland og E. Cermak i Østerrike. Snart, takket være hybridiseringseksperimenter utført med en rekke objekter, ble det vist at mønstrene oppdaget av Mendel er karakteristiske for alle organismer, planter og dyr. 1900 kan betraktes som året for genetikkens andre fødsel.

På begynnelsen av 1900-tallet. etter forslag fra den danske vitenskapsmannen I. Johansen ble diskrete arveenheter gitt navnet gener.

I 1902 bemerket T. Boveri i Tyskland, E. Wilson og D. Setton i USA at ved overføring av arvelige faktorer er det parallellitet i kromosomenes oppførsel under dannelsen av kjønnsceller og befruktning. Denne tilfeldigheten førte til antagelsen om en sammenheng mellom arvelige faktorer og kromosomer. Hypotesen viste seg å være fruktbar og markerte et nytt stadium i studiet av fenomenene arv, assosiert med syntesen av genetikk: og cytologi.

De største suksessene i denne retningen ble oppnådd av skolen til den amerikanske genetikeren T.G. Morgan (1866-1945), som formulerte den kromosomale teorien om arv (1911). Morgans skole beviste at gener er lokalisert på kromosomer og er ordnet i en lineær rekkefølge.

På 30-tallet av XX århundre. Å definere et gen bare som en del av et kromosom tilfredsstiller ikke lenger forskere. Fremskritt i utviklingen av biokjemi har gjort det mulig å mer nøyaktig karakterisere det materielle substratet for arv.

Den sovjetiske forskeren N.K. Koltsov (1872-1940) uttrykte allerede i 1928 ideen om en sammenheng mellom gener og et bestemt kjemisk stoff. Han antok at et kromosom er et stort proteinmolekyl, hvis individuelle radikaler utfører funksjonen til gener. N.K. Koltsov mente at proteinmiceller er i stand til selvreproduksjon. Denne teorien viste seg å være feil, men for første gang i vitenskapen ble det gjort et forsøk på å vurdere arvelighetsmønstrene på molekylært nivå, og for første gang ble ideen om autoreproduksjon av enheter med arvelig informasjon fremmet (den matriseprinsippet for syntesen av makromolekyler). I de siste tiårene har det vært mulig å trenge dypere inn i studiet av arvens materielle grunnlag og gå videre til å belyse deres kjemiske natur.

På 40-tallet fant G. Beadle og E. Tatum ut at gener bestemmer dannelsen av enzymer, som ved å styre cellulær metabolisme på en bestemt måte påvirker utviklingen av strukturer og fysiologiske egenskaper til organismer (ett gen - ett enzym).

I 1944 etablerte O. Avery, K. McLeod og M. McCarthy, ved bruk av mikroorganismer, at overføring av arvelig informasjon er assosiert med nukleinsyre (DNA). Forskningen til den sovjetiske biokjemikeren A. N. Belozersky (1905-1972) spilte en viktig rolle i studiet av DNA. Tilbake på 30-tallet presenterte han data om at DNA er en essensiell komponent i kromosomene til plante- og dyreceller, og studerte nukleotidsammensetningen til DNA fra mange arter. Videre forskning på fenomenene arv måtte flyttes til det molekylære nivået. På begynnelsen av 40-tallet ble det foreslått fundamentalt nye metoder som gjorde det mulig å legge grunnlaget for molekylær genetikk: elektronmikroskopi, metoden for merkede atomer, røntgenstrukturanalyse, etc. Molekylærbiologi oppsto i skjæringspunktet mellom genetikk, mikrobiologi, biokjemi og fysikk. Forskning utført av fysikere spilte en viktig rolle; På begynnelsen av 50-tallet ble det således tatt røntgenbilder av en DNA-streng i et laboratorium ledet av den engelske fysikeren M. Wilkinson ved hjelp av røntgen og matematiske beregninger. Den amerikanske biokjemikeren E. Chargaff oppdaget regelen om komplementaritet mellom purin- og pyrimidinbaser. Basert på sammenligningen og analysen av disse dataene foreslo genetikerne J. Watson og F. Crick i 1953 en modell for makro. molekylær struktur DNA, formet som en dobbel helix. En dybdestudie av arvelighet på molekylært nivå startet.

Dermed kan tre stadier skilles i genetikkens historie: den første er studiet av arvelighetsfenomener på organismenivå, den andre - på cellenivå, og den tredje - på molekylært nivå. Naturligvis, selv i dag, har studiet av arvelighetens egenskaper på alle nivåer ikke mistet sin betydning. Seleksjon er basert på studiet av genetiske mønstre, dvs. skape nye og forbedre eksisterende raser av husdyr, varianter av kulturplanter, samt mikroorganismer som brukes i farmasøytisk industri, medisin og nasjonaløkonomien.

Grunnleggende begreper og vilkår for genetikk.

Arvelighet- organismers egenskap til å gjenta lignende egenskaper i flere generasjoner og sikre den spesifikke karakteren av individuell utvikling under visse miljøforhold. Takket være arvelighet har foreldre og etterkommere en lignende type biosyntese, som bestemmer likheten i den kjemiske sammensetningen av vev, metabolismens natur, fysiologiske funksjoner, morfologiske egenskaper og andre funksjoner. Som et resultat reproduserer hver type organisme seg selv fra generasjon til generasjon.

Variabilitet- Dette er et fenomen som er motsatt av arv. Det består i å endre arvelige tilbøyeligheter, så vel som i variasjonen av deres manifestasjoner under utviklingen av organismer når de samhandler med det ytre miljøet. De elementære diskrete arvelighetsenhetene er gener. MED kjemisk punkt Når det gjelder syn, er de segmenter av et DNA-molekyl. Hvert gen bestemmer sekvensen av aminosyrer i et av proteinene, noe som til slutt fører til implementering av visse egenskaper i individets ontogenese. Tegn forstås som morfologiske, fysiologiske, biokjemiske, patologiske og andre egenskaper til organismer som noen av dem skiller seg fra andre.

Gener som bestemmer utviklingen av alternative egenskaper kalles vanligvis allelisk de er lokalisert på samme sted av homologe kromosomer.

Hvis begge homologe kromosomer inneholder de samme allelegenene, kalles en slik organisme homozygot og produserer bare én type kjønnsceller. Hvis de alleliske genene er forskjellige, kalles en slik organisme heterozygot Av denne egenskapen, produserer den to typer gameter.

Helheten av alle arvelige faktorer kalles genotype. Begrepet "genotype" brukes også i en snevrere betydning for å betegne de genene hvis arv er gjenstand for studier.

Helheten av alle tegn og egenskaper til en organisme kalles fenotype. Fenotypen utvikler seg til genetisk grunnlag som et resultat av organismens samspill med miljøforhold. Derfor kan organismer med samme genotype avvike fra hverandre avhengig av forholdene for utvikling og eksistens. Grensene som varierer innenfor, avhengig av miljøforhold fenotypiske manifestasjoner genotype kalles reaksjonsnorm .

Arv - en metode for å overføre arvelig informasjon, som kan variere avhengig av former for reproduksjon. Ved aseksuell reproduksjon skjer arv gjennom vegetative celler og sporer, noe som sikrer stor likhet mellom mors- og dattergenerasjoner. Ved seksuell reproduksjon skjer arv gjennom kjønnsceller. Likheten mellom foreldre og barn i dette tilfellet er mindre enn i den forrige, men det er større variasjon, og derfor mye rikere materiale for seleksjon og evolusjonsprosessen.

28. Mitose, dens biologiske betydning.

Den viktigste komponenten i cellesyklusen er den mitotiske (proliferative) syklusen. Det er et kompleks av sammenhengende og koordinerte fenomener under celledeling, så vel som før og etter det. Mitotisk syklus- dette er et sett med prosesser som skjer i en celle fra en divisjon til den neste og ender med dannelsen av to celler av neste generasjon. I tillegg inkluderer begrepet livssyklus også perioden hvor cellen utfører sine funksjoner og hvileperioder. På dette tidspunktet er den videre celleskjebnen usikker: cellen kan begynne å dele seg (gå inn i mitose) eller begynne å forberede seg på å utføre spesifikke funksjoner.

Hovedstadier av mitose.

1. Reduplikasjon (selvduplikasjon) av den genetiske informasjonen til modercellen og dens jevne fordeling mellom datterceller. Dette er ledsaget av endringer i strukturen og morfologien til kromosomer, der mer enn 90% av informasjonen til en eukaryot celle er konsentrert.

2. Den mitotiske syklusen består av fire påfølgende perioder: presyntetisk (eller postmitotisk) G1, syntetisk S, postsyntetisk (eller premitotisk) G2 og selve mitosen. De utgjør den autokatalytiske interfasen (forberedende periode).

Cellesyklusfaser:

1) presyntetisk (G1). Oppstår umiddelbart etter celledeling. DNA-syntese har ennå ikke funnet sted. Cellen vokser aktivt i størrelse, og lagrer stoffer som er nødvendige for deling: proteiner (histoner, strukturelle proteiner, enzymer), RNA, ATP-molekyler. Deling av mitokondrier og kloroplaster (dvs. strukturer som er i stand til selvreproduksjon) skjer. De organisatoriske egenskapene til interfasecellen gjenopprettes etter forrige deling;

2) syntetisk (S). Genetisk materiale dupliseres gjennom DNA-replikasjon. Det skjer på en semi-konservativ måte, når den doble helixen til DNA-molekylet divergerer i to kjeder og en komplementær kjede syntetiseres på hver av dem.

