Podział komórek mitotycznych odbywa się stereotypowo. mitoza komórek roślinnych

podział komórek mitotycznych

Szczeniak rośnie i powiększa się dzięki podziałowi komórek somatycznych, zwanych mitoza. Mitoza nie jest podział bezpośredni komórka somatyczna, kiedy złożone zmiany w jej jądrze i cytoplazmie. Po zapłodnieniu (ovogamii) komórki jajowej przez plemnik (fuzja lub kopulacja gamet) zygota(oocysta) - nowy organizm, składający się tylko z jednej komórki. Proces wzrostu i rozwoju nowego organizmu rozpoczyna się od momentu pierwszego podziału mitotycznego tej komórki (matczyny), kiedy powstają z niej dwie komórki potomne (dokładniej siostrzane), całkowicie do niej podobne i trwa aż do śmierci .

Rys.1 Struktura komórki

Podczas mitozy występują:

1- podwojenie substancji chromosomów;

2- zmiana kondycja fizyczna i chemiczna organizacja chromosomów;

3- rozbieżność chromosomów siostrzanych do biegunów komórki;

4- kolejny podział cytoplazmy i pełne wyzdrowienie dwa jądra w nowych komórkach.

w mitozie koło życia geny jądrowe: podwojenie, dystrybucja i funkcjonowanie. Okres między podziałami komórek nazywa się interfaza, podczas którego zachodzą w nim aktywne procesy życiowe i przygotowania do kolejnego podziału. Cały cykl zmian zachodzących w komórce

od jednego działu do drugiego nazywa się cykl mitotyczny. Ten ostatni składa się z dwóch głównych okresów - interfazy i samej mitozy.

W wyniku mitozy z jednej komórki powstają dwie komórki o identycznych chromosomach. Mitoza zapewnia więc ciągłość i stałość liczby i zbioru, czyli jakościową specyfikę chromosomów w kolejnych pokoleniach dzielących się komórek (patrz ryc. 2).

W interfazie w jądrze występuje okres pomiędzy dwoma kolejnymi podziałami komórkowymi, replikacja (autoduplikacja lub samopodwojenie) DNA, a co za tym idzie liczba chromosomów w komórce (powstawanie chromatyd siostrzanych utrzymywanych razem przez centromer, czyli , ciało pełniące funkcję mechanicznego centrum chromosomu), a także despiralizację tego ostatniego.

W metafazie, czyli centralnej fazie podziału jądrowego, chromosom składający się z dwóch chromatyd zamienia się w dwa chromosomy potomne.

Ryż. 2. Mitoza

1 - trzy pary chromosomów; 2 - replikacja chromosomów z tworzeniem siostrzanych chromatyd połączonych w regionie centromeru; 3 - na biegunach błony jądrowej widoczne są centrosomy, a promienie astralne docierają do obszaru centromerowego chromatyd, ułożone wzdłuż równika w celu oddzielenia centromerów chromatyd siostrzanych i rozdzielenia ich na różne bieguny; 4 - despiralizacja chromosomów, odbudowa błony jądrowej i utworzenie przegrody komórkowej z utworzeniem dwóch komórek potomnych identycznych z matką z dokładnie taką samą liczbą chromosomów jak w niej

W anafazie następuje podział i dywergencja chromosomów potomnych na bieguny komórki, czyli przywrócenie ich właściwej liczby. W telofazie, ostatnim etapie podziału komórki, chromosomy przybierają taką samą formę, jak przed rozpoczęciem podziału, a ilość DNA w każdym jądrze potomnym zmniejsza się o połowę w porównaniu z poprzednimi etapami. Tak więc obie komórki potomne zawierają równe ilości cytoplazma i identyczne zestawy chromosomów i są gotowe do przejścia mitozy.

Nie wszystkie komórki somatyczne organizmu stale się dzielą. W trakcie rozwój zarodkowy istnieje zróżnicowanie narządów i tkanek, które rozwijają się na ich specyficznej, genetycznie włączonej ścieżce. Dlatego niektóre komórki zamieniają się w komórki mózgowe, inne w komórki krwi itp. Co więcej, niektóre z nich dzielą się stale, podczas gdy inne dopiero na pewnym etapie rozwoju lub w razie potrzeby odpowiadają np. za regenerację

(regeneracyjne) procesy.

Podział komórek jest centralnym momentem reprodukcji.

W procesie podziału z jednej komórki powstają dwie komórki. Komórka, oparta na asymilacji substancji organicznych i nieorganicznych, tworzy swój własny rodzaj o charakterystycznej strukturze i funkcjach.

W podziale komórek można zaobserwować dwa główne punkty: podział jądrowy - mitozę i podział cytoplazmy - cytokinezę lub cytotomię. Główną uwagę genetyków wciąż przykuwa mitoza, ponieważ z punktu widzenia teorii chromosomów jądro jest uważane za „organ” dziedziczności.

Podczas mitozy występują:

1. podwojenie substancji chromosomów;
2. zmiany stanu fizycznego i organizacji chemicznej chromosomów;
3. rozbieżność chromosomów córki, a raczej siostry, do biegunów komórki;
4. późniejszy podział cytoplazmy i całkowite odtworzenie dwóch nowych jąder w komórkach siostrzanych.

