biologisk betydning mitose.

Den består i 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 de samme.

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

Meiose

Under seksuell reproduksjon oppstår datterorganismen 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 celler som et resultat av en spesiell celledeling - meiose.

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

Meiose er en kontinuerlig prosess som består av to påfølgende inndelinger kalt meiose I og meiose II. Hver avdeling er delt inn i profase, metafase, anafase og telofase. Som et resultat av meiose I halveres antallet kromosomer (reduksjonsdeling), under meiose II bevares cellehaploidi (ekvatorialdeling). Celler som går inn i meiose inneholder den genetiske informasjonen 2n2xp.

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.

Leptotena eller stadiet av fine tråder. Den heter slik fordi på grunn av den maksimale komprimeringen av kromatin, kan individuelle kromosomer i kjernen skilles ut, som ser ut som tynne tråder.

Zygoten. Kromosomer er kombinert til homologe par. Hvert par er unikt i sin form og arrangement av midjen. Slike kromosompar kalles bivalente. På dette stadiet begynner homologe kromosomer å konvergere langs hele lengden, og danner et synaptonemalt kompleks. Denne prosessen ligner på zipping.

Pachytene. Homologe kromosomer begynner å selektivt utveksle gener. En slik prosess kalles krysser over.

Diploten. Synaptonemalkomplekset desintegrerer, kromatinet mister delvis sin tette struktur, kromosomene beveger seg litt fra hverandre, men forblir forbundet. RNA-syntese kan finne sted.

diakinesis. Kjernemembranen løses opp og blir til vesikler. Kromatinet tykner igjen. To sentromerer som inneholder sentrioler divergerer mot cellens poler - en delingsspindel dannes. Mikrotubuli er festet til kinetochore av kromosomer.

PÅ metafase meiose I kromosom bivalente er lokalisert i ekvatorialplanet til cellen. I dette øyeblikket når deres spiralisering et maksimum. Innholdet i arvestoffet endres ikke (2n2xp).

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

PÅ telofase dannelsen av kjerner og delingen av cytoplasmaet skjer - to datterceller dannes. Datterceller inneholder et haploid sett med kromosomer, hvert kromosom har to kromatider (1n2xp).

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

i profetien meiose II de samme prosessene skjer som i mitoseprofasen. I metafase er kromosomene plassert i ekvatorialplanet. Det er ingen endringer i innholdet av genetisk materiale (1n2хр). I anafasen av meiose II beveger kromatidene til hvert kromosom seg til motsatte poler i cellen, og innholdet av arvestoffet 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 profasen av meiose I, oppstår en rekombinasjon av genetisk materiale (overkryssing), og i anafase I og II, en tilfeldig avgang av kromosomer og kromatider til den ene eller andre polen. Disse prosessene er årsaken til kombinativ variasjon.

Den biologiske betydningen 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 forelderen og med hverandre.

Og også, den biologiske betydningen av meiose ligger i det faktum at en reduksjon i antall kromosomer er nødvendig for dannelsen av kjønnsceller, siden under befruktning smelter gametkjernene sammen. 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 konstanthet for antall kromosomer. På grunn av meiose er kjønnscellene haploide, og under befruktning i zygoten gjenopprettes det diploide kromosomsettet.

Spørsmål.

Blant de forskjellige manifestasjonene av livet (ernæring, habitatordning, beskyttelse mot fiender), spiller reproduksjon en spesiell rolle. I en viss forstand er eksistensen av en organisme en forberedelse for oppfyllelsen av dens viktigste biologiske oppgave - deltakelse i reproduksjon. Organismens evne til å reprodusere er basert på visse cellulære mekanismer. Evnen til å reprodusere er en vesentlig egenskap for levende vesener. Med dens hjelp blir biologiske arter og livet som sådan bevart i tide. Biologisk rolle reproduksjon er at det sikrer generasjonsskifte. Forskjeller, naturlig manifestert i fenotypene til individer fra forskjellige generasjoner, gjør naturlig seleksjon mulig og følgelig livets utvikling. Reproduksjon oppsto i løpet av den historiske utviklingen av den organiske verden på selve tidlig stadie sammen med cellen. I prosessen med biologisk reproduksjon, sammen med generasjonsskifte og opprettholdelse av et tilstrekkelig nivå av intraspesifikk variabilitet, oppgavene med å øke antall individer og bevare typene strukturelle og fysiologiske organisasjoner som utvikler seg i evolusjonen (ved å reprodusere ens egen type) er også løst. Det siste skyldes at under reproduksjon overføres genetisk materiale (DNA) i en rekke generasjoner, d.v.s. visse, spesifikke for denne typen biologisk informasjon.

Avhengig av arten av cellematerialet som brukes til reproduksjon, 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.

deling i to fører til fremveksten av to foreldreorganismer

Aseksuell reproduksjon skjer hos dyr med relativt lavt nivå strukturell og fysiologisk organisering, som mange

økning i antall individer, men bidrar til gjenbosetting, 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 forekomsten av arvelig variasjon. Som regel deltar to individer i det - kvinnelige og mannlige, som danner haploide kvinnelige og mannlige kjønnsceller - kjønnsceller.

Former for den seksuelle prosessen er konjugasjon og paring.

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

På anisogami (heterogami) det dannes mobile, morfologisk og fysiologisk forskjellige gameter. 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. Hannkjønnskjønnsceller – spermatozoer – er små, oftest mobile 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 forekomsten av arvelig variasjon. Som regel deltar to individer i det - kvinnelige og mannlige, som danner haploide kvinnelige og mannlige kjønnsceller - 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. Men for eksempel i svamper og coelenterater er kjønnskjertlene fraværende og kjønnsceller oppstår fra forskjellige somatiske celler.

Spermatozoer og egg produseres 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 kjønnsceller. Slike organismer kalles

Kjønnsceller i utviklingen gjennomgår en rekke komplekse transformasjoner. Prosessen med dannelse av mannlige kjønnsceller kalles spermatogenese, kvinnelig - oogenese.

Spermatogenese oppstår i de mannlige gonadene - testiklene. Testis av høyere dyr består av seminiferøse tubuli. I hver tubuli kan det finnes separate soner der cellene er ordnet i konsentriske sirkler. I hver sone er cellene på sine respektive utviklingsstadier. Spermatogenese består av fire perioder: reproduksjon, vekst, modning og dannelse. I periferien av seminiferøse tubuli er avlssonen. 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 til neste sone - vekstsone ligger nærmere lumen av tubuli. Her øker cellene i størrelse på grunn av en økning i mengden cytoplasma og blir til spermatocytter av første orden (vekstperiode ).

Det tredje stadiet i utviklingen av mannlige kjønnsceller kalles modningsperiode . På dette tidspunktet deler førsteordens spermatocytter seg ved meiose. Etter første divisjon, to andre ordens spermatocytt , og etter den andre - fire spermatider , med en oval form og mye mindre størrelser. Spermatider beveger seg til området nærmest tubulilumen (formasjonssone). Her endrer spermatidene form og blir modne sædceller , som deretter tas ut av testiklene langs vas deferens.Det dannes en enorm mengde sædceller i testiklene. Så, med hvert samleie hos en person, blir rundt 200 millioner sædceller tatt ut.