Resultatet er to identiske DNA-dobbeltspiraler, hver bestående av en ny og en gammel DNA-streng. Mengden arvestoff dobles. I tillegg fortsetter syntesen av RNA og proteiner. Dessuten gjennomgår en liten del av mitokondrielt DNA replikasjon (hoveddelen av det replikeres i G2-perioden);

3) postsyntetisk (G2). DNA syntetiseres ikke lenger, men defektene som er gjort under syntesen i S-perioden blir korrigert (reparert). Energi og næringsstoffer akkumuleres også, og syntesen av RNA og proteiner (hovedsakelig kjernefysiske) fortsetter.

S og G2 er direkte relatert til mitose, så de er noen ganger separert i en egen periode - preprofase.

Etter dette oppstår egentlig mitose, som består av fire faser. Delingsprosessen omfatter flere påfølgende faser og er en syklus. Varigheten varierer og varierer fra 10 til 50 timer i de fleste celler. I menneskekroppsceller er varigheten av mitosen i seg selv 1-1,5 timer, G2-perioden for interfase er 2-3 timer, S-perioden for interfase er 6-10 timer. timer.

Biologisk betydning av mitose

∙ Mitose ligger til grunn for veksten og vegetativ reproduksjon av alle organismer som har en kjerne - eukaryoter.

∙ Takket være mitose opprettholdes konstanten av antall kromosomer i cellegenerasjoner, d.v.s. datterceller mottar den samme genetiske informasjonen som var inneholdt i morcellens kjerne.

∙ Mitose bestemmer de viktigste fenomenene i livet: vekst, utvikling og restaurering av vev og organer og aseksuell reproduksjon av organismer.

∙ Aseksuell reproduksjon, regenerering av tapte deler, celleerstatning i flercellede organismer

Genetisk stabilitet - sikrer stabiliteten til karyotypen til somatiske celler gjennom hele livet til en generasjon (dvs. gjennom hele organismens liv.

29. Meiotisk inndeling, dens trekk, kjennetegn ved stadiene i profase 1.

Den sentrale hendelsen av gametogenese er en spesiell form for celledeling - meiose. I motsetning til den utbredte mitosen, som opprettholder et konstant diploid antall kromosomer i celler, fører meiose til dannelsen av haploide kjønnsceller fra diploide celler. Under påfølgende befruktning danner gametene en ny generasjons organisme med en diploid karyotype (ps + ps == 2n2c). Dette er den viktigste biologiske betydningen av meiose, som oppsto og ble etablert i evolusjonsprosessen hos alle arter som formerer seg seksuelt.

Meiose består av to divisjoner som raskt følger hverandre, som oppstår i løpet av modningsperioden. DNA-dobling for disse divisjonene skjer én gang i løpet av vekstperioden. Den andre meiotiske inndelingen følger den første nesten umiddelbart slik at arvematerialet ikke syntetiseres i intervallet mellom dem (fig. 5.5).

Første meiotisk deling kalles reduksjon, siden det fører til dannelse av haploide n2c-celler fra diploide celler (2n2c). Dette resultatet er sikret på grunn av særegenhetene til profasen til den første divisjonen av meiose. I profase I av meiose, så vel som i vanlig mitose, observeres kompakt pakking av genetisk materiale (kromosomspiralisering). Samtidig oppstår en hendelse som er fraværende i mitose: homologe kromosomer konjugerer med hverandre, dvs. er nært tilnærmet av de tilsvarende områdene.

Som et resultat av konjugering dannes kromosompar, eller bivalente, nummer n. Siden hvert kromosom som kommer inn i meiose består av to kromatider, inneholder det bivalente fire kromatider. Formelen til det genetiske materialet i profase I forblir 2n4c. Mot slutten av profasen forkortes kromosomene i bivalente, sterkt spiralformede. Som i mitose, i profase I av meiose, begynner dannelsen av spindelen, ved hjelp av hvilken kromosomalt materiale vil bli fordelt mellom datterceller (fig. 5.5).

Prosessene som skjer i meioseprofase I og bestemmer resultatene av den, bestemmer den lengre varigheten av denne delingsfasen sammenlignet med mitose og gjør det mulig å skille flere stadier i den.

Leptoten er det tidligste stadiet av profase I av meiose, der spiraliseringen av kromosomer begynner, og de blir synlige under mikroskopet som lange og tynne tråder.

Zygoten er karakterisert ved begynnelsen av konjugering av homologe kromosomer, som er forent av det synaptonemale komplekset til et bivalent (fig. 5.6).

Pachytene er et stadium der det, på bakgrunn av pågående spiralisering av kromosomer og deres forkorting, kryssing skjer mellom homologe kromosomer - kryssing med utveksling av tilsvarende seksjoner.

Diplotene er preget av fremveksten av frastøtende krefter mellom homologe kromosomer, som begynner å bevege seg bort fra hverandre primært i sentromerregionen, men forblir forbundet i områdene med tidligere kryssende over - chiasmachs (fig. 5.7).

Diakinesis er det siste stadiet av profase I av meiose, der homologe kromosomer holdes sammen bare på individuelle punkter av chiasmata. Bivalente tar på seg den bisarre formen av ringer, kors, åttere, etc. (Fig. 5.8).

Til tross for de frastøtende kreftene som oppstår mellom homologe kromosomer, skjer ikke den endelige ødeleggelsen av bivalente i profase I. Et trekk ved meiose i oogenese er tilstedeværelsen av et spesielt stadium - dictyoten, som er fraværende i spermatogenese. På dette stadiet, nådd hos mennesker under embryogenese, stopper kromosomene, etter å ha fått en spesiell morfologisk form av "lampebørster", eventuelle ytterligere strukturelle endringer i mange år. Ved å nå kvinnekroppen reproduktiv alder under påvirkning av luteiniserende hormon i hypofysen, som regel gjenopptar en oocytt meiose hver måned.

EGENSKAPER

Seksuell reproduksjon av organismer utføres ved hjelp av spesialiserte celler, den såkalte. kjønnsceller - oocytter (egg) og sædceller (spermier). Gameter smelter sammen og danner én celle - en zygote. Hver gamete er haploid, dvs. har ett sett med kromosomer. Innenfor settet er alle kromosomene forskjellige, men hvert kromosom i egget tilsvarer ett av sædcellens kromosomer. Zygoten inneholder derfor allerede et par kromosomer som tilsvarer hverandre, som kalles homologe. Homologe kromosomer er like fordi de har de samme genene eller deres varianter (alleler) som bestemmer spesifikke egenskaper. For eksempel kan ett av de sammenkoblede kromosomene ha et gen som koder for blodtype A, og det andre kan ha en variant som koder for blodtype B.

Kromosomene til zygoten som stammer fra egget er morslige, og de som kommer fra sædcellene er paternelle.

Som et resultat av gjentatte mitotiske delinger, oppstår enten en flercellet organisme eller tallrike frittlevende celler fra den resulterende zygoten, som forekommer i protozoer som har seksuell reproduksjon og i encellede alger.

Under dannelsen av kjønnsceller må det diploide settet av kromosomer som er tilstede i zygoten reduseres med det halve. Hvis dette ikke skjedde, ville fusjonen av kjønnsceller i hver generasjon føre til en dobling av settet av kromosomer. Reduksjon til det haploide antallet kromosomer skjer som et resultat av reduksjonsdeling - den såkalte. meiose, som er en variant av mitose.

Spalting og rekombinasjon. Det særegne ved meiose er at under celledeling dannes ekvatorialplaten av par av homologe kromosomer, og ikke av dupliserte individuelle kromosomer, som i mitose. Parede kromosomer, som hver forblir enkeltstående, divergerer til motsatte poler av cellen, cellen deler seg, og som et resultat mottar dattercellene halvparten av settet med kromosomer sammenlignet med zygoten.

Anta for eksempel at det haploide settet består av to kromosomer. I zygoten (og følgelig i alle celler i organismen som produserer kjønnsceller) er mors kromosom A og B og fars kromosom A" og B" tilstede. Under meiose kan de dele seg som følger:

Det viktigste i dette eksemplet er det faktum at når kromosomene divergerer, dannes ikke nødvendigvis det opprinnelige maternelle og farssettet, men rekombinasjon av gener er mulig,

Anta nå at kromosomparet AA" inneholder to alleler - a og b - av genet som bestemmer blodgruppene A og B. På samme måte inneholder kromosomparet BB" alleler m og n av et annet gen som bestemmer blodgruppene M og N. Separasjonen av disse allelene kan foregå som følger: Det er klart at de resulterende gametene kan inneholde hvilken som helst av følgende kombinasjoner av alleler av de to genene: am , bn , bm eller an .

Hvis tilgjengelig større antall kromosomer, så vil par av alleler splittes uavhengig etter samme prinsipp. Dette betyr at de samme zygotene kan produsere gameter med ulike kombinasjoner av gen-alleler og gi opphav til ulike genotyper hos avkommet.

