Rakkude paljunemine on üks olulisemaid bioloogilisi protsesse, see on kõigi elusolendite olemasolu vajalik tingimus. Paljundamine toimub algse raku jagamisega.
Kamber- see on mis tahes elusorganismi struktuuri väikseim morfoloogiline üksus, mis on võimeline ise tootma ja isereguleeruma. Selle eksisteerimise aega jagunemisest surmani või järgneva paljunemiseni nimetatakse rakutsükliks.
Kuded ja elundid koosnevad erinevatest rakkudest, millel on oma eksisteerimisperiood. Igaüks neist kasvab ja areneb, et tagada organismi elutegevus. Mitootilise perioodi kestus on erinev: veri ja naharakud sisenevad jagunemisprotsessi iga 24 tunni järel ning neuronid on paljunemisvõimelised ainult vastsündinutel ja kaotavad seejärel täielikult oma paljunemisvõime.
Jaotusi on kahte tüüpi - otsene ja kaudne. Somaatilised rakud paljunevad kaudselt, sugurakke või sugurakke iseloomustab meioos (otsene jagunemine).
Mitoos - kaudne jagunemine
Mitootiline tsükkel
Mitootiline tsükkel sisaldab 2 järjestikust etappi: faasidevaheline ja mitootiline jagunemine.
Interfaas(puhkestaadium) - raku ettevalmistamine edasiseks jagunemiseks, kus tehakse lähtematerjali dubleerimine, millele järgneb selle ühtlane jaotumine vastloodud rakkude vahel. See sisaldab 3 perioodi:
- Eelsünteetiline(G-1) G - ingliskeelsest sõnast gar, see tähendab lünk, käivad ettevalmistused järgnevaks DNA sünteesiks, ensüümide tootmiseks. Esimese perioodi inhibeerimine viidi läbi eksperimentaalselt, mille tulemusena rakk järgmisse faasi ei jõudnud.
- Sünteetiline(S) - rakutsükli alus. Toimub rakukeskuse kromosoomide ja tsentrioolide replikatsioon. Alles pärast seda saab rakk mitoosi minna.
- Postsünteetiline(G-2) ehk premitootiline periood – toimub mRNA kuhjumine, mis on vajalik tegeliku mitoosi staadiumi alguseks. G-2 perioodil sünteesitakse valgud (tubuliinid) - mitootilise spindli põhikomponent.
Pärast premitootilise perioodi lõppu mitootiline jagunemine. Protsess sisaldab 4 etappi:
- Profaas- sel perioodil tuum hävib, tuumamembraan (nukleoleem) lahustub, tsentrioolid paiknevad vastaspoolustel, moodustades jagunemisaparaadi. Sellel on kaks alamfaasi:
- vara- niidilaadsed kehad (kromosoomid) on näha, need ei ole veel üksteisest selgelt eraldunud;
- hilja- jälgitakse kromosoomide eraldi osi.
- metafaas- algab nukleoleemi hävimise hetkest, kui kromosoomid asuvad juhuslikult tsütoplasmas ja hakkavad liikuma alles ekvatoriaaltasandi suunas. Kõik kromatiidide paarid on tsentromeeris üksteisega ühendatud.
- Anafaas- ühel hetkel eralduvad kõik kromosoomid ja liiguvad raku vastaspunktidesse. See on lühike ja väga oluline faas, kuna just selles toimub geneetilise materjali täpne jagunemine.
- Telofaas- kromosoomid seiskuvad, tekib uuesti tuumamembraan ehk tuum. Keskel moodustub ahenemine, mis jagab emaraku keha kaheks tütarrakuks, viies lõpule mitootilise protsessi. Äsja moodustunud rakkudes algab uuesti G-2 periood.
Meioos - otsene jagunemine
Meioos - otsene jagunemine On olemas spetsiaalne paljunemisprotsess, mis toimub ainult sugurakkudes (sugurakkudes) - see meioos (otsene jagunemine). Tema jaoks on iseloomulik faaside puudumine. Ühest algrakust pärit meioos tekitab neli haploidse kromosoomikomplekti. Kogu otsese jagamise protsess sisaldab kahte järjestikust etappi, mis koosnevad profaasist, metafaasist, anafaasist ja telofaasist.
Enne profaasi algust kahekordistavad sugurakud algmaterjali, seega muutub see tetraploidseks.
Profaas 1:
- Leptotena- kromosoomid on nähtavad õhukeste niitide kujul, need on lühenenud.