Formen på mannlige kjønnsceller i forskjellige dyrearter er forskjellig. De mest typiske for høyere dyr er sædceller, som har et hode, en nakke og en lang hale, som tjener til aktiv bevegelse. Dette er strukturen til menneskelige sædceller. Hodet inneholder kjernen og en liten mengde cytoplasma med organeller. I den fremre enden av hodet er akrosomet, som er et modifisert Golgi-apparat. Den inneholder enzymer som løser opp eggets skall under befruktning. Halsen inneholder sentrioler og mitokondrier.

Spermatozoer har ingen næringsreserver 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 deles forløperne til kjønnsceller 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. Celler øker, eggeplomme samler seg i dem - de dannes oocytter av første orden. Hver oocytt er omgitt av små follikulære celler som gir dens næring. Da dannes en moden oocytt ( Graaffian hetteglass) egnet for overflaten av eggstokken. Veggen er revet, og førsteordens oocytten kommer inn i bukhulen og videre inn eggleder. Oocytter av første orden går inn i en modningsperiode - 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 et lite første polarlegeme, ved andre divisjon - modent egg og den andre polare kroppen. Denne ujevne fordelingen av cytoplasmaet gir egget en betydelig mengde næringsstoffer, som deretter brukes i utviklingen av embryoet.

moden egg , som spermatozoon, inneholder halvparten av antallet kromosomer, siden i løpet av modningsperioden gjennomgår oocytter av første orden meiose. Oocytter er oftest sfæriske i form, de er vanligvis mye større enn somatiske celler. Det menneskelige egget har for eksempel en diameter på 150-200 mikron. Spesielt store er eggene til dyr hvis embryonale utvikling skjer utenfor mors kropp (egg fra fugler, krypdyr, amfibier og fisk).

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 kjønnsceller i dyr kalles inseminering. Skille mellom ekstern og intern inseminasjon.

På ekstern inseminering, karakteristisk for de fleste vannlevende dyr, spermier og egg slippes ut i vannet, hvor de smelter sammen. For slik inseminering er et 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 innbyggerne i landet, hvor det ikke er betingelser for bevaring og møte med kjønnsceller i det ytre miljø. Ved denne typen inseminering blir sædceller introdusert i den kvinnelige kjønnskanalen. Intern inseminasjon er karakteristisk for alle landlevende virveldyr (krypdyr, fugler, pattedyr), samt ormer, edderkopper og insekter. Når spermatozoene når eggene, prosessen befruktning . Det utføres som følger. Ved kontakt med egget brister spermakrosomet og innholdet frigjøres. Under påvirkning av akrosomenzymer oppløses eggeskallet ved kontaktpunktet. Den indre overflaten av akrosomet er forlenget, og den akrosomale prosessen dannes, som trenger inn i den oppløste sonen til eggmembranene og smelter sammen med eggets membran. På dette stedet dannes en oppfattende tuberkel fra cytoplasmaet. Den fanger opp kjernen, sentriolene og mitokondriene til sædcellene og trekker dem inn i egget. Den cytoplasmatiske membranen til sædcellene er innebygd i eggets membran.

Penetrering av sædcellene i egget forårsaker eksfoliering av befruktningsmembranen fra egget. Mellom den og overflaten av egget er det et rom fylt med væske. Dannelsen av befruktningsmembranen hindrer andre sædceller i å komme inn i egget.

Penetrert inn i cytoplasmaet til egget, svulmer spermkjernen, når størrelsen på eggets kjerne. Kjernene konvergerer og smelter sammen. Dette øyeblikket er faktisk befruktning. Som et resultat dannes en diploid zygote fra to gameter, det vil si at det diploide settet med kromosomer gjenopprettes.

Under befruktning kommer 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 kjernen til egget. 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. Verdien av genetikk for medisin.

Ettersom vitenskapen om genetikk studerer to hovedproblemer - arv og variasjon, prøver den å forklare mekanismene for overføring av egenskaper fra foreldre til barna deres, samt likhetene og forskjellene mellom beslektede organismer. Arvelighet- dette er evnen til alle organismer til å overføre sine egenskaper til avkom, noe som fører til biologisk likhet mellom foreldre og deres avkom, samt å gi muligheten for individuell utvikling i samsvar med stadig skiftende miljøforhold. Variabilitet er organismers evne til å tilegne seg ulike typer forandringer. 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 følger av de etablerte generelle mønstrene for arv og variasjon. Disse oppgavene inkluderer studier av: 1) mekanismene for lagring og overføring av genetisk informasjon fra foreldrenes former til barn; 2) mekanismen for realisering av denne informasjonen i form av tegn og egenskaper til organismer i ferd 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 skadelige mutagene effekter av ulike miljøfaktorer og metoder for å bekjempe menneskelige arvelige 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 avl av mikroorganismer, planter og dyr.

Når man studerer arv og variabilitet på ulike nivåer av organisering av levende materie (molekylær, cellulær, organisme, populasjon), bruker genetikk en rekke metoder for moderne biologi: hybridologisk, cytogenetisk, biokjemisk, genealogisk, tvilling, mutasjon, etc. Men bl.a. de mange metodene for å studere arvelighetsmønstrene, 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 en analysere mønstrene for arv og variasjon av individuelle egenskaper og egenskaper til en organisme under seksuell reproduksjon, så vel som variasjonen av gener og deres kombinasjon. Hoved mål genetikk har alltid vært en forståelse av arvelighetsmekanismene, studiet av 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 kromosomteorien om arvelighet har utviklet seg parallelt med flere beslektede disipliner, som cytologi, molekylærbiologi etc. Human genetikk, eller medisinsk genetikk, studerer fenomenene arv og variasjon i forskjellige populasjoner av mennesker, funksjonene i manifestasjonen og utviklingen av normale (fysiske, kreative, intellektuelle evner) og patologiske tegn, avhengigheten av sykdommer av genetisk forhåndsbestemmelse og tilstander miljø, inkludert de sosiale livsvilkårene. Dannelsen av medisinsk genetikk begynte på 1930-tallet. XX århundre, da fakta begynte å dukke opp som bekrefter at arven av egenskaper hos mennesker adlyder de samme mønstrene 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 arvelighet og variasjon til en person, 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 basert på kompilering av en stamtavle - slektsforskning. 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 monogenitet eller polygenitet. Den genealogiske metoden har bevist arven til mange sykdommer, for eksempel diabetes schizofreni, hemofili, etc.

Den genealogiske metoden brukes til diagnostisering av arvelige sykdommer og medisinsk genetisk rådgivning; det gir mulighet for genetisk profylakse (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 å evaluere påvirkningen av slike faktorer som oppdragelse, trening, etc.

Cytogenetisk metode basert på mikroskopisk undersøkelse av strukturen til kromosomer 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 på grunnlag av studier av den aldersrelaterte dynamikken i cellestruktur, for å fastslå den mutagene effekten av miljøfaktorer på mennesker, etc.

