Mitotické delenie buniek prebieha ako stereotyp. mitóza rastlinných buniek

mitotické delenie buniek

Šteniatko rastie a zväčšuje sa v dôsledku delenia somatických buniek, tzv mitóza. Mitóza nie je priame delenie somatická bunka keď komplexné zmeny v jeho jadre a cytoplazme. Po oplodnení (ovogamie) vajíčka spermiou (fúzia alebo kopulácia gamét) zygota(oocysta) - nový organizmus, pozostávajúci len z jednej bunky. Proces rastu a vývoja nového organizmu začína od okamihu prvého mitotického delenia tejto bunky (materskej), kedy z nej vzniknú dve dcérske (presnejšie sesterské) bunky, ktoré sú jej úplne podobné, a pokračuje až do smrti. .

Obr.1 Štruktúra bunky

Počas mitózy dochádza k nasledovnému:

1- zdvojnásobenie substancie chromozómov;

2- zmeniť fyzická kondícia a chemická organizácia chromozómov;

3- divergencia sesterských chromozómov k pólom bunky;

4- následné delenie cytoplazmy a úplné zotavenie dve jadrá v nových bunkách.

pri mitóze životný cyklus jadrové gény: zdvojenie, distribúcia a fungovanie. Obdobie medzi delením buniek je tzv medzifázou, počas ktorých v nej prebiehajú aktívne životné procesy a príprava na ďalšie delenie. Celý cyklus zmien prebiehajúcich v bunke

z jednej divízie do druhej sa nazýva mitotický cyklus. Ten pozostáva z dvoch hlavných období - interfázy a samotnej mitózy.

V dôsledku mitózy sa z jednej bunky vytvoria dve bunky s identickými chromozómami. Mitóza teda zabezpečuje kontinuitu a stálosť počtu a súboru, teda kvalitatívnu špecifickosť chromozómov v po sebe nasledujúcich generáciách deliacich sa buniek (pozri obr. 2).

V interfáze, perióde medzi dvoma po sebe nasledujúcimi bunkovými deleniami, dochádza v jadre k replikácii (autoduplikácii alebo samozdvojeniu) DNA, a tým k počtu chromozómov v bunke (tvorba sesterských chromatidov držaných pohromade centromérou, tj. , telo, ktoré plní funkciu mechanického centra chromozómu), ako aj despiralizácia chromozómu.

V metafáze alebo centrálnej fáze delenia jadra sa chromozóm pozostávajúci z dvoch chromatidov zmení na dva dcérske chromozómy.

Ryža. 2. Mitóza

1 - tri páry chromozómov; 2 - replikácia chromozómov s tvorbou sesterských chromatíd spojených v oblasti centroméry; 3 - na póloch jadrovej membrány sú viditeľné centrozómy s asterálnymi lúčmi smerujúcimi do centromerickej oblasti chromatíd, zoradených pozdĺž rovníka, aby sa oddelili centroméry sesterských chromatíd a oddelili ich na rôzne póly; 4 - despiralizácia chromozómov, obnova jadrovej membrány a vytvorenie bunkového septa s vytvorením dvoch dcérskych buniek identických s matkou s presne rovnakým počtom chromozómov ako v nej

V anafáze dochádza k deleniu a divergencii dcérskych chromozómov k pólom bunky, teda k obnoveniu ich správneho počtu. V telofáze, konečnom štádiu bunkového delenia, nadobudnú chromozómy rovnakú formu ako pred začiatkom delenia a množstvo DNA v každom dcérskom jadre sa v porovnaní s predchádzajúcimi štádiami zníži na polovicu. Obe dcérske bunky teda obsahujú rovnaké množstvá cytoplazma a identické sady chromozómov a sú pripravené podstúpiť mitózu.

Nie všetky somatické bunky tela sa neustále delia. Prebieha embryonálny vývoj existuje diferenciácia orgánov a tkanív, ktoré sa vyvíjajú pozdĺž svojej špecifickej, geneticky začlenenej dráhy. Preto sa niektoré bunky menia na mozgové bunky, iné na krvinky atď. Niektoré z nich sa navyše delia neustále, zatiaľ čo iné len v určitom štádiu vývoja alebo v prípade potreby sú zodpovedné napr.

(reštauračné) procesy.

Bunkové delenie je ústredným momentom reprodukcie.

V procese delenia vznikajú z jednej bunky dve bunky. Bunka, založená na asimilácii organických a anorganických látok, vytvára svoj vlastný druh s charakteristickou štruktúrou a funkciami.

Pri delení buniek možno pozorovať dva hlavné body: delenie jadra – mitózu a delenie cytoplazmy – cytokinézu, čiže cytotómiu. Hlavná pozornosť genetikov je stále upriamená na mitózu, pretože z hľadiska chromozómovej teórie sa jadro považuje za „orgán“ dedičnosti.