- Sügoteen- homoloogsete kromosoomide konjugatsiooni staadium, mille tulemusena moodustuvad bivalentsid. Konjugatsioon on meioosi oluline hetk, kromosoomid on üksteisele võimalikult lähedal, et üle minna.
- Pachytene- toimub kromosoomide paksenemine, nende suurenev lühenemine, toimub ristumine (geneetilise informatsiooni vahetus homoloogsete kromosoomide vahel, see on evolutsiooni ja päriliku varieeruvuse alus).
- Diploteen- kahekordsete ahelate staadium, iga kahevalentse kromosoomid lahknevad, säilitades ühenduse ainult dekussiooni (chiasmi) piirkonnas.
- diakinees- DNA hakkab kondenseeruma, kromosoomid muutuvad väga lühikeseks ja lahknevad.
Profaas lõpeb nukleoleemi hävimise ja spindli moodustumisega.
Metafaas 1: bivalentsid asuvad raku keskel.
Anafaas 1: Topeltkromosoomid liiguvad vastaspoolustele.
Telofaas 1: jagunemisprotsess on lõppenud, rakud saavad 23 bivalentsi.
Ilma järgneva materjali kahekordistamiseta siseneb rakk teine faas jaotus.
Profaas 2: kõik protsessid, mis olid 1. faasis, korduvad uuesti, nimelt kromosoomide kondenseerumine, mis paiknevad juhuslikult organellide vahel.
Metafaas 2: kaks ristumiskohas ühendatud kromatiidi (univalentsid) asuvad ekvatoriaaltasandil, luues plaadi, mida nimetatakse metafaasiks.
Anafaas 2:- univalent jaguneb eraldi kromatiidideks ehk monaadideks ja need lähevad raku erinevatele poolustele.
Telofaas 2: jagunemisprotsess on lõppenud, tuuma ümbris moodustub ja iga rakk saab 23 kromatiidi.
Meioos on oluline mehhanism kõigi organismide elus. Selle jagunemise tulemusena saame 4 haploidset rakku, millel on pool soovitud kromatiidide komplektist. Viljastamise käigus moodustavad kaks sugurakku tervikliku diploidse raku, säilitades omale omase kariotüübi.
Meie olemasolu ilma meiootilise jagunemiseta on raske ette kujutada, vastasel juhul saaksid kõik organismid iga järgmise põlvkonnaga topeltkromosoomide komplekti.
Mitoos- eukarüootsete rakkude jagunemise peamine meetod, mille puhul toimub esmalt kahekordistumine ja seejärel päriliku materjali ühtlane jaotumine tütarrakkude vahel.
Mitoos on pidev protsess, milles on neli faasi: profaas, metafaas, anafaas ja telofaas. Enne mitoosi valmistub rakk jagunemiseks ehk interfaasiks. Rakkude mitoosiks ettevalmistamise periood ja mitoos ise moodustavad kokku mitootiline tsükkel. Allpool on tsükli faaside lühikirjeldus.
Interfaas koosneb kolmest perioodist: presünteetiline või postmitootiline, - G 1, sünteetiline - S, postsünteetiline või premitootiline, - G 2.
Presünteetiline periood (2n 2c, kus n- kromosoomide arv, Koos- DNA molekulide arv) - rakkude kasv, bioloogiliste sünteesiprotsesside aktiveerimine, ettevalmistus järgmiseks perioodiks.
Sünteetiline periood (2n 4c) on DNA replikatsioon.
Postsünteetiline periood (2n 4c) - raku ettevalmistamine mitoosiks, sünteesiks ja valkude ja energia akumuleerimiseks eelseisvaks jagunemiseks, organellide arvu suurendamine, tsentrioolide kahekordistumine.
Profaas (2n 4c) - tuumamembraanide lammutamine, tsentrioolide lahknemine raku erinevatele poolustele, lõhustumise spindli niitide moodustumine, nukleoolide "kadumine", kahekromatiidi kromosoomide kondenseerumine.
metafaas (2n 4c) - kõige kondenseeritumate kahekromatiidiliste kromosoomide joondamine raku ekvatoriaaltasandil (metafaasiplaat), spindli kiudude kinnitamine ühe otsaga tsentrioolide külge, teise - kromosoomide tsentromeeride külge.
Anafaas (4n 4c) - kahekromatiidiliste kromosoomide jagunemine kromatiidideks ja nende sõsarkromatiidide lahknemine raku vastaspoolustele (sel juhul muutuvad kromatiidid iseseisvateks ühekromatiidilisteks kromosoomideks).