W ten sposób cały cykl życiowy genów jądrowych jest określony w mitozie: duplikacja, dystrybucja i funkcjonowanie; w wyniku zakończenia cyklu mitotycznego komórki siostrzane mają równe „dziedzictwo”.

Podczas podziału jądro komórkowe przechodzi przez pięć kolejnych etapów: interfazę, profazę, metafazę, anafazę i telofazę; niektórzy cytolodzy wyróżniają kolejny szósty etap - prometafazę.

Pomiędzy dwoma kolejnymi podziałami komórkowymi jądro znajduje się w fazie interfazy. W tym okresie jądro, podczas utrwalania i barwienia, ma strukturę siatkową utworzoną przez barwienie cienkich nitek, które w następnej fazie układają się w chromosomy. Chociaż interfaza nazywa się inaczej spoczynkowa faza jądra, na samym ciele procesy metaboliczne w jądrze w tym okresie są wykonywane z największą aktywnością.

Profaza to pierwszy etap przygotowania jądra do podziału. w profazie struktura siatki jądro stopniowo zamienia się w nici chromosomowe. Od najwcześniejszej profazy, nawet w mikroskop świetlny można zaobserwować podwójną naturę chromosomów. Sugeruje to, że w jądrze, to właśnie we wczesnej lub późnej interfazie zachodzi najważniejszy proces mitozy - podwojenie lub reduplikacja chromosomów, w której każdy z chromosomów matczynych buduje podobny - potomny. W rezultacie każdy chromosom wygląda na podłużnie podwojony. Jednak te połówki chromosomów, które są nazywane chromatydy siostrzane, nie rozchodzą się w profazie, ponieważ są one połączone przez jeden wspólny obszar - centromer; region centromerowy jest podzielony później. W profazie chromosomy przechodzą proces skręcania wzdłuż swojej osi, co prowadzi do ich skrócenia i pogrubienia. Należy podkreślić, że w profazie każdy chromosom w kariolimfie zlokalizowany jest losowo.

W komórkach zwierzęcych, nawet w późnej telofazie lub bardzo wczesnej interfazie, dochodzi do podwojenia centrioli, po czym w profazie centriole potomne zaczynają zbiegać się do biegunów i tworzą się astrosfery i wrzeciono, zwane nowym aparatem. W tym samym czasie jąderka rozpuszczają się. Istotnym znakiem końca profazy jest rozpuszczenie błony jądrowej, w wyniku czego chromosomy znajdują się w całkowitej masie cytoplazmy i karioplazmy, które teraz tworzą myksoplazmę. To kończy profazę; komórka wchodzi w metafazę.

W ostatnie czasy między profazą a metafazą naukowcy zaczęli rozróżniać etap pośredni zwany prometafaza. Prometafaza charakteryzuje się rozpuszczaniem i zanikiem błony jądrowej oraz przemieszczaniem się chromosomów w kierunku równikowej płaszczyzny komórki. Ale do tego czasu tworzenie wrzeciona achromatyny nie zostało jeszcze zakończone.

Metafaza zwany końcowym etapem ułożenia chromosomów na równiku wrzeciona. Charakterystyczny układ chromosomów w płaszczyźnie równikowej nazywany jest płytką równikową lub metafazą. Układ chromosomów względem siebie jest losowy. W metafazie liczba i kształt chromosomów są dobrze widoczne, zwłaszcza biorąc pod uwagę płytkę równikową z biegunów podziału komórki. Wrzeciono achromatyny jest w pełni uformowane: włókna wrzeciona uzyskują gęstszą konsystencję niż reszta cytoplazmy i są przyłączone do regionu centromerowego chromosomu. Cytoplazma komórki w tym okresie ma najniższą lepkość.

Anafaza nazywana następną fazą mitozy, w której dzielą się chromatydy, które teraz można nazwać chromosomami siostrzanymi lub potomnymi, rozchodzą się w kierunku biegunów. W tym przypadku przede wszystkim regiony centromerowe odpychają się od siebie, a następnie same chromosomy rozchodzą się w kierunku biegunów. Trzeba powiedzieć, że dywergencja chromosomów w anafazie zaczyna się w tym samym czasie – „jak na rozkaz” – i bardzo szybko się kończy.

W telofazie chromosomy potomne ulegają despiralizacji i tracą widoczną indywidualność. Powstaje powłoka jądra i samo jądro. Jądro zostaje zrekonstruowane Odwrotna kolejność w porównaniu do zmian, jakie przeszła w profazie. W końcu jąderka (lub jąderko) są również przywracane, i to w ilości, w jakiej były obecne w jądrach macierzystych. Liczba jąder jest charakterystyczna dla każdego typu komórki.

W tym samym czasie rozpoczyna się symetryczny podział ciała komórki. Jądra komórek potomnych wchodzą w stan interfazy.