Meiotisk inndeling. Begge eksemplene illustrerer meioseprinsippet. Faktisk er meiose mye mer vanskelig prosess, siden den inkluderer to påfølgende divisjoner. Hovedsaken i meiose er at kromosomer bare dobles én gang, mens cellen deler seg to ganger, som et resultat av at antall kromosomer reduseres og det diploide settet blir til et haploid.

Under profasen til den første divisjonen konjugerer homologe kromosomer, det vil si at de kommer sammen i par. Som et resultat av denne svært nøyaktige prosessen ender hvert gen opp motsatt av sin homolog på et annet kromosom. Begge kromosomene dobles da, men kromatidene forblir forbundet med hverandre med en felles sentromer. I metafase står de fire sammenkoblede kromatidene på linje for å danne en ekvatorialplate, som om de var ett duplisert kromosom. I motsetning til hva som skjer ved mitose, deler ikke sentromerer seg. Som et resultat mottar hver dattercelle et par kromatider som fortsatt er forbundet med sentromeren. Under den andre delingen stiller kromosomene, som allerede er individuelle, opp igjen, og danner, som i mitose, en ekvatorialplate, men doblingen deres skjer ikke under denne delingen. Sentromerene deler seg så og hver dattercelle mottar ett kromatid.

Cytoplasmatisk deling. Som et resultat av to meiotiske delinger av en diploid celle, dannes fire celler. Når mannlige reproduksjonsceller dannes, oppnås fire sædceller av omtrent samme størrelse. Når egg dannes, skjer delingen av cytoplasmaet svært ujevnt: en celle forblir stor, mens de tre andre er så små at de nesten helt er okkupert av kjernen. Disse små cellene, den såkalte. polare kropper tjener bare til å romme overflødige kromosomer dannet som et resultat av meiose. Hoveddelen av cytoplasmaet som er nødvendig for zygoten forblir i én celle - egget.

Konjugering og kryssing. Under konjugering kan kromatidene til homologe kromosomer bryte og deretter gå sammen i en ny rekkefølge, og utveksle seksjoner som følger:

Denne utvekslingen av deler av homologe kromosomer kalles kryssing. Som vist ovenfor, fører kryssing til fremveksten av nye kombinasjoner av alleler av koblede gener. Så hvis de opprinnelige kromosomene hadde kombinasjonene AB og ab, vil de etter kryssing inneholde Ab og aB. Denne mekanismen for fremveksten av nye genkombinasjoner utfyller effekten av uavhengig kromosomsortering som oppstår under meiose.

Forskjellen er at kryssing skiller gener på samme kromosom, mens uavhengig sortering kun skiller gener på forskjellige kromosomer.

30. Mutasjoner av arveapparatet. Deres klassifisering Faktorer som forårsaker mutasjoner i det arvelige apparatet

Faktorer som forårsaker mutasjoner kan være en lang rekke miljøpåvirkninger: temperatur, ultrafiolett stråling, stråling (både naturlig og kunstig), effekten av ulike kjemiske forbindelser - mutagener.

Mutagener er agenter i det ytre miljøet som forårsaker visse endringer i genotypen - mutasjon, og prosessen med dannelse av mutasjoner kalles mutagenese.

Strålingsmutagenese begynte å praktisere på 20-tallet av forrige århundre. I 1925 brukte sovjetiske forskere G.S. Filippov og G.A. Nadson, for første gang i genetikkens historie, røntgenstråler for å få mutasjoner i gjær. Et år senere brukte den amerikanske forskeren G. Meller (senere to ganger nobelprisvinner), som jobbet lenge i Moskva ved instituttet ledet av N.K. Koltsov, samme mutagen på Drosophila. Det ble funnet at en stråledose på 10 rad dobler frekvensen av mutasjoner hos mennesker. Stråling kan indusere mutasjoner som fører til arvelige sykdommer og kreft.

Kjemisk mutagenese For første gang begynte N.K. Koltsovs samarbeidspartner V.V. Sakharov målrettet å studere det i 1931 på Drosophila da eggene ble utsatt for jod, og senere M.E. Lobashov.

Kjemiske mutagener inkluderer en lang rekke stoffer (hydrogenperoksid, aldehyder, ketoner, salpetersyre og dens analoger, tungmetallsalter, aromatiske stoffer, insektmidler, ugressmidler, narkotika, alkohol, nikotin, noen medisinske stoffer og mange andre. Fra 5 til 10 % av disse forbindelsene har mutagen aktivitet (i stand til å forstyrre strukturen eller funksjonen til arvematerialet).

Genetisk aktive faktorer kan deles inn i 3 kategorier: fysiske, kjemiske og biologiske.

Fysiske faktorer. Disse inkluderer ulike typer ioniserende stråling og ultrafiolett stråling. En studie av effekten av stråling på mutasjonsprosessen viste at i dette tilfellet er det ingen terskeldose, og selv de minste dosene øker sannsynligheten for at mutasjoner oppstår i befolkningen. En økning i hyppigheten av mutasjoner er farlig ikke så mye i individuell forstand, men fra synspunktet om å øke den genetiske belastningen til befolkningen.

For eksempel øker bestråling av en av ektefellene med en dose innenfor området for dobling av mutasjonsfrekvensen (1,0 - 1,5 Gy) risikoen for å få et sykt barn (fra et nivå på 4 - 5 % til et nivå på 5) - 6 %). Dersom befolkningen i en hel region får samme dose, vil antallet arvelige sykdommer i befolkningen dobles i løpet av en generasjon.

Kjemiske faktorer. Kjemiseringen av landbruket og andre områder av menneskelig aktivitet, utviklingen av den kjemiske industrien førte til syntesen av en enorm strøm av stoffer, inkludert de som aldri hadde eksistert i biosfæren i millioner av år med tidligere evolusjon. Dette betyr for det første uoppløselighet og langsiktig bevaring fremmede stoffer inn i miljøet. Det som i utgangspunktet ble akseptert som prestasjoner i kampen mot skadelige insekter, viste seg senere å være sammensatt problem. Den utbredte bruken av insektmiddelet DDT på 40-60-tallet av forrige århundre førte til at det spredte seg over hele kloden, helt opp til isen i Antarktis.

De fleste plantevernmidler er svært motstandsdyktige mot kjemisk og biologisk nedbrytning og har høy level toksisitet.

Biologiske faktorer. Sammen med fysiske og kjemiske mutagener har noen faktorer av biologisk natur også genetisk aktivitet. Mekanismene for den mutagene effekten av disse faktorene har blitt studert i minst detalj. På slutten av 30-tallet startet S. og M. Gershenzon forskning på mutagenese i Drosophila under påvirkning av eksogent DNA og virus. Siden den gang har den mutagene effekten av mange virusinfeksjoner hos mennesker blitt fastslått.

Kromosomavvik i somatiske celler er forårsaket av kopper, meslinger og varicellavirus, kusma, influensa, hepatitt, etc.

Klassifisering av mutasjoner

Klassifiseringen av mutasjoner ble foreslått i 1932 av G. Meller. Fremheve:

- hypomorfe mutasjoner - manifestasjonen av en egenskap kontrollert av et patologisk gen er svekket sammenlignet med en egenskap kontrollert av et normalt gen (syntese av pigmenter).

- amorfe mutasjoner- en egenskap kontrollert av et patologisk gen vises ikke, siden det patologiske genet ikke er aktivt sammenlignet med det normale genet (albinismegenet).

Hypomorfe og amorfe mutasjoner ligger til grunn for sykdommer som er arvet på en recessiv måte.

Antimorfe mutasjoner- verdien av en egenskap kontrollert av et patologisk gen er motsatt av verdien av en egenskap kontrollert av et normalt gen (overveiende arvelige egenskaper og sykdommer).

- neomorfe mutasjoner- verdien av egenskapen kontrollert av det patologiske genet er motsatt av verdien av genet kontrollert av det normale genet (syntese i kroppen av nye antistoffer mot penetrering av antigenet).

- hypermorfe mutasjoner- en egenskap kontrollert av et patologisk gen er mer uttalt enn en egenskap kontrollert av et normalt gen (Fanconi-anemi).

Moderne klassifisering av mutasjoner inkluderer:

- gen- eller punktmutasjoner. Dette er en endring i ett gen (hvilket som helst), som fører til utseendet av nye alleler. Punktmutasjoner arves som enkle Mendeleske egenskaper, som for eksempel Huntingtons chorea, hemofili, etc. ( eksempel s-m Martina - Bel, cystisk fibrose)

- kromosomale mutasjoner- forstyrre strukturen til kromosomet (genkoblingsgruppen) og føre til dannelse av nye koblingsgrupper. Dette er strukturelle omorganiseringer av kromosomer som et resultat av sletting, duplisering, translokasjon (bevegelse), inversjon eller innsetting av arvelig materiale (eksempel med Downs, sm katt hyle)

- genomiske mutasjoner føre til fremveksten av nye genomer eller deler av disse gjennom tillegg eller tap av hele kromosomer. Et annet navn for dem er numeriske (numeriske) mutasjoner av kromosomer som følge av brudd på mengden genetisk materiale. (eksempel fra Shereshevsky - Turner, fra Klinefelter).