Počas mitózy dochádza k nasledovnému:

1. zdvojnásobenie substancie chromozómov;
2. zmeny fyzikálneho stavu a chemickej organizácie chromozómov;
3. divergencia dcérskych, alebo skôr sesterských chromozómov k pólom bunky;
4. následné rozdelenie cytoplazmy a úplné obnovenie dvoch nových jadier v sesterských bunkách.

Celý životný cyklus jadrových génov je teda stanovený v mitóze: duplikácia, distribúcia a fungovanie; v dôsledku dokončenia mitotického cyklu končia sesterské bunky s rovnakým „dedičstvom“.

Pri delení bunkové jadro prechádza piatimi postupnými štádiami: interfázou, profázou, metafázou, anafázou a telofázou; niektorí cytológovia rozlišujú ďalšie šieste štádium - prometafázu.

Medzi dvoma po sebe nasledujúcimi bunkovými deleniami je jadro v medzifázovom štádiu. V tomto období má jadro pri fixácii a farbení sieťovitú štruktúru vytvorenú farbením tenkých nití, ktoré sa v ďalšej fáze formujú do chromozómov. Aj keď sa medzifáza nazýva inak pokojová fáza jadra, na samotnom tele sa metabolické procesy v jadre počas tohto obdobia vykonávajú s najväčšou aktivitou.

Profáza je prvou fázou prípravy jadra na delenie. v profáze sieťová štruktúra jadro sa postupne mení na chromozómové vlákna. Od najranejšej profázy, ešte v r svetelný mikroskop možno pozorovať duálnu povahu chromozómov. To naznačuje, že v jadre sa práve v skorej alebo neskorej interfáze odohráva najdôležitejší proces mitózy – zdvojenie, čiže reduplikácia, chromozómov, v ktorej si každý z materských chromozómov buduje svoju podobnú – dcéru. Výsledkom je, že každý chromozóm vyzerá pozdĺžne zdvojený. Avšak tieto polovice chromozómov, ktoré sú tzv sesterské chromatidy, nerozchádzajú sa v profáze, keďže ich drží pohromade jedna spoločná oblasť – centroméra; centromerická oblasť je rozdelená neskôr. V profáze prechádzajú chromozómy procesom krútenia pozdĺž svojej osi, čo vedie k ich skráteniu a zhrubnutiu. Je potrebné zdôrazniť, že v profáze je každý chromozóm v karyolymfe umiestnený náhodne.

V živočíšnych bunkách, dokonca aj v neskorej telofáze alebo veľmi skorej interfáze, dochádza k zdvojeniu centrioly, po ktorej sa v profáze začnú dcérske centrioly zbiehať k pólom a vzniká astrosféra a vreteno, nazývané nový aparát. Súčasne sa rozpúšťajú jadierka. Podstatným znakom konca profázy je rozpustenie jadrovej membrány, v dôsledku čoho sú chromozómy v celkovej hmote cytoplazmy a karyoplazmy, ktoré teraz tvoria myxoplazmu. Tým sa profáza končí; bunka vstupuje do metafázy.

IN V poslednej dobe medzi profázou a metafázou začali výskumníci rozlišovať medzistupeň tzv prometafázy. Prometafáza je charakterizovaná rozpustením a vymiznutím jadrovej membrány a pohybom chromozómov smerom k ekvatoriálnej rovine bunky. Do tejto doby však tvorba achromatínového vretena ešte nebola dokončená.

Metafáza nazývaná koncová fáza usporiadania chromozómov na rovníku vretienka. Charakteristické usporiadanie chromozómov v rovníkovej rovine sa nazýva ekvatoriálna alebo metafázová platňa. Vzájomné usporiadanie chromozómov je náhodné. V metafáze je počet a tvar chromozómov dobre odhalený, najmä ak sa uvažuje o rovníkovej doske z pólov bunkového delenia. Vreteno achromatínu je úplne vytvorené: vlákna vretienka nadobúdajú hustejšiu konzistenciu ako zvyšok cytoplazmy a sú pripojené k centromerickej oblasti chromozómu. Cytoplazma bunky počas tohto obdobia má najnižšiu viskozitu.

Anaphase nazývaná ďalšia fáza mitózy, v ktorej sa delia chromatidy, ktoré sa teraz môžu nazývať sesterské alebo dcérske chromozómy, rozchádzajú sa smerom k pólom. V tomto prípade sa v prvom rade centromerické oblasti navzájom odpudzujú a potom sa samotné chromozómy rozchádzajú smerom k pólom. Treba povedať, že divergencia chromozómov v anafáze začína súčasne – „ako na povel“ – a končí veľmi rýchlo.

V telofáze sa dcérske chromozómy despiralizujú a strácajú svoju viditeľnú individualitu. Vytvorí sa obal jadra a jadro samotné. Jadro je zrekonštruované opačné poradie v porovnaní so zmenami, ktorými prešla v profáze. Nakoniec sa obnovia aj jadierka (alebo jadierka) a v množstve, v akom boli prítomné v materských jadrách. Počet jadierok je charakteristický pre každý typ bunky.

Zároveň sa začína symetrické delenie bunkového tela. Jadrá dcérskych buniek vstupujú do stavu interfázy.

