Mitozes bioloģiskā nozīme daudzšūnu organismiem. Vārda Mitoze nozīme

"Ievads vispārējā bioloģijā un ekoloģijā. 9. klase." A.A. Kamenskis (GDZ)

Mitoze (kariokinēze) - netieša šūnu dalīšanās

1. jautājums. Kāda ir mitozes bioloģiskā nozīme?
Mitozes bioloģiskā nozīme.
Mitozes rezultātā veidojas divas meitas šūnas ar tādu pašu hromosomu komplektu kā mātes šūna. Mitozes nozīme:
1. Ģenētiskā stabilitāte, jo replikācijas rezultātā veidojas hromatīdi, t.i. viņu iedzimtā informācija ir identiska mātei.
2. Organismu augšana, jo Mitozes rezultātā palielinās šūnu skaits.
3. Aseksuāla vairošanās – daudzas augu un dzīvnieku sugas vairojas mitotiski daloties.
4. Šūnu reģenerācija un aizstāšana notiek ar mitozes palīdzību.

2. jautājums. Kādas fāzes ietver mitoze?
Mitoze (kariokinēze) ir netieša šūnu dalīšanās, kurā izšķir šādas fāzes: profāze, metafāze, anafāze un telofāze.
1. Profāzi raksturo:
1) hromonemas veido spirāli, sabiezē un saīsina.
2) izzūd nukleoli, t.i. Kodola hromonema ir iesaiņota hromosomās, kurām ir sekundāra sašaurināšanās, ko sauc par nukleolāro organizētāju.
3) citoplazmā veidojas divi šūnu centri (centrioli) un veidojas vārpstas pavedieni.
4) profāzes beigās kodola membrāna sadalās un hromosomas nonāk citoplazmā. Profāzes hromosomu komplekts ir 2n4c.
2. Metafāzi raksturo:
1) hromosomu centromēriem tiek pievienoti vārpstas pavedieni, un hromosomas sāk kustēties un sarindojas šūnas ekvatorā.
2) metafāzi sauc par “šūnas pasi”, jo Ir skaidri redzams, ka hromosoma sastāv no diviem hromatīdiem. Hromosomas ir maksimāli spiralizētas, hromatīdi sāk atgrūst viens otru, bet joprojām ir savienoti centromērā. Šajā posmā tiek pētīts šūnu kariotips, jo skaidri redzams hromosomu skaits un forma. Fāze ir ļoti īsa.
Metafāzes hromosomu komplekts ir 2n4c.
3. Anafāzi raksturo:
1) hromosomu centromēri sadalās un māsas hromatīdi pārvietojas uz šūnas poliem un kļūst par neatkarīgiem hromatīdiem, kurus sauc par meitas hromosomām. Katrā šūnas polā atrodas diploīds hromosomu komplekts.
Anafāzes hromosomu komplekts ir 4n4c.
4. Telofāzi raksturo:
Vienas hromatīdas hromosomas iziet despirālē pie šūnu poliem, veidojas nukleoli un atjaunojas kodola membrāna.
Telofāzes hromosomu komplekts ir 2n2c.
4. Telofāze beidzas ar citokinēzi. Citokinēze- citoplazmas dalīšanas process starp divām meitas šūnām. Citokinēze augos un dzīvniekos notiek atšķirīgi.
Dzīvnieka šūnā. Šūnas ekvatorā parādās gredzenveida sašaurinājums, kas padziļina un pilnībā sašņorē šūnas ķermeni. Rezultātā veidojas divas jaunas šūnas, kas ir uz pusi mazākas par mātes šūnu. Konstrikcijas zonā ir daudz aktīna, t.i. Mikrofilamentiem ir nozīme kustībā. Citokinēze notiek sašaurināšanās rezultātā.
IN augu šūna. Pie ekvatora, šūnas centrā, Golgi kompleksa diktiosomu pūslīšu uzkrāšanās rezultātā veidojas šūnas plāksne, kas aug no centra uz perifēriju un noved pie mātes šūnas dalīšanās divas šūnas. Pēc tam starpsiena sabiezē celulozes nogulsnēšanās dēļ, veidojot šūnu sieniņu. Citokinēze notiek caur starpsienu.

3. jautājums. Kas ir DNS reduplikācija?
Reduplikācija ir DNS molekulas dubultošanās starpfāzes laikā. Fermenta ietekmē tiek pārtrauktas ūdeņraža saites starp komplementārām slāpekļa bāzēm. Virzieni, kas veido DNS dubulto spirāli, attālinās. No brīvajiem nukleotīdiem saskaņā ar komplementaritātes principu tiek pabeigtas iegūto DNS virkņu otrās ķēdes. Rezultātā no vienas mātes molekulas rodas divas identiskas meitas DNS molekulas.

4. jautājums. Kas notiek starpfāzē, lai sagatavotos šūnu dalīšanai?
Starpfāzes laikā šūna tiek intensīvi sagatavota dalīšanai, kas sastāv no sekojošām darbībām:
Notiek DNS reduplikācija;
palielinās daudzu organellu skaits, ieskaitot mitohondrijus, centriolus un citus;
ATP tiek sintezēts un uzglabāts, kas nepieciešams turpmākajiem dalīšanas procesiem.
5. jautājums. Kādā fāzē dalās šūnas citoplazma?
Citokinēze– citoplazmas dalīšanās process starp divām meitas šūnām notiek mitozes pēdējā fāzē – telofāzē.

28. Mitoze, tās bioloģiskā nozīme.

Šūnu cikla vissvarīgākā sastāvdaļa ir mitotiskais (proliferatīvais) cikls. Tas ir savstarpēji saistītu un koordinētu parādību komplekss šūnu dalīšanās laikā, kā arī pirms un pēc tās. Mitotiskais cikls- tas ir procesu kopums, kas notiek šūnā no viena dalījuma uz nākamo un beidzas ar divu nākamās paaudzes šūnu veidošanos. Turklāt dzīves cikla jēdziens ietver arī periodu, kurā šūna veic savas funkcijas, un atpūtas periodus. Šobrīd tālākais šūnu liktenis ir neskaidrs: šūna var sākt dalīties (ieiet mitozē) vai sākt gatavoties konkrētu funkciju veikšanai.

Galvenie mitozes posmi.

1. Mātes šūnas ģenētiskās informācijas reduplikācija (pašdublēšanās) un vienmērīga tās sadale starp meitas šūnām. To pavada izmaiņas hromosomu struktūrā un morfoloģijā, kurās koncentrējas vairāk nekā 90% no eikariotu šūnas informācijas.

2. Mitotiskais cikls sastāv no četriem secīgiem periodiem: presintētiskā (vai postmitotiskā) G1, sintētiskā S, postsintētiskā (vai premitotiskā) G2 un pašas mitozes. Tie veido autokatalītisko starpfāzi (sagatavošanās periods).

Šūnu cikla fāzes:

1) presintētisks (G1). Rodas tūlīt pēc šūnu dalīšanās. DNS sintēze vēl nav notikusi. Šūna aktīvi aug izmēros, uzglabājot sadalīšanai nepieciešamās vielas: proteīnus (histonus, strukturālos proteīnus, fermentus), RNS, ATP molekulas. Notiek mitohondriju un hloroplastu (t.i., pašatražoties spējīgu struktūru) dalīšanās. Starpfāzu šūnas organizatoriskās iezīmes tiek atjaunotas pēc iepriekšējā dalījuma;

2) sintētiskais (S). Ģenētiskais materiāls tiek dublēts DNS replikācijas ceļā. Tas notiek daļēji konservatīvi, kad DNS molekulas dubultspirāle sadalās divās ķēdēs un katrā no tām tiek sintezēta komplementāra ķēde.

Rezultāts ir divas identiskas DNS dubultspirāles, no kurām katra sastāv no vienas jaunas un vienas vecās DNS virknes. Iedzimtā materiāla daudzums dubultojas. Turklāt RNS un olbaltumvielu sintēze turpinās. Arī neliela daļa mitohondriju DNS veic replikāciju (galvenā daļa no tās tiek replikēta G2 periodā);

3) postsintētiskais (G2). DNS vairs netiek sintezēts, bet tiek laboti (remonti) tās sintēzes laikā S periodā radušies defekti. Enerģija un barības vielas, turpinās RNS un proteīnu (galvenokārt kodolenerģijas) sintēze.