31. Faktorer for mutagenese av det arvelige apparatet.

Mutasjoner er delt inn i spontane og induserte. Spontane mutasjoner er de som oppstår under påvirkning av naturlige faktorer som er ukjente for oss. Induserte mutasjoner er forårsaket av spesielle målrettede effekter.

Faktorer som er i stand til å indusere en mutasjonseffekt kalles mutagene. De viktigste mutagene faktorene er: 1) kjemiske forbindelser, 2) ulike typer stråling.

Kjemisk mutagenese

I 1934 M.E. Lobashev bemerket at kjemiske mutagener må ha 3 kvaliteter:

1) høy penetreringsevne,

2) evnen til å endre den kolloidale tilstanden til kromosomer, 3) en viss effekt på å endre et gen eller kromosom.

Mange kjemiske stoffer har en mutagen effekt. En rekke kjemiske stoffer har en enda kraftigere effekt enn fysiske faktorer. De kalles supermutagener.

Kjemiske mutagener brukes til å produsere mutante former for muggsopp, actinomycetes og bakterier som produserer hundrevis av ganger mer penicillin, streptomycin og andre antibiotika.

Det var mulig å øke den fermentative aktiviteten til sopp som ble brukt til alkoholgjæring. Sovjetiske forskere har oppnådd dusinvis av lovende mutasjoner i ulike varianter av hvete, mais, solsikke og andre planter.

I eksperimenter induseres mutasjoner av en rekke kjemiske midler. Dette faktum indikerer at, tilsynelatende, under naturlige forhold, forårsaker lignende faktorer også utseendet av spontane mutasjoner i ulike organismer, inkludert hos mennesker. Den mutagene rollen til ulike kjemikalier og til og med noen medisiner har blitt bevist. Dette indikerer behovet for å studere den mutagene effekten av nye farmakologiske stoffer, plantevernmidler og andre kjemiske forbindelser som i økende grad brukes i medisin og landbruk.

Strålingsmutagenese Induserte mutasjoner forårsaket av stråling ble først oppnådd av sovjetiske forskere

G.A. Nadson og G.S. Filippov, som i 1925 observerte en mutasjonseffekt i gjær etter eksponering for radiumstråler. I 1927 viste den amerikanske genetikeren G. Meller at røntgenstråler kan forårsake mange mutasjoner i Drosophila, og senere ble den mutagene effekten av røntgenstråler bekreftet på mange objekter. Senere ble det funnet at arvelige forandringer også er forårsaket av alle andre typer penetrerende stråling. For å oppnå kunstige mutasjoner brukes ofte gammastråler, hvis kilde i laboratorier vanligvis er radioaktiv kobolt Co60. Nylig har nøytroner med høy penetreringskraft blitt brukt i økende grad for å indusere mutasjoner. I dette tilfellet oppstår både kromosombrudd og punktmutasjoner. Studiet av mutasjoner assosiert med virkningen av nøytroner og gammastråler er av spesiell interesse av to grunner. For det første er det fastslått at de genetiske konsekvensene av atomeksplosjoner først og fremst er assosiert med den mutagene effekten av ioniserende stråling. For det andre, fysiske metoder Mutagenese brukes til å oppnå økonomisk verdifulle varianter av kulturplanter. Således oppnådde sovjetiske forskere, ved bruk av metoder for eksponering for fysiske faktorer, varianter av hvete og bygg som var motstandsdyktige mot en rekke soppsykdommer og mer produktive.

Bestråling indikerer både genmutasjoner og strukturelle kromosomale omorganiseringer av alle typer beskrevet ovenfor: mangel, inversjon, duplisering og translokasjon, dvs. alle strukturelle endringer forbundet med kromosombrudd. Årsaken til dette er noen trekk ved prosessene som skjer i vev under påvirkning av stråling. Stråling forårsaker ionisering i vev, som et resultat av at noen atomer mister elektroner, mens andre får dem: positivt eller negativt ladede ioner dannes. En lignende prosess med intramolekylær omorganisering, hvis den skjedde i kromosomer, kan forårsake fragmentering. Strålingsenergi kan forårsake kjemiske endringer i miljøet rundt kromosomet som fører til induksjonen genmutasjoner Og strukturelle endringer i kromosomer.

Mutasjoner kan også induseres av kjemiske endringer etter stråling som har skjedd i miljøet. En av de farligste konsekvensene av stråling er dannelsen av frie radikaler OH eller HO2 fra vann i vevet.

Andre mutagene faktorer De første forskerne i mutasjonsprosessen undervurderte rollen til miljøfaktorer i

fenomener med variasjon. Noen forskere på begynnelsen av det tjuende århundre mente til og med at ytre påvirkninger ikke hadde noen betydning for mutasjonsprosessen. Men senere ble disse ideene tilbakevist takket være den kunstige produksjonen av mutasjoner ved bruk av ulike miljøfaktorer. For tiden kan det antas at det tilsynelatende ikke er noen miljøfaktorer som ikke til en viss grad vil påvirke endringer i arvelige egenskaper. Av de fysiske faktorene er den mutagene effekten av ultrafiolette stråler, fotoner av lys og temperatur etablert på en rekke objekter. Økende temperatur øker antallet mutasjoner. Men temperatur er en av de midlene som organismer har beskyttelsesmekanismer mot. Derfor viser forstyrrelsen av homeostase seg å være ubetydelig. Som et resultat har temperatureffekter en liten mutagen effekt sammenlignet med andre midler.

32. Inkluderinger i eukaryote celler, deres typer, formål.

Inneslutninger er relativt ustabile komponenter i cytoplasmaet, som tjener som reservenæringsstoffer (fett, glykogen), cytoplasma, som tjener som reservenæringsstoffer (fett, glykogen), produkter som skal fjernes fra cellen (sekresjonsgranulat) og ballaststoffer (noen). pigmenter).

Inneslutninger er avfallsprodukter fra celler. De kan være tette partikler-granuler, flytende dråper-vakuoler, så vel som krystaller. Noen vakuoler og granuler er omgitt av membraner. Avhengig av funksjonene som utføres, er inneslutninger konvensjonelt delt inn i tre grupper: trofisk, sekretorisk og spesiell. Inklusjoner av trofisk betydning - fettdråper, stivelsesgranulat. glykogen, protein. De finnes i små mengder i alle celler og brukes i assimileringsprosessen. Men i noen spesielle celler akkumuleres de i store mengder. Dermed er det mange stivelseskorn i cellene til potetknoller, og glykogengranulat i levercellene. Det kvantitative innholdet av disse inneslutningene varierer avhengig av den fysiologiske tilstanden til cellen og hele organismen. Hos et sultent dyr inneholder leverceller betydelig mindre glykogen enn i et godt matet. Inklusjoner av sekretorisk betydning dannes hovedsakelig i kjertelceller og er ment for frigjøring fra cellen. Antallet av disse inneslutningene i cellen avhenger også av kroppens fysiologiske tilstand. Dermed er cellene i bukspyttkjertelen til et sultent dyr rike på sekresjonsdråper. men er de godt mette, er de fattige på dem. Inklusjoner av spesiell betydning finnes i cytoplasmaet til høyt differensierte celler. utføre en spesialisert funksjon. Et eksempel på dem er hemoglobin, diffust spredt i erytrocytter.

33. Variabilitet, dens typer i menneskelige populasjoner Variabilitet er en egenskap som er det motsatte av arv, assosiert med utseendet til egenskaper som skiller seg fra de typiske. Hvis under reproduksjon bare

kontinuitet av tidligere eksisterende egenskaper og egenskaper, da ville utviklingen av den organiske verden være umulig, men variasjon er karakteristisk for levende natur. Først av alt er det assosiert med "feil" under reproduksjon. Ulikt konstruerte nukleinsyremolekyler bærer ny arvelig informasjon. Denne nye, endrede informasjonen er i de fleste tilfeller skadelig for kroppen, men i noen tilfeller, som følge av variasjon, får kroppen nye egenskaper som er nyttige under gitte forhold. Nye egenskaper plukkes opp og fikses ved valg. Slik skapes nye former, nye arter. Dermed skaper arvelig variasjon forutsetninger for artsdannelse og evolusjon, og dermed eksistensen av liv.

Det skilles mellom ikke-arvelig og arvelig variasjon. Den første av dem er assosiert med en endring i fenotype, den andre - genotype. Darwin kalte ikke-arvelig variabilitet bestemt; det kalles vanligvis modifikasjon, eller fenotypisk, variabilitet. Arvelig variasjon, som definert av Darwin, er ubestemt ("genotypisk variasjon").

FENOTYPISK (MODIFISERING) OG GENOTYPISK VARIASJON Fenotypisk variasjon Modifikasjoner er fenotypiske endringer som skjer under påvirkning av forhold

miljø. Omfanget av modifikasjonsvariabilitet er begrenset av reaksjonsnormen. Den utviklede spesifikke modifikasjonsendringen i en egenskap er ikke arvelig, men omfanget av modifikasjonsvariabilitet bestemmes av arvelighet. Modifikasjonsendringer medfører ikke endringer i genotypen og samsvarer med levekår og er adaptive.

Genotypisk, eller ikke-arvelig, er delt inn i kombinativ og mutasjon.