Telofaas (2n 2c igas tütarrakus) - kromosoomide dekondensatsioon, tuumamembraanide moodustumine iga kromosoomirühma ümber, lõhustumise spindli niitide lagunemine, tuuma välimus, tsütoplasma jagunemine (tsütotoomia). Tsütotoomia loomarakkudes toimub lõhustumise vao tõttu, taimerakkudes - rakuplaadi tõttu.
1 - profaas; 2 - metafaas; 3 - anafaas; 4 - telofaas.
Mitoosi bioloogiline tähtsus. Selle jagunemismeetodi tulemusena moodustunud tütarrakud on emaga geneetiliselt identsed. Mitoos tagab kromosoomikomplekti püsivuse mitmes rakupõlvkonnas. See on selliste protsesside aluseks nagu kasv, taastumine, mittesuguline paljunemine jne.
- See on eriline eukarüootsete rakkude jagunemise viis, mille tulemusena toimub rakkude üleminek diploidsest olekust haploidsesse. Meioos koosneb kahest järjestikusest jagunemisest, millele eelneb üks DNA replikatsioon.
Esimene meiootiline jagunemine (meioos 1) nimetatakse redutseerimiseks, sest just selle jagunemise käigus väheneb kromosoomide arv poole võrra: ühest diploidsest rakust (2 n 4c) moodustavad kaks haploidi (1 n 2c).
1. vahefaas(alguses - 2 n 2c, lõpus - 2 n 4c) - mõlema jagunemise teostamiseks vajalike ainete ja energia süntees ja akumuleerumine, raku suuruse ja organellide arvu suurenemine, tsentrioolide kahekordistumine, DNA replikatsioon, mis lõpeb profaasiga 1.
Profaas 1 (2n 4c) - tuumamembraanide lammutamine, tsentrioolide lahknemine raku erinevatele poolustele, fission spindle filamentide moodustumine, tuumade "kadumine", kahekromatiidi kromosoomide kondenseerumine, homoloogsete kromosoomide konjugeerimine ja üleminek. Konjugatsioon- homoloogsete kromosoomide konvergentsi ja põimimise protsess. Konjugeerivate homoloogsete kromosoomide paari nimetatakse kahevalentne. Üleminek on homoloogsete piirkondade vahetus homoloogsete kromosoomide vahel.
Profaas 1 on jagatud etappideks: leptoteen(DNA replikatsiooni lõpuleviimine), sügoteen(homoloogiliste kromosoomide konjugatsioon, kahevalentsete ainete moodustumine), pahhüteen(üleminek, geenide rekombinatsioon), diploteen(chiasmata tuvastamine, 1 inimese oogeneesi plokk), diakinees(chiasma lõpp).
1 - leptoteen; 2 - sügoteen; 3 - pathüteen; 4 - diploteen; 5 - diakinees; 6 - metafaas 1; 7 - anafaas 1; 8 - telofaas 1;
9 - profaas 2; 10 - metafaas 2; 11 - anafaas 2; 12 – telofaas 2.
Metafaas 1 (2n 4c) - bivalentide joondamine raku ekvatoriaaltasandil, lõhustumise spindli keermete kinnitamine ühes otsas tsentrioolidele, teises - kromosoomide tsentromeeridele.
Anafaas 1 (2n 4c) - kahekromatiidiliste kromosoomide juhuslik iseseisev lahknemine raku vastaspoolustele (igast homoloogsete kromosoomide paarist liigub üks kromosoom ühele poolusele, teine teisele), kromosoomide rekombinatsioon.
Telofaas 1 (1n 2c igas rakus) - tuumamembraanide moodustumine kahe kromatiidi kromosoomide rühmade ümber, tsütoplasma jagunemine. Paljudes taimedes läheb anafaasist 1 rakk kohe üle 2. faasi.
Teine meiootiline jagunemine (meioos 2) helistas võrrand.
2. vahefaas, või interkinees (1n 2c), on lühike paus esimese ja teise meiootilise jagunemise vahel, mille jooksul DNA replikatsiooni ei toimu. iseloomulikud loomarakkudele.
Profaas 2 (1n 2c) - tuumamembraanide demonteerimine, tsentrioolide lahknemine raku erinevatele poolustele, spindlikiudude moodustumine.
