Qual è il significato biologico della mitosi. Forme atipiche di mitosi. Metodo di preparazione dei preparati fissi
Il significato biologico della mitosi è molto alto. È difficile per chi non lo sapesse nemmeno immaginare quale ruolo giochi nella vita il processo di semplice divisione cellulare nel corpo. La capacità delle cellule di dividersi è la loro funzione più importante e fondamentale. Senza questo, è impossibile continuare la vita sulla Terra, aumentare la popolazione organismi unicellulari, lo sviluppo e la continuazione dell'esistenza di un grande organismo multicellulare è impossibile, così come è impossibile lo sviluppo di una nuova vita da un uovo fecondato.
Il significato biologico della mitosi sarebbe molto minore se non fosse l'essenza della maggior parte dei processi biologici che si verificano sul nostro pianeta. Questo processo avviene in più fasi. Ognuno di essi comporta diverse azioni all'interno della cellula. Il risultato di ciò è la moltiplicazione obbligatoria della base genetica di una cellula in due mediante duplicazione del DNA, in modo che successivamente la cellula madre dia vita a due cellule figlie.
L'intera vita di una cellula può concludersi nel periodo che va dalla formazione di una cellula figlia alla sua successiva divisione in due. Questo periodo è chiamato “ciclo cellulare” in biologia.
La primissima fase della mitosi è la vera e propria preparazione alla divisione. Il periodo in cui le cellule dotate di nuclei si preparano direttamente alla divisione è chiamato interfase. In esso accadono tutte le cose più importanti, cioè il raddoppio della catena del DNA e di altre strutture, nonché la sintesi grande quantità scoiattolo. Pertanto, i cromosomi della cellula si raddoppiano e ciascuna metà di tale cromosoma doppio viene chiamata “cromatide”.
Dopo l'interfase inizia il processo di divisione stesso: la mitosi. Anch'esso si svolge in più fasi. Di conseguenza, tutte le parti raddoppiate vengono allungate simmetricamente attraverso la cella, in modo che dopo la formazione della partizione centrale, in ogni nuova cella rimanga lo stesso numero di componenti formati.
E la meiosi è simile, ma in quest'ultima (durante la divisione ci sono due divisioni e, di conseguenza, non si ottengono due, ma quattro cellule "figlie". Inoltre, prima della seconda divisione, non c'è raddoppio dei cromosomi, quindi il loro impostato nelle cellule figlie rimane la metà.
1. Profase. In questa fase i centrioli della cellula sono molto chiaramente visibili. Sono presenti solo nelle cellule animali e umane. Le piante non hanno centrioli.
2. Prometafase. In questo momento termina la profase e inizia la metafase.
3. Metafase. In questo momento i cromosomi si trovano all’”equatore” della cellula.
4. Anafase. I cromosomi si spostano verso poli diversi.
5. Telofase. Una cellula “madre” si divide formando una partizione centrale in due cellule “figlie”. Ecco come termina la divisione cellulare o mitosi.
Il significato biologico più importante della mitosi è la divisione assolutamente identica dei cromosomi raddoppiati in 2 parti identiche e la loro collocazione in due cellule “figlie”. Tipi diversi le cellule e le cellule di diversi organismi hanno una durata di divisione variabile: la mitosi, ma in media dura circa un'ora e mezza. Ci sono molti fattori che influenzano questo processo molto fragile. Qualsiasi cambiamento delle condizioni ambientali, ad esempio la temperatura ambiente, le fasi luminose, la pressione nell'ambiente e all'interno del corpo e della cellula, così come molti altri fattori, possono influenzare in modo significativo sia la durata che la qualità del processo di divisione cellulare. Inoltre, la durata dell'intera mitosi e delle sue singole fasi può dipendere direttamente dal tipo di tessuto nelle cui cellule si verifica.
Il significato biologico della mitosi diventa più prezioso con ogni nuova scoperta nel campo della citologia, perché senza questo processo la vita sul pianeta è impossibile.
Mitosi–mitos (greco - fili) – divisione cellulare indiretta, metodo universale divisione delle cellule eucariotiche.
Principali eventi del ciclo mitotico consiste nel duplicazione (autoduplicazione) materiale ereditario della cellula madre e in distribuzione uniforme di questo materiale tra le cellule figlie. Questi eventi sono accompagnati da cambiamenti naturali nell'organizzazione chimica e morfologica cromosomi- strutture nucleari in cui è concentrato più del 90% del materiale genetico di una cellula eucariotica (la parte principale del DNA extranucleare cellula animale localizzati nei mitocondri).
I cromosomi, in interazione con meccanismi extracromosomici, forniscono: a) conservazione dell'informazione genetica; b) utilizzare queste informazioni per creare e mantenere organizzazione cellulare; c) regolamentazione della lettura delle informazioni ereditarie; d) raddoppio del materiale genetico; d) trasferirlo dalla cellula madre alle cellule figlie.
La mitosi è un processo continuo suddiviso in fasi.
Nella mitosi possiamo distinguere quattro fasi. Di seguito vengono presentati i principali eventi relativi alle singole fasi.
| Fase della mitosi | Contenuto delle modifiche | |
| Profase (0,60 tempo dalla mitosi totale, 2n4c) | Il volume del nucleo aumenta. I cromosomi si spiralizzano, diventano visibili, si accorciano, si ispessiscono e assumono l'aspetto di fili. Nel citoplasma diminuisce il numero di strutture reticolari grossolane. Il numero delle politiche è drasticamente ridotto. I centrioli del centro cellulare divergono verso i poli cellulari, tra loro i microtubuli formano un fuso di fissione. Il nucleolo viene distrutto. La membrana nucleare si dissolve, i cromosomi compaiono nel citoplasma | |
| Metafase (0,05 volte) | La spiralizzazione raggiunge il suo massimo. I cromosomi si allineano sul piano equatoriale della cellula (piastra metafase). I microtubuli del fuso sono associati ai cinetocori cromosomici. Il fuso mitotico è completamente formato ed è costituito da reti che collegano i poli ai centromeri dei cromosomi. Ogni cromosoma è diviso longitudinalmente in due cromatidi (cromosomi figli), collegati nella regione del cinetocore. | |
| Anafase (0,05 volte) | I centromeri vengono separati, la connessione tra i cromatidi viene interrotta ed essi, come cromosomi indipendenti, si spostano verso i poli della cellula ad una velocità di 0,2-5 μm/min. Il movimento dei cromosomi è assicurato dall'interazione delle regioni centromeriche dei cromosomi con i microtubuli del fuso. Al termine del movimento, ai poli vengono assemblati due set completi di cromosomi uguali. | |
| Telofase (0,3 volte) | I nuclei interfase delle cellule figlie vengono ricostruiti. I cromosomi, costituiti da un cromatide, si trovano ai poli della cellula. Despirano e diventano invisibili. Si forma l'involucro nucleare, i filamenti del fuso dell'acromatina si disintegrano. Il nucleolo si forma nel nucleo. Il citoplasma si divide (citotomia e citocinesi) e si formano due cellule figlie. Nelle cellule animali il citoplasma è diviso per costrizione, invaginazione della membrana citoplasmatica dai bordi al centro. Nelle cellule vegetali al centro si forma un setto membranale che cresce verso le pareti cellulari. Dopo la formazione di una membrana citoplasmatica trasversale nelle piante, si forma una parete cellulare. |
Significato biologico della mitosi: la formazione di cellule con informazioni ereditarie qualitativamente e quantitativamente identiche a quelle della cellula madre. Garantire la costanza del cariotipo su un numero di generazioni cellulari. La mitosi serve meccanismo cellulare processi di crescita e sviluppo del corpo, sua rigenerazione e riproduzione asessuata. Pertanto, la mitosi è un meccanismo universale per riprodurre l'organizzazione cellulare di tipo eucariotico nello sviluppo individuale.
Patologia della mitosi
I disturbi nell'una o nell'altra fase della mitosi portano a cambiamenti patologici nelle cellule. Deviazione da corso normale Il processo di spiralizzazione può portare al rigonfiamento e all'adesione dei cromosomi. A volte si osserva un frammento di una sezione cromosomica che, se privata di un centromero, non partecipa al movimento anafase verso i poli e viene persa. I singoli cromatidi possono rimanere indietro durante il movimento, il che porta alla formazione di nuclei figli con set cromosomici sbilanciati. Il danno al fuso porta ad un ritardo nella mitosi nella metafase e nella dispersione cromosomica. Quando il numero di centrioli cambia, si verificano mitosi multipolari o asimmetriche. La violazione della citotomia porta alla comparsa di cellule bi e multinucleate.
Sulla base del ciclo mitotico sono emersi una serie di meccanismi grazie ai quali in un determinato organo è possibile aumentare la quantità di materiale genetico e, di conseguenza, l'intensità del metabolismo mantenendo un numero costante di cellule.