Powyższy rysunek przedstawia schemat cytokinezy komórek zwierzęcych i roślinnych. W klatka dla zwierząt podział następuje przez ligację cytoplazmy komórki macierzystej. W komórce roślinnej tworzenie przegrody komórkowej zachodzi z obszarami płytek wrzecionowatych, które tworzą przegrodę w płaszczyźnie równika, zwaną fragmoplastem. To kończy cykl mitotyczny. Czas jego trwania wydaje się zależeć od rodzaju tkanki, stan fizjologiczny ciała, czynniki zewnętrzne (temperatura, reżim świetlny) i trwa od 30 minut do 3 h. Według różnych autorów szybkość przechodzenia poszczególnych faz jest zmienna.

Zarówno wewnętrzne, jak i czynniki zewnętrzneśrodowiska wpływające na wzrost organizmu i jego stan funkcjonalny wpływają na czas trwania podziału komórkowego i jego poszczególne fazy. Ponieważ jądro odgrywa ogromną rolę w procesach metabolicznych komórki, naturalne jest przypuszczenie, że czas trwania faz mitozy może się zmieniać w zależności od stanu funkcjonalnego tkanki narządu. Na przykład ustalono, że aktywność mitotyczna różnych tkanek podczas odpoczynku i snu u zwierząt jest znacznie wyższa niż podczas czuwania. U wielu zwierząt częstotliwość podziałów komórkowych zmniejsza się w świetle i wzrasta w ciemności. Zakłada się również, że hormony wpływają na aktywność mitotyczną komórki.

Powody, które determinują gotowość komórki do podziału, są nadal niejasne. Istnieje kilka powodów, aby przyjąć kilka takich powodów:

1. podwojenie masy protoplazmy komórkowej, chromosomów i innych organelli, przez co naruszone są relacje jądrowo-osocze; do podziału komórka musi osiągnąć określoną masę i objętość charakterystyczną dla komórek danej tkanki;
2. duplikacja chromosomów;
3. wydzielanie przez chromosomy i inne organelle komórkowe specjalnych substancji stymulujących podział komórek.

Mechanizm dywergencji chromosomów do biegunów w anafazie mitozy również pozostaje niejasny. Aktywną rolę w tym procesie odgrywają najwyraźniej włókna wrzeciona, które są włóknami białkowymi zorganizowanymi i zorientowanymi przez centriole i centromery.

Charakter mitozy, jak już powiedzieliśmy, różni się w zależności od rodzaju i stan funkcjonalny tekstylia. Charakteryzuje się komórki różnych tkanek różne rodzaje Mitoza W opisanym typie mitozy podział komórek zachodzi w równy i symetryczny sposób. W wyniku symetrycznej mitozy komórki siostrzane są dziedzicznie równoważne zarówno pod względem genów jądrowych, jak i cytoplazmy. Jednak oprócz symetrycznej istnieją inne rodzaje mitozy, a mianowicie: mitoza asymetryczna, mitoza z opóźnioną cytokinezą, podział komórek wielojądrzastych (podział syncytii), amitoza, endomitoza, endoreprodukcja i polythenia.

W przypadku asymetrycznej mitozy komórki siostrzane są nierówne pod względem wielkości, ilości cytoplazmy, a także w stosunku do ich przyszłego losu. Przykładem tego są nierównej wielkości komórki siostrzane (córki) neuroblastu konika polnego, jaja zwierzęce podczas dojrzewania i fragmentacji spiralnej; podczas podziału jąder w ziarnach pyłku jedna z komórek potomnych może dalej się dzielić, druga nie może itp.

Mitoza z opóźnieniem cytokinezy charakteryzuje się tym, że jądro komórkowe dzieli się wielokrotnie i dopiero wtedy następuje podział ciała komórki. W wyniku tego podziału powstają komórki wielojądrowe, takie jak syncytium. Przykładem tego jest tworzenie komórek bielma i tworzenie zarodników.

Amitoza zwane bezpośrednim rozszczepieniem jądra bez tworzenia postaci rozszczepienia. W tym przypadku podział jądra następuje poprzez „splecienie” go na dwie części; czasami z jednego jądra powstaje jednocześnie kilka jąder (fragmentacja). Amitoza jest stale obecna w komórkach wielu wyspecjalizowanych i patologicznych tkanek, na przykład w: guzy nowotworowe. Można to zaobserwować pod wpływem różnych czynników uszkadzających (promieniowanie jonizujące i wysoka temperatura).

Endomitoza nazywany takim procesem, gdy następuje podwojenie rozszczepienia jądrowego. W tym przypadku chromosomy, jak zwykle, są odtwarzane w interfazie, ale ich późniejsza dywergencja zachodzi wewnątrz jądra z zachowaniem otoczki jądrowej i bez tworzenia wrzeciona achromatyny. W niektórych przypadkach, chociaż powłoka jądra rozpuszcza się, to jednak nie dochodzi do rozbieżności chromosomów do biegunów, w wyniku czego liczba chromosomów w komórce zwielokrotnia się nawet kilkadziesiąt razy. Endomitoza występuje w komórkach różnych tkanek zarówno roślinnych, jak i zwierzęcych. Na przykład A. A. Prokofieva-Belgovskaya wykazała, że ​​​​przez endomitozę w komórkach wyspecjalizowanych tkanek: w tkance podskórnej cyklopa, ciele tłuszczowym, nabłonku otrzewnej i innych tkankach klaczki (Stenobothrus) - zestaw chromosomów może wzrosnąć 10 razy. Ten wzrost liczby chromosomów jest związany z cechy funkcjonalne zróżnicowana tkanka.