Metafaas 2 (1n 2c) - kahe kromatiidi kromosoomide joondamine raku ekvatoriaaltasandil (metafaasiplaat), spindli kiudude kinnitamine ühe otsaga tsentrioolidele, teine - kromosoomide tsentromeeridele; 2 oogeneesi plokk inimestel.
2. anafaas (2n 2Koos) - kahekromatiidiliste kromosoomide jagunemine kromatiidideks ja nende sõsarkromatiidide lahknemine raku vastaspoolustele (sel juhul muutuvad kromatiidid iseseisvateks ühekromatiidilisteks kromosoomideks), kromosoomide rekombinatsioon.
Telofaas 2 (1n 1c igas rakus) - kromosoomide dekondenseerumine, tuumamembraanide moodustumine iga kromosoomirühma ümber, lõhustumise spindli niitide lagunemine, tuuma välimus, tsütoplasma jagunemine (tsütotoomia) koos nelja haploidse raku moodustumisega. tulemus.
Meioosi bioloogiline tähtsus. Meioos on loomade gametogeneesi ja taimede sporogeneesi keskne sündmus. Kombinatiivse varieeruvuse aluseks olev meioos tagab sugurakkude geneetilise mitmekesisuse.
Amitoos
Amitoos- faasidevahelise tuuma otsene jagunemine ahenemise teel ilma kromosoomide moodustumiseta, väljaspool mitootilist tsüklit. Kirjeldatud vananemise, patoloogiliselt muutunud ja surmale määratud rakkude jaoks. Pärast amitoosi ei suuda rakk naasta normaalsesse mitoositsüklisse.
rakutsükkel
rakutsükkel- raku eluiga selle ilmumise hetkest kuni jagunemiseni või surmani. Rakutsükli kohustuslik komponent on mitootiline tsükkel, mis hõlmab jagunemiseks ja mitoosiks valmistumise perioodi. Lisaks on elutsüklis puhkeperioode, mille jooksul rakk täidab oma ülesandeid ja valib edasise saatuse: surm või tagasipöördumine mitoositsüklisse.
Minema loengud №12"Fotosüntees. kemosüntees"
Minema loengud nr 14"Organismide paljunemine"
Mitoos (koos tsütokineesi staadiumiga) on protsess, mille käigus eukarüootne somaatiline (või keharakk) jaguneb kaheks identseks rakuks.
Meioos on teist tüüpi rakkude jagunemine, mis algab ühest õige arvu kromosoomidega rakust ja lõpeb nelja raku moodustumisega poole võrra väiksema kromosoomide arvuga ().
Inimestel läbivad peaaegu kõik rakud mitoosi. Ainsad meioosi teel jagunevad inimrakud on või (naistel munarakk ja meestel sperma).
Sugurakud on keharakkudest vaid poole väiksemad, sest kui sugurakud viljastamise ajal sulanduvad, on tekkinud rakul (nn zygoot) õige arv kromosoome. Seetõttu on järglane segu ema ja isa geneetikast (isa sugurakud sisaldavad pool kromosoomidest ja ema sugurakud teist).
Kuigi mitoos ja meioos annavad väga erinevaid tulemusi, on need protsessid üsna sarnased ja kulgevad peamistes etappides väikeste erinevustega. Teeme lahti peamised erinevused mitoosi ja meioosi vahel, et paremini mõista, kuidas need toimivad.
Mõlemad protsessid algavad pärast seda, kui rakk on S-faasi (või sünteesifaasi) ajal läbinud interfaasi ja sünteesinud DNA. Sel hetkel koosneb iga kromosoom õdekromatiididest, mida hoitakse koos.
Mitootiline anafaas eraldab identsed sõsarkromatiidid, nii et igas rakus on identne geneetika. Anafaasis I ei ole õdekromatiidid identsed, kuna nad on läbinud ülemineku profaasi I ajal. Anafaasis I jäävad õdekromatiidid kokku, kuid homoloogsed kromosoomipaarid liiguvad lahku ja kanduvad raku vastaspoolustele.
Telofaas
Viimast etappi nimetatakse telofaasiks. Mitootilises telofaasis ja telofaasis II tühistatakse suur osa profaasi ajal tehtust. Jagunemisspindel laguneb ja kaob, moodustub tuumaümbris, kromosoomid eralduvad ja rakk valmistub tsütokineesi käigus jagunemiseks.