Na obrázku vyššie je znázornený diagram cytokinézy živočíšnych a rastlinných buniek. IN zvieracia klietka k deleniu dochádza ligáciou cytoplazmy materskej bunky. V rastlinnej bunke dochádza k tvorbe bunkového septa s oblasťami vretenovitých plakov, ktoré tvoria septum v rovine rovníka, nazývané fragmoplast. Tým sa mitotický cyklus končí. Zdá sa, že jeho trvanie závisí od typu tkaniva, fyziologický stav tela, vonkajších faktorov (teplota, svetelný režim) a trvá od 30 minút do 3 hod.. Rýchlosť prechodu jednotlivých fáz je podľa rôznych autorov premenlivá.

Ako vnútorné, tak aj vonkajšie faktory prostredia, ktoré ovplyvňujú rast organizmu a jeho funkčný stav ovplyvňujú trvanie bunkového delenia a jeho jednotlivých fáz. Keďže jadro hrá obrovskú úlohu v metabolických procesoch bunky, je prirodzené veriť, že trvanie fáz mitózy sa môže meniť v súlade s funkčným stavom orgánového tkaniva. Napríklad sa zistilo, že mitotická aktivita rôznych tkanív počas odpočinku a spánku u zvierat je výrazne vyššia ako počas bdelosti. U mnohých zvierat sa frekvencia delenia buniek na svetle znižuje a zvyšuje v tme. Tiež sa predpokladá, že hormóny ovplyvňujú mitotickú aktivitu bunky.

Dôvody, ktoré určujú pripravenosť bunky na delenie, sú stále nejasné. Existuje niekoľko dôvodov predpokladať niekoľko takýchto dôvodov:

1. zdvojnásobenie hmotnosti bunkovej protoplazmy, chromozómov a iných organel, v dôsledku čoho sú narušené vzťahy medzi jadrom a plazmou; na delenie musí bunka dosiahnuť určitú hmotnosť a objem charakteristickú pre bunky daného tkaniva;
2. duplikácia chromozómov;
3. sekrécia chromozómov a iných bunkových organel špeciálnych látok, ktoré stimulujú delenie buniek.

Mechanizmus divergencie chromozómov k pólom v anafáze mitózy tiež zostáva nejasný. Aktívnu úlohu v tomto procese zrejme zohrávajú vretienkové filamenty, čo sú proteínové filamenty organizované a orientované centriolami a centromérami.

Povaha mitózy, ako sme už povedali, sa líši v závislosti od typu a funkčný stav tkaniny. Charakterizujú sa bunky rôznych tkanív Rôzne druhy Mitóza Pri opísanom type mitózy prebieha delenie buniek rovnakým a symetrickým spôsobom. V dôsledku symetrickej mitózy sú sesterské bunky dedične ekvivalentné, pokiaľ ide o jadrové gény a cytoplazmu. Okrem symetrických však existujú aj iné typy mitózy, a to: asymetrická mitóza, mitóza s oneskorenou cytokinézou, delenie viacjadrových buniek (delenie syncytia), amitóza, endomitóza, endoreprodukcia a polyténia.

V prípade asymetrickej mitózy sú sesterské bunky nerovnaké vo veľkosti, množstve cytoplazmy a tiež vo vzťahu k ich budúcemu osudu. Príkladom toho sú nerovnako veľké sesterské (dcérske) bunky neuroblastu kobylky, zvieracie vajíčka počas dozrievania a počas špirálovej fragmentácie; pri delení jadier v peľových zrnách sa jedna z dcérskych buniek môže ďalej deliť, druhá nie atď.

Mitóza s oneskorením cytokinézy sa vyznačuje tým, že bunkové jadro sa mnohonásobne delí a až potom dochádza k deleniu bunkového tela. V dôsledku tohto delenia sa vytvárajú viacjadrové bunky ako syncytium. Príkladom toho je tvorba endospermových buniek a tvorba spór.

Amitóza nazývané priame štiepenie jadra bez vzniku štiepnych útvarov. V tomto prípade dochádza k rozdeleniu jadra jeho "šnurovaním" na dve časti; niekedy sa z jedného jadra vytvorí niekoľko jadier naraz (fragmentácia). Amitóza sa neustále nachádza v bunkách mnohých špecializovaných a patologických tkanív, napríklad v rakovinové nádory. Dá sa pozorovať pod vplyvom rôznych škodlivých činidiel (ionizujúce žiarenie a vysoká teplota).

Endomitóza nazývaný takýto proces, keď dôjde k zdvojnásobeniu jadrového štiepenia. V tomto prípade sa chromozómy ako obvykle reprodukujú v interfáze, ale k ich následnej divergencii dochádza vo vnútri jadra so zachovaním jadrového obalu a bez vytvorenia achromatínového vretienka. V niektorých prípadoch sa síce obal jadra rozpustí, ale nedochádza k divergencii chromozómov k pólom, v dôsledku čoho sa počet chromozómov v bunke znásobí aj niekoľko desiatokkrát. Endomitóza sa vyskytuje v bunkách rôznych tkanív rastlín aj živočíchov. Napríklad A. A. Prokofieva-Belgovskaya ukázala, že endomitózou v bunkách špecializovaných tkanív: v kyklopovom podkoží, tukovom tele, peritoneálnom epiteli a iných tkanivách klisničky (Stenobothrus) - súbor chromozómov sa môže zvýšiť 10-krát. Toto zvýšenie počtu chromozómov je spojené s funkčné vlastnosti diferencované tkanivo.