S un G2 ir tieši saistīti ar mitozi, tāpēc dažreiz tie tiek iedalīti atsevišķā periodā - preprofāzē.

Pēc tam notiek mitoze, kas sastāv no četrām fāzēm. Sadalīšanas process ietver vairākas secīgas fāzes un ir cikls. Tās ilgums ir mainīgs un svārstās no 10 līdz 50 stundām vairumā šūnu Cilvēka ķermeņa šūnās pašas mitozes ilgums ir 1-1,5 stundas, G2 starpfāzes periods ir 2-3 stundas, starpfāzes S periods ir 6-10. stundas .

Bioloģiskā nozīme mitoze

∙ Mitoze ir visu organismu, kuriem ir kodols - eikariotu, augšanas un veģetatīvās vairošanās pamatā.

∙ Pateicoties mitozei, šūnu paaudzēs tiek uzturēts nemainīgs hromosomu skaits, t.i. meitas šūnas saņem to pašu ģenētisko informāciju, kas bija mātes šūnas kodolā.

∙ Mitoze nosaka svarīgākās dzīves parādības: audu un orgānu augšanu, attīstību un atjaunošanos un aseksuāla reprodukcija organismiem.

∙ Aseksuāla vairošanās, zaudēto daļu reģenerācija, šūnu aizstāšana daudzšūnu organismos

Ģenētiskā stabilitāte - nodrošina somatisko šūnu kariotipa stabilitāti vienas paaudzes dzīves laikā (t.i., visā organisma dzīves laikā.

29. Meiotiskais iedalījums, tā pazīmes, 1.profāzes posmu raksturojums.

Gametoģenēzes centrālais notikums ir īpaša formašūnu dalīšanās - mejoze. Atšķirībā no plaši izplatītās mitozes, kas saglabā nemainīgu diploīdu hromosomu skaitu šūnās, mejoze izraisa haploīdu gametu veidošanos no diploīdām šūnām. Turpmākās apaugļošanas laikā gametas veido jaunas paaudzes organismu ar diploīdu kariotipu (ps + ps == 2n2c). Šī ir vissvarīgākā mejozes bioloģiskā nozīme, kas radās un nostiprinājās evolūcijas procesā visās sugās, kas vairojas seksuāli.

Mejoze sastāv no diviem dalījumiem, kas ātri seko viens otram un notiek nobriešanas periodā. DNS dubultošanās šiem dalījumiem notiek vienu reizi augšanas periodā. Otrais meiotiskais dalījums seko pirmajam gandrīz uzreiz, lai intervālā starp tiem netiktu sintezēts iedzimtais materiāls (5.5. att.).

Pirmais meiotiskais dalījums To sauc par reducēšanu, jo tas noved pie haploīdu n2c šūnu veidošanās no diploīdām šūnām (2n2c). Šāds rezultāts tiek nodrošināts, pateicoties pirmās mejozes dalīšanas profāzes īpatnībām. Mejozes I fāzē, kā arī parastajā mitozē tiek novērota kompakta ģenētiskā materiāla iesaiņošana (hromosomu spiralizācija). Tajā pašā laikā notiek notikums, kura mitozē nav: homologās hromosomas konjugējas viena ar otru, t.i. ir cieši tuvināti atbilstošie apgabali.

Konjugācijas rezultātā veidojas hromosomu pāri jeb bivalenti. Tā kā katra hromosoma, kas nonāk meiozē, sastāv no divām hromatīdām, divvērtīgā satur četras hromatīdas. Ģenētiskā materiāla formula I fāzē paliek 2n4c. Profāzes beigās hromosomas divvērtīgajās spirālēs saīsinās. Tāpat kā mitozē, arī mejozes I fāzē sākas vārpstas veidošanās, ar kuras palīdzību hromosomu materiāls tiks sadalīts starp meitas šūnām (5.5. att.).

Mejozes I fāzē notiekošie procesi un tās rezultātu noteikšana nosaka šīs dalīšanās fāzes ilgāku ilgumu salīdzinājumā ar mitozi un ļauj izdalīt vairākus posmus tās ietvaros.

Leptotens - visvairāk agrīnā stadijā mejozes I fāze, kurā sākas hromosomu spiralizācija, un tās kļūst redzamas zem mikroskopa kā gari un plāni pavedieni.

Zigotēnu raksturo konjugācijas sākums homologās hromosomas, kuras sinaptonemālais komplekss apvieno bivalentā (5.6. att.).

Pachitēns ir stadija, kurā, ņemot vērā notiekošo hromosomu spiralizāciju un to saīsināšanu, notiek šķērsošana starp homologām hromosomām - krustojums ar atbilstošu sekciju apmaiņu.

Diplotēnam raksturīgs atgrūdošu spēku rašanās starp homologām hromosomām, kuras sāk attālināties viena no otras galvenokārt centromēru apgabalā, bet paliek saistītas pagātnes krustošanās zonās - chiasmachs (5.7. att.).

Diakinēze ir meiozes I fāzes pēdējais posms, kurā homologās hromosomas tiek turētas kopā tikai atsevišķos chiasmata punktos. Bivalenti iegūst dīvainu gredzenu, krustu, astoņnieku utt. formu. (5.8. att.).

Tādējādi, neskatoties uz atgrūdošajiem spēkiem, kas rodas starp homologām hromosomām, galīgā bivalentu iznīcināšana nenotiek I fāzē. Ooģenēzes mejozes iezīme ir īpaša stadija - diktiotēna klātbūtne, kuras spermatoģenēzē nav. Šajā posmā, kas cilvēkiem ir sasniegts pat embrioģenēzē, hromosomas, ieguvušas īpašu morfoloģisku “lampu otu” formu, apstājas tālāk. strukturālās izmaiņas daudzus gadus. Sasniedzot sievietes ķermeni reproduktīvais vecums hipofīzes luteinizējošā hormona ietekmē, kā likums, viens oocīts mēnesī atsāk mejozi.

ĪPAŠĪBAS

Organismu seksuālā pavairošana tiek veikta ar specializētu šūnu palīdzību, tā saukto. gametas - oocīti (olšūnas) un sperma (sperma). Gametes saplūst, veidojot vienu šūnu - zigotu. Katra gameta ir haploīda, t.i. ir viens hromosomu komplekts. Komplektā visas hromosomas ir atšķirīgas, taču katra olšūnas hromosoma atbilst vienai no spermas hromosomām. Tāpēc zigotā jau ir viens otram atbilstošs hromosomu pāris, ko sauc par homologu. Homologās hromosomas ir līdzīgas, jo tām ir vienādi gēni vai to varianti (alēles), kas nosaka specifiskas pazīmes. Piemēram, vienā no pārī savienotajām hromosomām var būt gēns, kas kodē A asinsgrupu, bet otrai var būt variants, kas kodē B asinsgrupu.

Zigotas hromosomas, kuru izcelsme ir no olšūnas, ir mātes, un spermas hromosomas ir paternālas.

Atkārtotas mitotiskas dalīšanās rezultātā no iegūtās zigotas rodas vai nu daudzšūnu organisms, vai daudzas brīvi dzīvojošas šūnas, kā tas notiek vienšūņiem, kuriem ir seksuāla reprodukcija, un vienšūnu aļģēs.

Gametu veidošanās laikā zigotā esošais diploīds hromosomu komplekts ir jāsamazina uz pusi. Ja tas nenotiktu, tad katrā paaudzē gametu saplūšana novestu pie hromosomu kopas dubultošanās. Samazinājums līdz haploīdajam hromosomu skaitam notiek reducēšanas dalīšanas rezultātā - tā sauktā. mejoze, kas ir mitozes variants.

Šķelšanās un rekombinācija. Mejozes īpatnība ir tāda, ka šūnu dalīšanās laikā ekvatoriālo plāksni veido homologu hromosomu pāri, nevis dublētas atsevišķas hromosomas, kā tas ir mitozē. Pārī savienotās hromosomas, no kurām katra paliek atsevišķa, novirzās uz šūnas pretējiem poliem, šūna sadalās, un rezultātā meitas šūnas saņem pusi no hromosomu kopas, salīdzinot ar zigotu.