Biokjemiske metoder studier av menneskelig arv bidrar til å oppdage en rekke metabolske sykdommer (karbohydrat, aminosyre, lipid, etc.) ved å for eksempel studere biologiske væsker (blod, urin, fostervann) ved 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 variabilitet, som er relatert til de grunnleggende egenskapene til levende materie, alle organismer. Genetikk som vitenskap har utviklet seg i forbindelse med praktiske behov. I avl av husdyr og dyrkede planter har hybridisering lenge vært brukt, det vil si kryssing av organismer som tilhører forskjellige arter, raser, varianter eller som på noen måte er forskjellige fra hverandre. Ved å sammenligne hybrider med de originale formene, har utøvere lenge lagt merke til noen trekk ved arven til egenskaper.

De viktigste mønstrene for kontinuitet av egenskaper og egenskaper i generasjoner ble oppdaget av G. Mendel (1822-1884). Han laget en rapport om forskningen sin i 1865 på et møte i Society of Natural Science Lovers i Brno (Tsjekkoslovakia). Mendels senere klassiske verk "Eksperimenter på plantehybrider" ble publisert i det samme samfunn i 1866, men vakte på et tidspunkt ikke oppmerksomhet fra samtidige.

Først i 1900. de samme mønstrene ble igjen etablert uavhengig av G. de Vries i Holland, K. Korrens i Tyskland og E. Cermak i Østerrike. Snart, takket være eksperimenter på hybridisering utført med en rekke gjenstander, 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 XX århundre. 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 en parallellitet i oppførselen til kromosomer under dannelsen av kjønnsceller og befruktning. Fra denne tilfeldigheten fulgte antagelsen om forholdet mellom arvelige faktorer og kromosomer. Hypotesen viste seg å være fruktbar og markerte et nytt stadium i studiet av arvelighetsfenomener, knyttet til syntesen av genetikk og cytologi.

Den største suksessen i denne retningen ble oppnådd av skolen til den amerikanske genetikeren T.G. Morgan (1866-1945), som formulerte kromosomteorien om arv (1911). Morgan-skolen beviste at gener er lokalisert på kromosomer og er ordnet i dem i en lineær rekkefølge.

På 30-tallet av XX-tallet. definisjonen av et gen bare som en del av et kromosom har allerede sluttet å tilfredsstille 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) tilbake i 1928 foreslo koblingen av gener med et bestemt kjemisk stoff. Han antok at kromosomet 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 ideen om selvreproduksjon av enheter av arvelig informasjon ( matriseprinsippet for syntesen av makromolekyler) ble fremmet. I de siste tiårene har det vært mulig å trenge dypere inn i studiet av arvens materielle grunnlag og fortsette å belyse deres kjemiske natur.

På 1940-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 på mikroorganismer at overføring av arvelig informasjon er assosiert med nukleinsyre (DNA). En viktig rolle i studiet av DNA ble spilt av studiene til den sovjetiske biokjemikeren A. N. Belozersky (1905-1972). Tilbake på 1930-tallet presenterte han bevis på at DNA er en essensiell komponent i kromosomene til plante- og dyreceller, og studerte nukleotidsammensetningen til DNA fra mange arter. Videre studier av fenomenene arv måtte gå til det molekylære nivået. På begynnelsen av 1940-tallet ble det foreslått fundamentalt nye metoder som gjorde det mulig å legge grunnlaget for molekylær genetikk: elektronmikroskopi, metoden for merkede atomer, røntgendiffraksjonsanalyse osv. Molekylærbiologi oppsto i skjæringspunktet mellom genetikk, mikrobiologi, biokjemi og fysikk. Fysikernes forskning spilte en stor rolle; På begynnelsen av 1950-tallet ble således røntgenmønstre av en DNA-streng oppnådd i et laboratorium ledet av den engelske fysikeren M. Wilkinson ved bruk av røntgenstråler og matematiske beregninger. Den amerikanske biokjemikeren E. Chargaff oppdaget komplementaritetsregelen for 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 i form av en dobbel helix. En dybdestudie av arvelighet på molekylært nivå startet.

I genetikkens historie kan således tre stadier skilles: det første er studiet av arvelighetsfenomener på organismenivå, det andre er på cellenivå, og det tredje er 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. opprettelse av nye og forbedringer av gamle 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 en rekke generasjoner og å sikre den spesifikke karakteren av individuell utvikling under visse miljøforhold. På grunn av arvelighet har foreldre og avkom en lignende type biosyntese, som bestemmer likheten i den kjemiske sammensetningen av vev, metabolismens natur, fysiologiske funksjoner, morfologiske trekk og andre funksjoner. Som et resultat reproduserer hver art av organismer seg selv fra generasjon til generasjon.

Variabilitet- det er det motsatte av arv. Det består i å endre arvelige tilbøyeligheter, så vel som i variasjonen av deres manifestasjoner i prosessen med utvikling av organismer i samspill med det ytre miljøet. De elementære diskrete arvelighetsenhetene er gener. FRA kjemisk punkt sett er de segmenter av DNA-molekylet. Hvert gen bestemmer sekvensen av aminosyrer i et av proteinene, noe som til slutt fører til realisering av visse egenskaper i individets ontogeni. Tegn forstås som morfologiske, fysiologiske, biokjemiske, patologiske og andre egenskaper til organismer, ifølge hvilke noen av dem skiller seg fra andre.

Gener som bestemmer utviklingen av alternative egenskaper kalles 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 på gitt funksjon, danner det to typer gameter.

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

Helheten av alle funksjonene og egenskapene til en organisme kalles fenotype. Fenotypen utvikles 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. Grenser der de, avhengig av miljøforhold, endres fenotypiske manifestasjoner genotype kalles reaksjonshastighet .

Arv - metode for overføring av arvelig informasjon, som kan variere avhengig av former for reproduksjon. Ved aseksuell reproduksjon utføres arv gjennom vegetative celler og sporer, noe som sikrer stor likhet mellom mors- og dattergenerasjoner. Under seksuell reproduksjon utføres arv gjennom kjønnsceller. Likheten mellom foreldre og barn i dette tilfellet er mindre enn i det forrige tilfellet, 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 med ytelse av cellen til dens 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.Reduplisering (selvdobling) av den genetiske informasjonen til modercellen og dens jevne fordeling mellom dattercellene. 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).

Faser i cellesyklusen:

1) presyntetisk (G1). Oppstår umiddelbart etter celledeling. DNA-syntese har ennå ikke funnet sted. Cellen vokser aktivt i størrelse, lagrer stoffene som er nødvendige for deling: proteiner (histoner, strukturelle proteiner, enzymer), RNA, ATP-molekyler. Det er en inndeling av mitokondrier og kloroplaster (dvs. strukturer som er i stand til autoreproduksjon). Funksjonene til organisasjonen av interfasecellen gjenopprettes etter forrige divisjon;

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

Som et resultat dannes det to identiske DNA-dobbelthelixer, som hver består av en ny og en gammel DNA-streng. Mengden arvemateriale dobles. I tillegg fortsetter syntesen av RNA og proteiner. Dessuten gjennomgår en liten del av mitokondrielt DNA replikasjon (hoveddelen er replikert i G2-perioden);

3) postsyntetisk (G2). DNA syntetiseres ikke lenger, men det er en korreksjon av manglene som ble gjort under syntesen i S-perioden (reparasjon). Energi og næringsstoffer akkumuleres også, syntesen av RNA og proteiner (hovedsakelig kjernefysiske) fortsetter.