Endomitosi. Il raddoppio del DNA di una cellula non è sempre accompagnato dalla sua divisione in due. Poiché il meccanismo di tale raddoppio coincide con la duplicazione premitotica del DNA ed è accompagnato da un aumento multiplo del numero di cromosomi, questo fenomeno è chiamato endomitosi. Quando le cellule sono esposte a sostanze che distruggono i microtubuli del fuso, la divisione si interrompe e i cromosomi continueranno il ciclo delle loro trasformazioni: si replicheranno, il che porterà alla formazione graduale di cellule poliploidi - 4n, 8n, ecc. Questo processo di trasformazione è altrimenti chiamato endoriproduzione. Da un punto di vista genetico, l’endomitosi è una mutazione genomica somatica. La capacità delle cellule di subire endomitosi viene utilizzata nella selezione delle piante per ottenere cellule con un set multiplo di cromosomi. A questo scopo vengono utilizzate la colchicina e la vinblastina, che distruggono i filamenti del fuso dell'acromatina. Le cellule poliploidi (e successivamente le piante adulte) differiscono grandi formati, gli organi vegetativi di tali cellule sono grandi, con grande offerta nutrienti. Negli esseri umani, l'endoriproduzione avviene in alcuni epatociti e cardiomiociti.
Politenia. Durante la politenia nel periodo S, come risultato della replicazione e della non disgiunzione dei filamenti cromosomici, si forma una struttura politenica a più filamenti. Differiscono dai cromosomi mitotici per le loro dimensioni maggiori (200 volte più lunghe). Tali cellule si trovano nelle ghiandole salivari degli insetti ditteri e nei macronuclei dei ciliati. Sui cromosomi politenici sono visibili rigonfiamenti e sbuffi (siti di trascrizione), un'espressione dell'attività genetica. Questi cromosomi sono l'oggetto più importante ricerca genetica. Endomitosi e politenia portano alla formazione cellule poliploidi, caratterizzato da un aumento multiplo del volume del materiale ereditario. In tali cellule, a differenza delle cellule diploidi, i geni vengono ripetuti più di due volte. In proporzione all'aumento del numero di geni, aumenta la massa cellulare, che ne aumenta funzionalità. Nel corpo dei mammiferi, la poliploidizzazione con l'età è caratteristica delle cellule epatiche.
Anomalie del ciclo mitotico. Il ritmo mitotico, solitamente adeguato alla necessità di ripristino delle cellule morte e invecchiate, può essere modificato in condizioni patologiche. Un rallentamento del ritmo si osserva nei tessuti invecchiati o scarsamente vascolarizzati, un aumento del ritmo si osserva nei tessuti sottoposti a vari tipi di infiammazione, influenze ormonali, nei tumori, ecc.
Anomalie nello sviluppo delle mitosi. Alcuni agenti aggressivi, agendo sulla fase S, rallentano la sintesi e la duplicazione del DNA. Questi includono le radiazioni ionizzanti, vari antimetaboliti(metatrexato, mercapto-6-purina, fluoro-5-uracile, procarbozina, ecc.). Sono usati per la chemioterapia antitumorale. Altri agenti aggressivi agiscono sulle fasi della mitosi e interferiscono con la formazione del fuso acromatico. Cambiano la viscosità del plasma senza dividere i filamenti cromosomici. Un tale cambiamento citofisiologico può portare al blocco della mitosi in metafase e quindi alla morte cellulare acuta o mitonecrosi. La mitonecrosi è spesso osservata, in particolare in tessuto tumorale, nei focolai di alcune infiammazioni con necrosi. Possono essere causati con l'aiuto della podofillina, che viene utilizzata nel trattamento delle neoplasie maligne.
Anomalie nella morfologia mitotica. Con infiammazioni, esposizione a radiazioni ionizzanti, agenti chimici e soprattutto in tumore maligno vengono rilevate anomalie morfologiche delle mitosi. Sono associati a gravi cambiamenti metabolici nelle cellule e possono essere definiti “mitosi abortive”. Un esempio di tale anomalia è la mitosi con un numero e una forma anormali di cromosomi; mitosi tri, quadri e multipolari.
Cellule multinucleate. Si trovano anche cellule contenenti molti nuclei in buone condizioni ad esempio: osteoclasti, megacariociti, sinciziotrofoblasti. Ma sono spesso prescritti in condizioni patologiche, ad esempio: cellule di Langhans nella tubercolosi, cellule giganti corpi stranieri, molte cellule tumorali. Il citoplasma di tali cellule contiene granuli o vacuoli; il numero di nuclei può variare da poche a diverse centinaia e il volume si riflette nel nome: cellule giganti. La loro origine è variabile: epiteliale, mesenchimale, istiocitica. Il meccanismo di formazione delle cellule multinucleate giganti è diverso. In alcuni casi la loro formazione è dovuta alla fusione cellule mononucleari, in altri avviene per divisione nucleare senza divisione del citoplasma. Si ritiene inoltre che la loro formazione possa essere una conseguenza di alcune anomalie mitotiche dopo l'irradiazione o la somministrazione di citostatici, nonché durante la crescita maligna.
Amitosi
Fissione diretta o amitosi- Questa è la divisione di una cellula in cui il nucleo è in uno stato interfase. In questo caso, non si verificano condensazione cromosomica e formazione del fuso. Formalmente, l'amitosi dovrebbe portare alla comparsa di due cellule, ma molto spesso porta alla divisione del nucleo e alla comparsa di cellule bi o multinucleate.
La divisione amitotica inizia con la frammentazione dei nucleoli, seguita dalla divisione del nucleo per costrizione (o invaginazione). Potrebbe esserci una fissione nucleare multipla, solitamente di magnitudo disuguale (con processi patologici). Numerose osservazioni hanno dimostrato che l'amitosi si verifica quasi sempre in cellule obsolete, degenerate e incapaci di produrre elementi a pieno titolo in futuro. Normalmente, la divisione amitotica avviene nelle membrane embrionali degli animali, nelle cellule follicolari dell'ovaio e nelle cellule giganti del trofoblasto. L'amitosi ha un significato positivo nel processo di rigenerazione dei tessuti o degli organi (amitosi rigenerativa). L'amitosi nelle cellule che invecchiano è accompagnata da disturbi nei processi biosintetici, tra cui la replicazione, la riparazione del DNA, nonché la trascrizione e la traduzione. Stanno cambiando caratteristiche fisico-chimiche proteine della cromatina dei nuclei cellulari, composizione del citoplasma, struttura e funzioni degli organelli, che comporta disturbi funzionali a tutti i livelli successivi: cellulare, tessuto, organo e organismo. Man mano che la distruzione aumenta e il ripristino svanisce, si verifica la morte cellulare naturale. L'amitosi si verifica spesso quando processi infiammatori E neoplasie maligne(amitosi indotta).
Il significato biologico della mitosi è molto alto. È difficile per chi non lo sapesse nemmeno immaginare quale ruolo giochi nella vita il processo di semplice divisione cellulare nel corpo. La capacità delle cellule di dividersi è la loro funzione più importante e fondamentale. Senza questo, è impossibile continuare la vita sulla Terra, aumentare la popolazione di organismi unicellulari, è impossibile lo sviluppo e l'esistenza continua di un grande organismo multicellulare, è impossibile anche la riproduzione sessuale e lo sviluppo di una nuova vita da un ovulo fecondato.
Il significato biologico della mitosi sarebbe molto minore se la divisione cellulare non fosse l'essenza della maggior parte dei processi biologici che si verificano sul nostro pianeta. Questo processo avviene in più fasi. Ognuno di essi comporta diverse azioni all'interno della cellula. Il risultato di ciò è la moltiplicazione obbligatoria della base genetica di una cellula in due mediante duplicazione del DNA, in modo che successivamente la cellula madre dia vita a due cellule figlie.
L'intera vita di una cellula può concludersi nel periodo che va dalla formazione di una cellula figlia alla sua successiva divisione in due. Questo periodo è chiamato “ciclo cellulare” in biologia.
La primissima fase della mitosi è la vera e propria preparazione alla divisione cellulare. Il periodo in cui le cellule dotate di nuclei si preparano direttamente alla divisione è chiamato interfase. In esso accadono tutte le cose più importanti, vale a dire il raddoppio della catena del DNA e di altre strutture, nonché la sintesi di grandi quantità di proteine. Pertanto, i cromosomi della cellula si raddoppiano e ciascuna metà di tale cromosoma doppio viene chiamata “cromatide”.
Dopo l'interfase inizia il processo di divisione stesso: la mitosi. Anch'esso si svolge in più fasi. Di conseguenza, tutte le parti raddoppiate vengono allungate simmetricamente attraverso la cella, in modo che dopo la formazione della partizione centrale, in ogni nuova cella rimanga lo stesso numero di componenti formati.
Le fasi della mitosi e della meiosi sono simili, ma in quest'ultima (durante la divisione delle cellule germinali) si verificano due divisioni e, di conseguenza, non si ottengono due, ma quattro cellule “figlie”. Inoltre, prima della seconda divisione, non avviene il raddoppio dei cromosomi, quindi il loro corredo nelle cellule figlie rimane la metà.
1. Profase. In questa fase i centrioli della cellula sono molto chiaramente visibili. Sono presenti solo nelle cellule animali e umane. Le piante non hanno centrioli.
2. Prometafase. In questo momento termina la profase e inizia la metafase.
3. Metafase. In questo momento i cromosomi si trovano all’”equatore” della cellula.
4. Anafase. I cromosomi si spostano verso poli diversi.
5. Telofase. Una cellula “madre” si divide formando una partizione centrale in due cellule “figlie”. Ecco come termina la divisione cellulare o mitosi.