Sel hetkel siseneb mitootiline telofaas tsütokineesi, mille tulemuseks on kaks identset diploidset rakku. Telofaas II on meioosi I lõpus juba läbinud ühe jagunemise, nii et see siseneb tsütokineesi, moodustades kokku neli haploidset rakku. Telofaasis I toimuvad sarnased sündmused sõltuvalt rakutüübist. Spindel hävib, kuid uut tuumaümbrist ei moodustu ja kromosoomid võivad jääda tihedalt takerduma. Lisaks lähevad mõned rakud tsütokineesi teel kaheks rakuks jagunemise asemel otse profaasi II.
Mitoosi ja meioosi peamiste erinevuste tabel
| Võrreldavad omadused | Mitoos | Meioos |
| raku pooldumine | Somaatiline rakk jaguneb üks kord. Tsütokinees (jagunemine) toimub telofaasi lõpus. | Sugurakk jaguneb tavaliselt kaks korda. Tsütokinees toimub telofaasi I ja telofaasi II lõpus. |
| tütarrakud | Toodetakse kaks diploidset tütarrakku, mis sisaldavad täielikku kromosoomide komplekti. | Toodetakse neli. Iga rakk on haploid, mis sisaldab poole vähem vanemrakust pärit kromosoome. |
| geneetiline koostis | Mitoosis saadud tütarrakud on geneetilised kloonid (need on geneetiliselt identsed). Rekombinatsiooni ega ristumist ei toimu. | Meioosis saadud tütarrakud sisaldavad erinevaid geenide kombinatsioone. Geneetiline rekombinatsioon toimub homoloogsete kromosoomide juhusliku eraldamise tulemusena erinevatesse rakkudesse ja ülemineku (geenide ülekandmine homoloogsete kromosoomide vahel) tulemusena. |
| Profaasi kestus | Esimeses mitootilises staadiumis, mida nimetatakse profaasiks, kondenseerub see diskreetseteks kromosoomideks, tuuma ümbris laguneb ja raku vastaspoolustele moodustuvad spindlikiud. Rakk veedab mitoosi profaasis vähem aega kui meioosi I profaasis olev rakk. | Profaas I koosneb viiest etapist ja kestab kauem kui mitoosi profaas. Meiootilise profaasi I etappide hulka kuuluvad: leptoteen, zygoteen, pahhüteen, diploteen ja diakinees. Neid viit etappi mitoosis ei esine. I profaasi ajal toimub geneetiline rekombinatsioon ja ristamine. |
| Tetraadi moodustumine (kahevalentne) | Tetraad ei moodustu. | Profaasis I asetsevad homoloogsete kromosoomide paarid üksteise lähedal, moodustades nn tetrad, mis koosneb neljast kromatiidist (kaks sõsarkromatiidide komplekti). |
| Kromosoomide joondamine metafaasis | Õdekromatiidid (dubleeritud kromosoom, mis koosneb kahest identsest kromosoomist, mis on ühendatud tsentromeeriga) on joondatud metafaasiplaadil (tasand, mis on raku kahest poolusest võrdsel kaugusel). | Homoloogsete kromosoomide tetraad joondub metafaasi plaadil metafaasis I. |
| Kromosoomide eraldamine | Anafaasi ajal eralduvad õdekromatiidid ja hakkavad rändama raku vastaspoolustele. Eraldunud õdekromatiidist saab tütarraku täielik kromosoom. | Homoloogsed kromosoomid migreeruvad anafaasi I ajal raku vastaspoolustele. I anafaasis õdekromatiidid ei eraldu. |
Mitoos ja meioos evolutsioonis
Tavaliselt ei kandu mitoosi läbivate somaatiliste rakkude DNA mutatsioonid järglastele edasi ja seetõttu ei ole need rakendatavad loodusliku valiku puhul ega aita kaasa liigile. Vead meioosis ning geenide ja kromosoomide juhuslik segunemine kogu protsessi vältel aitavad aga kaasa geneetilisele mitmekesisusele ja põhjustavad evolutsiooni. Ristumine loob uue geenikombinatsiooni, mis suudab kodeerida soodsat kohanemist.
Lisaks põhjustab sõltumatu kromosoomide valik metafaasi I ajal ka geneetilist mitmekesisust. Selles etapis rivistuvad homoloogsed kromosoomipaarid, seega on tunnuste segamisel ja sobitamisel palju võimalusi, mis soodustab mitmekesisust. Lõpuks võib juhuslikkus suurendada ka geneetilist mitmekesisust. Kuna meioosi II lõpus moodustub neli geneetiliselt erinevat sugurakku, mida viljastamisel tegelikult kasutatakse. Kuna tunnused segunevad ja kanduvad edasi, mõjub looduslik valik neile ja valib eelistatud isenditeks kõige soodsamad kohandused.