Kombinativ variasjon

Kombinativ variasjon er assosiert med produksjon av nye kombinasjoner av gener i genotypen. Dette oppnås som et resultat av 2 prosesser: 1) kromosomdivergens under meiose og deres tilfeldige kombinasjon under befruktning, 2) genrekombinasjon på grunn av kryssing; de arvelige faktorene (genene) i seg selv endres ikke, men nye kombinasjoner av dem fører til at det dukker opp organismer med en ny fenotype.

Mutasjonsvariabilitet

En mutasjon er en endring forårsaket av en omorganisering av de reproduktive strukturene til en celle, en endring i dens genetiske apparat. Disse mutasjonene skiller seg sterkt fra modifikasjoner som ikke påvirker genotypen til individet. Mutasjoner oppstår plutselig, krampaktig og noen ganger skarpt skille organismen fra dens opprinnelige form. Mutasjonsvariabilitet er karakteristisk for alle organismer; det gir materiale for seleksjon; evolusjon, prosessen med dannelse av nye arter, varianter og raser, er assosiert med det. Basert på arten av endringer i det genetiske apparatet, skilles mutasjoner ut på grunn av:

1) endring i antall kromosomer (polyploidi, heteroploidi, haploidi);

2) endringer i kromosomstrukturen (kromosomavvik);

3) endringer i molekylstrukturen til et gen.

Polyploidi og heteroploidi (aneuploidi).

Polyploidi er en økning i det diploide antallet kromosomer ved å legge til (gen- eller punktmutasjoner) hele kromosomsett. Sexsalat har et haploid sett med kromosomer (n), og zygoter og alle somatiske celler er karakterisert ved et diploid sett (2n). I polyploide former er det en økning i antall kromosomer, et multiplum av det haploide settet: 3n - triploid, 4n - tetroploid, etc.

Heteroploidi er en endring i antall kromosomer som ikke er et multiplum av det haploide settet. Et diploid sett kan ha bare 1 kromosom mer enn normalt, dvs. 2n+1 kromosom. Slike former kalles trisomikk. Det motsatte av trisomi, dvs. tap av ett kromosom fra et par i et diploid sett kalles monosomi, organismen kalles monosomisk. Monosomics har som regel redusert levedyktighet eller er helt ikke-levedyktige.

Fenomenet aneuploidi viser at et brudd på det normale antallet kromosomer fører til endringer i strukturen og en reduksjon i levedyktigheten til organismen.

Darwins lære om variabilitet.

Han så årsaken til variasjonen i miljøets påvirkning. Han skilte mellom bestemt og ubestemt variabilitet. En viss variasjon viser seg hos individer som har vært utsatt for en spesifikk, i noen tilfeller mer eller mindre lett påviselig, påvirkning. Denne formen for variasjon kalles modifikasjon. Usikker variabilitet (dette er mutasjoner) manifesterer seg hos visse individer og forekommer i en rekke retninger. Mens han studerte manifestasjonen av variabilitet, oppdaget Darwin forholdet mellom endringer i ulike organer og deres systemer i kroppen. Denne variasjonen kalles korrelativ, eller korrelativ. Det ligger i det faktum at en endring i ethvert organ alltid eller nesten alltid innebærer en endring i andre organer eller deres funksjoner. Korrelativ variasjon er basert på den pleiotrope virkningen av gener.

Variasjon introduserer mangfold i organismer, og arv overfører disse endringene til etterkommere.

Det er ganske mange interessante og mystiske emner i biologi, og en av dem er strukturen til cellen og dens vitale prosesser. I kunnskap om cellen regnes deling med rette som den mest spennende hendelsen. Hva er mitose (divisjon), hva er dens essens og betydning? Dette er hva denne artikkelen handler om.

Typer cellereproduksjon

Reproduksjon er en integrert del av alt liv på planeten vår. Denne funksjonen er iboende i alle levende organismer og celler som den minste strukturelle enheten i kroppen. Fremheve følgende typer celledeling:

Cellesyklus

For cellereproduksjon er DNA-replikasjon (dobling) nødvendig, fordi dette er den eneste måten å ganske enkelt dele en celle i to identiske datterceller. Det er det mitose er (mitose, fra gresk mitos - tråd) - det er en metode for celledeling med nøyaktig deling av genetisk materiale mellom datterceller. I dette tilfellet separeres prosessen med replikering av genetisk materiale og dets fordeling mellom datterceller i tid.

Perioden før cellemitose kalles interfase. Det er i denne perioden DNA-replikasjon skjer.

Periodene mellom celledeling (mitose) eller celledød kalles cellesyklus.

Interfaseperioden er den lengste i cellesyklusen. Det involverer akkumulering av energiske og strukturelle komponenter som vil være nødvendige for deling, og syntese av nukleotider som er nødvendige for replikering av deoksyribonukleinsyrer.

Cytologi av prosessen

Dannelsen av to identiske moderceller er hva mitose er. Denne typen deling er karakteristisk for alle somatiske celler i en flercellet organisme og har blitt en av metodene for ikke-seksuell reproduksjon av encellede organismer. Prosessen med mitose er delt inn i fire faser, som følger etter hverandre. Fasene er separert i henhold til den fysisk-kjemiske tilstanden til cytoplasmaet og plasseringen og utseendet til kromosomene. Varigheten og funksjonene til disse fasene varierer for ulike typer celler, men sekvensen og hovedtrekkene forblir uendret for enhver mitose. Hva er stadiene i denne typen divisjon og hva er forskjellene deres, vil vi vurdere videre.

Den første fasen er profase

På dette stadiet skjer spiralisering av kromosomer (kondensering og komprimering), som ble doblet i interfase. Det er på dette stadiet at kromosomene blir synlige under et lysmikroskop. Cellens cytoplasma blir tyktflytende, kjernemembranene blir ødelagt, og sentriolene danner en spindel - et system av mikrotubuli laget av proteinet tubulin, som strekker seg fra cellens poler til ekvator. Det er spindelen som vil være ansvarlig for den klare divergensen av kromosomer.

Metafase og anafase er de neste stadiene av mitose

Hva skjer etterpå? Disse to fasene anses som de viktigste under celledeling. I metafase stiller kromosomene seg langs ekvator i cellen og danner en ekvatorplate, som kalles moderstjernen. Hvert kromosom er festet til spindelens mikrotubuli ved hjelp av sentromerene. I anafase begynner trådene av myofibriller som fester spindelen å trekke seg sammen og strekke kromatidene mot cellens poler. Anafase kalles scenen til datterstjerner. Før slutten av anafasen er et diploid sett med kromosomer satt sammen ved hver pol.

Siste fase av mitose

Det kalles telofase. På dette stadiet begynner prosessen med cytokinese - fysisk celledeling. Kromosomer ved polene despiral (slapp av og binder seg til proteiner), det dannes en kjernemembran og en innsnevring som vil dele cellen i to. I en plantecelle dannes denne innsnevringen fra den intracellulære platen, og i dyreceller oppstår deling på grunn av dannelsen av en spaltningsfure.

Varighet av faser og regulering av prosessen

Varigheten av en slik deling varierer avhengig av forskjellige typer celler. I dyreceller varer det 30-60 minutter, i planteceller - 2-3 timer. Varigheten av stadiene av mitose er også forskjellig og avhenger av mange faktorer (cellestørrelse, ploiditet, miljøforhold). Imidlertid er delingsfasene knyttet til syntese av stoffer lengre - pro- og telofase. For eksempel, i pattedyrceller varer mitotisk profase 25-30 minutter, metafase og anafase varer omtrent 15 minutter hver, og telofase kan vare opptil 40 minutter. I flercellede organismer kontrolleres den mitotiske aktiviteten til celler nevrohumoralt. De tar del i det nervesystemet og organhormoner indre sekresjon(for eksempel binyre, hypofyse, skjoldbruskkjertel og kjønnshormoner). Når nevrohumoral regulering forstyrres, oppstår en endring i mitotisk aktivitet, som vi observerer i cellene til ulike svulster.

Kritiske punkter

Cellesyklusen er en kompleks prosess som krever streng kontroll av cellen. Stadiene må fullføres strengt etter hverandre, og fullstendig gjennomføring av den forrige er viktig. Kontrollpunkter er punkter som garanterer overgangen til påfølgende faser og sikrer nøyaktigheten av informasjonsoverføringen. Det er tre slike punkter i cellesyklusen.

Den første er begynnelsen på DNA-replikasjonsprosessen og forberedelse til deling. Hvis det oppstår forstyrrelser på dette tidspunktet, vil dette føre til DNA-brudd og forstyrrelse av kromosomintegriteten.

Den andre er å kontrollere kvaliteten og fullstendigheten av replikering av arvemateriale. Ved forstyrrelser på dette tidspunktet blir karyotypen til cellene forstyrret.

Den tredje er begynnelsen på anafase av mitose, når divergensen av kromosomer til polene skal oppstå.

Å studere prosessene som skjer på disse punktene vil bidra til å forbedre metoder for vev og organregenerering, finne måter å forhindre cellesyklusforstyrrelser og forhindre ukontrollert celledeling. Cellesyklusforstyrrelser og patologisk mitose kan også være forårsaket av eksponering for giftstoffer eller giftstoffer, ekstreme faktorer (overoppheting, oksygenmangel, ioniserende stråling). Virusinfeksjoner kan også føre til patologisk mitose.