Il significato biologico più importante della mitosi è la divisione assolutamente identica dei cromosomi raddoppiati in 2 parti identiche e la loro collocazione in due cellule “figlie”. Diversi tipi di cellule e cellule di diversi organismi hanno una durata di divisione variabile: la mitosi, ma in media dura circa un'ora e mezza. Ci sono molti fattori che influenzano questo processo molto fragile. Qualsiasi cambiamento delle condizioni ambientali, ad esempio la temperatura ambiente, le fasi luminose, la pressione nell'ambiente e all'interno del corpo e della cellula, così come molti altri fattori, possono influenzare in modo significativo sia la durata che la qualità del processo di divisione cellulare. Inoltre, la durata dell'intera mitosi e delle sue singole fasi può dipendere direttamente dal tipo di tessuto nelle cui cellule si verifica.
Il significato biologico della mitosi diventa più prezioso con ogni nuova scoperta nel campo della citologia, perché senza questo processo la vita sul pianeta è impossibile.
Problemi di autocontrollo. Significato biologico della mitosi
Compito n. 1
Argomento 14. Riproduzione sessuale.
Problemi di autocontrollo
Significato biologico della mitosi.
TELOFASE
ANAFASE
METAFASE.
I cromosomi acquisiscono una disposizione ordinata mentre si muovono verso l'equatore. Raggiunto l'equatore, i cromosomi si trovano sullo stesso piano e in questo momento uno dei fili del fuso è attaccato ai centromeri di ciascun cromosoma.
Nella metafase è chiaramente visibile che i cromosomi sono costituiti da due cromatidi, collegati solo nel centromero.
I cromatidi di ciascun cromosoma iniziano a divergere verso i poli della cellula: un cromatide va a un polo e un altro va al polo opposto. Il movimento dei cromosomi viene effettuato grazie ai fili del fuso, che contraggono e allungano i cromosomi figli dall'equatore ai poli opposti della cellula. Durante il movimento viene utilizzata l'energia ATP.
In questo momento, la cellula contiene due serie diploidi di cromosomi.
Le cellule cromosomiche che si avvicinano ai poli iniziano a svolgersi e assumono nuovamente la forma di lunghi fili intrecciati tra loro, caratteristica di un nucleo che non si divide. Nei nuclei figli si forma nuovamente l'involucro nucleare, si forma il nucleolo e la struttura nucleare caratteristica dell'interfase viene completamente ripristinata. Durante la telofase avviene anche la divisione citoplasmatica, a seguito della quale due cellule figlie vengono separate l'una dall'altra. Queste cellule sono del tutto simili nella struttura alla cellula madre, ma differiscono da essa per le loro dimensioni più piccole.
Come risultato della mitosi, ogni cellula figlia riceve esattamente gli stessi cromosomi della cellula madre. Il numero di cromosomi in entrambe le cellule figlie è uguale al numero di cromosomi nella cellula madre.
Di conseguenza, il significato biologico della mitosi risiede nella distribuzione rigorosamente uniforme dei cromosomi tra i nuclei di due cellule figlie. Ciò significa che la mitosi assicura il sottile trasferimento di tutte le informazioni ereditarie a ciascuno dei nuclei figli.
Se si verifica un'interruzione nel normale corso della mitosi e la cellula figlia ha meno o più cromosomi della cellula madre, ciò porterà alla morte o a cambiamenti significativi nella vita della cellula - al verificarsi di mutazioni.
1.Quali forme di riproduzione sono caratteristiche degli organismi viventi?
2.Che tipo di riproduzione è detta asessuata?
4.Quali forme di riproduzione asessuata sono caratteristiche degli organismi?
5.Quale forma di riproduzione asessuata è la più giovane?
6.Cos'è la mitosi?
7.Quali cellule si dividono per mitosi?
8.Quale insieme di cromosomi contengono le cellule alla fine dell'interfase?
9.In quale fase della mitosi i cromosomi si trovano sul piano equatoriale?
10. In quale fase della mitosi i cromatidi si spostano verso i poli della cellula?
11.In quale stadio della cellula si forma il fuso?
12.Qual è il significato biologico della mitosi?
1. Leggi il materiale didattico di seguito.
2.Analizzare le tabelle dall'applicazione
3.Rispondi alle domande di autocontrollo.
Riproduzione sessuale- cambio di generazioni e sviluppo di organismi basati su cellule germinali specializzate.
Tuttavia, negli animali invertebrati, sperma e uova si formano spesso nel corpo di un organismo. Questo fenomeno si chiama bisessualità ermafroditismo.
Ci sono casi in cui un nuovo organismo non appare necessariamente come risultato della fusione di cellule germinali. In alcune specie di animali e piante si osserva lo sviluppo da un uovo non fecondato (api, vespe, afidi, alcuni crostacei (dafnie)). Questo tipo di riproduzione è chiamata vergine o partenogenetica.
Riproduzione sessuale. Nuovo organismo si forma come risultato della fusione delle cellule germinali dei gameti (n). Si forma uno zigote (2n) con un insieme unico di cromosomi. La riproduzione sessuale è caratteristica della maggior parte degli organismi viventi. Vantaggi : ogni individuo ha un genotipo unico, che consente il risultato selezione naturale adattarsi ai condizioni diverse ambiente.
Le seguenti caratteristiche sono caratteristiche: alla riproduzione prendono solitamente parte due individui: maschio e femmina; più spesso effettuato con l'aiuto di cellule specializzate - gameti; la riduzione del numero di cromosomi e la ricombinazione del materiale genetico nei gameti avviene a seguito della meiosi; i discendenti (ad eccezione dei gemelli identici) sono geneticamente diversi tra loro e dai genitori.
Spermatogenesi, oogenesi (oogenesi).
La gametogenesi è il processo di sviluppo delle cellule sessuali: i gameti. I precursori dei gameti (gametociti) sono diploidi. Il processo di formazione degli spermatozoi è chiamato spermatogenesi e la formazione degli ovuli è chiamata oogenesi. Ci sono tre diverse aree, o zone, nelle gonadi: zona riproduttiva, zona di crescita, zona di maturazione. La spermatogenesi e l'oogenesi comprendono tre fasi identiche: riproduzione, crescita, maturazione (divisione). C'è un'altra fase nella spermatogenesi: la formazione.
Fase di allevamento: Le cellule diploidi si dividono ripetutamente per mitosi. Aumenta il numero di cellule nelle gonadi, chiamate oogonia e spermatogoni. Set cromosomico 2n.
Nella fase di crescita avviene la loro crescita, le cellule risultanti vengono chiamate ovociti del 1° ordine e spermatociti del 1° ordine.
In fase di maturazione si verifica la meiosi, a seguito della prima divisione meiotica, si formano gametociti del 2o ordine (insieme di cromosomi n2c), che entrano nella seconda divisione meiotica, e si formano cellule con un insieme aploide di cromosomi (nc). L'oogenesi in questa fase è quasi completa e la spermatogenesi comprende anche una fase di formazione, durante il quale si formano gli spermatozoi.
A differenza della formazione degli spermatozoi, che avviene solo dopo aver raggiunto la maturità sessuale (soprattutto nei vertebrati), il processo di formazione degli ovuli inizia nell'embrione. Il periodo riproduttivo si svolge completamente allo stadio di sviluppo embrionale e termina al momento della nascita (nei mammiferi e nell'uomo). Durante il periodo di crescita, gli ovociti aumentano di dimensioni a causa dell'accumulo di nutrienti (proteine, grassi, carboidrati) e pigmenti: si forma un tuorlo. Quindi gli ovociti del 1° ordine entrano nel periodo di maturazione. La prima divisione meiotica dà luogo a due cellule figlie. Uno di essi, relativamente piccolo, chiamato primo corpo polare, non è funzionale, mentre l'altro, più grande (ovocita di 2° ordine), subisce ulteriori trasformazioni.
La seconda divisione della meiosi avviene prima dello stadio della metafase II e continuerà solo dopo che l'ovocita di 2° ordine interagisce con lo sperma e avviene la fecondazione. Quindi, in senso stretto, dall'ovaio emerge non un ovulo, ma un ovocita del secondo ordine. Dopo la fecondazione si divide dando origine all'ovulo (o uovo) e ad un secondo corpo polare. Tuttavia, tradizionalmente, per comodità, un ovulo è chiamato ovocita di secondo ordine, pronto per interagire con uno spermatozoo. Pertanto, come risultato dell'oogenesi, si formano un uovo normale e tre corpi polari.
Gameti. Queste sono cellule germinali, la cui fusione forma uno zigote, dando origine a un nuovo organismo. Sono cellule altamente specializzate coinvolte nei processi associati alla riproduzione sessuale. I gameti hanno una serie di caratteristiche che li distinguono dalle cellule somatiche: l'insieme cromosomico delle cellule somatiche è diploide (2n2c) e i gameti sono aploidi (nc); i gameti non si dividono; gameti, soprattutto uova, più grandi delle cellule somatiche; l'ovulo contiene molti nutrienti, lo sperma ne contiene pochi (praticamente assenti); i gameti hanno un rapporto nucleo-citoplasma modificato rispetto alle cellule somatiche (nell'uovo il nucleo occupa un volume significativamente maggiore del citoplasma, nello sperma è il contrario e il nucleo ha le stesse dimensioni dell'uovo). Lo sperma svolge un ruolo attivo nella fecondazione. Pertanto è di piccole dimensioni e mobile (negli animali). L'uovo non solo porta il proprio corredo di cromosomi nello zigote, ma garantisce anche lo sviluppo dell'embrione nelle prime fasi. Quindi lo ha fatto grandi formati e, di regola, contiene una grande quantità di sostanze nutritive.