Kõik elusorganismide rakustruktuurid läbivad tavaliselt mitu peamist arenguetappi. Oma eksisteerimise käigus läbib iga rakk tavaliselt paljunemise või jagunemise etapi. See võib olla otsene, kaudne või vähendav. Jagunemine on normaalne etapp erinevate organismide struktuuriüksuste elus, mis tagab kõigi planeedi elusolendite normaalse olemasolu, kasvu ja paljunemise. Just tänu rakkude paljunemisele inimkehas on võimalik kudesid uuendada, kahjustatud epiteeli või pärisnaha terviklikkust taastada, pärida geneetilisi andmeid, viljastumist, embrüogeneesi ja paljusid muid olulisi protsesse.
Mitmerakuliste olendite kehas on kaks peamist struktuuriüksuste paljunemise tüüpi: mitoos ja meioos. Kõigil neil paljunemismeetoditel on iseloomulikud tunnused.
Tähelepanu! Rakkude jagunemist eristab ka lihtne jagunemine kaheks - amitoos. Inimkehas toimub see protsess ebanormaalselt muutunud struktuurides, näiteks kasvajates.
Mitoos on rakkude vegetatiivne jagunemine tuumaga, kõige levinum paljunemisprotsess. Seda meetodit nimetatakse ka kaudseks reprodutseerimiseks või kloonimiseks, kuna selle käigus moodustunud lapsstruktuuride paar osutub vanemaga täiesti identseks. Kloonimise abil paljunevad inimkeha somaatilised struktuuriüksused.
Tähelepanu! Vegetatiivne jagunemine on suunatud põlvest põlve täpselt samade rakkude moodustamisele. Kõik inimkeha rakud, välja arvatud reproduktiivrakud, paljunevad sarnaselt.
Kloonimine on ontogeneesi ehk organismi arengu aluseks eostumisest kuni surmahetkeni. Mitootiline jagunemine on vajalik erinevate organite ja süsteemide normaalseks toimimiseks ning inimese teatud omaduste kujunemiseks ja säilimiseks sünnist surmani morfoloogilisel ja biokeemilisel tasandil. Selle rakkude paljunemismeetodi kestus on keskmiselt umbes 1-2 tundi.
Mitoosi kulg jaguneb neljaks põhifaasiks:
Kloonimise tulemusena moodustuvad emarakust kaks tütarrakku, millel on absoluutselt sarnane kromosoomide komplekt ja mis säilitavad kõik algraku kvalitatiivsed ja kvantitatiivsed omadused. Inimkehas toimub mitoosi tõttu pidev kudede uuenemine.
Tähelepanu! Mitootiliste protsesside normaalse kulgemise tagab neurohumoraalne regulatsioon, see tähendab närvi- ja endokriinsüsteemi ühistegevus.
Reduktsiooni jagamise käigu tunnused
Meiootiline jagunemine on protsess, mille tulemusena moodustuvad reproduktiivsed struktuuriüksused - sugurakud. Selle paljunemismeetodiga moodustub neli tütarrakku, millest igaühel on 23 kromosoomi. Kuna selle meetodi tulemusena moodustunud sugurakkudel on mittetäielik kromosoomikomplekt, nimetatakse seda redutseerimiseks. Inimestel on gametogeneesi ajal võimalik kahte tüüpi struktuuriüksuste moodustumine:
- spermatosoidid spermatogooniast;
- munad folliikulites.
Omadused
Kuna igal tekkival sugurakul on üks kromosoomikomplekt, siis kui see sulandub teise sugurakuga, toimub geneetilise materjali vahetus ja embrüo moodustumine, mis saab täieliku kromosoomikomplekti. Just meioosi tõttu on tagatud kombinatoorne varieeruvus - see on protsess, mille tulemusena moodustub tohutu nimekiri erinevatest genotüüpidest ning loode pärib ema ja isa erinevaid tunnuseid.
Haploidsete struktuuride moodustumise protsessis tuleks eristada ka nelja ülaltoodud mitoosile iseloomulikku faasi. Vähendamise jaotuse peamine erinevus seisneb selles, et neid samme korratakse kaks korda.