Piemēram, pieņemsim, ka haploīdu komplekts sastāv no divām hromosomām. Zigotā (un attiecīgi visās organisma šūnās, kas ražo gametas) atrodas mātes hromosomas A un B un tēva hromosomas A" un B". Mejozes laikā tie var sadalīties šādi:

Vissvarīgākais šajā piemērā ir fakts, ka tad, kad hromosomas atšķiras, ne vienmēr veidojas sākotnējā mātes un tēva kopa, bet ir iespējama gēnu rekombinācija,

Tagad pieņemsim, ka hromosomu pāris AA" satur divas alēles - a un b - gēnam, kas nosaka asinsgrupas A un B. Tāpat hromosomu pāris BB" satur cita gēna alēles m un n, kas nosaka asins grupas M un B. N. Šo alēļu atdalīšana var notikt šādi: Acīmredzot iegūtās gametas var saturēt jebkuru no šīm divu gēnu alēļu kombinācijām: am , bn , bm vai an .

Ja ir vairāk hromosomu, tad alēļu pāri atdalīsies neatkarīgi saskaņā ar to pašu principu. Tas nozīmē, ka vienas un tās pašas zigotas var radīt gametas ar dažādām gēnu alēļu kombinācijām un radīt dažādus pēcnācēju genotipus.

Meiotiskais dalījums. Abi piemēri ilustrē mejozes principu. Faktiski mejoze ir daudz sarežģītāks process, jo tas ietver divus secīgus dalījumus. Meiozē galvenais ir tas, ka hromosomas tiek dubultotas tikai vienu reizi, savukārt šūna dalās divas reizes, kā rezultātā samazinās hromosomu skaits un diploīdais komplekts pārvēršas par haploīdu.

Pirmās dalīšanas profāzes laikā homologās hromosomas konjugējas, tas ir, tās saplūst pa pāriem. Šī ļoti precīzā procesa rezultātā katrs gēns nonāk pretī tā homologam citā hromosomā. Pēc tam abas hromosomas dubultojas, bet hromatīdi paliek savienoti viens ar otru ar kopēju centromēru. Metafāzē četri savienotie hromatīdi sarindojas, veidojot ekvatoriālu plāksni, it kā tās būtu viena dublēta hromosoma. Pretēji tam, kas notiek mitozē, centromēri nedalās. Rezultātā katra meitas šūna saņem hromatīdu pāri, kas joprojām ir savienoti ar centromēru. Otrās dalīšanās laikā hromosomas, jau atsevišķas, atkal sarindojas, veidojot, tāpat kā mitozē, ekvatoriālo plāksni, taču to dubultošanās šajā dalīšanās laikā nenotiek. Pēc tam centromēri sadalās, un katra meitas šūna saņem vienu hromatīdu.

Citoplazmas dalīšana. Divu diploīdās šūnas meiotisko dalījumu rezultātā veidojas četras šūnas. Kad veidojas vīriešu reproduktīvās šūnas, tiek iegūti četri aptuveni vienāda izmēra spermatozoīdi. Kad veidojas olas, citoplazmas dalīšanās notiek ļoti nevienmērīgi: viena šūna paliek liela, bet pārējās trīs ir tik mazas, ka tās gandrīz pilnībā aizņem kodols. Šīs mazās šūnas, tā sauktās. polārie ķermeņi kalpo tikai lieko hromosomu izvietošanai, kas veidojas mejozes rezultātā. Zigotai nepieciešamās citoplazmas lielākā daļa paliek vienā šūnā - olšūnā.

Konjugācija un krustošana. Konjugācijas laikā homologo hromosomu hromatīdi var salūzt un pēc tam pievienoties jaunā secībā, apmainoties ar sekcijām šādi:

Šo homologo hromosomu sekciju apmaiņu sauc par šķērsošanu. Kā parādīts iepriekš, šķērsošana noved pie jaunu saistīto gēnu alēļu kombināciju rašanās. Tātad, ja sākotnējām hromosomām bija kombinācijas AB un ab, tad pēc krustošanās tajās būs Ab un aB. Šis jaunu gēnu kombināciju rašanās mehānisms papildina neatkarīgas hromosomu šķirošanas efektu, kas notiek mejozes laikā.

Atšķirība ir tāda, ka šķērsošana atdala gēnus vienā un tajā pašā hromosomā, savukārt neatkarīgā šķirošana atdala tikai gēnus dažādās hromosomās.

30.Iedzimtā aparāta mutācijas. To klasifikācija Faktori, kas izraisa iedzimtas aparāta mutācijas

Mutācijas izraisošie faktori var būt visdažādākās vides ietekmes: temperatūra, ultravioletais starojums, starojums (gan dabīgais, gan mākslīgais), dažādu ķīmisko savienojumu – mutagēnu – darbība.

Mutagēni ir ārējās vides aģenti, kas izraisa noteiktas genotipa izmaiņas – mutāciju, un mutāciju veidošanās procesu sauc par mutaģenēzi.

Radiācijas mutaģenēze sāka praktizēt pagājušā gadsimta 20. gados. 1925. gadā padomju zinātnieki G. S. Filippovs un G. A. Nadsons pirmo reizi ģenētikas vēsturē izmantoja rentgena starus, lai iegūtu mutācijas raugā. Gadu vēlāk amerikāņu pētnieks G. Mellers (vēlāk divreiz laureāts Nobela prēmija), ilgu laiku strādājot Maskavā, N.K.Koļcova vadītajā institūtā, lietoja to pašu mutagēnu uz Drosophila. Tika konstatēts, ka radiācijas deva 10 rad dubulto mutāciju biežumu cilvēkiem. Radiācija var izraisīt mutācijas, kas izraisa iedzimtas slimības un vēzi.

Ķīmiskā mutaģenēze Pirmo reizi N. K. Koļcova līdzstrādnieks V. V. Saharovs sāka to mērķtiecīgi pētīt 1931. gadā, kad tās olas tika pakļautas joda iedarbībai, un vēlāk M. E. Lobašovs.

Pie ķīmiskajiem mutagēniem pieder ļoti dažādas vielas (ūdeņraža peroksīds, aldehīdi, ketoni, slāpekļskābe un tās analogi, smago metālu sāļi, aromātiskās vielas, insekticīdi, herbicīdi, narkotikas, alkohols, nikotīns, dažas ārstnieciskas vielas un daudzas citas. No 5 līdz 10 % no šiem savienojumiem ir mutagēna aktivitāte (var izjaukt iedzimtā materiāla struktūru vai darbību).

Ģenētiski aktīvos faktorus var iedalīt 3 kategorijās: fizikāli, ķīmiski un bioloģiski.

Fiziskie faktori. Tie ietver Dažādi jonizējošais starojums un ultravioletais starojums. Pētījums par starojuma ietekmi uz mutācijas procesu parādīja, ka šajā gadījumā nav sliekšņa devas, un pat mazākās devas palielina mutāciju iespējamību populācijā. Mutāciju biežuma palielināšanās ir bīstama ne tikai tāpēc individuālais plāns, cik iedzīvotāju ģenētiskās slodzes palielināšanas ziņā.

Piemēram, viena laulātā apstarošana ar devu mutāciju biežuma dubultošanās diapazonā (1,0 - 1,5 Gy) nedaudz palielina risku saslimt ar bērnu (no 4 - 5% līdz 5 līmenim). - 6%). Ja visa reģiona iedzīvotāji saņems vienādu devu, iedzimto slimību skaits populācijā dubultosies paaudzes laikā.

Ķīmiskie faktori.Ķīmijizācija Lauksaimniecība un citās jomās cilvēka darbība, ķīmiskās rūpniecības attīstība noveda pie milzīgas vielu plūsmas sintēzes, ieskaitot tādas, kuras biosfērā nekad nebija pastāvējušas miljoniem gadu ilgas iepriekšējās evolūcijas. Tas, pirmkārt, nozīmē vidē nonākušo svešķermeņu nesadalāmību un ilgstošu saglabāšanos. Tas, kas sākotnēji tika uzskatīts par sasniegumiem cīņā pret kaitīgajiem kukaiņiem, vēlāk izrādījās sarežģīta problēma. Plašs pielietojums pagājušā gadsimta 40. - 60. gados insekticīds DDT izraisīja tā izplatīšanos visā pasaulē līdz pat Antarktīdas ledum.

Lielākā daļa pesticīdu ir ļoti izturīgi pret ķīmisko un bioloģisko noārdīšanos, un tiem ir augsts toksicitātes līmenis.