Organizzazione delle uova degli animali. La dimensione delle uova varia ampiamente: da diverse decine di micrometri a diversi centimetri (un uovo umano misura circa 100 micron, anche un uovo di struzzo, che ha una lunghezza con un guscio di circa 155 mm, è un uovo). La cellula uovo ha una serie di membrane situate sopra la membrana plasmatica e riservano nutrienti. Nei mammiferi, le uova hanno una zona pellucida, sopra la quale si trova la corona radiata, uno strato di cellule follicolari.
La quantità di nutrienti accumulati nell'uovo dipende dalle condizioni in cui si sviluppa l'embrione. Quindi, se lo sviluppo dell'uovo avviene al di fuori del corpo materno e porta alla formazione di animali di grandi dimensioni, il tuorlo può rappresentare oltre il 95% del volume dell'uovo. L'uovo dei mammiferi contiene meno del 5% di tuorlo. A causa dell'accumulo di sostanze nutritive, le uova sviluppano la polarità. I poli opposti sono chiamati vegetativo e animale. La polarizzazione si manifesta nel fatto che c'è un cambiamento nella posizione del nucleo nella cellula (si sposta verso il polo animale), così come nella distribuzione delle inclusioni citoplasmatiche (in molte uova la quantità di tuorlo aumenta rispetto all'animale al polo vegetativo).
Organizzazione degli spermatozoi. La lunghezza di uno sperma umano è di 50-60 micron. Le funzioni dello sperma determinano anche la sua struttura. La testa è la parte più grande dello spermatozoo, formata dal nucleo, da cui è circondato strato sottile citoplasma. All'estremità anteriore della testa è presente l'acrosoma, una parte del citoplasma con un apparato di Golgi modificato. Produce un enzima che aiuta a sciogliere le membrane dell'uovo. All'incrocio tra la testa e la parte centrale si forma un'intercettazione: il collo dello sperma, in cui si trovano due centrioli. Dietro il collo si trovano la parte centrale dello sperma, contenente i mitocondri, e la coda, che ha una struttura tipica di tutti i flagelli eucariotici ed è l'organello del movimento degli spermatozoi. L'energia per il movimento è fornita dall'idrolisi dell'ATP, che avviene nei mitocondri della parte centrale dello sperma.
Fecondazione. L'insieme dei processi che portano alla fusione dei gameti maschili e femminili, all'unione dei loro nuclei e alla formazione di uno zigote, che dà origine a un nuovo organismo, si chiama fecondazione.
Esiste la fecondazione esterna, in cui avviene l'incontro tra sperma e ovuli ambiente esterno, E fecondazione interna, in cui l'incontro tra sperma e ovuli avviene nel tratto genitale femminile.
Molto spesso, lo sperma è completamente retratto nell'uovo; a volte il flagello rimane all'esterno e viene scartato. Dal momento in cui lo sperma penetra nell'ovulo, i gameti cessano di esistere, poiché formano un'unica cellula: lo zigote. A seconda del numero di spermatozoi che penetrano nell'ovulo durante la fecondazione, si distinguono: monospermia - fecondazione in cui solo uno spermatozoo penetra nell'ovulo (la fecondazione più comune) e polispermia - fecondazione in cui diversi spermatozoi penetrano nell'ovulo. Ma anche in questo caso, il nucleo di uno solo degli spermatozoi si fonde con il nucleo dell'uovo e i nuclei rimanenti vengono distrutti.
Meiosi
Prima divisione meiotica.
1. Profase I.
Spirale dei cromosomi. Si può distinguere che ciascun cromosoma è costituito da due cromatidi collegati tra loro al centromero.
I cromosomi omologhi si avvicinano l'uno all'altro, si collegano per tutta la loro lunghezza e si attorcigliano: questo processo è chiamato coniugazione. Successivamente avviene uno scambio di regioni identiche o omologhe (scambio genetico) – incrocio.
Dopo la coniugazione i cromosomi si separano.
2. Metafase I.
I cromosomi sono attaccati ai filamenti del fuso tramite i loro centromeri e si trovano sul piano equatoriale.
3. Anafase I.
Ai poli della cellula vanno le metà di ciascun cromosoma, compreso ciascun cromosoma, che include un cromatide, come nella mitosi, e interi cromosomi, ciascuno dei quali è costituito da 2 cromatidi. Di conseguenza, solo uno per ciascuna coppia di cromosomi omologhi entra nella cellula figlia.
Il numero di cromosomi diminuisce della metà, il corredo cromosomico diventa aploide.
4. Telofase I.
SU a lungo si forma un involucro nucleare. Poiché i singoli cromosomi delle cellule figlie aploidi continuano a essere duplicati, non si verificano duplicazioni del DNA durante l'interfase tra la prima e la seconda divisione meiotica. Le cellule si formano come risultato della 1a divisione della maturazione, differendo nella composizione dei cromosomi paterni e materni e, quindi, nell'insieme dei geni.
Ad esempio, tutte le cellule umane, comprese le cellule germinali primordiali, contengono 46 cromosomi. Di questi, 23 sono stati ricevuti dal padre e 23 dalla madre. Dopo la prima divisione meiotica, solo 23 cromosomi entrano negli spermatociti e negli ovociti: un cromosoma per ciascuna coppia di cromosomi omologhi. Tuttavia, a causa della casualità della divergenza dei cromosomi paterni e materni nell'anafase I, le cellule risultanti ricevono un'ampia varietà di combinazioni di cromosomi parentali. Ad esempio, uno di essi può avere 3 cromosomi paterni e 20 materni, un altro 10 paterni e 12 materni, un terzo 20 paterni e 3 materni, ecc. Il numero di combinazioni possibili è molto ampio.
Quindi, meiosi – la base della variabilità genotipica combinatoria.
Seconda divisione meiotica.
In generale, procede allo stesso modo della normale divisione mitotica, con la sola differenza che la cellula che si divide è aploide.
Profase II
I cromosomi si muovono a spirale e si forma un fuso.
Metafase II
I cromosomi si trovano nel piano equatoriale della cellula, i filamenti del fuso sono attaccati ai centomeri.
Anafase II.
I cromatidi si muovono verso i poli della cellula.
Fase termica II.
Quello. Dalla cellula germinale primaria originale si sono formate quattro cellule aploidi con un set cromosomico.
L'essenza del periodo di maturazione è che nelle cellule germinali il numero di cromosomi è dimezzato.
Il significato biologico della 2a divisione meiotica è che la quantità di DNA viene allineata al corredo cromosomico.
Nei maschi Tutte e quattro le cellule aploidi si formano a seguito della meiosi e vengono successivamente trasformate in gameti: sperma.
Nelle femmine A causa della meiosi irregolare, solo una cellula produce un uovo vitale. Le altre tre cellule sono molto più piccole e si trasformano nelle cosiddette cellule direttrici o riducenti, che presto muoiono. Il significato biologico di ciò è la necessità di preservare in una cellula tutti i nutrienti di riserva che saranno necessari per lo sviluppo del futuro embrione.
1.Che tipo di riproduzione è chiamata sessuale?
2.Quali sono i vantaggi della riproduzione sessuale rispetto alla riproduzione asessuata?
3.Quali sono le fasi principali della formazione degli ovociti e degli spermatozoi?
4.Nominare le caratteristiche distintive della meiosi e della mitosi.
5.Quale processo si chiama coniugazione?
6.Quale processo è chiamato crossover?
7.Che cos'è? significato biologico meiosi?
Argomento 15. Sviluppo individuale organismi: periodo embrionale
Qual è il significato biologico della mitosi
Svetlana Syshchenko
Stabilità genetica. Come risultato della mitosi si ottengono due nuclei, ciascuno contenente lo stesso numero di cromosomi presenti nel nucleo genitore. Questi cromosomi derivano dai cromosomi dei genitori attraverso una precisa replicazione del DNA, quindi i loro geni contengono esattamente le stesse informazioni ereditarie. Le cellule figlie sono geneticamente identiche alla cellula madre, quindi la mitosi non può apportare alcuna modifica alle informazioni genetiche. Pertanto, le popolazioni cellulari (cloni) derivate dalle cellule parentali sono geneticamente stabili.
Altezza. Come risultato della mitosi, il numero di cellule nel corpo aumenta (un processo noto come iperplasia), che è uno dei principali meccanismi di crescita.
Riproduzione asessuata, rigenerazione e ricambio cellulare. Molte specie di animali e piante si riproducono asessualmente utilizzando la sola divisione cellulare mitotica. Inoltre, la mitosi garantisce la rigenerazione delle parti perdute (ad esempio, le zampe dei crostacei) e la sostituzione cellulare, che avviene in un modo o nell'altro in tutti gli organismi multicellulari.