Tähelepanu! Esimene telofaas lõpeb kahe raku moodustumisega, millel on 46 kromosoomist koosnev täielik geneetiline komplekt. Seejärel algab teine jagunemine, mille tõttu moodustub neli sugurakku, millest igaühel on 23 kromosoomi.
Meiootilise jagunemise korral võtab esimene etapp kauem aega. Selles etapis toimub kromosoomide liitmine ja geneetiliste andmete vahetamise protsess. Metafaas kulgeb samamoodi nagu mitoosi ajal, kuid ühe pärilike andmete kogumiga. Anafaasi ajal tsentromeeride jagunemist ei toimu ja haploidsed kromosoomid lahknevad pooluste suunas.
Kahe jagunemise vaheline periood, st interfaas, on väga lühike; selle aja jooksul desoksüribonukleiinhapet ei toodeta. Seetõttu sisaldavad pärast teist telofaasi saadud rakud haploidi, see tähendab ühte kromosoomide komplekti. Diploidne komplekt taastatakse, kui süngaamia ajal ühinevad kaks sugurakku. See on meioosi tulemusena moodustunud isas- ja naissugurakkude liitumise protsess. Reduktsioonijaotuse tulemusena moodustub sügoot, millel on 46 kromosoomi ja mõlemalt vanemalt saadud täielik päriliku teabe komplekt.
Sugurakkude sulandumise ajal on võimalik mis tahes märkide erinevate variantide moodustumine. Lapsed pärivad meioosi kaudu näiteks ühe vanema silmade värvi. Mis tahes geenide retsessiivse kandmise tõttu on tunnuste edasikandumine ühe või mitme põlvkonna kaudu võimalik.
Tähelepanu! Domineerivad tunnused on ülekaalus, avalduvad tavaliselt esimese põlvkonna järglastel. Retsessiivne - varjatud või järk-järgult kaduv järgmiste põlvkondade isikutel.
Mitootilise jagunemise roll:
- Konstantse kromosoomide arvu säilitamine. Kui saadud rakkudel oleks täielik kromosoomikomplekt, siis lootel pärast viljastumist nende arv kahekordistuks.
- Meiootilise jagunemise tõttu moodustuvad sugurakud erinevate päriliku teabe kogumitega.
- Päriliku teabe rekombinatsioon.
- Organismide muutlikkuse tagamine.
Võrdlevad omadused
| Paljundamise meetod | Kloonimine | Gametogenees |
|---|---|---|
| Rakkude tüübid | Somaatiline | paljunemisvõimeline |
| Osakondade arv | Üks | Kaks |
| Mitu alamstruktuuriüksust selle tulemusena moodustub | 2 | 4 |
| Päriliku teabe sisu tütarrakkudes | Ei muutu | Muudatused |
| Konjugatsioon | Pole tüüpiline | |
| Pole tüüpiline | Märgitud esimese jaotuse ajal |
Kloonimise ja redutseerimise jagamise erinevused
Kloonimine ja rakkude redutseerimine on üsna sarnased protsessid. Meiootiline jagunemine hõlmab samu etappe mis mitootiline jagunemine, kuid nende kestus ja erinevatel etappidel toimuvad protsessid erinevad oluliselt.
Video - mitoos ja meioos
Erinevused seksuaalse ja aseksuaalse jagunemise käigus
Mitootilise jagunemise ja gametogeneesi tulemusena tekkivad rakud kannavad erinevat funktsionaalset koormust. Sellepärast märgitakse meioosi ajal mõningaid kursuse tunnuseid:
- Redutseerimise jaotuse esimeses etapis märgitakse konjugatsioon ja üleminek. Need protsessid on vajalikud geneetilise teabe vastastikuseks vahetamiseks.
- Anafaasi ajal täheldatakse sarnaste kromosoomide segregatsiooni.
- Kahe jagunemistsükli vahelisel perioodil ei toimu desoksüribonukleiinhappemolekulide replikatsiooni.
Tähelepanu! Konjugatsioon on homoloogsete, st sarnaste kromosoomide järkjärgulise konvergentsi seisund ja sellele järgnev paaride moodustumine. Crossing over – teatud sektsioonide üleminek ühest kromosoomist teise.
Gametogeneesi teine etapp kulgeb täpselt samamoodi nagu mitoos.
Iseloomulikud erinevused vastavalt jagamisprotsessi tulemustele:
- Kloonimise tulemuseks on kahe struktuuriüksuse moodustumine ja redutseerimise jagamise tulemuseks neli.