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

Dette etterfølges av selve mitosen, som består av fire faser. Delingsprosessen omfatter flere påfølgende faser og er en syklus. Varigheten er forskjellig og varierer fra 10 til 50 timer i de fleste celler. Samtidig, i celler i menneskekroppen, er selve mitosens varighet 1-1,5 timer, G2-perioden for interfase er 2-3 timer, S-periode for interfase er 6-10 timer.

Den biologiske betydningen 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 forårsaker de viktigste fenomenene med vital aktivitet: 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 i løpet av 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 utbredt mitose, som opprettholder et konstant diploid antall kromosomer i celler, fører meiose til dannelse av haploide kjønnsceller fra diploide celler. Under påfølgende befruktning danner kjønnsceller en organisme av en ny generasjon med en diploid karyotype (ps + ps == 2n2c). Dette er den viktigste biologiske betydningen av meiose, som oppsto og ble fikset i evolusjonsprosessen hos alle arter som formerer seg seksuelt.

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

første meiotiske divisjon kalt reduksjon, siden det fører til dannelse av haploide n2c-celler fra diploide celler (2p2c). Dette resultatet er sikret på grunn av funksjonene i profasen til den første divisjonen av meiose. I profase I av meiose, som i vanlig mitose, observeres en kompakt pakking av genetisk materiale (kromosomspiralisering). Samtidig oppstår en hendelse som er fraværende i mitose: homologe kromosomer konjugerer med hverandre, dvs. nært beslektede områder.

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. Ved slutten av profasen er kromosomene i bivalente, sterkt spiralformede, forkortet. Akkurat som i mitose, i profase I av meiose, begynner dannelsen av en delingsspindel, ved hjelp av hvilken det kromosomale materialet vil bli fordelt mellom datterceller (fig. 5.5).

Prosessene som finner sted i profase I av meiose og bestemmer dens resultater, forårsaker et lengre forløp av denne delingsfasen sammenlignet med mitose og gjør det mulig å skille flere stadier i den.

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

Zygoten er karakterisert ved begynnelsen av konjugasjonen av homologe kromosomer, som er kombinert av synaptonemalkomplekset til et bivalent (fig. 5.6).

Pachytene er et stadium der det, på bakgrunn av den pågående spiraliseringen av kromosomer og deres forkortelse, skjer en kryssing mellom homologe kromosomer - en crossover med utveksling av de tilsvarende seksjonene.

Diploten er preget av tilsynekomsten av frastøtende krefter mellom homologe kromosomer, som begynner å bevege seg bort fra hverandre primært i sentromerregionen, men forblir forbundet i fortidens områder som krysser over - chiasme (fig. 5.7).

Diakinesis er det siste stadiet av profase I av meiose, der homologe kromosomer holdes sammen bare på separate punkter i chiasmen. 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, som nås hos mennesker selv i embryogenese, stopper kromosomene, etter å ha tatt en spesiell morfologisk form av "lampebørster", eventuelle ytterligere strukturelle endringer i mange år. Ved å nå kvinnekroppen reproduktiv alder Under påvirkning av hypofysen luteiniserende hormon, som regel fornyer en oocytt meiose hver måned.

EGENSKAPER

Seksuell reproduksjon av organismer utføres ved hjelp av spesialiserte celler, den såkalte. kjønnsceller - egg (egg) og sædceller (spermatozoer). Gameter smelter sammen og danner én celle, zygoten. Hver gamete er haploid, dvs. har ett sett med kromosomer. Innenfor settet er alle kromosomer forskjellige, men hvert kromosom i egget tilsvarer ett av sædcellens kromosomer. Zygoten inneholder derfor allerede et par slike 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 et av de sammenkoblede kromosomene ha et gen som koder for blodtype A, mens det andre har en variant av det 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 flere mitotiske delinger oppstår enten en flercellet organisme eller tallrike frittlevende celler fra den dannede zygoten, slik det skjer i seksuelt reproduserende protozoer og i encellede alger.

Under dannelsen av kjønnsceller skulle det diploide kromosomsettet som zygoten hadde hatt, halveres (reduseres). 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.

splitting og rekombinasjon. Et trekk ved meiose er at under celledeling dannes ekvatorialplaten av par av homologe kromosomer, og ikke doble individuelle kromosomer, som i mitose. Parede kromosomer, som hver forble enkeltstående, divergerer til motsatte poler av cellen, cellen deler seg, og som et resultat får dattercellene et halvt sett 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 kromosomer A og B og fars A "og B" tilstede. Under meiose kan de skilles 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 gå som følger: Det er klart at de resulterende gametene kan inneholde hvilken som helst av følgende kombinasjoner av alleler av to gener: am , bn , bm eller an .

Hvis tilgjengelig mer 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 deling. Begge disse eksemplene illustrerer meioseprinsippet. Faktisk er meiose mye mer vanskelig prosess, siden den inkluderer to påfølgende divisjoner. Hovedsaken i meiose er at kromosomene dupliseres kun én gang, mens cellen deler seg to ganger, noe som resulterer i en reduksjon i antall kromosomer og det diploide settet blir 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 presise prosessen er hvert gen motsatt av sin homolog på det andre kromosomet. Begge kromosomene dobles da, men kromatidene forblir forbundet med hverandre med en felles sentromer. I metafase står de fire sammenføyde kromatidene på linje for å danne ekvatorialplaten, som om de var ett duplisert kromosom. I motsetning til det som skjer under mitose, deler ikke sentromerer seg. Som et resultat mottar hver dattercelle et par kromatider som fortsatt er forbundet med cetromeren. 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.

deling av cytoplasma. Som et resultat av to meiotiske delinger av en diploid celle, dannes fire celler. Under dannelsen av mannlige kjønnsceller oppnås fire sædceller av omtrent samme størrelse. Under dannelsen av egg 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 legemer, tjener bare til å romme overskuddet av kromosomer dannet som et resultat av meiose. Hoveddelen av cytoplasmaet som er nødvendig for zygoten forblir i en celle - egget.

bøying 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 (crossover). Som vist ovenfor, fører kryssing til fremveksten av nye kombinasjoner av alleler av koblede gener. Så hvis de opprinnelige kromosomene hadde kombinasjoner av 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

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

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

Strålingsmutagenese startet på 1920-tallet. 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, det samme mutagenet på Drosophila. Det er funnet at en dose på 10 rad dobler mutasjonsraten hos mennesker. Stråling kan indusere mutasjoner som fører til arvelige og onkologiske sykdommer.

Kjemisk mutagenese for første gang målrettet begynte å studere medarbeideren til N. K. Koltsov V. V. Sakharov 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 arvelig materiale).

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 det ikke er noen terskeldose i dette tilfellet, og selv de minste dosene øker sannsynligheten for mutasjoner i befolkningen. En økning i frekvensen av mutasjoner er farlig ikke så mye på individnivå, men med tanke på å øke den genetiske byrden til en populasjon.