W przypadku polythenia liczba nici chromosomowych mnoży się: po reduplikacji na całej długości nie rozchodzą się i pozostają obok siebie. W tym przypadku liczba nitek chromosomowych w obrębie jednego chromosomu jest zwielokrotniana, w wyniku czego średnica chromosomów wyraźnie wzrasta. Liczba tak cienkich nitek w chromosomie polietylenowym może sięgać 1000-2000. W tym przypadku powstają tak zwane gigantyczne chromosomy. W przypadku polythenia wypadają wszystkie fazy cyklu mitotycznego, z wyjątkiem głównej - reprodukcji pierwotnych nici chromosomu. Zjawisko polythenia obserwuje się w komórkach wielu zróżnicowanych tkanek, na przykład w tkance ślinianki Diptera, w komórkach niektórych roślin i pierwotniaków.

Czasami dochodzi do duplikacji jednego lub więcej chromosomów bez jakiejkolwiek transformacji jądra - zjawisko to nazywa się endoreprodukcja.

Tak więc wszystkie fazy mitozy komórek, które się składają, są obowiązkowe tylko dla typowego procesu.

w niektórych przypadkach, zwłaszcza w tkanki zróżnicowane cykl mitotyczny ulega zmianom. Komórki takich tkanek utraciły zdolność reprodukcji całego organizmu, a aktywność metaboliczna ich jądra jest dostosowana do funkcji uspołecznionej tkanki.

Zachowują się komórki embrionalne i merystemowe, które nie utraciły funkcji rozmnażania całego organizmu i są związane z niezróżnicowanymi tkankami pełny cykl mitoza, na której opiera się rozmnażanie bezpłciowe i wegetatywne.

Komórki organizmu wielokomórkowego są niezwykle zróżnicowane pod względem funkcji. Zgodnie ze swoją specjalizacją komórki mają inny czas trwaniażycie. Na przykład nerwowy i Komórki mięśniowe po skończeniu okres embrionalny rozwój przestaje dzielić i funkcjonować przez całe życie organizmu. Komórki innych tkanek szpik kostny, naskórek, nabłonek jelito cienkie- w trakcie pełnienia swojej funkcji szybko umierają i są zastępowane nowymi w wyniku ciągłego rozmnażania komórek.

Tak więc cykl życiowy komórek w odnawiających się tkankach obejmuje funkcjonalnie energiczna aktywność i okres podziału. Podział komórek leży u podstaw rozwoju i wzrostu organizmów, ich rozmnażania, a także zapewnia samoodnowę tkanek przez całe życie organizmu i przywrócenie ich integralności po uszkodzeniu.

Najbardziej rozpowszechnioną formą reprodukcji komórek w organizmach żywych jest podział pośredni, lub mitoza. Mitoza charakteryzuje się złożonymi przekształceniami jądra komórkowego, którym towarzyszy tworzenie specyficznych struktur-chromosomów. Chromosomy są stale obecne w komórce, ale w okresie między dwoma podziałami - interfazą - znajdują się w stanie despiracji i dlatego nie są widoczne w mikroskopie świetlnym. W interfazie odbywa się przygotowanie do mitozy, polegające głównie na podwojeniu (reduplikacji) DNA. Nazywa się całość procesów zachodzących podczas przygotowania komórki do podziału, a także podczas samej mitozy cykl mitotyczny. Z rysunku wynika, że ​​po zakończeniu podziału komórka może wejść w okres przygotowania do syntezy DNA, oznaczony symbolem G1 . W tym czasie RNA i białka są intensywnie syntetyzowane w komórce, a aktywność enzymów biorących udział w syntezie DNA wzrasta. Komórka następnie przystępuje do syntezy DNA. Dwie helisy starej cząsteczki DNA rozdzielają się i każda staje się matrycą do syntezy nowych nici DNA. W rezultacie każda z dwóch cząsteczek potomnych musi koniecznie zawierać jedną starą helisę i jedną nową. Nowa cząsteczka jest absolutnie identyczna ze starą. Ma to głębokie znaczenie biologiczne: w ten sposób w niezliczonych pokoleniach komórek zachowana jest ciągłość informacji genetycznej.

Czas trwania syntezy DNA w różnych komórkach nie jest taki sam i wynosi od kilku minut w bakteriach do 6-12 godzin w komórkach ssaków. Po zakończeniu syntezy DNA – faza S cykl mitotyczny - komórka nie zaczyna się od razu dzielić. Okres od zakończenia syntezy DNA do początku mitozy nazywa się fazą G2. W tym okresie komórka kończy swoje przygotowanie do mitozy: kumuluje się ATP, syntetyzowane są białka wrzeciona achromatyny, a centriole podwajają się.