Biologisk betydning av mitose

Denne typen celledeling sikrer nøyaktig overføring av arvelig informasjon over en rekke påfølgende cellesykluser. Denne overføringen bevarer karyotypen (sett av kromosomer) av organismer av hver art og stabiliteten til arten i evolusjonsprosessen (historisk utvikling).

Alle somatiske celler i en flercellet organisme deler seg mitotisk, noe som sikrer vekst av organismen. I tillegg er viktigheten av mitose å sikre regenerering av vev og organer og erstatning av celler. For eksempel, Beinmarg fornyer stadig sammensetningen av blodceller.

Mange dyr og planter har valgt nettopp denne metoden for ikke-seksuell reproduksjon (encellet, coelenterates, og ikke bare). Naturlig bevis på den fullstendige identiteten til celler dannet av mitose er identiske tvillinger, som stammer fra den samme zygoten, delt av mitose i de tidlige stadiene av embryonal utvikling.

1. Fører til en økning i antall celler og sikrer vekst av en flercellet organisme.

2. Gir erstatning for slitt eller skadet vev.

3. Opprettholder kromosomsettet i alle somatiske celler.

4. Fungerer som en mekanisme for aseksuell reproduksjon, som skaper avkom som er genetisk identiske med foreldrene.

5. Lar deg studere karyotypen til organismen (i metafase).

Amitose

Amitose er delingen av interfasekjernen ved innsnevring uten dannelse av en fisjonsspindel.

Ved amitose er kromosomer umulig å skille under et lysmikroskop. Denne delingen skjer i encellede organismer (amoebe, stor kjerne av ciliater), så vel som i noen høyt spesialiserte celler av planter og dyr med svekket fysiologisk aktivitet, degenererende, dømt til døden, eller i ulike patologiske prosesser (endosperm, potetknoll). Hos dyr og mennesker er denne typen deling typisk for celler i leveren, brusken og øyets hornhinne. Med amitose observeres ofte bare nukleær deling: i dette tilfellet kan bi- og multinucleated celler vises. Hvis nukleær deling følges av cytoplasmatisk deling, er fordelingen av cellulære komponenter, som DNA, vilkårlig.

Betydningen av amitose: i binukleære og multinukleære celler øker det totale kontaktområdet mellom kjernefysisk materiale og cytoplasma. Dette fører til økt nukleær-plasma-utveksling, økt funksjonell aktivitet av cellen og større motstand mot eksponering ugunstige faktorer. Celler som har gått gjennom amitose mister evnen til å gjennomgå mitotisk deling og reproduksjon.

MEIOSIS

Under dannelsen av kjønnsceller, dvs. kjønnsceller - sædceller og egg - gjennomgår celledeling kalt meiose.

Den opprinnelige cellen har et diploid sett med kromosomer, som deretter dobles. Men hvis kromatidene i hvert kromosom ganske enkelt skiller seg under mitose, er et kromosom (som består av to kromatider) under meiose tett sammenvevd i sine deler med et annet kromosom som er homologt med det (også bestående av to kromatider), og krysser over - utveksling av homologe regioner av kromosomer. Så divergerer nye kromosomer med blandede "mors" og "fars" gener, og det dannes celler med et diploid sett med kromosomer, men sammensetningen av disse kromosomene er allerede forskjellig fra den opprinnelige; rekombinasjon . Den første meiotiske delingen er fullført, og den andre meiotiske delingen skjer uten DNA-syntese, så under denne delingen halveres mengden av DNA. Fra initiale celler med et diploid sett av kromosomer, oppstår gameter med et haploid sett. Fra en diploid celle dannes fire haploide celler. Fasene av celledeling som følger interfase kalles profase, metafase, anafase, telofase, og etter deling igjen interfase.

Det er tre typer meiose: zygotisk (i zygoten etter befruktning, noe som fører til dannelse av zoosporer i alger og soppmycel); gametisk (i kjønnsorganene, fører til dannelsen av gameter) og spore (i frøplanter fører til dannelsen av en haploid gametofytt).

Meiose består av to påfølgende inndelinger - meiose I og meiose II. DNA-duplisering skjer bare før meiose I, og det er ingen interfase mellom delingene. Under den første divisjonen divergerer homologe kromosomer og antallet halveres, og i den andre divisjonen skiller kromatider seg og dannes modne kjønnsceller. Et trekk ved den første divisjonen er den komplekse og tidkrevende profasen.

Profesjon I- profasen til den første divisjonen er veldig kompleks og består av 5 stadier:

Leptoten eller leptonema - pakking av kromosomer, kondensering av DNA for å danne kromosomer i form av tynne tråder (kromosomer er forkortet). Zygoten eller zygonema - konjugering forekommer - sammenføyningen av homologe kromosomer med dannelsen av strukturer som består av to sammenkoblede kromosomer, kalt tetrader eller bivalente og deres videre komprimering. Pachytena eller pachynema - (det lengste stadiet) - noen steder er homologe kromosomer tett forbundet, og danner chiasmata. Kryssing skjer i dem - utveksling av seksjoner mellom homologe kromosomer. Diplotena eller diplonema - delvis dekondensering av kromosomer oppstår, mens en del av genomet kan fungere, prosessene med transkripsjon (RNA-dannelse), translasjon (proteinsyntese) oppstår; homologe kromosomer forblir forbundet med hverandre. Hos noen dyr får kromosomene i oocyttene på dette stadiet av meiotisk profase den karakteristiske lampebørstens kromosomform. Diakinese - DNA kondenserer til det maksimale igjen, syntetiske prosesser stopper, kjernemembranen oppløses; Sentrioler divergerer mot polene; homologe kromosomer forblir forbundet med hverandre.

Den biologiske betydningen av mitose er svært høy. Det er vanskelig for den uinnvidde å forestille seg hvilken rolle prosessen med enkel celledeling i kroppen spiller i livet. Cellenes evne til å dele seg er deres viktigste og grunnleggende funksjon. Uten dette er det umulig å fortsette livet på jorden, øke populasjonene av encellede organismer, utvikling og videre eksistens av en stor flercellet organisme er umulig, og seksuell reproduksjon og utvikling av nytt liv fra et befruktet egg er også umulig.

Den biologiske betydningen av mitose ville være mye mindre hvis celledeling ikke var essensen av de fleste biologiske prosesser som skjer på planeten vår. Denne prosessen skjer i flere stadier. Hver av dem involverer flere handlinger i cellen. Resultatet av dette er den obligatoriske multiplikasjonen av det genetiske grunnlaget til en celle i to ved å duplisere DNA, slik at morcellen senere gir liv til to datterceller.

Hele livet til en celle kan konkluderes i perioden fra dannelsen av en dattercelle til dens påfølgende deling i to. Denne perioden kalles "cellesyklusen" i biologi.

Den aller første fasen av mitose er selve forberedelsen til celledeling. Perioden hvor celler utstyrt med kjerner utfører direkte treningå dele kalles interfase. Alt det viktigste skjer i den, nemlig doblingen av DNA-kjeden og andre strukturer, samt syntese av store mengder protein. Dermed blir cellens kromosomer doblet, og hver halvdel av et slikt dobbeltkromosom kalles en "kromatid".

Etter interfase begynner selve delingsprosessen - mitose. Det foregår også i flere etapper. Som et resultat blir alle doble deler strukket symmetrisk over cellen, slik at etter dannelsen av den sentrale partisjonen forblir det samme antall dannede komponenter i hver ny celle.

Fasene av mitose og meiose er like, men i sistnevnte (under deling av kjønnsceller) er det to delinger, og som et resultat oppnås ikke to, men fire "datter"-celler. Også før den andre divisjonen er det ingen dobling av kromosomer, så deres sett i datterceller forblir halvparten.

1. Profase. I denne fasen er sentriolene til cellen veldig tydelig synlige. De er bare tilstede i dyre- og menneskeceller. Planter har ikke sentrioler.
2. Prometafase. I dette øyeblikket slutter profasen og metafasen begynner.
3. Metafase. I dette øyeblikket ligger kromosomene ved cellens "ekvator".
4. Anafase. Kromosomer beveger seg til forskjellige poler.
5. Telofase. En "mor"-celle deler seg ved å danne en sentral skillevegg i to "datter"-celler. Slik ender celledeling eller mitose.

Den viktigste biologiske betydningen av mitose er den helt identiske inndelingen av de doblede kromosomene i 2 identiske deler og deres plassering i to "datter"-celler. Ulike typer celler og celler forskjellige organismer har varierende varighet av deling - mitose, men i gjennomsnitt varer det omtrent en og en halv time. Det er mange faktorer som påvirker denne svært skjøre prosessen. Eventuelle endrede miljøforhold, for eksempel omgivelsestemperatur, lysfaser, trykk i omgivelsene og inne i kroppen og cellen, samt mange andre faktorer, kan i betydelig grad påvirke både varigheten og kvaliteten på celledelingsprosessen. Varigheten av hele mitosen og dens individuelle stadier kan også avhenge direkte av typen vev i hvis celler den forekommer.

Den biologiske betydningen av mitose blir mer verdifull med hver ny oppdagelse innen cytologi, fordi uten denne prosessen er livet på planeten umulig.