Angelina
MITOSI: la forma principale divisione cellulare, la cui essenza è la distribuzione uniforme dei cromosomi tra le cellule figlie; la divisione cellulare è asessuata (cellule somatiche), si formano due cellule figlie con un insieme di cromosomi 2n
Scrivi qual è l'essenza della mitosi. Qual è il suo significato biologico?
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La componente più importante ciclo cellulareè il ciclo mitotico (proliferativo). È un complesso di fenomeni interrelati e coordinati durante la divisione cellulare, così come prima e dopo di essa. Il ciclo mitotico è un insieme di processi che si verificano in una cellula da una divisione alla successiva e terminano con la formazione di due cellule della generazione successiva. Inoltre nel concetto di ciclo vitale rientrano anche il periodo durante il quale la cellula svolge le sue funzioni e periodi di riposo. In questo momento, l'ulteriore destino della cellula è incerto: la cellula può iniziare a dividersi (entrare nella mitosi) o iniziare a prepararsi per svolgere funzioni specifiche.
La conoscenza biologica della mitosi è che essa garantisce la trasmissione ereditaria di caratteristiche e proprietà in una serie di generazioni cellulari durante lo sviluppo di un organismo multicellulare. A causa della distribuzione precisa e uniforme dei cromosomi durante la mitosi, tutte le cellule di un singolo organismo sono geneticamente identiche.
Divisione mitotica cellule è alla base di tutte le forme di riproduzione asessuata sia negli organismi unicellulari che multicellulari. La mitosi determina i fenomeni più importanti funzioni vitali: crescita, sviluppo e ripristino di tessuti e organi e riproduzione asessuata organismi.
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Irina
Qual è l'essenza della mitosi? qual è il suo significato biologico?
La metosi è la forma principale di divisione cellulare, la cui essenza è la distribuzione uniforme dei cromosomi tra le cellule figlie. Significato biologico della metosi. La metosi è alla base della crescita e della riproduzione vegetativa di tutti gli organismi che hanno un nucleo enucriotico. Garantisce la costanza del numero di cromosomi in tutte le cellule del corpo.
Lavoro del corso
Nella disciplina "Genetica Molecolare"
Sul tema: “Mitosi e meiosi: caratteristiche, ruoli genetici,
Significati biologici"
COMPLETATO:
Studente del 2° anno della Facoltà di Biologia
dipartimento a tempo parziale
Churagulov Artem Zamirovich
CONTROLLATO:
Professore assistente; K.B.N.
Nadyrshina Dina Dayanovna
introduzione
1. Amitosi…………………..………. 4
2. Mitosi……………………..…………. 6 3. Meiosi……………………...10 4. Mitosi. Il suo significato biologico………………...………………..13
5. Meiosi. Il suo significato biologico…………….13
6. Ruolo genetico della mitosi e della meiosi……………..15
Conclusione
Bibliografia
Appendice n. 1
Appendice n. 2
INTRODUZIONE
La divisione cellulare fu descritta per la prima volta nel 1824 dagli scienziati francesi J.-L. Prevost e J.‑B. Dumas, che osservò la frammentazione delle uova negli animali, ma la loro scoperta non fu apprezzata dai contemporanei. Nella seconda metà degli anni '70 del XIX secolo seguirono una serie di lavori di E. Strassburger e dei suoi studenti, che descrissero le singole fasi della divisione cellulare, W. Flemming, che scoprì diversi tipi di divisione nucleare, e altri ricercatori, compreso lo scienziato russo I.D. Chistyakova. Il termine “mitosi” appartiene a V. Flemming. Tutte le forme di vita cellulare sulla Terra possono essere divise in due superregni in base alla struttura delle cellule che li costituiscono:
I procarioti (prenucleari) hanno una struttura più semplice e sono sorti prima nel processo di evoluzione;
Eucarioti (nucleari) - più complessi, sorti più tardi. Le cellule che compongono il corpo umano sono eucariotiche.
Nonostante la varietà delle forme, l'organizzazione delle cellule di tutti gli organismi viventi è soggetta a principi strutturali comuni.
Il contenuto della cella viene separato da ambiente membrana plasmatica o plasmalemma. All'interno della cellula è pieno di citoplasma, in cui si trovano vari organelli e inclusioni cellulari, nonché materiale genetico sotto forma di molecola di DNA. Ciascuno degli organelli cellulari esegue il proprio funzione speciale, e insieme determinano tutti l'attività vitale della cellula nel suo insieme. (Chentsov, 2004)
Il nucleo di una cellula svolge un ruolo importante nella sua vita; quando viene rimosso, la cellula cessa le sue funzioni e muore. La maggior parte delle cellule animali ha un nucleo, ma esistono anche cellule multinucleate (fegato e muscoli umani, funghi, ciliati, alghe verdi).
Amitosi
L'amitosi è la divisione diretta del nucleo, uno dei modi di divisione nucleare nei protozoi, nelle cellule vegetali e animali. L'amitosi fu descritta per la prima volta dal biologo tedesco R. Remak (1841); il termine fu proposto dall'istologo W. Flemming (1882). Durante l'amitosi, a differenza della mitosi, o divisione nucleare indiretta, la membrana nucleare e i nucleoli non vengono distrutti, il fuso di fissione non si forma nel nucleo, i cromosomi rimangono in uno stato funzionante (despiralizzato), il nucleo è allacciato o in esso appare il setto, che apparentemente è immutato; divisione del corpo cellulare: la citotomia, di regola, non si verifica; Di solito l'amitosi non garantisce una divisione uniforme del nucleo e dei suoi singoli componenti.
Lo studio dell'Amitosi è complicato dall'inattendibilità della sua definizione basata sulle caratteristiche morfologiche, poiché non tutte le costrizioni nucleari significano Amitosi; anche le costrizioni pronunciate del nucleo “a forma di manubrio” possono essere transitorie; le costrizioni nucleari possono anche essere il risultato di una precedente mitosi errata (pseudoamitosi). L'amitosi di solito segue l'endomitosi. Nella maggior parte dei casi, durante l'amitosi, si divide solo il nucleo e appare una cellula binucleare; con amitosi ripetute si possono formare cellule multinucleate. Molte cellule binucleate e multinucleate sono il risultato dell'amitosi (un certo numero di cellule binucleate si formano durante la divisione mitotica del nucleo senza divisione del corpo cellulare); contengono (in totale) set di cromosomi poliploidi.
Nei mammiferi sono noti tessuti con cellule poliploidi mononucleate e binucleate (fegato, pancreas e ghiandole salivari, sistema nervoso, epitelio della vescica, epidermide) e solo con cellule poliploidi binucleari (cellule mesoteliali, tessuti connettivi). Le cellule bi- e multinucleate differiscono dalle cellule diploidi mononucleate per le loro dimensioni maggiori, per l'attività sintetica più intensa e per un numero maggiore di cellule diverse. formazioni strutturali, compresi i cromosomi. Le cellule bi e multinucleate differiscono dalle cellule poliploidi mononucleari principalmente per la superficie nucleare più grande. Questa è la base per l'idea dell'amitosi come un modo per normalizzare le relazioni nucleo-plasma nelle cellule poliploidi aumentando il rapporto tra la superficie del nucleo e il suo volume. Durante l'amitosi la cellula conserva la sua caratteristica attività funzionale, che scompare quasi completamente durante la mitosi. In molti casi, l'amitosi e la binuclearità accompagnano i processi compensatori che si verificano nei tessuti (ad esempio durante il sovraccarico funzionale, il digiuno, dopo avvelenamento o denervazione). L'amitosi si osserva solitamente nei tessuti con ridotta attività mitotica. Questo, a quanto pare, spiega l'aumento del numero di cellule binucleate formate dall'amitosi con l'invecchiamento del corpo.L'idea dell'amitosi come forma di degenerazione cellulare non è supportata ricerca moderna. Anche la visione dell'amitosi come una forma di divisione cellulare è insostenibile; Esistono solo osservazioni isolate della divisione amitotica del corpo cellulare e non solo del suo nucleo. È più corretto considerare l'amitosi come una reazione regolatoria intracellulare. (Wilson, 1936)
MITOSI
Le cellule di un organismo multicellulare sono estremamente diverse nelle funzioni che svolgono. In base alla loro specializzazione, le cellule hanno durate diverse vita. Ad esempio, dopo il completamento del periodo embrionale di sviluppo, le cellule nervose e muscolari smettono di dividersi e di funzionare per tutta la vita dell'organismo. Cellule di altri tessuti - midollo osseo, epidermide, epitelio intestino tenue- nel processo di svolgimento della loro funzione, muoiono rapidamente e vengono sostituiti da nuovi a causa della continua riproduzione cellulare.
Così, ciclo vitale le cellule di rinnovamento dei tessuti comprendono un'attività funzionalmente attiva e un periodo di divisione. La divisione cellulare è alla base dello sviluppo e della crescita degli organismi, della loro riproduzione e garantisce anche l'autorinnovamento dei tessuti per tutta la vita dell'organismo e il ripristino della loro integrità dopo il danno.