Proces prawidłowego podziału komórki mitotycznej składa się z czterech faz: profazy, metafazy, anafazy i telofazy.

W profaza zwiększa się objętość jądra i komórki jako całości, komórka zaokrągla się, zmniejsza się lub zatrzymuje aktywność funkcjonalna(na przykład ruch ameboidalny u pierwotniaków i leukocytów zwierząt wyższych). Często zanikają specyficzne struktury komórkowe (rzęski itp.). Centriole rozchodzą się parami w kierunku biegunów, chromosomy spiralizują się, a w rezultacie gęstnieją i stają się widoczne. Odczytanie informacji genetycznej z cząsteczek DNA staje się niemożliwe: synteza RNA zatrzymuje się, jąderko znika. Pomiędzy biegunami komórki rozciągają się nitki wrzeciona podziału - powstaje aparat, który zapewnia rozbieżność chromosomów do biegunów komórki. Przez całą profazę trwa spiralizacja chromosomów, które stają się grube i krótkie. Pod koniec profazy błona jądrowa rozpada się, a chromosomy są losowo rozrzucone w cytoplazmie.

W metafaza spiralizacja chromosomów osiąga maksimum, a skrócone chromosomy pędzą do równika komórki, znajdującego się w równej odległości od biegunów. Powstaje płyta równikowa lub metafazowa. Na tym etapie mitozy struktura chromosomów jest wyraźnie widoczna, łatwo je policzyć i zbadać ich indywidualne cechy.

Każdy chromosom ma obszar pierwotnego zwężenia - centromer, do którego podczas mitozy przyczepiona jest nić wrzeciona i ramiona. Na etapie metafazy chromosom składa się z dwóch chromatyd połączonych ze sobą tylko w regionie centromeru.

Wszystkie komórki somatyczne dowolnego organizmu zawierają ściśle określoną liczbę chromosomów. We wszystkich organizmach należących do tego samego gatunku liczba chromosomów w komórkach jest taka sama: u much domowych - 12, u Drosophila - 8, w kukurydzy - 20, w truskawkach ogrodowych - 56, w raku rzecznym - 116, u ludzi - 46, u szympansów, karaluchów i pieprzu - 48. Jak widać, liczba chromosomów nie zależy od wysokości organizacji i nie zawsze wskazuje na pokrewieństwo filogenetyczne. Liczba chromosomów nie służy zatem jako cecha gatunkowa.Zestaw cech zestawu chromosomów (kariotyp) - kształt, wielkość i liczba chromosomów - jest charakterystyczny tylko dla jednego rodzaju rośliny lub zwierzęcia.

Liczba chromosomów w komórkach somatycznych jest zawsze sparowana. Wynika to z faktu, że w tych komórkach znajdują się dwa chromosomy o tym samym kształcie i wielkości: jeden pochodzi od ojcowskiego, drugi z organizmu matki. Chromosomy, które mają ten sam kształt i rozmiar oraz niosą te same geny, nazywane są homologicznymi. Nazywa się zestaw chromosomów komórki somatycznej, w którym każdy chromosom ma parę podwójnie, lub zestaw diploidalny, i jest oznaczony przez 2n. Ilość DNA odpowiadająca diploidalnemu zestawowi chromosomów jest oznaczona jako 2c. Tylko jeden z każdej pary chromosomów homologicznych wchodzi do komórek zarodkowych, więc zestaw chromosomów gamet nazywa się pojedynczy lub haploidalny.

Badanie szczegółów struktury chromosomów płytki metafazowej jest bardzo bardzo ważne do diagnozowania chorób ludzkich spowodowanych naruszeniami struktury chromosomów.

W anafaza lepkość cytoplazmy maleje, centromery oddzielają się i od tego momentu chromatydy stają się niezależnymi chromosomami. Włókna wrzeciona przyczepione do centromerów ciągną chromosomy do biegunów komórki, podczas gdy ramiona chromosomów biernie podążają za centromerem. Tak więc w anafazie chromatydy zdublowanych chromosomów nadal w interfazie dokładnie rozchodzą się w kierunku biegunów komórki. W tej chwili w komórce znajdują się dwa diploidalne zestawy chromosomów (4n4c).

W ostatnim etapie - telofaza - chromosomy rozwijają się, despiralizują. Otoczka jądrowa powstaje ze struktur błonowych cytoplazmy. U zwierząt komórka jest podzielona na dwie mniejsze przez utworzenie zwężenia. W roślinach błona cytoplazmatyczna powstaje w środku komórki i rozciąga się na obwód, dzieląc komórkę na pół. Po uformowaniu poprzeczki błona cytoplazmatyczna komórki roślinne mają ścianę celulozową. W ten sposób z jednej komórki powstają dwie komórki potomne, w których informacje dziedziczne dokładnie kopiują informacje zawarte w komórce macierzystej. Począwszy od pierwszego podziału mitotycznego zapłodnionego jaja (zygoty), wszystkie komórki potomne powstałe w wyniku mitozy zawierają ten sam zestaw chromosomów i te same geny. Dlatego mitoza to metoda podziału komórek, polegająca na dokładnym rozmieszczeniu materiału genetycznego pomiędzy komórkami potomnymi.