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 nivået 4 - 5 % til nivået 5 - 6 %). Hvis befolkningen i en hel region får samme dose, vil antallet arvelige sykdommer i befolkningen dobles i løpet av en generasjon.

kjemiske faktorer. Kjemicalisering 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 har vært i biosfæren i millioner av år med tidligere evolusjon. Dette betyr for det første uoppløseligheten og langsiktig bevaring fremmede stoffer inn i miljøet. Det som opprinnelig ble tatt for prestasjoner i kampen mot skadelige insekter, ble senere til vanskelig problem. Den utbredte bruken av insektmiddelet DDT på 1940- og 1960-tallet førte til at det spredte seg over hele kloden 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 biologiske faktorer også genetisk aktivitet. Mekanismene for den mutagene effekten av disse faktorene har blitt studert i minst detalj. På slutten av 1930-tallet begynte S. M. Gershenzon studier av mutagenese i Drosophila under påvirkning av eksogent DNA og virus. Siden den gang har den mutagene effekten av mange virusinfeksjoner også blitt etablert for mennesker.

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

Mutasjonsklassifisering

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

- hypomorfe mutasjoner - manifestasjonen av egenskapen kontrollert av det patologiske genet er svekket sammenlignet med egenskapen kontrollert av det normale genet (pigmentsyntese).

- amorfe mutasjoner- en egenskap kontrollert av det patologiske genet 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).

Den moderne klassifiseringen av mutasjoner inkluderer:

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

- kromosomale mutasjoner- krenke strukturen til kromosomet (koblingsgruppe av gener) 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 (et eksempel på St. Down, s-m kattedyr hyle)

- genomiske mutasjoner føre til fremveksten av nye genomer eller deres deler ved å legge til eller miste hele kromosomer. Deres andre navn er numeriske (numeriske) kromosommutasjoner som følge av brudd på mengden genetisk materiale. (et eksempel på s. Shereshevsky - Turner, s. Klinefelter).

31. Faktorer for mutagenese av det arvelige apparatet.

Mutasjoner er delt inn i spontane og induserte. Spontane kalles mutasjoner som har oppstått under påvirkning av naturlige faktorer som er ukjente for oss. Induserte mutasjoner er forårsaket av spesielle rettet påvirkning.

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

PÅ 1934 M.E. Lobashev bemerket at kjemiske mutagener bør ha 3 kvaliteter:

1) høy penetreringskraft

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

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

Kjemiske mutagener har blitt brukt til å produsere mutante muggsopp, actinomycetes og bakterier som produserer hundrevis av ganger mer penicillin, streptomycin og andre antibiotika.

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

I eksperimenter induseres mutasjoner av forskjellige kjemiske midler. Dette faktum indikerer at tilsynelatende, under naturlige forhold, forårsaker slike faktorer også utseendet av spontane mutasjoner i ulike organismer, inkludert hos mennesker. Den mutagene rollen til ulike kjemikalier og til og med noen medikamenter har blitt bevist. Dette indikerer behovet for å studere den mutagene virkningen 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 på 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 i 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, som har en høy penetreringskraft, i økende grad blitt brukt til 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. Dermed sovjetiske forskere, ved hjelp av metoder for eksponering for fysiske faktorer, oppnådd motstandsdyktig mot en rekke soppsykdommer og mer produktive varianter av hvete og bygg.

Bestråling indikerer både genmutasjoner og strukturelle kromosomale omorganiseringer av alle typer beskrevet ovenfor: mangel, inversjoner, doblinger og translokasjoner, 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 tilpasninger i kromosomene.

Mutasjoner kan også induseres av kjemiske endringer etter stråling som har funnet sted i miljøet. En av de farligste konsekvensene av bestråling er dannelsen av frie radikaler OH eller HO2 fra vannet i vevene.

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

endringsfenomener. Noen forskere på begynnelsen av 1900-tallet mente til og med at ytre påvirkninger ikke hadde noen betydning for mutasjonsprosessen. Men i fremtiden ble disse ideene tilbakevist på grunn av kunstig produksjon av mutasjoner ved bruk av ulike miljøfaktorer. Foreløpig kan det antas at det tilsynelatende ikke er slike miljøfaktorer som ikke til en viss grad vil påvirke endringen i arvelige egenskaper. Av de fysiske faktorene er det etablert en mutagen effekt av ultrafiolette stråler, fotoner av lys og temperatur på en rekke objekter. En økning i temperaturen øker antallet mutasjoner. Men temperatur er en av de midlene som organismer har beskyttelsesmekanismer for. Derfor er bruddet på homeostase ubetydelig. Som et resultat gir temperatureffekter en svak mutagen effekt sammenlignet med andre midler.

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

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

Inklusjoner er produkter av celleaktivitet. De kan være tette partikler-granulat, flytende dråper-vakuoler, så vel som krystaller. Noen vakuoler og granuler er omgitt av membraner. Avhengig av funksjonene som utføres, er inneslutningene betinget delt inn i tre grupper: trofisk, sekretorisk og spesiell betydning. Inklusjoner av trofisk verdi - dråper fett, stivelsesgranulat. glykogen, protein. De er tilstede i små mengder i alle celler og brukes i prosessen med assimilering. Men i noen spesielle celler akkumuleres de i store mengder. Så det er mange stivelseskorn i cellene til potetknoller, 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 matet dyr. Inneslutninger av sekretorisk verdi dannes hovedsakelig i cellene i kjertlene og er ment for frigjøring fra cellen. Antallet av disse inneslutningene i cellen avhenger også av den fysiologiske tilstanden til organismen. Så cellene i bukspyttkjertelen til et sultent dyr er rike på sekresjonsdråper. men de velnærede er 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 motsatt av arvelighet, assosiert med utseendet til tegn som skiller seg fra typiske. Hvis under reproduksjon det alltid dukket opp bare

kontinuiteten til allerede eksisterende egenskaper og tegn, så ville utviklingen av den organiske verden være umulig, men variasjon er karakteristisk for levende natur. Først av alt er det assosiert med "feil" i reproduksjon. Nukleinsyremolekyler konstruert på en annen måte bærer ny arvelig informasjon. Denne nye, endrede informasjonen er i de fleste tilfeller skadelig for organismen, men i en rekke tilfeller får organismen som følge av variasjon nye egenskaper som er nyttige under gitte forhold. Nye egenskaper plukkes opp og fikses ved seleksjon. Slik skapes nye former, nye typer. Dermed skaper arvelig variasjon forutsetningene for artsdannelse og evolusjon, og dermed eksistensen av liv.

Skille mellom ikke-arvelig og arvelig variasjon. Den første av dem er assosiert med en endring i fenotypen, den andre genotypen. Ikke-arvelig variasjon Darwin kalte viss, det er vanlig å kalle det modifikasjon, eller fenotypisk, variabilitet. Arvelig variasjon er ifølge Darwins definisjon ubestemt ("genotypisk variasjon").

FENOTYPISK (MODIFIKASJONELL) OG GENOTYPISK VARIABILITET Fenotypisk variabilitet Modifikasjoner kalles fenotypiske endringer som skjer under påvirkning av forhold

miljø. Omfanget av modifikasjonsvariabilitet er begrenset av reaksjonshastigheten. Den utviklede spesifikke modifikasjonsendringen av egenskapen er ikke arvet, men omfanget av modifikasjonsvariabilitet bestemmes av arvelighet. Modifikasjonsendringer medfører ikke endringer i genotypen og samsvarer med levekårene, de er adaptive.