Problemer med selvkontroll. Biologisk betydning av mitose

Oppgave nr. 1

Emne 14. Seksuell reproduksjon.

Problemer med selvkontroll

Biologisk betydning av mitose.

TELOFASE

ANAFASE

METAFASE.

Kromosomer får et ordnet arrangement når de beveger seg mot ekvator. Etter å ha nådd ekvator, er kromosomene plassert i samme plan, og i dette øyeblikk er en av spindeltrådene festet til sentromerene til hvert kromosom.

I metafase er det tydelig synlig at kromosomene består av to kromatider, kun koblet sammen ved sentromeren.

Kromatidene til hvert kromosom begynner å divergere til cellens poler: ett kromatid går til en pol, og et annet går til motsatt pol. Bevegelsen av kromosomer utføres på grunn av spindeltrådene, som trekker seg sammen og strekker datterkromosomene fra ekvator til cellens motsatte poler. Ved bevegelse brukes ATP-energi.

I dette øyeblikket inneholder cellen to diploide sett med kromosomer.

Kromosomcellene som nærmer seg polene begynner å slappe av og tar igjen form av lange tråder som flettes inn i hverandre, noe som er karakteristisk for en ikke-delende kjerne. I datterkjernene dannes kjernehylsen igjen, kjernen dannes, og den kjernefysiske strukturen som er karakteristisk for interfase, er fullstendig gjenopprettet. Under telofase oppstår også cytoplasmatisk deling, som et resultat av at to datterceller skilles fra hverandre. Disse cellene er fullstendig like i struktur som modercellen, men skiller seg fra den i sin mindre størrelse.

Som et resultat av mitose får hver dattercelle nøyaktig de samme kromosomene som morcellen hadde. Antall kromosomer i begge dattercellene er lik antall kromosomer i modercellen.

Følgelig ligger den biologiske betydningen av mitose i den strengt jevne fordelingen av kromosomer mellom kjernene til to datterceller. Dette betyr at mitose sikrer subtil overføring av all arvelig informasjon til hver av datterkjernene.

Dersom det er en forstyrrelse i det normale mitoseforløpet og dattercellen har færre eller flere kromosomer enn morcellen, vil dette enten føre til død eller til betydelige endringer i cellens liv – til forekomst av mutasjoner.

1. Hvilke former for reproduksjon er karakteristiske for levende organismer?

2.Hva slags reproduksjon kalles aseksuell?

4.Hvilke former for aseksuell reproduksjon er karakteristiske for organismer?

5.Hvilken form for aseksuell reproduksjon er den yngste?

6. Hva er mitose?

7. Hvilke celler deler seg ved mitose?

8. Hvilket sett med kromosomer inneholder celler ved slutten av interfasen?

9.I hvilken fase av mitose er kromosomer lokalisert i ekvatorialplanet?

10. I hvilken fase av mitose beveger kromatider seg mot cellens poler?

11.På hvilket stadium av cellen dannes spindelen?

12.Hva er den biologiske betydningen av mitose?

1. Les undervisningsmateriellet nedenfor.

2. Analyser tabeller fra applikasjonen

3. Svar på spørsmål om selvkontroll.

Seksuell reproduksjon- generasjonsskifte og utvikling av organismer basert på spesialiserte kjønnsceller.

Hos virvelløse dyr dannes imidlertid ofte sædceller og egg i kroppen til en organisme. Dette fenomenet – biseksualitet – kalles hermafroditisme.

Det er tilfeller der en ny organisme ikke nødvendigvis dukker opp som et resultat av sammensmelting av kjønnsceller. Hos noen arter av dyr og planter observeres utvikling fra et ubefruktet egg (bier, veps, bladlus, noen krepsdyr (dafnia)). Denne typen reproduksjon kalles jomfru eller partenogenetisk.

Seksuell reproduksjon. En ny organisme dannes som et resultat av sammensmeltingen av kjønnsceller (n). En zygote (2n) med et unikt sett med kromosomer dannes. Seksuell reproduksjon er karakteristisk for de fleste levende organismer. Fordeler : hvert individ har en unik genotype, som gjør det mulig, som et resultat av naturlig utvalg, å tilpasse seg ulike forhold miljø.

Følgende funksjoner er karakteristiske: to individer deltar vanligvis i reproduksjonen - hann og kvinne; oftere utført ved hjelp av spesialiserte celler - gameter; reduksjon i antall kromosomer og rekombinasjon av genetisk materiale i kjønnsceller oppstår som et resultat av meiose; avkom (unntatt eneggede tvillinger) er genetisk forskjellige fra hverandre og fra foreldrene.

Spermatogenese, oogenese (oogenese).

Gametogenese er prosessen med utvikling av kjønnsceller - kjønnsceller. Gamete-forløpere (gametocytter) er diploide. Prosessen med sæddannelse kalles spermatogenese, og dannelsen av egg kalles oogenese. Det er tre forskjellige områder, eller soner, i gonadene: hekkesone, vekstsone, modningssone. Spermatogenese og oogenese inkluderer tre identiske faser: reproduksjon, vekst, modning (deling). Det er en annen fase i spermatogenese - dannelse.

Avlsfase: Diploide celler deler seg gjentatte ganger ved mitose. Antall celler i gonadene øker, de kalles oogonia og spermatogonia. Kromosomsett 2n.

I vekstfasen veksten deres skjer, de resulterende cellene kalles 1. orden oocytter og 1. orden spermatocytter.

I modningsfasen meiose oppstår, som et resultat av den første meiotiske delingen dannes gametocytter av 2. orden (sett av kromosomer n2c), som går inn i den andre meiotiske deling, og celler med et haploid sett av kromosomer (nc). Oogenese på dette stadiet er nesten fullført, og spermatogenese inkluderer også en dannelsesfase, hvor det dannes sædceller.

I motsetning til dannelsen av sædceller, som skjer først etter å ha nådd seksuell modenhet (spesielt hos virveldyr), begynner prosessen med dannelse av egg i embryoet. Reproduksjonsperioden utføres fullstendig på det embryonale utviklingsstadiet og slutter ved fødselstidspunktet (hos pattedyr og mennesker). I løpet av vekstperioden øker oocyttene i størrelse på grunn av akkumulering av næringsstoffer (proteiner, fett, karbohydrater) og pigmenter - en eggeplomme dannes. Deretter går 1. ordens oocytter inn i modningsperioden. Den første meiotiske deling resulterer i to datterceller. En av dem, relativt liten, kalt den første polare kroppen, er ikke funksjonell, og den andre, større (2. ordens oocytt), gjennomgår ytterligere transformasjoner.

Den andre deling av meiose skjer før metafase II-stadiet og vil fortsette først etter at 2. ordens oocytt samhandler med sædcellene og befruktning finner sted. Dermed kommer det strengt tatt ikke et egg, men en annenordens oocytt ut av eggstokken. Etter befruktning deler den seg, noe som resulterer i egget (eller egget) og en andre polar kropp. Imidlertid kalles et egg tradisjonelt for enkelhets skyld en annenordens oocytt, klar til å samhandle med en sædcelle. Som et resultat av oogenese dannes således ett normalt egg og tre polare kropper.

Gameter. Dette er kjønnsceller, hvis fusjon danner en zygote, som gir opphav til en ny organisme. De er høyt spesialiserte celler involvert i prosesser knyttet til seksuell reproduksjon. Gameter har en rekke funksjoner som skiller dem fra somatiske celler: kromosomsettet av somatiske celler er diploid (2n2c), og gametene er haploide (nc); kjønnsceller deler seg ikke; kjønnsceller, spesielt egg, større enn somatiske celler; egget inneholder mye næringsstoffer, sædcellene inneholder få (nesten ingen); kjønnsceller har et endret nukleært-cytoplasmatisk forhold sammenlignet med somatiske celler (i egget opptar kjernen et betydelig større volum enn cytoplasmaet, i sædcellene er det motsatt, og kjernen har samme dimensjoner som i egget). Sædcellene spiller en aktiv rolle i befruktning. Derfor er den liten i størrelse og mobil (hos dyr). Egget bringer ikke bare sitt eget sett med kromosomer inn i zygoten, men sikrer også utviklingen av embryoet i de tidlige stadiene. Derfor er den stor i størrelse og inneholder som regel en stor tilførsel av næringsstoffer.

Organisering av dyreegg. Størrelsen på egg varierer mye - fra flere titalls mikrometer til flere centimeter (et menneskelig egg er omtrent 100 mikron, et strutseegg, som har en lengde med et skall på omtrent 155 mm, er også et egg). Eggcellen har en rekke membraner plassert på toppen av plasmamembranen og reserver næringsstoffer. Hos pattedyr har egg en zona pellucida, på toppen av denne er corona radiata, et lag av follikulære celler.

Mengden næringsstoffer som samles opp i egget avhenger av forholdene der embryoet utvikler seg. Så hvis utviklingen av egget skjer utenfor mors kropp og fører til dannelse av store dyr, kan eggeplommen utgjøre mer enn 95% av volumet av egget. Pattedyregget inneholder mindre enn 5 % eggeplomme. På grunn av akkumulering av næringsstoffer utvikler eggene polaritet. De motsatte polene kalles vegetative og animalske. Polarisering manifesteres i det faktum at det er en endring i plasseringen av kjernen i cellen (den skifter mot dyrepolen), så vel som i fordelingen av cytoplasmatiske inneslutninger (i mange egg øker mengden eggeplomme fra dyret til den vegetative polen).