Bioloģiskie faktori. Līdzās fizikālajiem un ķīmiskajiem mutagēniem dažiem faktoriem ir arī ģenētiska aktivitāte bioloģiskā daba. Šo faktoru mutagēnās iedarbības mehānismi ir pētīti vismazāk. 30. gadu beigās S. un M. Geršenzoni sāka pētīt mutaģenēzi Drosofilā eksogēnas DNS un vīrusu ietekmē. Kopš tā laika ir konstatēta daudzu vīrusu infekciju mutagēnā iedarbība uz cilvēkiem.

Hromosomu aberācijas somatiskajās šūnās izraisa bakas, masalas, vējbakas, cūciņas, gripa, hepatīts utt.

Mutāciju klasifikācija

Mutāciju klasifikāciju 1932. gadā ierosināja G. Mellers. Izcelt:

- hipomorfiskas mutācijas - patoloģiskā gēna kontrolētas pazīmes izpausme ir novājināta salīdzinājumā ar pazīmi, ko kontrolē normāls gēns (pigmenta sintēze).

- amorfās mutācijas- neparādās patoloģiskā gēna kontrolēta iezīme, jo patoloģiskais gēns nav aktīvs salīdzinājumā ar parasto gēnu (albīnisma gēnu).

Hipomorfas un amorfas mutācijas ir recesīvā veidā pārmantotu slimību pamatā.

Antimorfās mutācijas- patoloģiskā gēna kontrolētās pazīmes vērtība ir pretēja tās pazīmes vērtībai, ko kontrolē normāls gēns (pārsvarā iedzimtas pazīmes un slimības).

- neomorfās mutācijas- patoloģiskā gēna kontrolētās pazīmes vērtība ir pretēja normālā gēna kontrolētā gēna vērtībai (jaunu antivielu sintēze organismā pret antigēna iekļūšanu).

- hipermorfiskas mutācijas- pazīme, ko kontrolē patoloģisks gēns, ir izteiktāka nekā pazīme, ko kontrolē normāls gēns (Fankoni anēmija).

Mūsdienu mutāciju klasifikācija ietver:

- gēnu vai punktu mutācijas. Tās ir izmaiņas vienā gēnā (jebkurā punktā), kas izraisa jaunu alēļu parādīšanos. Punktu mutācijas tiek mantotas kā vienkāršas Mendeles iezīmes, piemēram, Hantingtona horeja, hemofilija utt. (piemērs sm Martina- Bel, cistiskā fibroze)

- hromosomu mutācijas- izjaukt hromosomas struktūru (gēnu saiknes grupu) un izraisīt jaunu saišu grupu veidošanos. Tie ir hromosomu strukturāli pārkārtojumi iedzimta materiāla dzēšanas, dublēšanās, translokācijas (pārvietošanās), inversijas vai ievietošanas rezultātā ( piemērs s-m Uz leju, sm kaķis kliegt)

- genoma mutācijas var izraisīt jaunu genomu vai to daļu rašanos, pievienojot vai zaudējot veselas hromosomas. Vēl viens to nosaukums ir hromosomu skaitliskās (skaitliskās) mutācijas ģenētiskā materiāla daudzuma pārkāpuma rezultātā. (piemērs sm Šereševskis- Tērners, sm Klīnfelters).

31. Iedzimtā aparāta mutaģenēzes faktori.

Mutācijas iedala spontānās un inducētās. Spontānas mutācijas ir tās, kas rodas mums nezināmu dabas faktoru ietekmē. Inducētās mutācijas izraisa īpaši mērķtiecīgi efekti.

Faktorus, kas spēj izraisīt mutācijas efektu, sauc par mutagēniem. Galvenie mutagēnie faktori ir: 1) ķīmiskie savienojumi, 2) dažāda veida starojums.

Ķīmiskā mutaģenēze

IN 1934. gads M.E. Lobaševs atzīmēja, ka ķīmiskajiem mutagēniem jābūt 3 īpašībām:

1) augsta iespiešanās spēja,

2) spēja mainīt hromosomu koloidālo stāvokli, 3) noteikta ietekme uz gēna vai hromosomas maiņu.

Daudzām ķīmiskajām vielām ir mutagēna iedarbība. Vairākām ķīmiskajām vielām ir pat spēcīgāka ietekme nekā fizikālajiem faktoriem. Tos sauc par supermutagēniem.

Mutantu formu iegūšanai izmanto ķīmiskos mutagēnus pelējuma sēnītes, aktinomicīti, baktērijas, kas ražo simtiem reižu vairāk penicilīna, streptomicīna un citu antibiotiku.

Bija iespējams palielināt spirta fermentācijai izmantoto sēņu fermentācijas aktivitāti. Padomju pētnieki ir ieguvuši desmitiem daudzsološu mutāciju dažādās kviešu, kukurūzas, saulespuķu un citu augu šķirnēs.

Eksperimentos mutācijas izraisa dažādi ķīmiski aģenti. Šis fakts norāda, ka, acīmredzot, in dabas apstākļi līdzīgi faktori izraisa arī spontānu mutāciju parādīšanos dažādi organismi, tostarp cilvēkiem. Mutagēnā loma dažādu ķīmiskās vielas un pat daži zāles. Tas norāda uz nepieciešamību izpētīt jaunu mutagēno iedarbību farmakoloģiskās vielas, pesticīdi un citi ķīmiskie savienojumi, ko arvien vairāk izmanto medicīnā un lauksaimniecībā.

Radiācijas mutaģenēze Radiācijas izraisītās mutācijas pirmo reizi ieguva padomju zinātnieki

G.A.Nadsons un G.S.Filipovs, kuri 1925. gadā novēroja mutācijas efektu raugā pēc rādija staru iedarbības. 1927. gadā amerikāņu ģenētiķis G. Mellers pierādīja, ka rentgenstari var izraisīt daudzas mutācijas Drosofilā, un vēlāk rentgenstaru mutagēnais efekts tika apstiprināts uz daudziem objektiem. Vēlāk tika konstatēts, ka iedzimtas izmaiņas izraisa arī visi citi caurejošā starojuma veidi. Mākslīgo mutāciju iegūšanai bieži izmanto gamma starus, kuru avots laboratorijās parasti ir radioaktīvais kobalts Co60. IN Nesen Neitronus, kuriem ir liela iespiešanās spēja, arvien vairāk izmanto, lai izraisītu mutācijas. Šajā gadījumā notiek gan hromosomu pārtraukumi, gan punktu mutācijas. Ar neitronu un gamma staru darbību saistīto mutāciju izpēte ir īpaši interesanta divu iemeslu dēļ. Pirmkārt, ir konstatēts, ka ģenētiskās sekas atomu sprādzieni galvenokārt saistīts ar jonizējošā starojuma mutagēno iedarbību. Otrkārt, fiziskās metodes mutaģenēzi izmanto, lai iegūtu ekonomiski vērtīgas šķirnes kultivētie augi. Tādējādi padomju pētnieki, izmantojot fizikālo faktoru iedarbības metodes, ieguva tādas kviešu un miežu šķirnes, kas bija izturīgas pret vairākām sēnīšu slimībām un bija produktīvākas.

Apstarošana norāda gan uz gēnu mutācijām, gan uz visu iepriekš aprakstīto veidu strukturālām hromosomu pārkārtojumiem: deficītu, inversiju, dublēšanos un translokāciju, t.i. visas strukturālās izmaiņas, kas saistītas ar hromosomu lūzumu. Iemesls tam ir dažas procesu iezīmes, kas notiek audos starojuma ietekmē. Radiācija izraisa jonizāciju audos, kā rezultātā daži atomi zaudē elektronus, bet citi tos iegūst: veidojas pozitīvi vai negatīvi lādēti joni. Līdzīgs intramolekulārās pārkārtošanās process, ja tas notika hromosomās, var izraisīt to sadrumstalotību. Radiācijas enerģija var izraisīt ķīmiskas izmaiņas vidē, kas ieskauj hromosomu, kas izraisa gēnu mutāciju un strukturālu pārkārtošanos hromosomās.

Mutācijas var izraisīt arī pēcradiācijas ķīmiskās izmaiņas, kas notikušas vidē. Viens no visvairāk bīstamas sekas apstarošana ir brīvo radikāļu OH vai HO2 veidošanās no ūdens audos.