Pri polyténii sa počet chromozómových vlákien znásobuje: po zdvojení po celej dĺžke sa nerozchádzajú a zostávajú vedľa seba. V tomto prípade sa počet chromozómových vlákien v rámci jedného chromozómu znásobí, v dôsledku čoho sa priemer chromozómov výrazne zväčší. Počet takýchto tenkých vlákien v polyténovom chromozóme môže dosiahnuť 1000-2000. V tomto prípade sa tvoria takzvané obrovské chromozómy. Pri polyténii vypadnú všetky fázy mitotického cyklu, s výnimkou hlavnej - reprodukcie primárnych reťazcov chromozómu. Fenomén polyténie sa pozoruje v bunkách mnohých diferencovaných tkanív, napríklad v tkanive slinné žľazy Diptera, v bunkách niektorých rastlín a prvokov.

Niekedy dochádza k duplikácii jedného alebo viacerých chromozómov bez akejkoľvek premeny jadra – tento jav sa nazýva tzv. endoreprodukcia.

Takže všetky fázy bunkovej mitózy, ktoré tvoria, sú povinné len pre typický proces.

v niektorých prípadoch, najmä v diferencované tkanivá, mitotický cyklus prechádza zmenami. Bunky takýchto tkanív stratili schopnosť reprodukcie celého organizmu a metabolická aktivita ich jadra je prispôsobená funkcii socializovaného tkaniva.

Embryonálne a meristémové bunky, ktoré nestratili funkciu reprodukcie celého organizmu a súvisiace s nediferencovanými tkanivami, si zachovávajú plný cyklus mitóza, na ktorej je založené nepohlavné a vegetatívne rozmnožovanie.

Bunky mnohobunkového organizmu sú mimoriadne rôznorodé vo svojich funkciách. Bunky majú podľa svojej špecializácie rozdielne trvanieživota. Napríklad nervózny a svalové bunky po dokončení embryonálne obdobie vývin prestávajú deliť a fungovať počas celého života organizmu. Bunky iných tkanív kostná dreň epidermis, epitel tenké črevo- v procese vykonávania svojej funkcie rýchlo odumierajú a sú nahradené novými v dôsledku nepretržitého rozmnožovania buniek.

Životný cyklus buniek v obnovujúcich sa tkanivách teda zahŕňa funkčne energická aktivita a obdobie rozdelenia. Bunkové delenie je základom vývoja a rastu organizmov, ich rozmnožovania a zabezpečuje aj samoobnovu tkanív počas celého života organizmu a obnovu ich celistvosti po poškodení.

Najrozšírenejšou formou bunkovej reprodukcie v živých organizmoch je nepriame delenie, alebo mitóza. Mitóza je charakterizovaná komplexnými transformáciami bunkového jadra sprevádzanými tvorbou špecifických štruktúr-chromozómov. Chromozómy sú v bunke neustále prítomné, ale v období medzi dvoma deleniami – medzifázou – sú v despiralizovanom stave, a preto nie sú viditeľné vo svetelnom mikroskope. V interfáze sa uskutočňuje príprava na mitózu, spočívajúca najmä v zdvojení (reduplikácii) DNA. Nazýva sa súhrn procesov, ktoré sa vyskytujú počas prípravy bunky na delenie, ako aj počas samotnej mitózy mitotický cyklus. Obrázok ukazuje, že po dokončení delenia môže bunka vstúpiť do obdobia prípravy na syntézu DNA, označeného symbolom G1 . V tomto čase sa v bunke intenzívne syntetizuje RNA a proteíny a zvyšuje sa aktivita enzýmov zapojených do syntézy DNA. Bunka potom pokračuje v syntéze DNA. Dve helixy starej molekuly DNA sa oddelia a každá sa stane šablónou pre syntézu nových reťazcov DNA. Výsledkom je, že každá z dvoch dcérskych molekúl nevyhnutne obsahuje jednu starú špirálu a jednu novú. Nová molekula je úplne identická so starou. Toto je hlboký biologický význam: týmto spôsobom sa v nespočetných generáciách buniek zachová kontinuita genetickej informácie.

Trvanie syntézy DNA v rôznych bunkách nie je rovnaké a pohybuje sa od niekoľkých minút v baktériách po 6-12 hodín v bunkách cicavcov. Po dokončení syntézy DNA - fáza S mitotický cyklus – bunka sa nezačne okamžite deliť. Obdobie od konca syntézy DNA do začiatku mitózy sa nazýva fáza G2. Počas tohto obdobia bunka dokončí svoju prípravu na mitózu: ATP sa akumuluje, syntetizujú sa proteíny achromatínového vretienka a zdvojnásobia sa centrioly.