Organisering av sædceller. Lengden på en menneskelig sædcelle er 50–60 mikron. Funksjonene til sædcellene bestemmer også strukturen. Hodet er den største delen av sædcellene, dannet av kjernen, som er omgitt av et tynt lag med cytoplasma. I den fremre enden av hodet er det et akrosom, en del av cytoplasmaet med et modifisert Golgi-apparat. Den produserer et enzym som hjelper til med å løse opp eggets membraner. I krysset mellom hodet og midtdelen dannes en avskjæring - halsen på sædcellene, der to sentrioler er plassert. Bak halsen er den midtre delen av sædcellene, som inneholder mitokondrier, og halen, som har en struktur som er typisk for alle eukaryote flageller og er organellet for sædcellenes bevegelse. Energi til bevegelse tilføres av ATP-hydrolyse, som skjer i mitokondriene i den midtre delen av sædcellene.

Befruktning. Settet med prosesser som fører til fusjon av mannlige og kvinnelige kjønnsceller, foreningen av kjernene deres og dannelsen av en zygote, som gir opphav til en ny organisme, kalles befruktning.

Det skilles mellom ytre befruktning, hvor møtet av sæd og egg skjer i det ytre miljø, og indre befruktning, hvor møtet mellom sæd og egg skjer i den kvinnelige kjønnsorganet.

Oftest trekkes sædcellene helt tilbake i egget; noen ganger forblir flagellen utenfor og kastes. Fra det øyeblikket sædcellene trenger inn i egget, slutter gametene å eksistere, da de danner en enkelt celle - zygoten. Avhengig av antall sædceller som trenger inn i egget under befruktningen, skilles de mellom: monospermi - befruktning der bare en sperm trenger inn i egget (den vanligste befruktningen), og polyspermi - befruktning der flere sædceller trenger inn i egget. Men selv i dette tilfellet smelter kjernen til bare en av sædcellene sammen med eggets kjerne, og de gjenværende kjernene blir ødelagt.

Meiose

Første meiotisk deling.

1. Profase I.

Kromosomer spiral. Det kan skilles ut at hvert kromosom består av to kromatider koblet til hverandre ved sentromeren.

Homologe kromosomer kommer nær hverandre, kobles sammen i hele lengden og vrir seg - denne prosessen kalles konjugering. Deretter er det en utveksling av identiske eller homologe regioner (genutveksling) - kryssing.

Etter konjugering skilles kromosomene.

2. Metafase I.

Kromosomer er festet til spindelfilamentene ved deres sentromerer og er plassert i ekvatorialplanet.

3. Anafase I.

Til cellens poler går halvdeler av hvert kromosom, inkludert hvert kromosom, som inkluderer ett kromatid, som i mitose, og hele kromosomer, som hver består av 2 kromatider. Følgelig kommer bare ett av hvert par homologe kromosomer inn i dattercellen.

Antallet kromosomer reduseres til det halve, kromosomsettet blir haploid.

4. Telofase I.

En atomkonvolutt dannes i lang tid. Fordi de individuelle kromosomene til haploide datterceller fortsetter å dupliseres, forekommer ingen DNA-duplikasjoner under interfasen mellom den første og andre meiotiske delingen. Celler dannes som et resultat av den første deling av modning, forskjellig i sammensetningen av fars og mors kromosomer og derfor i settet med gener.

For eksempel inneholder alle menneskelige celler, inkludert primordiale kjønnsceller, 46 kromosomer. Av disse ble 23 mottatt fra far og 23 fra mor. Etter 1. meiotisk deling kommer kun 23 kromosomer inn i spermatocytter og oocytter - ett kromosom fra hvert par homologe kromosomer. På grunn av tilfeldigheten i divergensen mellom fars og mors kromosomer i anafase I, mottar de resulterende cellene et bredt utvalg av kombinasjoner av foreldrekromosomer. For eksempel kan en av dem ha 3 mors og 20 mors kromosomer, en annen 10 fars og 12 mors, en tredje 20 fars og 3 mors, etc. Antallet mulige kombinasjoner er svært stort.

Derfor, meiose – grunnlaget for kombinativ genotypisk variasjon.

Andre meiotiske divisjon.

Generelt foregår det på samme måte som vanlig mitotisk deling, med den eneste forskjellen at den delende cellen er haploid.

Profase II

Kromosomene går i spiral og en spindel dannes.

Metafase II

Kromosomer er lokalisert i ekvatorialplanet til cellen, spindelfilamentene er festet til centomerene.

Anafase II.

Kromatider beveger seg mot cellens poler.

Termisk fase II.

At. Fra den opprinnelige primære kjønnscellen ble det dannet fire haploide celler med et kromosomsett.

Essensen i modningsperioden er at i kjønnscellene halveres antallet kromosomer.

Den biologiske betydningen av 2. meiotisk deling er at mengden DNA bringes i samsvar med kromosomsettet.

Hos hanner Alle de fire haploide cellene dannes som et resultat av meiose og blir deretter omdannet til gameter - sædceller.

Hos kvinner På grunn av ujevn meiose produserer bare én celle et levedyktig egg. De tre andre cellene er mye mindre, de blir til såkalte styrende eller reduserende celler, som snart dør. Den biologiske betydningen av dette er behovet for å bevare i én celle alle reservenæringsstoffene som vil være nødvendig for utviklingen av det fremtidige embryoet.

1.Hva slags reproduksjon kalles seksuell?

2.Hva er fordelene med seksuell reproduksjon fremfor aseksuell reproduksjon?

3.Hva er hovedstadiene i dannelsen av egg og sædceller?

4. Nevn de karakteristiske trekk ved meiose og mitose.

5. Hvilken prosess kalles konjugering?

6. Hvilken prosess kalles kryssing?

7.Hva er den biologiske betydningen av meiose?

Emne 15. Individuell utvikling organismer: embryonal periode

Hva er den biologiske betydningen av mitose

Svetlana Sysjtsjenko

Genetisk stabilitet. Som et resultat av mitose oppnås to kjerner som hver inneholder samme antall kromosomer som det var i foreldrekjernen. Disse kromosomene er avledet fra foreldrenes kromosomer gjennom presis DNA-replikasjon, så genene deres inneholder nøyaktig den samme arvelige informasjonen. Datterceller er genetisk identiske med foreldrecellen, så mitose kan ikke gjøre noen endringer i den genetiske informasjonen. Derfor er cellepopulasjoner (kloner) avledet fra foreldreceller genetisk stabile.
Høyde. Som et resultat av mitose øker antallet celler i kroppen (en prosess kjent som hyperplasi), som er en av hovedmekanismene for vekst.
Aseksuell reproduksjon, celleregenerering og erstatning. Mange arter av dyr og planter reproduserer aseksuelt ved bruk av mitotisk celledeling alene. I tillegg sikrer mitose regenerering av tapte deler (for eksempel ben hos krepsdyr) og celleerstatning, som skjer i en eller annen grad i alle flercellede organismer.

Angelina

MITOSIS er hovedformen for celledeling, hvis essens er den jevne fordelingen av kromosomer mellom datterceller; celledeling er aseksuell (somatiske celler), to datterceller med et sett med kromosomer 2n dannes

Skriv hva essensen av mitose er. Hva er dens biologiske betydning?

Hjelp med lekser! Vær så snill!

Den viktigste komponenten i cellesyklusen er den mitotiske (proliferative) syklusen. Det er et kompleks av sammenhengende og koordinerte fenomener under celledeling, så vel som før og etter det. Den mitotiske syklusen er et sett med prosesser som skjer i en celle fra en divisjon til den neste og ender med dannelsen av to celler av neste generasjon. I tillegg inkluderer begrepet livssyklus også perioden hvor cellen utfører sine funksjoner og hvileperioder. På dette tidspunktet er den videre celleskjebnen usikker: cellen kan begynne å dele seg (gå inn i mitose) eller begynne å forberede seg på å utføre spesifikke funksjoner.
Den biologiske kunnskapen om mitose er at den sikrer arvelig overføring av egenskaper og egenskaper i en rekke cellegenerasjoner under utviklingen av en flercellet organisme. På grunn av den nøyaktige og jevne fordelingen av kromosomer under mitose, er alle celler i en enkelt organisme genetisk identiske.
Mitotisk celledeling ligger til grunn for alle former for aseksuell reproduksjon i både encellede og flercellede organismer. Mitose bestemmer de viktigste fenomenene i livet: vekst, utvikling og restaurering av vev og organer og aseksuell reproduksjon av organismer.
http://xn--90aeobapscbe.xn--p1ai/Educational-materials/Cell-division/41-Mitosis-its-phases-biological-significance

Irina

Hva er essensen av mitose? hva er dens biologiske betydning?
Metose er hovedformen for celledeling, hvis essens er den jevne fordelingen av kromosomer mellom datterceller. Biologisk betydning av metose. Metose ligger til grunn for vekst og vegetativ reproduksjon av alle organismer som har en enukryotisk kjerne. Sikrer konstanten av antall kromosomer i alle celler i kroppen.