Citi mutagēni faktori Pirmie mutācijas procesa pētnieki par zemu novērtēja vides faktoru lomu

mainīguma parādības. Daži pētnieki divdesmitā gadsimta sākumā tam pat uzskatīja ārējām ietekmēm nav nekādas nozīmes mutācijas procesā. Bet vēlāk šīs idejas tika atspēkotas, pateicoties mākslīgai mutāciju veidošanai, izmantojot dažādus vides faktorus. Šobrīd var pieņemt, ka acīmredzot nav vides faktoru, kas kaut kādā mērā neietekmētu iedzimto īpašību izmaiņas. No fizikālie faktori Ir konstatēta ultravioleto staru, gaismas fotonu un temperatūras mutagēnā iedarbība uz vairākiem objektiem. Temperatūras paaugstināšanās palielina mutāciju skaitu. Bet temperatūra ir viens no tiem faktoriem, kas ir saistīti ar organismiem aizsardzības mehānismi. Tāpēc homeostāzes traucējumi izrādās nenozīmīgi. Tā rezultātā temperatūras ietekmei ir neliela mutagēna iedarbība salīdzinājumā ar citiem līdzekļiem.

32.Iekļautie eikariotu šūnas, to veidi, mērķis.

Ieslēgumi ir salīdzinoši nestabilas citoplazmas sastāvdaļas, kas kalpo kā rezerves barības vielas (tauki, glikogēns), citoplazma, kas kalpo kā rezerves barības vielas (tauki, glikogēns), produkti, kas jāizņem no šūnas (sekrēcijas granulas), un balasta vielas (dažas pigmenti).

Ieslēgumi ir šūnu atkritumi. Tās var būt blīvas daļiņas-granulas, šķidruma pilieni-vakuoli, kā arī kristāli. Dažas vakuolas un granulas ieskauj membrānas. Atkarībā no veiktajām funkcijām ieslēgumus nosacīti iedala trīs grupās: trofiskajos, sekrēcijas un speciālajos. Trofiskas nozīmes ieslēgumi - tauku pilieni, cietes granulas. glikogēns, olbaltumvielas. Nelielos daudzumos tie atrodas visās šūnās un tiek izmantoti asimilācijas procesā. Bet dažās īpašās šūnās tie uzkrājas lielos daudzumos. Tādējādi kartupeļu bumbuļu šūnās ir daudz cietes graudu, bet aknu šūnās - glikogēna granulas. Šo ieslēgumu kvantitatīvais saturs mainās atkarībā no šūnas un visa organisma fizioloģiskā stāvokļa. Izsalkušam dzīvniekam aknu šūnās ir ievērojami mazāk glikogēna nekā labi barotam dzīvniekam. Sekrēcijas nozīmes ieslēgumi veidojas galvenokārt dziedzeru šūnās un paredzēti atbrīvošanai no šūnas. Šo ieslēgumu skaits šūnā ir atkarīgs arī no organisma fizioloģiskā stāvokļa. Tādējādi izsalkuša dzīvnieka aizkuņģa dziedzera šūnas ir bagātas ar sekrēta pilieniem. bet, ja viņi ir labi paēduši, viņi tajās ir nabagi. Īpaši nozīmīgi ieslēgumi ir atrodami ļoti diferencētu šūnu citoplazmā. veicot specializētu funkciju. To piemērs ir hemoglobīns, kas ir difūzi izkaisīts eritrocītos.

33. Mainīgums, tās veidi cilvēku populācijās Mainīgums ir īpašība, kas ir pretēja iedzimtībai, kas saistīta ar īpašību parādīšanos, kas atšķiras no tipiskajām. Ja reprodukcijas laikā tikai

iepriekš pastāvošo īpašību un īpašību nepārtrauktība, tad organiskās pasaules evolūcija būtu neiespējama, bet mainīgums ir raksturīga dzīvajai dabai. Pirmkārt, tas ir saistīts ar “kļūdām” reprodukcijas laikā. Dažādi konstruētas nukleīnskābju molekulas nes jaunu iedzimtu informāciju. Šī jaunā, izmainītā informācija vairumā gadījumu ir kaitīga organismam, bet atsevišķos gadījumos mainīguma rezultātā organisms iegūst jaunas īpašības, kas ir noderīgas dotajos apstākļos. Jauni raksturlielumi tiek uztverti un fiksēti atlases ceļā. Tā rodas jaunas formas, jaunas sugas. Tādējādi iedzimta mainīgums rada priekšnosacījumus veidošanās un evolūcijas attīstībai un līdz ar to dzīvības pastāvēšanai.

Izšķir nepārmantojamu un iedzimtu mainīgumu. Pirmais no tiem ir saistīts ar fenotipa maiņu, otrais - genotipu. Darvins nosauca nepārmantojamību par noteiktu, to parasti sauc par modifikāciju vai fenotipisku mainīgumu. Iedzimta variācija, kā to definējis Darvins, ir nenoteikta (“genotipiskā variācija”).

FENOTIPISKĀS (MODIFIKĀCIJAS) UN GENOTIPISKĀS VARIĀCIJAS Fenotipiskā mainība Modifikācijas ir fenotipiskas izmaiņas, kas notiek apstākļu ietekmē

vide. Modifikācijas mainīguma diapazonu ierobežo reakcijas norma. Izstrādātās specifiskās modifikācijas izmaiņas pazīmē nav iedzimtas, bet modifikācijas mainības diapazonu nosaka iedzimtība. Modifikācijas izmaiņas neizraisa izmaiņas genotipā un atbilst dzīves apstākļiem un ir adaptīvas.

Genotipiskais jeb nepārmantotais ir sadalīts kombinatīvajā un mutācijas.

Kombinatīvā mainīgums

Kombinatīvā mainīgums ir saistīts ar jaunu gēnu kombināciju veidošanos genotipā. Tas tiek panākts 2 procesu rezultātā: 1) hromosomu diverģence mejozes laikā un to nejauša kombinācija apaugļošanas laikā, 2) gēnu rekombinācija krustošanās dēļ; paši iedzimtie faktori (gēni) nemainās, bet jaunas to kombinācijas izraisa organismu parādīšanos ar jaunu fenotipu.

Mutācijas mainīgums

Mutācija ir izmaiņas, ko izraisa šūnas reproduktīvo struktūru reorganizācija, izmaiņas tās ģenētiskajā aparātā. Šīs mutācijas krasi atšķiras no modifikācijām, kas neietekmē indivīda genotipu. Mutācijas notiek pēkšņi, spazmatiski un dažreiz krasi atšķir organismu no tā sākotnējās formas. Mutācijas mainīgums ir raksturīgs visiem organismiem, tas nodrošina materiālu evolūcijai, jaunu sugu, šķirņu un šķirņu veidošanās procesam; Pamatojoties uz ģenētiskā aparāta izmaiņu raksturu, mutācijas izšķir šādu iemeslu dēļ:

1) hromosomu skaita izmaiņas (poliploīdija, heteroploīdija, haploīdija);

2) izmaiņas hromosomu struktūrā (hromosomu aberācijas);

3) izmaiņas gēna molekulārajā struktūrā.

Poliploīdija un heteroploīdija (aneuploīdija).

Poliploīdija ir diploīdā hromosomu skaita palielināšanās, pievienojot (gēnu vai punktu mutācijas) veselas hromosomu kopas. Dzimuma salātiem ir haploīds hromosomu komplekts (n), un zigotām un visām somatiskajām šūnām ir raksturīgs diploīds kopums (2n). Poliploīdās formās palielinās hromosomu skaits, kas ir haploīdā komplekta daudzkārtnis: 3n - triploīds, 4n - tetroploīds utt.

Heteroploīdija ir hromosomu skaita izmaiņas, kas nav haploīdu kopas daudzkārtnis. Diploīdam komplektam var būt tikai 1 hromosoma vairāk nekā parasti, t.i. 2n+1 hromosoma. Šādas formas sauc par trisomiku. Trisomijas pretstats, t.i. vienas hromosomas zudumu no pāra diploīdā komplektā sauc par monosomiju, organismu par monosomu. Monosomikai, kā likums, ir samazināta dzīvotspēja vai tā ir pilnīgi dzīvotnespējīga.

Aneuploidijas fenomens liecina, ka normālā hromosomu skaita pārkāpums izraisa struktūras izmaiņas un organisma dzīvotspējas samazināšanos.

Darvina mainīguma doktrīna.