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

Kombinasjonsvariabilitet

Kombinativ variasjon er assosiert med å oppnå nye kombinasjoner av gener i genotypen. Dette oppnås som et resultat av 2 prosesser: 1) divergens av kromosomer 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 med hverandre fører til at det dukker opp organismer med en ny fenotype.

Mutasjonsvariabilitet

En mutasjon er en endring forårsaket av reorganisering av reproduserende strukturer i en celle, en endring i dens genetiske apparat. Disse mutasjonene skiller seg sterkt fra modifikasjoner som ikke påvirker genotypen til individet. Mutasjoner oppstår plutselig, brått, og noen ganger skiller organismen skarpt fra den opprinnelige formen. Mutasjonsvariabilitet er karakteristisk for alle organismer, det leverer materiale for seleksjon, evolusjon er assosiert med det - prosessen med dannelse av nye arter, varianter og raser. I henhold til arten av endringer i det genetiske apparatet, skilles mutasjoner ut på grunn av:

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

2) endringer i strukturen til kromosomer (kromosomavvik);

3) endring 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. Kjønnscellene har et haploid sett av kromosomer (n), mens zygoter og alle somatiske celler er karakterisert ved et diploid sett (2n). I polyploide former noteres en økning i antall kromosomer, et multiplum av det haploide settet: 3n - triploid, 4n - tetraploid, etc.

Heteroploidi er en endring i antall kromosomer som ikke er et multiplum av det haploide settet. I et diploid sett kan det bare være 1 kromosom mer enn normen, dvs. 2n+1 kromosom. Slike former kalles trisomikk. Et fenomen som er motsatt av trisomi, dvs. tap av ett kromosom fra et par i et diploid sett kalles monosomi, organismen er monosomisk. Monosomics er som regel preget av redusert levedyktighet eller er helt ulevedyktige.

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

Darwins lære om variabilitet.

Han så årsaken til variasjon i påvirkning av miljøet. Han skilte mellom bestemt og ubestemt variabilitet. En viss variasjon viser seg hos individer som har gjennomgått en spesifikk, i noen tilfeller mer eller mindre lett påviselig, påvirkning. Denne formen for variasjon kalles modifikasjon. Ubestemt variasjon (dette er mutasjoner) manifesterer seg i visse individer og forekommer i en rekke retninger. Da 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 effekten av gener.

Variabilitet bringer mangfold til organismer, 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 prosessene for dens vitale aktivitet. I viten om cellen anses den mest spennende hendelsen å være dens deling. Hva er mitose (divisjon), hva er dens essens og betydning? Dette er omtalt i denne artikkelen.

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. Tildele følgende typer celledeling:

cellesyklus

For cellereproduksjon er DNA-replikasjon (dobling) nødvendig, fordi dette er den eneste måten en enkel celledeling i to identiske datterceller er mulig. Det er det som mitose (mitose, fra gresk mitos - tråd) er en måte å celledeling på med nøyaktig deling av genetisk materiale mellom datterceller. I dette tilfellet separeres prosessen med replikering av det genetiske materialet 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 sørger for akkumulering av energi og strukturelle komponenter som vil være nødvendige for deling, og syntese av nukleotider som er nødvendige for replikering av deoksyribonukleinsyrer.

prosesscytologi

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 aseksuell 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 er forskjellige 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 spiraliseres kromosomene (kondensering og komprimering), som ble doblet i interfasen. Det er på dette stadiet at kromosomene blir synlige under et lysmikroskop. Cellens cytoplasma blir tyktflytende, skallene til kjernen blir ødelagt, og sentriolene danner delingsspindelen - dette er et system av mikrotubuli fra tubulinproteinet, som strekker seg fra cellens poler til ekvator. Det er delingsspindelen som vil være ansvarlig for en klar divergens av kromosomer.

Metafase og anafase er de neste stadiene av mitose

Hva skjer videre? Det er disse to fasene som anses som de viktigste ved celledeling. I metafase stiller kromosomene seg langs ekvator i cellen og danner en ekvatorplate, som kalles foreldrestjernen. Hvert kromosom er festet til spindelens mikrotubuli ved sin sentromer. I anafase begynner trådene av myofibriller som fikserer delingsspindelen å trekke seg sammen og strekke kromatidene til 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 cytokinesis, den fysiske delingen av cellen. Kromosomer ved polene despiraliserer (vrider seg 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 fisjonsfure.

Fasevarighet og prosessregulering

Varigheten av denne delingen er forskjellig for annen type 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 forbundet med syntese av stoffer lengre - pro- og telofase. For eksempel, i pattedyrceller varer mitoseprofasen 25-30 minutter, metafase og anafase ca. 15 minutter hver, og telofase kan vare opptil 40 minutter. I organismen av multicellulær mitotisk aktivitet av celler er kontrollert neurohumorally. Den tar del nervesystemet og organhormoner indre sekresjon(f.eks. binyre, hypofyse, skjoldbruskkjertel og kjønnshormoner). Når nevrohumoral regulering forstyrres, endres 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 passere strengt etter hverandre, mens fullstendig gjennomføring av den forrige er viktig. Sjekkpunkter 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 prosessen med DNA-replikasjon og forberedelse til deling. Hvis det oppstår forstyrrelser på dette tidspunktet, vil dette føre til DNA-brudd og brudd på integriteten til kromosomene.

Den andre er å sjekke kvaliteten og fullstendigheten av replikeringen av arvemateriale. Ved brudd på dette tidspunktet oppstår et brudd på cellekaryotypen.

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

Studiet av prosessene som foregår 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.

Den biologiske betydningen av mitose

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

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

Mange dyr og planter har valgt nettopp en slik metode for aseksuell reproduksjon (encellet, coelenterates, og ikke bare). Naturlig bevis på den fullstendige identiteten til celler dannet av mitose er identiske tvillinger, som stammer fra en zygote som ble 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 slitte eller skadede stoffer.

3. Opprettholder et sett med kromosomer i alle somatiske celler.

4. Fungerer som en mekanisme for aseksuell reproduksjon, der det skapes 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 kromosomene umulig å skille under et lysmikroskop. En slik deling skjer i encellede organismer (amoebe, en stor ciliatkjerne), så vel som i noen høyt spesialiserte med svekket fysiologisk aktivitet, degenererende, dømt til dødsceller fra planter og dyr, eller i forskjellige patologiske prosesser (endosperm, potetknoll) . Hos dyr og mennesker er denne typen deling karakteristisk for cellene i leveren, brusken og øyets hornhinne. Med amitose observeres ofte bare nukleær deling: i dette tilfellet kan to- og multinukleære celler vises. Hvis delingen av kjernen følges av delingen av cytoplasmaet, utføres fordelingen av cellulære komponenter, som DNA, vilkårlig.

Betydningen av amitose: i binukleære og multinukleære celler øker det totale kontaktområdet mellom kjernematerialet og cytoplasmaet. Dette fører til en økning i kjernefysisk plasmametabolisme, en økning i cellens funksjonelle aktivitet og større motstand mot effektene av uheldige faktorer. Celler som har gått gjennom amitose mister evnen til mitotisk deling og reproduksjon.