Proces správneho delenia mitotických buniek pozostáva zo štyroch fáz: profáza, metafáza, anafáza a telofáza.

IN profáza objem jadra a bunky ako celku sa zväčšuje, bunka sa zaobľuje, zmenšuje alebo zastavuje svoje funkčná činnosť(napríklad améboidný pohyb v prvokoch a v leukocytoch vyšších živočíchov). Špecifické bunkové štruktúry (cilia a pod.) často zanikajú. Centrioly sa rozchádzajú v pároch smerom k pólom, chromozómy sa špiralizujú a v dôsledku toho zhrubnú a zviditeľnia sa. Čítanie genetickej informácie z molekúl DNA sa stáva nemožné: syntéza RNA sa zastaví, jadierko zmizne. Medzi pólmi bunky sú natiahnuté vlákna deliaceho vretena - vzniká aparát, ktorý zabezpečuje divergenciu chromozómov k pólom bunky. Počas profázy pokračuje špirálová špirála chromozómov, ktoré sa stávajú hrubými a krátkymi. Na konci profázy sa jadrová membrána rozpadne a chromozómy sú náhodne rozptýlené v cytoplazme.

IN metafáza Spiralizácia chromozómov dosahuje maximum a skrátené chromozómy sa ponáhľajú k rovníku bunky, ktoré sa nachádzajú v rovnakej vzdialenosti od pólov. Vytvorí sa rovníková alebo metafázová platňa. V tomto štádiu mitózy je štruktúra chromozómov jasne viditeľná, je ľahké ich spočítať a študovať ich individuálne vlastnosti.

Každý chromozóm má oblasť primárnej konstrikcie - centroméru, ku ktorej sa počas mitózy pripája vretenová niť a ramená. V štádiu metafázy sa chromozóm skladá z dvoch chromatidov spojených navzájom iba v oblasti centroméry.

Všetky somatické bunky akéhokoľvek organizmu obsahujú presne definovaný počet chromozómov. Vo všetkých organizmoch patriacich k rovnakému druhu je počet chromozómov v bunkách rovnaký: u domácich múch - 12, u Drosophila - 8, v kukurici - 20, v záhradných jahodách - 56, u rakoviny rieky - 116, u ľudí. - 46, u šimpanzov, švábov a korenia - 48. Ako je možné vidieť, počet chromozómov nezávisí od výšky organizácie a nie vždy naznačuje fylogenetický vzťah. Počet chromozómov teda neslúži ako druhovo špecifický znak Súbor znakov sady chromozómov (karyotyp) - tvar, veľkosť a počet chromozómov - je charakteristický len pre jeden druh rastliny alebo živočícha.

Počet chromozómov v somatických bunkách je vždy spárovaný. Je to spôsobené tým, že v týchto bunkách sú dva chromozómy rovnakého tvaru a veľkosti: jeden pochádza z otcovského a druhý z materského organizmu. Chromozómy, ktoré majú rovnaký tvar a veľkosť a nesú rovnaké gény, sa nazývajú homológne. Chromozómová sada somatickej bunky, v ktorej má každý chromozóm pár, sa nazýva dvojitý, alebo diploidná množina, a označuje sa 2n. Množstvo DNA zodpovedajúce diploidnej sade chromozómov je označené ako 2c. Len jeden z každého páru homológnych chromozómov vstupuje do zárodočných buniek, preto sa chromozómový súbor gamét nazýva tzv. slobodný alebo haploidný.

Štúdium detailov štruktúry chromozómov metafázovej platne je veľmi veľký význam na diagnostiku ľudských chorôb spôsobených porušením štruktúry chromozómov.

IN anafázy viskozita cytoplazmy klesá, centroméry sa oddeľujú a od tohto momentu sa chromatidy stávajú samostatnými chromozómami. Vretienkové vlákna pripojené k centroméram ťahajú chromozómy k pólom bunky, zatiaľ čo ramená chromozómov pasívne nasledujú centroméru. V anafáze sa teda chromatidy zdvojených chromozómov ešte v interfáze presne rozchádzajú smerom k pólom bunky. V tejto chvíli sú v bunke dve diploidné sady chromozómov (4n4c).

V záverečnej fáze - telofáza - chromozómy sa odvíjajú, despiralizujú. Jadrový obal sa tvorí z membránových štruktúr cytoplazmy. U zvierat je bunka rozdelená na dve menšie vytvorením zúženia. V rastlinách cytoplazmatická membrána vzniká v strede bunky a rozširuje sa na perifériu a delí bunku na polovicu. Po vytvorení priečneho cytoplazmatická membrána rastlinné bunky majú celulózovú stenu. Z jednej bunky tak vznikajú dve dcérske bunky, v ktorých dedičná informácia presne kopíruje informáciu obsiahnutú v materskej bunke. Počnúc prvým mitotickým delením oplodneného vajíčka (zygota), všetky dcérske bunky vytvorené ako výsledok mitózy obsahujú rovnakú sadu chromozómov a rovnaké gény. Preto je mitóza metódou bunkového delenia, ktorá spočíva v presnom rozdelení genetického materiálu medzi dcérske bunky.