Viņš saskatīja ietekmes mainīguma iemeslu vidi. Viņš nošķīra noteiktu un nenoteiktu mainīgumu. Zināma mainība parādās indivīdos, kuri ir bijuši pakļauti kādai specifiskai, dažos gadījumos vairāk vai mazāk viegli nosakāmai ietekmei. Šo mainīguma formu sauc par modifikāciju. Nenoteikta mainība (tās ir mutācijas) izpaužas noteiktos indivīdos un notiek visvairāk dažādi virzieni. Pētot mainīguma izpausmes, Darvins atklāja saistību starp izmaiņām dažādi orgāni un to sistēmas organismā. Šo mainīgumu sauc par korelatīvu vai korelatīvu. Tas ir saistīts ar faktu, ka izmaiņas jebkurā orgānā vienmēr vai gandrīz vienmēr izraisa izmaiņas citos orgānos vai to funkcijās. Korelatīvā mainīguma pamatā ir gēnu pleiotropā darbība.

Variācijas ievieš organismos daudzveidību, un iedzimtība nodod šīs izmaiņas pēcnācējiem.

Mitoze-mitos (grieķu valodā - pavedieni) - netieša šūnu dalīšanās, universāla metode eikariotu šūnu dalīšanās.

Galvenie mitotiskā cikla notikumi sastāv no dublēšana (pašdublēšanās) mātes šūnas iedzimtais materiāls un in vienmērīgs sadalījumsšī materiāla starp meitas šūnām. Šos notikumus pavada dabiskas izmaiņas ķīmiskajā un morfoloģiskajā organizācijā hromosomas- kodolstruktūras, kurās ir koncentrēti vairāk nekā 90% no eikariotu šūnas ģenētiskā materiāla (dzīvnieka šūnas ārpuskodola DNS galvenā daļa atrodas mitohondrijās).

Hromosomas, mijiedarbojoties ar ārpushromosomu mehānismiem, nodrošina: a) ģenētiskās informācijas uzglabāšanu; b) izmantot šo informāciju, lai izveidotu un uzturētu šūnu organizāciju; c) iedzimtības informācijas lasīšanas regulējums; d) ģenētiskā materiāla dubultošana; d) pārnes to no mātes šūnas uz meitas šūnām.

Mitoze ir nepārtraukts process, kas ir sadalīts fāzēs.

Mitozē mēs varam atšķirt četras fāzes. Galvenie notikumi atsevišķām fāzēm ir parādīti zemāk.

Mitozes bioloģiskā nozīme:šūnu veidošanās ar iedzimtu informāciju, kas kvalitatīvi un kvantitatīvi ir identiska mātes šūnas informācijai. Nodrošina kariotipa noturību vairākās šūnu paaudzēs. Mitoze kalpo šūnu mehānismsķermeņa augšanas un attīstības procesi, tā atjaunošanās un bezdzimuma vairošanās. Tādējādi mitoze ir universāls mehānisms eikariotu tipa šūnu organizācijas reproducēšanai. individuālā attīstība.

Mitozes patoloģija

Traucējumi vienā vai citā mitozes fāzē noved pie patoloģiskas izmaiņasšūnas. Novirze no parastās spiralizācijas procesa gaitas var izraisīt hromosomu pietūkumu un salipšanu. Dažreiz tiek novērots hromosomas sekcijas fragments, kas, ja tam tiek atņemts centromērs, nepiedalās anafāzes kustībā uz poliem un tiek zaudēts. Kustības laikā atsevišķi hromatīdi var atpalikt, kā rezultātā veidojas meitas kodoli ar nelīdzsvarotiem hromosomu komplekti. Vārpstas bojājumi izraisa mitozes aizkavēšanos metafāzē un hromosomu izkliedi. Mainoties centriolu skaitam, rodas daudzpolāras vai asimetriskas mitozes. Citotomijas pārkāpums izraisa divkodolu un daudzkodolu šūnu parādīšanos.

Pamatojoties uz mitotisko ciklu, ir radušies vairāki mehānismi, ar kuriem noteiktā orgānā var palielināt ģenētiskā materiāla daudzumu un līdz ar to arī vielmaiņas intensitāti, saglabājot nemainīgu šūnu skaitu.

Endomitoze.Šūnas DNS dubultošanos ne vienmēr pavada tās sadalīšanās divās daļās. Tā kā šādas dubultošanās mehānisms sakrīt ar premitotisku DNS reduplikāciju un to pavada daudzkārtējs hromosomu skaita pieaugums, šo parādību sauc endomitoze. Kad šūnas tiek pakļautas vielām, kas iznīcina vārpstas mikrotubulus, dalīšanās apstājas, un hromosomas turpinās savu transformāciju ciklu: replikējas, kas novedīs pie pakāpenisku poliploīdu šūnu veidošanās - 4n, 8n utt. Šo transformācijas procesu citādi sauc par endoreprodukciju. No ģenētiskā viedokļa endomitoze ir genoma somatiskā mutācija. Šūnu spēja pakļaut endomitozi tiek izmantota augu selekcijā, lai iegūtu šūnas ar vairākiem hromosomu komplektiem. Šim nolūkam tiek izmantots kolhicīns un vinblastīns, kas iznīcina ahromatīna vārpstas pavedienus. Poliploīdās šūnas (un vēlāk pieaugušie augi) atšķiras lieli izmēri, veģetatīvie orgāni no šādām šūnām ir lieli, ar lielu barības vielu piegādi. Cilvēkiem endoreprodukcija notiek dažos hepatocītos un kardiomiocītos.

Politēnija. Politenijas laikā S-periodā hromosomu virkņu replikācijas un nedisjunkcijas rezultātā veidojas daudzpavediena, politēna struktūra. Tās atšķiras no mitotiskajām hromosomām ar lielāku izmēru (200 reizes garākas). Šādas šūnas ir atrodamas siekalu dziedzeri ah divpusīgu kukaiņu, ciliātu makrokodolos. Uz politēna hromosomām ir redzami pietūkumi un uzpūšanās (transkripcijas vietas) - gēnu aktivitātes izpausme. Šīs hromosomas ir vissvarīgākais ģenētisko pētījumu objekts. Endomitoze un politenijs izraisa veidošanos poliploīdās šūnas, ko raksturo daudzkārtējs iedzimtības materiāla apjoma pieaugums. Šādās šūnās, atšķirībā no diploīdām šūnām, gēni atkārtojas vairāk nekā divas reizes. Proporcionāli gēnu skaita pieaugumam palielinās šūnu masa, kas palielina tās funkcionalitāti. Zīdītāju organismā poliploidizācija ar vecumu ir raksturīga aknu šūnām.

Mitotiskā cikla anomālijas. Mitotiskais ritms, kas parasti ir adekvāts nepieciešamībai atjaunot novecojušas, atmirušās šūnas, var mainīties patoloģiskos apstākļos. Novecojošos vai vāji vaskularizētos audos novēro ritma palēnināšanos, audos ar dažāda veida iekaisumiem, hormonālām ietekmēm, audzējiem utt.

Anomālijas mitozes attīstībā. Daži agresīvi aģenti, kas iedarbojas uz S fāzi, palēnina DNS sintēzi un dublēšanos. Tajos ietilpst jonizējošais starojums, dažādi antimetabolīti (metatreksāts, merkapto-6-purīns, fluor-5-uracils, prokarbozīns utt.). Tos izmanto pretvēža ķīmijterapijai. Citi agresīvi līdzekļi iedarbojas uz mitozes fāzēm un traucē ahromatiskās vārpstas veidošanos. Tie maina plazmas viskozitāti, nesadalot hromosomu pavedienus. Šādas citofizioloģiskas izmaiņas var izraisīt mitozes bloķēšanu metafāzē un pēc tam akūtu šūnu nāvi vai mitonekrozi. Mitonekrozi bieži novēro, jo īpaši audzēja audos, dažu iekaisumu perēkļos ar nekrozi. Tos var izraisīt ar podofilīna palīdzību, ko lieto ļaundabīgo audzēju ārstēšanā.

Mitotiskās morfoloģijas novirzes. Ar iekaisumu, jonizējošā starojuma, ķīmisko vielu iedarbību un jo īpaši ļaundabīgi audzēji tiek atklātas mitožu morfoloģiskās anomālijas. Tās ir saistītas ar smagām vielmaiņas izmaiņām šūnās, un tās var saukt par "abortīvām mitozēm". Šādas anomālijas piemērs ir mitoze ar neparastu hromosomu skaitu un formu; trīs, četru un daudzpolāru mitozes.