La forma più comune di riproduzione cellulare negli organismi viventi è la divisione indiretta o mitosi. La mitosi è caratterizzata da complesse trasformazioni del nucleo cellulare, accompagnate dalla formazione di strutture cromosomiche specifiche. I cromosomi sono costantemente presenti nella cellula, ma durante il periodo tra due divisioni - interfase - si trovano in uno stato despiralizzato e quindi non sono visibili al microscopio ottico. Nell'interfase avviene la preparazione alla mitosi, che consiste principalmente nel raddoppio del DNA (riduplicazione). Viene chiamato l'insieme dei processi che si verificano durante la preparazione di una cellula per la divisione, nonché durante la mitosi stessa ciclo mitotico. La figura mostra che dopo il completamento della divisione, la cellula può entrare in un periodo di preparazione per la sintesi del DNA, indicato dal simbolo G1. In questo momento, l'RNA e le proteine vengono sintetizzati intensamente nella cellula e aumenta l'attività degli enzimi coinvolti nella sintesi del DNA. La cellula inizia quindi la sintesi del DNA. Le due eliche della vecchia molecola di DNA si separano e ciascuna diventa un modello per la sintesi di nuovi filamenti di DNA. Di conseguenza, ciascuna delle due molecole figlie include necessariamente una vecchia elica e una nuova. La nuova molecola è assolutamente identica a quella vecchia. Ciò ha un profondo significato biologico: in questo modo la continuità dell’informazione genetica viene preservata per innumerevoli generazioni di cellule. La durata della sintesi del DNA nelle diverse cellule varia e varia da diversi minuti nei batteri a 6-12 ore nelle cellule dei mammiferi. Dopo il completamento della sintesi del DNA – fase S del ciclo mitotico – la cellula non inizia immediatamente a dividersi. Il periodo che va dalla fine della sintesi del DNA all'inizio della mitosi è chiamato fase G2. Durante questo periodo, la cellula completa la preparazione per la mitosi: si accumula ATP, vengono sintetizzate le proteine del fuso dell'acromatina e i centrioli raddoppiano. Il processo di divisione cellulare mitotica stesso consiste di quattro fasi: profase, metafase, anafase e telofase. (Appendice n. 1)
Nella profase, il volume del nucleo e della cellula nel suo insieme aumenta, la cellula diventa arrotondata, la sua attività funzionale diminuisce o si ferma (ad esempio, movimento ameboide nei protozoi e nei leucociti degli animali superiori). Spesso scompaiono strutture cellulari specifiche (ciglia, ecc.). I centrioli divergono a coppie verso i poli, i cromosomi si muovono a spirale e, di conseguenza, si addensano e diventano visibili. La lettura delle informazioni genetiche dalle molecole di DNA diventa impossibile: la sintesi dell'RNA si ferma e il nucleolo scompare. I filamenti del fuso di divisione sono allungati tra i poli della cellula: si forma un apparato che garantisce la divergenza dei cromosomi ai poli della cellula. Durante la profase, i cromosomi continuano a spiraleggiare, diventando spessi e corti. Alla fine della profase, la membrana nucleare si disintegra e i cromosomi appaiono sparsi in modo casuale nel citoplasma. (Chentsov, 2004)
Nella metafase, la spiralizzazione cromosomica raggiunge il suo massimo e i cromosomi accorciati si precipitano verso l'equatore della cellula, situato ad uguale distanza dai poli. Si forma una placca equatoriale o metafase. In questa fase della mitosi, la struttura dei cromosomi è chiaramente visibile, è facile contarli e studiarne le caratteristiche individuali.
Ogni cromosoma ha una regione di costrizione primaria: il centromero, a cui sono attaccati il filo del fuso e le braccia durante la mitosi. Nella fase metafase, il cromosoma è costituito da due cromatidi, collegati tra loro solo nel centromero.
Tutte le cellule somatiche di qualsiasi organismo contengono un numero di cromosomi rigorosamente definito. In tutti gli organismi appartenenti alla stessa specie, il numero di cromosomi nelle cellule è lo stesso: nella mosca domestica - 12, nella Drosophila - 8, nel mais - 20, nelle fragole - 56, nei gamberi - 116, nell'uomo - 46 , negli scimpanzé , scarafaggio e pepe - 48. Come si può vedere, il numero di cromosomi non dipende dall'altezza dell'organizzazione e non sempre indica una relazione filogenetica. Il numero di cromosomi, quindi, non serve come caratteristica specie-specifica. Ma l'insieme delle caratteristiche di un corredo cromosomico (cariotipo) - forma, dimensione e numero di cromosomi - è caratteristico di una sola specie di pianta o animale. Il numero di cromosomi nelle cellule somatiche è sempre accoppiato. Ciò si spiega con il fatto che in queste cellule sono presenti due cromosomi della stessa forma e dimensione: uno proviene dall'organismo paterno, l'altro da quello materno. I cromosomi che sono identici per forma e dimensione e portano gli stessi geni sono detti omologhi. L'insieme cromosomico di una cellula somatica, in cui ciascun cromosoma ha una coppia, è chiamato insieme doppio o diploide ed è indicato con 2n. La quantità di DNA corrispondente all'insieme diploide dei cromosomi è designata come 2c. Solo uno di ciascuna coppia di cromosomi omologhi entra nelle cellule germinali, quindi l'insieme cromosomico dei gameti è chiamato singolo o aploide.
Studiare i dettagli della struttura cromosomica della piastra metafase è molto Grande importanza per la diagnosi di malattie umane causate da anomalie nella struttura dei cromosomi. (Verde et al., 1990)
Nell'anafase la viscosità del citoplasma diminuisce, i centromeri si separano e da questo momento i cromatidi diventano cromosomi indipendenti. I fili del fuso attaccati ai centromeri tirano i cromosomi verso i poli della cellula, mentre i bracci cromosomici seguono passivamente il centromero. Pertanto, in anafase, i cromatidi dei cromosomi raddoppiati in interfase divergono esattamente ai poli della cellula. In questo momento, la cellula contiene due serie diploidi di cromosomi (4n4c). (Baladin et al., 2006)
IN fase finale- telofase: i cromosomi si srotolano e si dispirano. L'involucro nucleare è formato dalle strutture della membrana del citoplasma. Negli animali la cellula viene divisa in due cellule più piccole mediante la formazione di una costrizione. Nelle piante, la membrana citoplasmatica nasce al centro della cellula e si estende fino alla periferia, dividendo la cellula a metà. Dopo la formazione di una membrana citoplasmatica trasversale in cellule vegetali appare una parete di cellulosa. Pertanto, da una cellula si formano due cellule figlie, nelle quali l'informazione ereditaria copia esattamente l'informazione contenuta nella cellula madre. A partire dalla prima divisione mitotica di un ovulo fecondato (zigote), tutte le cellule figlie risultanti dalla mitosi contengono lo stesso corredo di cromosomi e gli stessi geni. Pertanto, la mitosi è un metodo di divisione cellulare che comporta la distribuzione precisa del materiale genetico tra le cellule figlie. Come risultato della mitosi, entrambe le cellule figlie ricevono un set diploide di cromosomi. La mitosi è inibita alta temperatura, dosi elevate radiazioni ionizzanti, effetti veleni vegetali. Uno di questi veleni, la colchicina, è utilizzato in citogenetica: può essere utilizzato per fermare la mitosi nella fase della placca metafase, il che rende possibile contare il numero di cromosomi e conferire a ciascuno di essi una caratteristica individuale, cioè eseguire cariotipo.
MEIOSI
La riproduzione sessuale degli organismi viene effettuata con l'aiuto di cellule specializzate, le cosiddette. gameti: ovociti (uova) e sperma (sperma). I gameti si fondono per formare una cellula: lo zigote. Ogni gamete è aploide, cioè ha un set di cromosomi. All'interno dell'insieme, tutti i cromosomi sono diversi, ma ogni cromosoma dell'ovulo corrisponde a uno dei cromosomi dello sperma. Lo zigote, quindi, contiene già una coppia di cromosomi corrispondenti tra loro, che vengono detti omologhi. I cromosomi omologhi sono simili perché possiedono gli stessi geni o loro varianti (alleli) che determinano caratteristiche specifiche. Ad esempio, uno dei cromosomi accoppiati può avere un gene che codifica per il gruppo sanguigno A, mentre l'altro può avere una variante che codifica per il gruppo sanguigno B. I cromosomi dello zigote che originano dall'ovulo sono materni, mentre quelli che originano dallo sperma sono paterni. (Verde et al., 1990)
Come risultato di ripetute divisioni mitotiche, dallo zigote risultante nascono un organismo multicellulare o numerose cellule a vita libera, come avviene nei protozoi che hanno riproduzione sessuale e nelle alghe unicellulari.
Durante la formazione dei gameti, l'insieme diploide dei cromosomi presenti nello zigote deve essere ridotto della metà. Se ciò non accadesse, in ogni generazione la fusione dei gameti porterebbe al raddoppio dell'insieme dei cromosomi. La riduzione al numero aploide dei cromosomi avviene a seguito della divisione di riduzione, la cosiddetta. meiosi, che è una variante della mitosi. (Verde et al., 1990)
Scissione e ricombinazione. La particolarità della meiosi è che durante la divisione cellulare la placca equatoriale è formata da coppie di cromosomi omologhi e non da singoli cromosomi duplicati, come nella mitosi. I cromosomi accoppiati, ciascuno dei quali rimane singolo, divergono ai poli opposti della cellula, la cellula si divide e, di conseguenza, le cellule figlie ricevono metà del set di cromosomi rispetto allo zigote.