V dôsledku mitózy dostávajú obe dcérske bunky diploidnú sadu chromozómov.

Mitóza je inhibovaná vysokou teplotou, vysoké dávky ionizujúce žiarenie, pôsobenie rastlinných jedov. Jeden z týchto jedov, kolchicín, sa používa v cytogenetike: môže sa použiť na zastavenie mitózy v štádiu metafázovej platničky, čo umožňuje spočítať počet chromozómov a dať každému z nich individuálnu charakteristiku, t.j. mimo karyotypizácie.

Tabuľka Mitotický cyklus a mitóza ( T.L. Bogdanov. Biológia. Úlohy a cvičenia. Príspevok na vstup na vysoké školy. M., 1991 )

		Proces, ktorý prebieha v bunke
Interfáza (fáza medzi bunkovými deleniami)	Predsyntetické obdobie	Syntézy bielkovín. RNA sa syntetizuje na nezvinutých molekulách DNA
	Syntetické obdobie	Syntéza DNA je samozdvojenie molekuly DNA. Konštrukcia druhej chromatidy, do ktorej prechádza novovytvorená molekula DNA: získajú sa dvojchromatidové chromozómy
	Postsyntetické obdobie	Syntéza bielkovín, skladovanie energie, príprava na delenie
	Profáza (prvá fáza rozdelenia)	Dvojchromatidové chromozómy sa špiralizujú, jadierka sa rozpúšťajú, centrioly sa rozchádzajú, jadrová membrána sa rozpúšťa, vytvárajú sa vretenovité vlákna
Fázy mitózy	Metafáza (fáza akumulácie chromozómov)	Vretenovité závity sa pripájajú k centromérom chromozómov, dvojchromatidové chromozómy sú sústredené na rovníku bunky
	Anafáza (fáza divergencie chromozómov)	Centroméry sa delia, jednotlivé chromatidové chromozómy sú natiahnuté vretenovými vláknami k pólom bunky
	Telofáza (konečná fáza delenia)	Jednochromatidové chromozómy sú despiralizované, vzniká jadierko, obnovuje sa jadrový obal, na rovníku sa začína vytvárať priečka medzi bunkami, rozpúšťajú sa vlákna štiepneho vretienka

Vlastnosti mitózy u rastlín a zvierat

Čas od jedného k druhému. Prebieha v dvoch po sebe nasledujúcich etapách – medzifáza a samotné delenie. Trvanie tohto procesu je rôzne a závisí od typu buniek.

Interfáza je obdobie medzi dvoma bunkovými deleniami, čas od posledného delenia po bunkovú smrť alebo stratu schopnosti deliť sa.

Počas tohto obdobia bunka rastie a zdvojnásobuje svoju DNA, ako aj mitochondrie a plastidy. V medzifáze iné Organické zlúčeniny. Proces syntézy je najintenzívnejší v syntetickom období medzifázy. V tomto čase sa jadrové chromatidy zdvojnásobia, akumuluje sa energia, ktorá sa využije pri delení. Zvyšuje sa aj počet bunkových organel a centriolov.

Medzifáza zaberá takmer 90 % bunkový cyklus. Po nej prebieha mitóza, ktorá je hlavným spôsobom delenia buniek u eukaryotov (organizmov, ktorých bunky obsahujú vytvorené jadro).

Počas mitózy sa chromozómy zhutňujú a vytvára sa aj špeciálny aparát, ktorý je zodpovedný za Rovnomerné rozdelenie dedičné informácie medzi bunkami, ktoré vznikajú v dôsledku tohto procesu.

Prechádza niekoľkými fázami. Štádiá mitózy sú charakterizované individuálnych charakteristík a určité trvanie.

Fázy mitózy

Počas delenia mitotických buniek prechádzajú príslušné fázy mitózy: profáza, po nej prichádza metafáza, anafáza, posledná je telofáza.

Fázy mitózy sú charakterizované nasledujúcimi znakmi:

Ktoré biologický význam proces mitózy?

Fázy mitózy prispievajú k presnému prenosu dedičnej informácie do dcérskych buniek bez ohľadu na počet delení. Zároveň každý z nich dostane 1 chromatid, ktorý pomáha udržiavať stálosť počtu chromozómov vo všetkých bunkách, ktoré sa tvoria v dôsledku delenia. Práve mitóza zabezpečuje prenos stabilného súboru genetického materiálu.

Pamätajte!

Ako podľa bunkovej teórie, dochádza k zvýšeniu počtu buniek?

Myslíte si, že životnosť rôznych typov buniek v mnohobunkovom organizme je rovnaká? Zdôvodnite svoj názor.