MEIOSIS

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

Den opprinnelige cellen har et diploid sett med kromosomer, som deretter dobles. Men hvis kromatidene under mitose i hvert kromosom ganske enkelt divergerer, så under meiose er kromosomet (bestående av to kromatider) tett sammenvevd med delene med et annet kromosom som er homologt med det (også bestående av to kromatider), og oppstår krysser over - utveksling av homologe regioner av kromosomer. Deretter 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 delingen av meiose er fullført, og den andre delingen av meiose skjer uten DNA-syntese, derfor halveres mengden DNA under denne delingen. Fra de opprinnelige cellene med et diploid sett av kromosomer, oppstår kjønnsceller med et haploid sett. Fire haploide celler dannes fra en diploid celle. Fasene av celledeling som følger interfase kalles profase, metafase, anafase, telofase, og etter deling igjen interfase.

Meiose er av tre typer: zygotisk (i zygoten etter befruktning, noe som fører til dannelse av zoosporer i alger og mycel av sopp); gametisk (i kjønnsorganene, fører til dannelsen av kjønnsceller) og spore (i frøplanter fører til dannelsen av en haploid gametofytt).

Meiose består av to påfølgende divisjoner, meiose I og meiose II. DNA-duplisering skjer bare før meiose I, og det er ingen interfase mellom delingene. I første divisjon divergerer homologe kromosomer og antallet halveres, og i andre divisjon dannes kromatider og dannes modne kjønnsceller. Et trekk ved den første divisjonen er en kompleks og langsiktig profase.

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

Leptotena eller leptonema - pakking av kromosomer, kondensering av DNA med dannelse av kromosomer i form av tynne tråder (kromosomer forkortes). Zygoten eller zygonema - konjugering oppstår - forbindelsen av homologe kromosomer med dannelsen av strukturer som består av to sammenkoblede kromosomer, kalt tetrader eller bivalente og deres videre komprimering. Pachytene eller pachinema - (det lengste stadiet) - noen steder er homologe kromosomer tett forbundet, og danner chiasmata. Overkryssing skjer i dem - utveksling av steder mellom homologe kromosomer. Diploten eller diplonema - delvis dekondensering av kromosomer skjer, mens en del av genomet kan fungere, transkripsjonsprosesser (RNA-dannelse), translasjon (proteinsyntese) oppstår; homologe kromosomer forblir forbundet med hverandre. Hos noen dyr får kromosomer i oocytter på dette stadiet av profase av meiose den karakteristiske formen til lampebørstekromosomer. diakinesis - DNA kondenserer igjen så mye som mulig, syntetiske prosesser stopper, kjernefysisk konvolutt oppløses; sentrioler divergerer mot polene; homologe kromosomer forblir forbundet med hverandre.

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

Den biologiske betydningen av mitose ville vært mye mindre hvis celledeling ikke var essensen av de fleste biologiske prosessene som skjer på planeten vår. Denne prosessen foregår i flere stadier. Hver av dem inkluderer flere handlinger inne 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 vil føde 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 trening divisjon kalles interfase. Alle de viktigste tingene finner sted i den, nemlig duplisering av DNA-kjeden og andre strukturer, samt syntese av en stor mengde protein. Dermed blir kromosomene i cellen doblet, og hver halvdel av et slikt dobbeltkromosom kalles en "kromatid".

Etter interfase begynner selve delingsprosessen direkte - mitose. Den går også gjennom flere trinn. 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 kun til stede i cellen til dyr og mennesker. Planter har ikke sentrioler.
2. Prometafase. På dette tidspunktet slutter profasen og metafasen begynner.
3. Metafase. På dette tidspunktet ligger kromosomene på "ekvator" til cellen.
4. Anafase. Kromosomer beveger seg til forskjellige poler.
5. Telofase. En "mor" celle deler seg ved å danne en sentral septum i to "datter" celler. Dette er slutten på celledeling eller mitose.

Den viktigste biologiske betydningen av mitose er den absolutt identiske inndelingen av dupliserte kromosomer 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 tar det omtrent en og en halv time. Det er mange faktorer som påvirker denne svært skjøre prosessen. Eventuelle endrede miljøforhold, for eksempel omgivelsestemperatur, lysfasemodus, trykk i miljøet og inne i kroppen og cellen, samt mange andre faktorer, kan i betydelig grad påvirke både varigheten og kvaliteten på celledelingsprosessen. Også varigheten av hele mitosen og dens individuelle trinn kan være direkte avhengig av typen vev i hvis celler den forekommer.

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

Spørsmål om selvkontroll. Den biologiske betydningen av mitose

Oppgave nummer 1

Emne 14. Seksuell reproduksjon.

Spørsmål om selvkontroll

Den biologiske betydningen av mitose.

TELOFASE

ANAFASE

METAFASE.

Kromosomer får et ordnet arrangement, og 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 ser man tydelig at kromosomene består av to kromatider kun koblet sammen i sentromerområdet.

Kromatidene til hvert kromosom begynner å divergere mot cellens poler: en kromatid går til den ene polen, den andre til den motsatte. Bevegelsen av kromosomer utføres på grunn av spindeltrådene, som trekker seg sammen og strekker datterkromosomene fra ekvator til cellens motsatte poler. Ved bevegelse brukes energien til ATP.

For øyeblikket er det to diploide sett med kromosomer i cellen.

Kromosomceller som nærmer seg polene begynner å slappe av og igjen ta form av lange tråder som flettes inn i hverandre, noe som er karakteristisk for en ikke-delende kjerne. I datterkjernene blir kjernemembranen igjen dannet, kjernen dannes, og strukturen til kjernen som er karakteristisk for interfasen er fullstendig gjenopprettet. Under telofase oppstår også cytoplasmatisk deling, som et resultat av at to datterceller skiller seg fra hverandre. Disse cellene er helt like i strukturen til foreldrene, men skiller seg fra den i mindre størrelser.

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 gir en subtil overføring av all arvelig informasjon til hver av datterkjernene.

Hvis det er et brudd på det normale mitoseforløpet og i dattercellen er det færre eller flere kromosomer enn i modercellen, 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 yngst?

6. Hva er mitose?

7. Hvilke celler deler seg ved mitose?

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

9. I hvilke av mitosefasene er kromosomene plassert i ekvatorplanet?

10. I hvilken fase av mitose divergerer kromatider til cellens poler?

11. På hvilket stadium av cellen dannes delingsspindelen?

12. Hva er den biologiske betydningen av mitose?

1. Les studiematerialet nedenfor.

2. Analyser tabeller fra applikasjonen

3. Svar på selvkontrollspørsmålene.

seksuell reproduksjon- endring av generasjoner og utvikling av organismer på grunnlag av spesialiserte kjønnsceller.

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

Det er tilfeller når en ny organisme ikke nødvendigvis vises som et resultat av fusjon av kjønnsceller. Hos noen arter av dyr og planter observeres utvikling fra et ubefruktet egg (bier, veps, bladlus, noen krepsdyr (dafnier)). Slik reproduksjon kalles jomfru eller partenogenetisk.

Seksuell reproduksjon. En ny organisme dannes som et resultat av fusjonen av kjønnsceller-gameter (n). En zygote (2n) dannes med et unikt sett med kromosomer. 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 (med unntak av eneggede tvillinger) er genetisk forskjellige fra hverandre og fra foreldrenes individer.

Spermatogenese, oogenese (oogenese).