Daudzkodolu šūnas. Ir atrodamas arī šūnas, kas satur daudzus kodolus labā stāvoklī piemēram: osteoklasti, megakariocīti, sincitiotrofoblasti. Bet tos bieži izraksta patoloģiskos apstākļos - piemēram: Langhans šūnas tuberkulozes gadījumā, milzu šūnas svešķermeņi, daudzas audzēja šūnas. Šādu šūnu citoplazmā ir granulas vai vakuoli, kodolu skaits var svārstīties no dažiem līdz vairākiem simtiem, un apjoms atspoguļojas nosaukumā - milzu šūnas. To izcelsme ir mainīga: epitēlija, mezenhimāla, histiocītiska. Milzu daudzkodolu šūnu veidošanās mehānisms ir atšķirīgs. Dažos gadījumos to veidošanās ir saistīta ar mononukleāro šūnu saplūšanu, citos tas notiek kodolu dalīšanas dēļ, nesadaloties citoplazmā. Tāpat tiek uzskatīts, ka to veidošanās var būt noteiktu mitotisko anomāliju sekas pēc apstarošanas vai citostatisko līdzekļu ievadīšanas, kā arī ļaundabīgo audzēju augšanas laikā.

Amitoze

Tieša skaldīšana vai amitoze- Tas ir šūnas dalījums, kurā kodols atrodas starpfāzu stāvoklī. Šajā gadījumā hromosomu kondensācija un vārpstas veidošanās nenotiek. Formāli amitozei vajadzētu izraisīt divu šūnu parādīšanos, bet visbiežāk tā noved pie kodola sadalīšanās un divkodolu vai daudzkodolu šūnu parādīšanās.

Amitotiskā dalīšanās sākas ar nukleolu sadrumstalotību, kam seko kodola sadalīšana ar sašaurināšanos (vai invagināciju). Var būt vairākas kodola skaldīšanas, parasti nevienāda lieluma (ar patoloģiskie procesi). Daudzi novērojumi ir parādījuši, ka amitoze gandrīz vienmēr rodas šūnās, kas ir novecojušas, deģenerējas un nākotnē nespēj ražot pilnvērtīgus elementus. Parasti amitotiskā dalīšanās notiek dzīvnieku embriju membrānās, olnīcu folikulu šūnās un milzu trofoblastu šūnās. Pozitīva vērtība amitoze rodas audu vai orgānu reģenerācijas procesā (reģeneratīvā amitoze). Amitozi novecojošās šūnās pavada traucējumi biosintēzes procesos, tostarp replikācijā, DNS atjaunošanā, kā arī transkripcijā un translācijā. Mainās fizikāli ķīmiskās īpašībasšūnu kodolu hromatīna proteīni, citoplazmas sastāvs, organellu struktūra un funkcijas, kas ietver funkcionālie traucējumi visos turpmākajos līmeņos – šūnu, audu, orgānu un organisma. Palielinoties iznīcināšanai un izzūdot atjaunošanai, notiek dabiska šūnu nāve. Amitoze bieži rodas, kad iekaisuma procesi Un ļaundabīgi audzēji(izraisīta amitoze).

Šūnu cikla vissvarīgākā sastāvdaļa ir mitotiskais (proliferatīvais) cikls. Tas ir savstarpēji saistītu un koordinētu parādību komplekss šūnu dalīšanās laikā, kā arī pirms un pēc tās. Mitotiskais cikls- tas ir procesu kopums, kas notiek šūnā no viena dalījuma uz nākamo un beidzas ar divu nākamās paaudzes šūnu veidošanos. Turklāt dzīves cikla jēdziens ietver arī periodu, kurā šūna veic savas funkcijas, un atpūtas periodus. Šobrīd tālākais šūnu liktenis ir neskaidrs: šūna var sākt dalīties (ieiet mitozē) vai sākt gatavoties konkrētu funkciju veikšanai.

Galvenie mitozes posmi.

1. Mātes šūnas ģenētiskās informācijas reduplikācija (pašdublēšanās) un vienmērīga tās sadale starp meitas šūnām. To pavada izmaiņas hromosomu struktūrā un morfoloģijā, kurās koncentrējas vairāk nekā 90% no eikariotu šūnas informācijas.

2. Mitotiskais cikls sastāv no četriem secīgiem periodiem: presintētiskā (vai postmitotiskā) G1, sintētiskā S, postsintētiskā (vai premitotiskā) G2 un pašas mitozes. Tie veido autokatalītisko starpfāzi (sagatavošanās periods).

Šūnu cikla fāzes:

1) presintētiskais (G1) (2n2c, kur n ir hromosomu skaits, c ir molekulu skaits) . Rodas tūlīt pēc šūnu dalīšanās. DNS sintēze vēl nav notikusi. Šūna aktīvi aug izmēros, uzglabājot sadalīšanai nepieciešamās vielas: proteīnus (histonus, strukturālos proteīnus, fermentus), RNS, ATP molekulas. Notiek mitohondriju un hloroplastu (t.i., pašatražoties spējīgu struktūru) dalīšanās. Starpfāzu šūnas organizatoriskās iezīmes tiek atjaunotas pēc iepriekšējā dalījuma;

2) sintētiskais (S) (2n4c). Ģenētiskais materiāls tiek dublēts DNS replikācijas ceļā. Tas notiek daļēji konservatīvi, kad DNS molekulas dubultspirāle sadalās divās ķēdēs un katrā no tām tiek sintezēta komplementāra ķēde.

Rezultāts ir divas identiskas DNS dubultspirāles, no kurām katra sastāv no vienas jaunas un vienas vecās DNS virknes. Iedzimtā materiāla daudzums dubultojas. Turklāt RNS un olbaltumvielu sintēze turpinās. Arī neliela daļa mitohondriju DNS veic replikāciju (galvenā daļa no tās tiek replikēta G2 periodā);

3) postsintētiskais (G2) (2n4c). DNS vairs netiek sintezēts, bet tiek laboti (remonti) tās sintēzes laikā S periodā radušies defekti. Tiek uzkrāta arī enerģija un barības vielas, turpinās RNS un olbaltumvielu (galvenokārt kodolenerģijas) sintēze.

S un G2 ir tieši saistīti ar mitozi, tāpēc dažreiz tie tiek iedalīti atsevišķā periodā - preprofāzē.

Pēc tam notiek mitoze, kas sastāv no četrām fāzēm. Sadalīšanas process ietver vairākas secīgas fāzes un ir cikls. Tās ilgums ir mainīgs un svārstās no 10 līdz 50 stundām vairumā šūnu Cilvēka ķermeņa šūnās pašas mitozes ilgums ir 1-1,5 stundas, G2 starpfāzes periods ir 2-3 stundas, starpfāzes S periods ir 6-10. stundas .

Mitozes stadijas.

Mitozes procesu parasti iedala četrās galvenajās fāzēs: profāze, metafāze, anafāze Un telofāze(1.–3. att.). Tā kā tā ir nepārtraukta, fāžu maiņa notiek vienmērīgi - viena nemanāmi pāriet otrā.

Profāzē Kodola tilpums palielinās, un hromatīna spiralizācijas dēļ veidojas hromosomas. Profāzes beigās ir skaidrs, ka katra hromosoma sastāv no diviem hromatīdiem. Kodoli un kodola membrāna pakāpeniski izšķīst, un hromosomas parādās nejauši izvietotas šūnas citoplazmā. Centrioli novirzās uz šūnas poliem. Izveidojas ahromatīna skaldīšanas vārpsta, kuras daļa pavedienu iet no pola uz polu, bet daļa ir pievienota hromosomu centromēriem. Ģenētiskā materiāla saturs šūnā paliek nemainīgs (2n4c).

Rīsi. 1.Mitozes shēma sīpolu sakņu šūnās

Rīsi. 2.Mitozes shēma sīpolu sakņu šūnās: 1- starpfāze; 2.3 - profāze; 4 - metafāze; 5.6 - anafāze; 7,8 - telofāze; 9 - divu šūnu veidošanās

Rīsi. 3.Mitoze sīpola saknes gala šūnās: A- starpfāze; b- profāze; V- metafāze; G- anafāze; l, e- agrīnā un vēlīnā telofāze

Metafāzē hromosomas sasniedz maksimālu spirālizāciju un sakārtoti izkārtojas pie šūnas ekvatora, tāpēc šajā periodā tās tiek skaitītas un pētītas. Ģenētiskā materiāla saturs nemainās (2n4c).