Mláďa v čase narodenia váži v priemere 3 – 3,5 kg a je asi 50 cm vysoké, medvedík hnedý, ktorého rodičia vážia 200 kg a viac, váži najviac 500 g a drobná klokanka váži menej ako 1 gram. . Zo sivého nevýrazného mláďaťa vyrastá krásna labuť, zo svižného pulca usadená ropucha a zo žaluďa zasadeného pri dome vyrastá obrovský dub, ktorý o sto rokov neskôr teší svojou krásou nové generácie ľudí. Všetky tieto zmeny sú možné vďaka schopnosti organizmov rásť a rozvíjať sa. Strom sa nezmení na semienko, ryba sa nevráti do vajíčok - procesy rastu a vývoja sú nezvratné. Tieto dve vlastnosti živej hmoty sú navzájom neoddeliteľne spojené a sú založené na schopnosti bunky deliť sa a špecializovať sa.

Rast nálevníkov alebo améb je zväčšenie veľkosti a komplikácia štruktúry jednotlivej bunky v dôsledku procesov biosyntézy. Ale rast mnohobunkového organizmu nie je len zväčšením veľkosti buniek, ale aj ich aktívnym delením – nárastom počtu. Rýchlosť rastu, vývinové znaky, veľkosť, do akej môže určitý jedinec dorásť – to všetko závisí od mnohých faktorov, vrátane vplyvu prostredia. Ale hlavným, určujúcim faktorom vo všetkých týchto procesoch je dedičná informácia, ktorá je uložená vo forme chromozómov v jadre každej bunky. Všetky bunky mnohobunkového organizmu pochádzajú z jedného oplodneného vajíčka. V procese rastu musí každá novovytvorená bunka prijímať presná kópia genetický materiál, aby sa so spoločným dedičným programom organizmu špecializoval a pri plnení svojej špecifickej funkcie bol integrálnou súčasťou celku.

V súvislosti s diferenciáciou, teda delením na odlišné typy, bunky mnohobunkového organizmu majú nerovnakú životnosť. Napríklad, nervové bunky zároveň prestať deliť prenatálny vývoj, a počas života organizmu sa ich počet môže len znižovať. Po vzniku sa už nedelia a žijú tak dlho, ako tkanivo alebo orgán, ktorého sú súčasťou, bunky, ktoré tvoria pruhované svalové tkanivá u zvierat a zásobných tkanív v rastlinách. Bunky červenej kostnej drene sa neustále delia a vytvárajú krvinky, ktoré majú obmedzenú životnosť. V procese vykonávania svojich funkcií bunky kožného epitelu rýchlo odumierajú, preto v zárodočná zóna epidermálne bunky sa veľmi intenzívne delia. Kambiálne bunky a bunky rastového kužeľa v rastlinách sa aktívne delia. Čím vyššia je špecializácia buniek, tým nižšia je ich schopnosť reprodukcie.

V ľudskom tele je asi 10 14 buniek. Každý deň zomiera asi 70 miliárd buniek črevného epitelu a 2 miliardy erytrocytov. Najkratšie žijúce bunky sú črevný epitel, ktorého životnosť je len 1-2 dni.

Životný cyklus bunky. Obdobie života bunky od okamihu jej objavenia sa v procese delenia až po smrť alebo koniec následného delenia volal životný cyklus. Bunka vzniká v procese delenia materskej bunky a zaniká pri vlastnom delení alebo smrti. Dĺžka životného cyklu rôzne bunky sa značne líši a závisí od typu bunky a podmienok vonkajšie prostredie(teplota, prítomnosť kyslíka a živiny). Napríklad životný cyklus améby je 36 hodín a baktérie sa môžu deliť každých 20 minút.

Životný cyklus každej bunky je súbor udalostí, ktoré sa vyskytujú v bunke od okamihu jej vzniku v dôsledku delenia až po smrť alebo následnú mitózu. Životný cyklus môže zahŕňať mitotický cyklus pozostávajúci z prípravy na mitózu - medzifázou a samotné delenie, ako aj štádium špecializácie – diferenciácie, počas ktorého bunka plní svoje špecifické funkcie. Trvanie medzifázy je vždy dlhšie ako samotné delenie. V bunkách črevného epitelu hlodavcov trvá interfáza v priemere 15 hodín a delenie prebieha za 0,5–1 hodinu. Počas interfázy v bunke aktívne prebiehajú procesy biosyntézy, bunka rastie, tvorí organely a pripravuje sa na ďalšie delenie. Ale určite najviac dôležitý proces ktorá nastáva počas medzifázy pri príprave na delenie je duplikácia DNA (§).

Bunkové delenie. Mitóza" class="img-responsive img-thumbnail">

Ryža. 52. Fázy mitózy

Dva helixy molekuly DNA sa rozchádzajú a na každom z nich sa syntetizuje nový polynukleotidový reťazec. K replikácii DNA dochádza s najvyššia presnosť, ktorý zabezpečuje princíp komplementarity. Nové molekuly DNA sú absolútne identické kópie pôvodnej a po dokončení procesu duplikácie zostávajú spojené v oblasti centroméry. Molekuly DNA, ktoré tvoria chromozóm po reduplikácii, sa nazývajú chromatidy.