Gametogenese er prosessen med utvikling av kjønnsceller - kjønnsceller. Forløperne til gameter (gametocytter) er diploide. Prosessen med dannelse av spermatozoer kalles spermatogenese, og dannelsen av egg kalles oogenese (ovogenese). I kjønnskjertlene skilles tre forskjellige områder, eller soner, ut: hekkeområde, vekstsone, modningssone. Spermatogenese og oogenese inkluderer tre identiske faser: reproduksjon, vekst, modning (deling). I spermatogenese er det en annen fase - dannelse.

avlsfase: Diploide celler deler seg gjentatte ganger ved mitose. Antall celler i gonadene vokser, de kalles oogonia og spermatogonia. Sett med kromosomer 2n.

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

I modningsfasen meiose oppstår, som et resultat av den første meiotiske delingen dannes gametocytter av 2. orden (et sett med kromosomer n2c), som går inn i den andre meiotiske delingen, og det dannes celler med et haploid sett av kromosomer (nc). Oogenese på dette stadiet slutter nesten, og spermatogenese inkluderer en annen fase av dannelsen hvor spermatozoer dannes.

I motsetning til dannelsen av spermatozoer, som først oppstår etter å ha nådd puberteten (spesielt hos virveldyr), begynner prosessen med dannelse av egg selv i embryoet. Reproduksjonsperioden utføres fullt ut 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 oocyttene av 1. orden inn i modningsperioden. Den første meiotiske deling produserer 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 utføres opp til stadiet av metafase II og vil fortsette først etter at andreordens oocytten samhandler med sædcellene og befruktning skjer. Det kommer altså strengt tatt ikke et egg ut av eggstokken, men en oocytt av 2. orden. Etter befruktning deler den seg, noe som resulterer i et egg (eller egg) og en andre polar kropp. Imidlertid kalles en oocytt tradisjonelt for enkelhets skyld en oocytt av 2. orden, 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, ved sammensmeltningen av hvilke en zygote dannes, som gir opphav til en ny organisme. De er høyt spesialiserte celler involvert i implementeringen av 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 lite (praktisk talt fraværende); kjønnsceller har et endret nukleært-cytoplasmatisk forhold sammenlignet med somatiske celler (i egget opptar kjernen et mye større volum enn cytoplasmaet, i sædcellene tvert imot, og kjernen har samme dimensjoner som i egget). En aktiv rolle i befruktning tilhører sædcellene. Derfor er den liten og mobil (hos dyr). Egget bringer ikke bare sitt eget sett med kromosomer til 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 eggene varierer mye - fra flere titalls mikrometer til flere centimeter (et menneskelig egg er omtrent 100 mikron, et strutseegg, som har en lengde på omtrent 155 mm med et skall, er også et egg). Egget har en rekke membraner plassert på toppen av plasmamembranen, og reserver næringsstoffer. Hos pattedyr har eggene et skinnende skall, på toppen av det er det en strålende krone - et lag med follikulære celler.

Mengden næringsstoffer som samles opp i eggcellen 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 være mer enn 95% av volumet av egget. Et pattedyregg inneholder mindre enn 5 % eggeplomme. I forbindelse med akkumulering av næringsstoffer oppstår polaritet i eggene. Motpoler kalles vegetativt og dyrisk. 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 dyr til den vegetative polen).

organisering av sædceller. Lengden på en menneskelig sædcelle er 50–60 mikron. Funksjonene til sædceller bestemmer 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 et akrosom - en del av cytoplasmaet med et modifisert Golgi-apparat. Den produserer et enzym som hjelper til med å løse opp eggets membraner. Ved overgangen til hodet til 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 en organoid for bevegelse av sædceller. Energien for 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 er ekstern befruktning, der møtet av sæd og egg skjer i det ytre miljø, og intern befruktning, der møtet mellom sæd og egg skjer i kjønnsorganene til hunnen.

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

Meiose

Første meiotisk deling.

1. Profase I.

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

Homologe kromosomer nærmer seg hverandre tett, kobles langs hele lengden og vri - 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 spindelfibrene ved deres sentromerer og er plassert i ekvatorialplanet.

3. Anafase I.

Til polene i cellen går til halvdelene av hvert kromosom, inkludert hvert kromosom, inkludert 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.

Antall kromosomer halveres, kromosomsettet blir haploid.

4. Telofase I.

I lang tid er kjernefysiske konvolutten dannet. Siden de individuelle kromosomene til de haploide dattercellene fortsetter å dupliseres, skjer ikke DNA-duplisering under interfasen mellom første og andre deling av meiose. Celler dannes som et resultat av den første deling av modning, forskjellig i sammensetningen av fars og mors kromosomer og følgelig i settet med gener.

For eksempel inneholder alle menneskelige celler, inkludert primære kjønnsceller, 46 kromosomer. Av disse er 23 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 den tilfeldige segregeringen av paternelle og mors kromosomer i anafase I, mottar de resulterende cellene et bredt utvalg av kombinasjoner av foreldrekromosomer. For eksempel, i en av dem kan det være 3 fars og 20 mors kromosomer, i en annen 10 fars og 12 mors, i den tredje 20 fars og 3 mors, etc. Antallet mulige kombinasjoner er svært stort.

Følgelig meiose – grunnlag av kombinativ genotypisk variasjon.

Andre meiotiske divisjon.

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

Profase II

Kromosomer spiraliserer, en delingsspindel dannes.

Metafase II

Kromosomer er lokalisert i ekvatorialplanet til cellen, spindelfibre er festet til sentomerer.

Anafase II.

Kromatider divergerer mot cellens poler.

Termisk fase II.

At. fire haploide celler med et kromosomsett ble dannet fra den første primære kjønnscellen.

Essensen av modningsperioden er at i kjønnsceller er antall kromosomer halvert.

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

Hos hannene alle fire haploide celler dannes som et resultat av meiose, senere omdannet til kjønnsceller - spermatozoer.

Hos hunnene på grunn av ujevn meiose, produserer bare én celle et levedyktig egg. Tre andre celler er mye mindre, de blir til såkalte retnings- eller reduksjonsceller, 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 stammer fra foreldrekromosomene ved nøyaktig 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 har cellepopulasjoner (kloner) avledet fra foreldreceller genetisk stabilitet.
Vekst. Som et resultat av mitose øker antallet celler i kroppen (en prosess kjent som hyperplasi), som er en av hovedmekanismene for vekst.
Aseksuell reproduksjon, regenerering og erstatning av celler. Mange dyre- og plantearter formerer seg aseksuelt ved mitotisk celledeling alene. I tillegg sørger mitose for regenerering av tapte deler (for eksempel ben hos krepsdyr) og celleerstatning, som forekommer 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 dannes med et sett med kromosomer 2n

Skriv hva som er essensen av mitose. 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 med ytelse av cellen til dens 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 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 de samme.
Mitotisk celledeling ligger til grunn for alle former for aseksuell reproduksjon i både encellede og flercellede organismer. Mitose forårsaker de viktigste fenomenene med vital aktivitet: 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-importance

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. Den biologiske betydningen av metose. Metose ligger til grunn for vekst og vegetativ reproduksjon av alle organismer som har en enukriotkjerne. Det sikrer konstanten av antall kromosomer i alle celler i kroppen.