Anafāzē katra hromosoma “sadalās” divās hromatīdās, kuras no šī brīža sauc par meitas hromosomām. Vārpstas pavedieni, kas pievienoti centromēriem, saraujas un velk hromatīdus (meitas hromosomas) pret šūnas pretējiem poliem. Ģenētiskā materiāla saturu šūnā katrā polā attēlo diploīds hromosomu kopums, bet katra hromosoma satur vienu hromatīdu (4n4c).

Telofāzē Hromosomas, kas atrodas pie poliem, izkrīt un kļūst slikti redzamas. Ap hromosomām katrā polā no citoplazmas membrānas struktūrām veidojas kodola membrāna, un kodolos veidojas nukleoli. Skaldīšanas vārpsta tiek iznīcināta. Tajā pašā laikā citoplazma sadalās. Meitas šūnām ir diploīds hromosomu komplekts, no kuriem katrs sastāv no viena hromatīda (2n2c).

Netipiskas mitozes formas

Netipiskas mitozes formas ir amitoze, endomitoze un politenijs.

1. Amitoze ir tieša kodola dalīšanās. Tajā pašā laikā tiek saglabāta kodola morfoloģija, redzams kodols un kodola membrāna. Hromosomas nav redzamas un nav vienmērīgi sadalītas. Kodols tiek sadalīts divās relatīvi vienādās daļās, neveidojot mitotisku aparātu (mikrotubulu, centriolu, strukturētu hromosomu sistēmu). Ja sadalīšana beidzas, parādās divkodolu šūna. Bet dažreiz citoplazma ir arī mežģīņota.

Šis dalījuma veids pastāv dažos diferencētos audos (skeleta muskuļu šūnās, ādā, saistaudos), kā arī patoloģiski izmainītos audos. Amitoze nekad nenotiek šūnās, kurām jāsaglabā pilnīga ģenētiskā informācija – apaugļotas olšūnas, normāli attīstoša embrija šūnas. Šo dalīšanas metodi nevar uzskatīt par pilnvērtīgu eikariotu šūnu reprodukcijas metodi.

2. Endomitoze. Ar šāda veida dalīšanu pēc DNS replikācijas hromosomas nesadalās divās meitas hromatīdos. Tas noved pie hromosomu skaita palielināšanās šūnā, dažreiz desmitiem reižu salīdzinājumā ar diploīdu komplektu. Tādā veidā rodas poliploīdās šūnas. Parasti šis process notiek intensīvi funkcionējošos audos, piemēram, aknās, kur poliploīdās šūnas ir ļoti izplatītas. Tomēr no ģenētiskā viedokļa endomitoze ir genoma somatiska mutācija.

3. Politēnija. Hromosomās ir daudzkārtējs DNS satura (hromonēmu) pieaugums, nepalielinot pašu hromosomu saturu. Šajā gadījumā hromonemu skaits var sasniegt 1000 vai vairāk, un hromosomas iegūst milzīgus izmērus. Ar politēniju tiek zaudētas visas mitotiskā cikla fāzes, izņemot primāro DNS virkņu reprodukciju. Šāda veida dalīšanās tiek novērota dažos augsti specializētos audos (aknu šūnās, dipterāna kukaiņu siekalu dziedzeru šūnās). Drosophila polytēna hromosomas tiek izmantotas, lai izveidotu gēnu citoloģiskās kartes hromosomās.

Mitozes bioloģiskā nozīme.

Tas sastāv no tā, ka mitoze nodrošina iedzimtu īpašību un īpašību pārnešanu vairākās šūnu paaudzēs daudzšūnu organisma attīstības laikā. Pateicoties precīzam un vienmērīgam hromosomu sadalījumam mitozes laikā, visas viena organisma šūnas ir ģenētiski identiskas.

Mitotiskā šūnu dalīšanās ir visu aseksuālās vairošanās veidu pamatā gan vienšūnu, gan daudzšūnu organismos. Mitoze nosaka svarīgākās dzīves parādības: audu un orgānu augšanu, attīstību un atjaunošanos un organismu aseksuālo vairošanos.

Mitozes bioloģiskā nozīme ir ļoti augsta. Nezinātājam ir grūti pat iedomāties, kādu lomu dzīvē spēlē vienkāršas šūnu dalīšanās process organismā. Šūnu spēja dalīties ir to vissvarīgākā un pamatfunkcija. Bez tā nav iespējams turpināt dzīvību uz Zemes, palielināt vienšūnu organismu populācijas, nav iespējams attīstīt un turpināt liela daudzšūnu organisma pastāvēšanu, kā arī nav iespējams izveidot jaunu dzīvību no apaugļotas olšūnas.

Mitozes bioloģiskā nozīme būtu daudz mazāka, ja tā nebūtu lielākā daļa bioloģisko procesu, kas notiek uz mūsu planētas. Šis process notiek vairākos posmos. Katrs no tiem ietver vairākas darbības šūnā. Rezultāts ir vienas šūnas ģenētiskā pamata obligāta pavairošana divās daļās, dublējot DNS, tādējādi mātes šūna pēc tam dod dzīvību divām meitas šūnām.

Visu šūnas mūžu var secināt laika posmā no meitas šūnas veidošanās līdz tai sekojošai sadalīšanai divās daļās. Šo periodu bioloģijā sauc par “šūnu ciklu”.

Pati pirmā mitozes fāze ir faktiskā sagatavošanās periodam, kurā šūnas, kas apveltītas ar kodoliem, veic tiešu sagatavošanos dalīšanai, sauc par starpfāzi. Tajā notiek visas svarīgākās lietas, proti, DNS ķēdes un citu struktūru dubultošanās, kā arī sintēze liels daudzums vāvere. Tādējādi šūnas hromosomas tiek dubultotas, un katru šādas dubultās hromosomas pusi sauc par “hromatīdu”.

Pēc starpfāzes sākas pats dalīšanās process - mitoze. Tas arī notiek vairākos posmos. Rezultātā visas dubultotās daļas tiek izstieptas simetriski pāri šūnai, lai pēc centrālās starpsienas izveidošanas katrā jaunajā šūnā paliktu vienāds izveidoto komponentu skaits.

Un mejoze ir līdzīga, bet pēdējā (dalīšanās laikā notiek divas dalīšanās, un rezultātā iegūst nevis divas, bet četras “meitas” šūnas. Tāpat pirms otrās dalīšanās nenotiek hromosomu dubultošanās, tāpēc to noteikts meitas šūnās paliek puse.

1. Profāze. Šajā fāzē šūnas centrioli ir ļoti skaidri redzami. Tie atrodas tikai dzīvnieku un cilvēku šūnās. Augiem nav centriolu.
2. Prometafāze. Šajā brīdī beidzas profāze un sākas metafāze.
3. Metafāze. Šajā brīdī hromosomas atrodas šūnas "ekvatorā".
4. Anafāze. Hromosomas pārvietojas uz dažādiem poliem.
5. Telofāze. Viena “mātes” šūna sadalās, veidojot centrālo nodalījumu divās “meitas” šūnās. Tā beidzas šūnu dalīšanās jeb mitoze.

Mitozes svarīgākā bioloģiskā nozīme ir absolūti identisks dubultoto hromosomu sadalījums 2 identiskās daļās un izvietojums divās “meitas” šūnās. Dažādi veidišūnas un šūnas dažādi organismi ir dažāds dalīšanās ilgums – mitoze, bet vidēji tā ilgst aptuveni pusotru stundu. Šo ļoti trauslo procesu ietekmē daudzi faktori. Jebkuri mainīgi vides apstākļi, piemēram, apkārtējā temperatūra, gaismas fāzes, spiediens vidē un ķermeņa un šūnas iekšienē, kā arī daudzi citi faktori var būtiski ietekmēt gan šūnu dalīšanās procesa ilgumu, gan kvalitāti. Arī visas mitozes un tās atsevišķu posmu ilgums var tieši būt atkarīgs no audu veida, kuru šūnās tas notiek.

Mitozes bioloģiskā nozīme kļūst arvien vērtīgāka ar katru jaunu atklājumu citoloģijas jomā, jo bez šī procesa dzīvība uz planētas nav iespējama.