V presnosti procesu reduplikácie je hlboký biologický význam: porušenie kopírovania by viedlo k skresleniu dedičnej informácie a v dôsledku toho k narušeniu fungovania dcérskych buniek a celého organizmu ako celku.

Ak by nenastala duplikácia DNA, potom by sa pri každom delení bunky počet chromozómov znížil na polovicu a čoskoro by v každej bunke nezostali žiadne chromozómy. Vieme však, že vo všetkých bunkách tela mnohobunkového organizmu je počet chromozómov rovnaký a z generácie na generáciu sa nemení. Táto stálosť sa dosahuje delením mitotických buniek.

Mitóza. Mitóza- ide o delenie, pri ktorom dochádza k striktne identickému rozdeleniu presne skopírovaných chromozómov medzi dcérske bunky, čo zabezpečuje vznik geneticky identických - identických - buniek.

Celý proces mitotického delenia je podmienene rozdelený do štyroch fáz: profáza, metafáza, anafáza a telofáza (obr. 52).

IN profáza chromozómy sa začínajú aktívne špirálovať – krútiť a nadobúdať kompaktný tvar. V dôsledku takéhoto balenia je čítanie informácií z DNA nemožné a syntéza RNA sa zastaví. Špiralizácia chromozómov je predpokladomúspešné oddelenie genetického materiálu medzi dcérskymi bunkami. Predstavte si malú miestnosť, ktorej celý objem je vyplnený 46 vláknami, Celková dĺžka ktoré sú stotisíckrát väčšie ako veľkosť tejto miestnosti. Toto je jadro ľudskej bunky. V procese reduplikácie sa každý chromozóm zdvojnásobí a už máme 92 zapletených vlákien v rovnakom objeme. Je takmer nemožné rozdeliť ich rovnako bez toho, aby ste sa nepoplietli a neroztrhli. Tieto nite však naviňte do guľôčok a môžete ich ľahko rozdeliť do dvoch rovnakých skupín - v každej je 46 guličiek. Niečo podobné sa deje počas mitotického delenia.

Na konci profázy sa jadrová membrána rozpadne a vretienkové vlákna sa natiahnu medzi póly bunky - aparát, ktorý zabezpečuje rovnomerné rozloženie chromozómov.

IN metafáza Spiralizácia chromozómov sa stáva maximálnou a kompaktné chromozómy sú umiestnené v rovníkovej rovine bunky. V tomto štádiu je jasne vidieť, že každý chromozóm pozostáva z dvoch sesterských chromatíd spojených centromérou. Vretenové vlákna sú pripevnené k centromére.

Anaphase tečie veľmi rýchlo. Centroméry sa rozdelia na dve časti a od tohto momentu sa sesterské chromatidy stanú nezávislými chromozómami. Vretienkové vlákna pripojené k centromérom ťahajú chromozómy k pólom bunky.

Na pódiu telofáza dcérske chromozómy, zhromaždené na póloch bunky, sa uvoľnia a natiahnu. Opäť sa menia na chromatín a stávajú sa slabo rozlíšiteľnými vo svetelnom mikroskope. Okolo chromozómov na oboch póloch bunky sa vytvárajú nové jadrové membrány. Vytvárajú sa dve jadrá obsahujúce rovnaké diploidné sady chromozómov.

Ryža. 53. Význam mitózy: A - rast (koreňový hrot); B - vegetatívne rozmnožovanie (pučanie kvasiniek); B - regenerácia (jašterí chvost)

Mitóza končí rozdelením cytoplazmy. Súčasne s divergenciou chromozómov sú organely bunky približne rovnomerne rozložené pozdĺž dvoch pólov. v živočíšnych bunkách bunková membrána sa začne vydúvať dovnútra a bunka sa delí zúžením. V rastlinných bunkách sa membrána vytvára vo vnútri bunky v rovníkovej rovine a šíri sa na perifériu a rozdeľuje bunku na dve rovnaké časti.

Význam mitózy. V dôsledku mitózy vznikajú dve dcérske bunky, ktoré obsahujú rovnaký počet chromozómov, aký bol v jadre materskej bunky, čiže vznikajú bunky identické s rodičovskou bunkou. IN normálnych podmienkach počas mitózy teda nenastávajú žiadne zmeny v genetickej informácii mitotické delenie podporuje genetická stabilita bunky. Mitóza je základom rastu, vývoja a vegetatívneho rozmnožovania mnohobunkové organizmy. Vďaka mitóze sa uskutočňujú procesy regenerácie a náhrady odumierajúcich buniek (obr. 53). V jednobunkových eukaryotoch mitóza zabezpečuje asexuálnu reprodukciu.

Skontrolujte si otázky a úlohy

1. Aký je životný cyklus bunky?

2. Ako dochádza k duplikácii DNA v mitotickom cykle? Aký je zmysel tohto procesu?

3. Aká je príprava bunky na mitózu?

4. Opíšte postupne fázy mitózy.

5. Aký je biologický význam mitózy?

<<< Назад

Vpred >>>