Ad esempio, supponiamo che il set aploide sia costituito da due cromosomi. Nello zigote (e, di conseguenza, in tutte le cellule dell'organismo che produce gameti), sono presenti i cromosomi materni A e B e i cromosomi paterni A' e B'. Durante la meiosi possono separarsi nel seguente modo:
La cosa più importante in questo esempio è il fatto che quando i cromosomi divergono, non si forma necessariamente l’insieme materno e paterno originale, ma è possibile la ricombinazione dei geni, come nei gameti AB’ e A’B nel diagramma sopra.
Supponiamo ora che una coppia di cromosomi AA' contenga due alleli - a e b - del gene che determina i gruppi sanguigni A e B. Allo stesso modo, una coppia di cromosomi BB' contiene gli alleli m e n di un altro gene che determina i gruppi sanguigni M e N.
Ovviamente, i gameti risultanti possono contenere una qualsiasi delle seguenti combinazioni di alleli dei due geni: am, bn, bm o an.
Se disponibile numero maggiore cromosomi, quindi le coppie di alleli si divideranno indipendentemente secondo lo stesso principio. Ciò significa che gli stessi zigoti possono produrre gameti con diverse combinazioni di alleli genetici e dare origine a genotipi diversi nella prole.
Divisione meiotica. Entrambi gli esempi illustrano il principio della meiosi. In realtà, la meiosi è un processo molto più complesso, poiché comporta due divisioni successive. La cosa principale nella meiosi è che i cromosomi vengono raddoppiati solo una volta, mentre la cellula si divide due volte, a seguito della quale il numero di cromosomi viene ridotto e il set diploide si trasforma in aploide.
Durante la profase della prima divisione, i cromosomi omologhi si coniugano, cioè si uniscono a coppie. Come risultato di questo processo molto preciso, ogni gene finisce di fronte al suo omologo su un altro cromosoma. Entrambi i cromosomi poi raddoppiano, ma i cromatidi rimangono collegati tra loro da un centromero comune. (Appendice n. 2)
Nella metafase, i quattro cromatidi collegati si allineano per formare la placca equatoriale, come se fossero un cromosoma duplicato. Contrariamente a quanto accade nella mitosi, i centromeri non si dividono. Di conseguenza, ciascuna cellula figlia riceve una coppia di cromatidi ancora collegati dal centromero. Durante la seconda divisione, i cromosomi, già individuali, si allineano nuovamente, formando, come nella mitosi, una placca equatoriale, ma durante questa divisione non avviene il loro raddoppio. I centromeri poi si dividono e ciascuna cellula figlia riceve un cromatide. (Baladin et al., 2006)
Divisione citoplasmatica. Come risultato di due divisioni meiotiche di una cellula diploide, si formano quattro cellule. Quando si formano le cellule riproduttive maschili, si ottengono quattro spermatozoi approssimativamente della stessa dimensione. Quando si formano le uova, la divisione del citoplasma avviene in modo molto disomogeneo: una cellula rimane grande, mentre le altre tre sono così piccole da essere quasi interamente occupate dal nucleo. Queste piccole cellule, le cosiddette. i corpi polari servono solo ad accogliere i cromosomi in eccesso formati a seguito della meiosi. La maggior parte del citoplasma necessario per lo zigote rimane in una cellula: l'uovo.
Coniugazione e incrocio.
Questo scambio di sezioni di cromosomi omologhi è chiamato crossover. Come mostrato sopra, il crossover porta all'emergere di nuove combinazioni di alleli di geni collegati. Quindi, se i cromosomi originali avessero le combinazioni AB e ab, dopo l'incrocio conterranno Ab e aB. Questo meccanismo per l'emergere di nuove combinazioni genetiche integra l'effetto dello smistamento cromosomico indipendente che si verifica durante la meiosi. La differenza è che l'incrocio separa i geni sullo stesso cromosoma, mentre l'ordinamento indipendente separa solo i geni su cromosomi diversi.
MITOSI. IL SUO SIGNIFICATO BIOLOGICO.
Garantisce una distribuzione uniforme della cromatina tra le cellule figlie. La mitosi consiste nella cariogenesi - divisione del nucleo, citogenesi - divisione del citoplasma. Esistono 2 fasi principali: interfase e mitosi intrinseca.
Nell'interfase si accumulano proteine, RNA e altri prodotti; Il DNA viene sintetizzato e i cromosomi si autoduplicano; La sintesi del DNA e delle proteine continua e l’energia si accumula.
Profase– i cromosomi sono un groviglio di filamenti di cromatina lunghi e sottili, il nucleolo è distrutto, i filamenti del fuso sono attaccati ai centrioli, che si sono separati e si trovano ai poli opposti della cellula, la membrana nucleare della cellula è distrutta.
Metafase(stella madre) - ispessimento, spiralizzazione dei cromosomi, loro movimento nella cavità equatoriale della cellula.
Anafase(stella figlia) - divisione, raddoppio dei cromosomi in cromatidi, che divergono ai poli opposti della cellula.
Telofase– i cromatidi fratelli raggiungono i poli opposti e despirano – 2 nuclei figli, avviene la divisione del citoplasma, formazione delle membrane cellulari. Significato: distribuzione precisa dei cromosomi tra 2 cellule figlie; vengono preservate la continuità dell'insieme cromosomico in un certo numero di generazioni cellulari e l'utilità dell'informazione genetica di ciascuna cellula.
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Consiste nel fatto che la mitosi garantisce la trasmissione ereditaria di caratteristiche e proprietà in un numero di generazioni di cellule durante lo sviluppo di un organismo multicellulare. A causa della distribuzione precisa e uniforme dei cromosomi durante la mitosi, tutte le cellule di un singolo organismo sono geneticamente identiche.
La divisione cellulare mitotica è alla base di tutte le forme di riproduzione asessuata sia negli organismi unicellulari che multicellulari. La mitosi determina i fenomeni più importanti della vita: crescita, sviluppo e ripristino di tessuti e organi e riproduzione asessuata degli organismi.
In ogni fase si verificano alcune trasformazioni strutturali.
Profase caratterizzato cambiamenti morfologici nucleo e citoplasma. Nel nucleo avviene: la condensazione della cromatina e la formazione di cromosomi costituiti da due cromatide, scomparsa del nucleolo, disintegrazione del cariolemma in vescicole separate. Nel citoplasma c'è duplicazione(raddoppio) dei centrioli e la loro divergenza ai poli opposti della cellula, la formazione di un fuso dai microtubuli, la riproduzione del reticolo endoplasmatico granulare, nonché una diminuzione del numero di ribosomi liberi e attaccati.
In metafase si verifica la formazione di una placca metafase, o stella madre, separazione incompleta dei cromatidi fratelli l'uno dall'altro.
L'anafase è caratterizzata completa separazione (divergenza) dei cromatidi e formazione di due equivalenti insiemi diploidi cromosomi, la divergenza dei cromosomi ai poli del fuso mitotico e la divergenza dei poli stessi.
La telofase è caratterizzata decondensazione dei cromosomi di ciascun set cromosomico, formazione di una membrana nucleare da vescicole, citotomia, costrizione di una cellula binucleare in due cellule figlie indipendenti e comparsa di un nucleolo nei nuclei delle cellule figlie.
Nella profase, i centrioli sono chiaramente visibili: formazioni situate nel centro della cellula e che svolgono un ruolo nella divisione dei cromosomi figli degli animali. (Ricordiamo che le piante superiori non hanno centrioli al centro della cellula, che organizza la divisione cromosomica.) Considereremo la mitosi usando l'esempio di una cellula animale, poiché la presenza di centrioli rende più visivo il processo di divisione cellulare. I centrioli si dividono e si spostano verso poli diversi della cellula. I microtubuli si estendono dai centrioli, formando i filamenti del fuso, che regolano la divergenza dei cromosomi ai poli della cellula in divisione.
La morfologia dei cromosomi mitotici viene studiata al meglio nel momento della loro massima condensazione, in metafase e all'inizio dell'anafase. I cromosomi in questo stato sono strutture a forma di bastoncino di varia lunghezza con uno spessore abbastanza costante. Sulla maggior parte dei cromosomi è facile trovare la zona costrizione primaria(centromero), che divide il cromosoma in due bracci (Fig. 22). I cromosomi con bracci uguali o quasi uguali sono detti metacentrici, mentre quelli con bracci di lunghezza diversa sono detti submetacentrici. I cromosomi a forma di bastoncello con un secondo braccio molto corto, quasi impercettibile, sono chiamati acrocentrici.
Nell'area della costrizione primaria si trova cinetocore. Durante la mitosi, da questa zona si estendono i microtubuli del fuso cellulare, associati al movimento dei cromosomi durante la divisione cellulare. Anche alcuni cromosomi ce l'hanno costrizioni secondarie, situato vicino a una delle estremità del cromosoma e che separa una piccola sezione - un satellite del cromosoma. Vengono chiamate anche costrizioni secondarie organizzatori nucleolari(vedi lezione precedente), poiché è su queste regioni dei cromosomi che avviene la formazione del nucleolo in interfase. In questi luoghi è localizzato il DNA responsabile della sintesi dell'RNA ribosomiale.