W wyniku mitozy obie komórki potomne otrzymują diploidalny zestaw chromosomów.

Mitozę hamuje wysoka temperatura, wysokie dawki promieniowanie jonizujące, działanie trucizn roślinnych. Jedna z tych trucizn, kolchicyna, jest stosowana w cytogenetyce: może być stosowana do zatrzymania mitozy na etapie płytki metafazowej, co umożliwia policzenie liczby chromosomów i nadanie każdemu z nich indywidualnej cechy, tj. noszenie obecnie kariotypowanie.

Stół Cykl mitotyczny i mitoza ( T.L. Bogdanow. Biologia. Zadania i ćwiczenia. Zasiłek na wejście na uczelnie. M., 1991 )

		Proces zachodzący w komórce
Interfaza (faza między podziałami komórkowymi)	Okres presyntetyczny	Synteza białek. RNA jest syntetyzowany na niezwiniętych cząsteczkach DNA
	Okres syntetyczny	Synteza DNA to samopodwojenie cząsteczki DNA. Konstrukcja drugiej chromatydy, do której przechodzi nowo utworzona cząsteczka DNA: uzyskuje się chromosomy dwuchromatydowe
	Okres postsyntetyczny	Synteza białek, magazynowanie energii, przygotowanie do podziału
	Profaza (pierwsza faza podziału)	Chromosomy dwuchromatydowe spiralizują się, jąderka rozpuszczają się, centriole rozchodzą się, błona jądrowa rozpuszcza się, tworzą się włókna wrzeciona
Fazy ​​mitozy	Metafaza (faza akumulacji chromosomów)	Nici wrzeciona przyczepiają się do centromerów chromosomów, chromosomy dwuchromatydowe są skoncentrowane na równiku komórki
	Anafaza (faza dywergencji chromosomów)	Centromery dzielą się, pojedyncze chromosomy chromatyd są rozciągane przez nici wrzeciona do biegunów komórki
	Telofaza (końcowa faza podziału)	Chromosomy jednochromatydowe ulegają despiralizacji, powstaje jąderko, przywrócona jest otoczka jądrowa, na równiku zaczyna tworzyć się przegroda między komórkami, rozpuszczają się nici wrzeciona rozszczepienia

Cechy mitozy u roślin i zwierząt

Czas od jednego do drugiego. Odbywa się w dwóch następujących po sobie etapach - interfaza i sam podział. Czas trwania tego procesu jest różny i zależy od rodzaju komórek.

Interfaza to okres pomiędzy dwoma podziałami komórkowymi, czas od ostatniego podziału do śmierci komórki lub utraty zdolności do podziału.

W tym okresie komórka rośnie i podwaja swoje DNA, a także mitochondria i plastydy. W interfazie inne związki organiczne. Proces syntezy przebiega najintensywniej w okresie syntezy interfazy. W tym czasie chromatydy jądrowe podwajają się, akumulowana jest energia, która zostanie wykorzystana podczas podziału. Wzrasta również liczba organelli komórkowych i centrioli.

Interfaza zajmuje prawie 90% cykl komórkowy. Po nim następuje mitoza, która jest głównym sposobem podziału komórek eukariotycznych (organizmów, których komórki zawierają uformowane jądro).

Podczas mitozy chromosomy są zagęszczane, a także powstaje specjalny aparat, który jest odpowiedzialny za równomierny rozkład informacje dziedziczne między komórkami, które powstają w wyniku tego procesu.

Przechodzi przez kilka etapów. Scharakteryzowano etapy mitozy Cechy indywidulane i pewien czas trwania.

Fazy ​​mitozy

Podczas mitotycznego podziału komórki przechodzą odpowiednie fazy mitozy: profaza, potem metafaza, anafaza, ostatnia to telofaza.

Fazy ​​mitozy charakteryzują się następującymi cechami:

Który znaczenie biologiczne proces mitozy?

Fazy ​​mitozy przyczyniają się do dokładnego przekazywania informacji dziedzicznych do komórek potomnych, niezależnie od liczby podziałów. Jednocześnie każdy z nich otrzymuje 1 chromatydę, co pomaga utrzymać stałość liczby chromosomów we wszystkich komórkach powstałych w wyniku podziału. To właśnie mitoza zapewnia transfer stabilnego zestawu materiału genetycznego.

Pamiętać!

Jak, według teoria komórki, następuje wzrost liczby komórek?

Czy uważasz, że długość życia różnych typów komórek w organizmie wielokomórkowym jest taka sama? Uzasadnij swoją opinię.

W momencie narodzin dziecko waży średnio 3–3,5 kg i ma około 50 cm wzrostu, niedźwiadek brunatny, którego rodzice osiągają wagę 200 kg lub więcej, waży nie więcej niż 500 g, a mały kangur mniej niż 1 gram. Z szarego, nieokreślonego pisklęcia wyrasta piękny łabędź, zwinna kijanka zamienia się w uspokojoną ropuchę, a ogromny dąb wyrasta z posadzonego w pobliżu domu żołędzia, który sto lat później cieszy nowe pokolenia ludzi swoim pięknem. Wszystkie te zmiany są możliwe dzięki zdolności organizmów do wzrostu i rozwoju. Drzewo nie zamieni się w nasionko, ryba nie wróci do jaj - procesy wzrostu i rozwoju są nieodwracalne. Te dwie właściwości żywej materii są ze sobą nierozerwalnie związane i opierają się na zdolności komórki do dzielenia się i specjalizacji.

Wzrost orzęsków lub ameby to wzrost wielkości i powikłanie struktury pojedynczej komórki w wyniku procesów biosyntezy. Ale wzrost organizmu wielokomórkowego to nie tylko wzrost wielkości komórek, ale także ich aktywny podział - wzrost liczby. Tempo wzrostu, cechy rozwojowe, wielkość, do jakiej może urosnąć dana osoba – wszystko to zależy od wielu czynników, w tym wpływu środowiska. Ale głównym, decydującym czynnikiem we wszystkich tych procesach jest informacja dziedziczna, która jest przechowywana w postaci chromosomów w jądrze każdej komórki. Wszystkie komórki organizmu wielokomórkowego pochodzą z jednego zapłodnionego jaja. W procesie wzrostu każda nowo utworzona komórka musi otrzymać dokładna kopia materiał genetyczny, aby mając wspólny dziedziczny program organizmu, specjalizował się i pełniąc określoną funkcję, był integralną częścią całości.

W związku z różnicowaniem, czyli podziałem na różne rodzaje, komórki organizmu wielokomórkowego mają nierówną długość życia. Na przykład, komórki nerwowe przestań dzielić w tym samym czasie Rozwój prenatalny, aw ciągu życia organizmu ich liczba może się tylko zmniejszyć. Po powstaniu nie dzielą się już i nie żyją tak długo, jak tkanka lub narząd, których są częścią, komórki, które tworzą prążkowane tkanki mięśniowe w zwierzętach i tkankach spichrzowych w roślinach. Czerwone komórki szpiku kostnego nieustannie dzielą się, tworząc komórki krwi, które mają ograniczoną żywotność. W procesie pełnienia swoich funkcji komórki nabłonka skóry szybko umierają, dlatego w strefa zarodkowa komórki naskórka dzielą się bardzo intensywnie. Komórki kambium i komórki stożka wzrostu w roślinach aktywnie dzielą się. Im wyższa specjalizacja komórek, tym mniejsza ich zdolność do reprodukcji.

W ludzkim ciele jest około 10 14 komórek. Codziennie umiera około 70 miliardów komórek nabłonka jelitowego i 2 miliardy erytrocytów. Najkrócej żyjące komórki to nabłonek jelitowy, którego żywotność wynosi zaledwie 1-2 dni.

Cykl życia komórki. Okres życia komórki od momentu jej pojawienia się w procesie podziału do śmierci lub zakończenia kolejnego podziału nazywa koło życia. Komórka powstaje w procesie podziału komórki macierzystej i zanika podczas własnego podziału lub śmierci. Długość cyklu życia różne komórki jest bardzo zróżnicowana i zależy od typu komórki i warunków otoczenie zewnętrzne(temperatura, obecność tlenu i składniki odżywcze). Na przykład cykl życia ameby wynosi 36 godzin, a bakterie mogą dzielić się co 20 minut.

Cykl życiowy każdej komórki to zbiór zdarzeń zachodzących w komórce od momentu jej powstania w wyniku podziału aż do śmierci lub późniejszej mitozy. Cykl życiowy może obejmować cykl mitotyczny polegający na przygotowaniu do mitozy − interfaza oraz sam podział, a także etap specjalizacji - różnicowania, podczas którego komórka spełnia swoje określone funkcje. Czas trwania interfazy jest zawsze dłuższy niż sam podział. W komórkach nabłonka jelitowego gryzoni interfaza trwa średnio 15 godzin, a podział następuje w ciągu 0,5–1 godziny. Podczas interfazy w komórce aktywnie zachodzą procesy biosyntezy, komórka rośnie, tworzy organelle i przygotowuje się do kolejnego podziału. Ale na pewno najbardziej ważny proces zachodzącym podczas interfazy przygotowania do podziału jest duplikacja DNA (§).

Podział komórek. Mitoza" class="img-responsywnego img-thumbnail">

Ryż. 52. Fazy mitozy

Dwie helisy cząsteczki DNA rozchodzą się i na każdej z nich syntetyzowany jest nowy łańcuch polinukleotydowy. Replikacja DNA następuje z najwyższa precyzja, co zapewnia zasada komplementarności. Nowe cząsteczki DNA są absolutnie identycznymi kopiami oryginału, a po zakończeniu procesu duplikacji pozostają połączone w regionie centromeru. Cząsteczki DNA, które tworzą chromosom po reduplikacji, nazywane są chromatydy.