Estremità dei bracci cromosomici telomeri- sezioni finali. Le regioni telomeriche dei cromosomi sono caratterizzate dall'assenza della capacità di connettersi con altri cromosomi o dei loro frammenti ed eseguire funzione protettiva. Ad ogni ciclo di divisione, i telomeri della cellula si accorciano a causa dell'incapacità della DNA polimerasi di sintetizzare una copia del DNA dall'estremità. Questo fenomeno è chiamato sottoreplicazione terminale ed è uno dei i fattori più importanti biologico invecchiamento. Enzima speciale telomerasi utilizzando il proprio modello di RNA, completa le ripetizioni telomeriche e allunga i telomeri. La telomerasi è bloccata nella maggior parte delle cellule differenziate, ma è attiva nelle cellule staminali e germinali.
Meiosi
L'evento centrale della gametogenesi è forma speciale divisione cellulare - meiosi. A differenza della mitosi diffusa, che mantiene un numero diploide costante di cromosomi nelle cellule, la meiosi porta alla formazione di gameti aploidi da cellule diploidi. Durante la successiva fecondazione, i gameti formano un organismo di nuova generazione con cariotipo diploide ( p.s + p.s == 2N 2C). Questo è il significato biologico più importante della meiosi, che è nata e si è affermata nel processo di evoluzione in tutte le specie che si riproducono sessualmente (vedi sezione 3.6.2.2).
La meiosi è costituita da due divisioni che si susseguono rapidamente, verificandosi durante il periodo di maturazione. Il raddoppio del DNA per queste divisioni avviene una volta durante il periodo di crescita. La seconda divisione meiotica segue quasi immediatamente la prima, per cui nell'intervallo tra le due non viene sintetizzato il materiale ereditario (Fig. 5.5).
La prima divisione meiotica è chiamata riduzione poiché porta alla formazione di cellule diploidi (2 P 2Con) cellule aploidi P 2Con. Questo risultato è garantito dalle peculiarità della profase della prima divisione della meiosi. Nella profase I della meiosi, così come nella mitosi ordinaria, si osserva un imballaggio compatto del materiale genetico (spiralizzazione cromosomica). Allo stesso tempo si verifica un evento assente nella mitosi: i cromosomi omologhi si coniugano tra loro, cioè sono molto approssimati dalle aree corrispondenti.
Come risultato della coniugazione, si formano coppie di cromosomi o bivalenti, numero P. Poiché ogni cromosoma che entra nella meiosi è costituito da due cromatidi, il bivalente contiene quattro cromatidi. La formula del materiale genetico nella profase I rimane 2 N 4C. Verso la fine della profase, i cromosomi nei bivalenti, fortemente a spirale, si accorciano. Come nella mitosi, nella profase I della meiosi inizia la formazione del fuso, con l'aiuto del quale il materiale cromosomico verrà distribuito tra le cellule figlie (Fig. 5.5).
Riso. 5.5. Fasi della meiosi
I cromosomi paterni sono indicati in nero, i cromosomi materni non sono colorati. La figura non mostra la metafase I, in cui i bivalenti si trovano nel piano equatoriale del fuso, e la telofase I, che si trasforma rapidamente in profase II
I processi che si verificano nella profase I della meiosi e che ne determinano i risultati determinano la durata più lunga di questa fase di divisione rispetto alla mitosi e consentono di distinguere diverse fasi al suo interno (Fig. 5.5).
Leptotene - maggior parte fase iniziale profase I della meiosi, in cui inizia la spiralizzazione dei cromosomi, che diventano visibili al microscopio come fili lunghi e sottili. Zigotene caratterizzato dall'inizio della coniugazione di cromosomi omologhi, che sono uniti dal complesso sinaptonemico in un bivalente (Fig. 5.6). Pachitena - lo stadio in cui, sullo sfondo della continua spirale dei cromosomi e del loro accorciamento, si verifica tra cromosomi omologhi attraversando - incrocio con lo scambio delle sezioni corrispondenti. Diplotena caratterizzato dall'emergere di forze repulsive tra cromosomi omologhi, che iniziano ad allontanarsi l'uno dall'altro principalmente nella regione del centromero, ma rimangono collegati nelle aree del passato attraversamento - chiasmach(Fig. 5.7).
Diacinesi - lo stadio finale della profase I della meiosi, in cui i cromosomi omologhi sono tenuti insieme solo in singoli punti dei chiasmi. I bivalenti assumono la forma bizzarra di anelli, croci, otto, ecc. (Fig. 5.8).
Pertanto, nonostante le forze repulsive che insorgono tra i cromosomi omologhi, nella profase I non avviene la distruzione finale dei bivalenti. Una caratteristica della meiosi nell'oogenesi è la presenza di uno stadio speciale - dictyoten, assente nella spermatogenesi. In questa fase, raggiunta negli esseri umani durante l'embriogenesi, i cromosomi hanno assunto una forma speciale forma morfologica Le "spazzole per lampade" impediscono per molti anni qualsiasi ulteriore modifica strutturale. Quando il corpo femminile raggiunge l'età riproduttiva, sotto l'influenza dell'ormone luteinizzante della ghiandola pituitaria, di regola, un ovocita al mese riprende la meiosi.
IN metafase I La meiosi completa la formazione del fuso. I suoi fili sono attaccati ai centromeri dei cromosomi, uniti in bivalenti, in modo tale che da ciascun centromero solo un filo va a uno dei poli del fuso. Di conseguenza, i fili associati ai centromeri dei cromosomi omologhi, dirigendosi verso poli diversi, stabiliscono posizioni bivalenti nel piano equatoriale del fuso.
IN anafase I Durante la meiosi, i legami tra i cromosomi omologhi nei bivalenti si indeboliscono e si allontanano gli uni dagli altri, dirigendosi verso poli diversi del fuso. In questo caso, a ciascun polo va un insieme aploide di cromosomi, costituito da due cromatidi (vedi Fig. 5.5).
IN telofase Nella meiosi I, ai poli del fuso viene assemblato un singolo insieme aploide di cromosomi, ciascuno dei quali contiene il doppio della quantità di DNA.
La formula del materiale genetico delle cellule figlie risultanti corrisponde a P 2Con.
Seconda meiotica (equazionale) divisione porta alla formazione di cellule in cui il contenuto di materiale genetico nei cromosomi corrisponderà alla loro struttura a filamento singolo p.s(vedi Fig. 5.5). Questa divisione procede come la mitosi, solo le cellule che vi entrano portano un insieme aploide di cromosomi. Nel processo di tale divisione, i cromosomi materni a doppio filamento, dividendosi, formano quelli figli a filamento singolo.
Uno dei compiti principali della meiosi è creazione di cellule con un insieme aploide di cromosomi a filamento singolo - si ottiene a causa di una singola duplicazione del DNA per due successive divisioni meiotiche, nonché a causa della formazione di coppie di cromosomi omologhi all'inizio della prima divisione meiotica e della loro ulteriore divergenza nelle cellule figlie.
Anche i processi che si verificano nella divisione di riduzione forniscono una conseguenza altrettanto importante: diversità genetica dei gameti, formato dal corpo. Tali processi includono incrocio, divergenza di cromosomi omologhi in gameti diversi E comportamento indipendente dei bivalenti nella prima divisione meiotica(vedere sezione 3.6.2.3).
Attraversando assicura la ricombinazione degli alleli paterni e materni in gruppi di collegamento (vedi Fig. 3.72). A causa del fatto che può verificarsi un incrocio cromosomico aree diverse, l'incrocio porta in ogni singolo caso allo scambio di materiale genetico in quantità variabili. È inoltre necessario notare la possibilità che si verifichino diversi crossover tra due cromatidi (Fig. 5.9) e la partecipazione allo scambio di più di due cromatidi bivalenti (Fig. 5.10). Le caratteristiche note del crossover rendono questo processo meccanismo efficace ricombinazione degli alleli.
Divergenza di cromosomi omologhi in gameti diversi nel caso dell'eterozigosi porta alla formazione di gameti che differiscono negli alleli dei singoli geni (vedi Fig. 3.74).
Disposizione casuale dei bivalenti nel piano equatoriale del fuso e loro successiva divergenza nell'anafase I la meiosi garantisce la ricombinazione dei gruppi di collegamento parentale nell'insieme aploide dei gameti (vedi Fig. 3.75).
La risposta è 25! I tessuti come sistemi di cellule e loro derivati sono uno dei livelli gerarchici di organizzazione degli esseri viventi. Le cellule come elementi principali del tessuto. Strutture non cellulari: simplasti e sostanza intercellulare come derivati delle cellule. Sincizi. Concetto di popolazioni cellulari. Differenti. Modelli di origine ed evoluzione dei tessuti, teoria del parallelismo di A.A. Zavarzin e evoluzione divergente di N.G. Khlopin, la loro sintesi all'attuale livello di sviluppo scientifico.
Il tessuto è un sistema di cellule e strutture non cellulari storicamente (filogeneticamente) sviluppato, che ha una struttura comune, e talvolta un'origine, ed è specializzato per svolgere determinate funzioni. Il tessuto è un nuovo livello (dopo le cellule) di organizzazione della materia vivente.
Componenti strutturali tessuti: cellule, derivati cellulari, sostanza intercellulare.
Data aggiunta: 2015-05-19 | Visualizzazioni: 690 | Violazione del copyright
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