Ścisłość procesu reduplikacji ma głębokie biologiczne znaczenie: naruszenie kopiowania prowadziłoby do zniekształcenia informacji dziedzicznej, a w rezultacie do zakłócenia funkcjonowania komórek potomnych i całego organizmu.

Gdyby nie doszło do duplikacji DNA, to z każdym podziałem komórki liczba chromosomów zmniejszyłaby się o połowę i wkrótce w każdej komórce nie byłoby żadnych chromosomów. Wiemy jednak, że we wszystkich komórkach organizmu organizmu wielokomórkowego liczba chromosomów jest taka sama i nie zmienia się z pokolenia na pokolenie. Ta stałość osiąga się poprzez mitotyczny podział komórek.

Mitoza. Mitoza- jest to podział, podczas którego następuje ściśle identyczne rozmieszczenie dokładnie skopiowanych chromosomów między komórkami potomnymi, co zapewnia powstanie genetycznie identycznych – identycznych – komórek.

Cały proces podziału mitotycznego jest warunkowo podzielony na cztery fazy: profazę, metafazę, anafazę i telofazę (ryc. 52).

W profaza chromosomy zaczynają aktywnie spiralizować - skręcają się i przybierają zwarty kształt. W wyniku takiego pakowania odczytanie informacji z DNA staje się niemożliwe, a synteza RNA ustaje. Spiralizacja chromosomów jest warunek wstępny udana separacja materiału genetycznego między komórkami potomnymi. Wyobraź sobie mały pokój, którego całą objętość wypełnia 46 wątków, długość całkowita które są setki tysięcy razy większe niż rozmiar tego pokoju. To jest jądro ludzkiej komórki. W procesie reduplikacji każdy chromosom podwaja się i mamy już 92 splątane nici w tej samej objętości. Jest prawie niemożliwe, aby podzielić je równo bez pomieszania i bez rozdzierania. Ale zwiń te nici w kulki i możesz je łatwo rozdzielić na dwie równe grupy - po 46 kulek w każdej. Coś podobnego dzieje się podczas podziału mitotycznego.

Pod koniec profazy błona jądrowa rozpada się, a włókna wrzeciona rozciągają się między biegunami komórki - aparat, który zapewnia równomierne rozmieszczenie chromosomów.

W metafaza spiralizacja chromosomów staje się maksymalna, a zwarte chromosomy znajdują się w płaszczyźnie równikowej komórki. Na tym etapie wyraźnie widać, że każdy chromosom składa się z dwóch siostrzanych chromatyd połączonych w centromerze. Włókna wrzeciona są przymocowane do centromeru.

Anafaza płynie bardzo szybko. Centromery podzieliły się na dwie części i od tego momentu chromatydy siostrzane stają się niezależnymi chromosomami. Włókna wrzeciona przyczepione do centromerów przyciągają chromosomy do biegunów komórki.

Na scenie telofaza chromosomy potomne, zebrane na biegunach komórki, rozwijają się i rozciągają. Znowu zamieniają się w chromatynę i stają się słabo rozpoznawalne w mikroskopie świetlnym. Wokół chromosomów na obu biegunach komórki tworzą się nowe błony jądrowe. Tworzą się dwa jądra zawierające te same diploidalne zestawy chromosomów.

Ryż. 53. Znaczenie mitozy: A - wzrost (końcówka korzenia); B - rozmnażanie wegetatywne (pączkowanie drożdży); B - regeneracja (jaszczurczy ogon)

Mitoza kończy się podziałem cytoplazmy. Jednocześnie z rozbieżnością chromosomów organelle komórki są w przybliżeniu równomiernie rozmieszczone wzdłuż dwóch biegunów. w komórkach zwierzęcych Błona komórkowa zaczyna wybrzuszać się do wewnątrz, a komórka dzieli się przez zwężenie. W komórkach roślinnych błona tworzy się wewnątrz komórki w płaszczyźnie równikowej i rozprzestrzeniając się na obrzeża dzieli komórkę na dwie równe części.

Znaczenie mitozy. W wyniku mitozy powstają dwie komórki potomne, zawierające taką samą liczbę chromosomów, jaka była w jądrze komórki macierzystej, czyli powstają komórki identyczne z komórką rodzicielską. W normalne warunki w związku z tym podczas mitozy nie występują żadne zmiany informacji genetycznej podział mitotyczny obsługuje stabilność genetyczna komórki. Mitoza leży u podstaw wzrostu, rozwoju i rozmnażania wegetatywnego Organizmy wielokomórkowe. Dzięki mitozie przeprowadzane są procesy regeneracji i wymiany umierających komórek (ryc. 53). U jednokomórkowych eukariontów mitoza zapewnia rozmnażanie bezpłciowe.

Przejrzyj pytania i zadania

1. Jaki jest cykl życia komórki?

2. Jak przebiega duplikacja DNA w cyklu mitotycznym? Jakie jest znaczenie tego procesu?

3. Na czym polega przygotowanie komórki do mitozy?

4. Opisać kolejno fazy mitozy.

5. Jakie jest biologiczne znaczenie mitozy?

<<< Назад

Naprzód >>>