- Kloonimise abil jagatakse keha erinevaid kudesid moodustavad somaatilised struktuuriüksused. Meioosi tagajärjel tekivad ainult sugurakud: munarakud ja spermatosoidid.
- Kloonimine viib absoluutselt identsete struktuuriüksuste moodustumiseni ja meiootilise jagunemise käigus toimub geneetiliste andmete ümberjaotumine.
- Reduktsiooni jagunemise tulemusena väheneb päriliku teabe hulk sugurakkudes 50%. See annab võimaluse ema- ja isarakkude geneetiliste andmete hilisemaks liitmiseks viljastamise ajal.
Kloonimine ja redutseerimine on kõige olulisemad protsessid, mis tagavad organismi normaalse funktsioneerimise. Kloonimise tulemusena tekkinud tütarrakud on kõiges, ka desoksüribonukleiinhappe tasemel, identsed originaaliga. See võimaldab teil kromosoomikomplekti muutumatul kujul ühelt rakkude põlvkonnalt teisele üle kanda. Mitoos on kudede normaalse kasvu aluseks. Redutseerimise jagunemise bioloogiline tähtsus seisneb teatud arvu kromosoomide säilimises organismides, mille paljunemine toimub sugulisel teel. Samas võimaldab meiootiline jagunemine avaldada erinevate hulkrakseliste organismide kõige olulisemat omadust – kombinatiivset varieeruvust. Tänu temale on võimalik järglastele üle kanda nii isa kui ka ema erinevaid märke.
Meioos on jagunemine soo küpsemise tsoonis rakud millega kaasneb kromosoomide arvu vähenemine poole võrra. See koosneb kahest järjestikusest jaotusest, millel on mitoosiga samad faasid. Kuid nagu on näidatud tabelis "Mitoosi ja meioosi võrdlus", erinevad üksikute faaside kestus ja neis toimuvad protsessid oluliselt mitoosi käigus toimuvatest protsessidest.
Need erinevused on peamiselt järgmised.
Meioosi korral on profaas I pikem. Selles toimub konjugatsioon (homoloogiliste kromosoomide ühendamine) ja geneetilise informatsiooni vahetus. Anafaasis I kromatiide koos hoidvad tsentromeerid ei jagune ja üks homologmeioos Mitoos ja selle mitoosifaasid ja muud kromosoomid liiguvad poolustele. Interfaas enne teist jagunemist on väga lühike, DNA-d selles ei sünteesita. Kahe meiootilise jagunemise tulemusena moodustunud rakud (haliidid) sisaldavad haploidset (ühtset) kromosoomide komplekti. Diploidsus taastub kahe raku – ema ja isa – ühinemisel. Viljastatud munarakku nimetatakse sigootiks.
Mitoos ehk kaudne jagunemine on looduses kõige levinum. Mitoos on kõigi aseksuaalide jagunemise aluseks rakud(epiteel, lihas, närv, luu jne). Mitoos koosneb neljast järjestikusest faasist (vt allolevat tabelit). Tänu mitoosile on tagatud lähteraku geneetilise informatsiooni ühtlane jaotus tütarrakkude vahel. Raku eluperioodi kahe mitoosi vahel nimetatakse interfaasiks. See on kümme korda pikem kui mitoos. See läbib mitmeid väga olulisi protsesse, mis eelneb rakkude jagunemisele: ATP molekulid sünteesitakse ja valgud, iga kromosoom kahekordistub, moodustades kaks sõsarkromatiidi, mida hoiab koos ühine tsentromeer, suureneb tsütoplasma peamiste organellide arv.
Profaasis kromosoomid, mis koosnevad kahest õdekromatiidist, mida hoiab koos tsentromeer, keerduvad ja paksenevad selle tulemusena. Profaasi lõpuks kaovad tuumamembraan ja nukleoolid ning kromosoomid hajuvad kogu rakus, tsentrioolid liiguvad poolustele ja moodustavad jagunemisspindli. Metafaasis toimub kromosoomide edasine spiraliseerumine. Selles faasis on need kõige selgemalt nähtavad. Nende tsentromeerid asuvad piki ekvaatorit. Spindli kiud on nende külge kinnitatud.
Anafaasis tsentromeerid jagunevad, sõsarkromatiidid eralduvad üksteisest ja liiguvad spindli filamentide kokkutõmbumise tõttu raku vastaspoolustele.
Telofaasis tsütoplasma jaguneb, kromosoomid eralduvad ning nukleoolid ja tuumamembraanid moodustuvad uuesti. Loomarakkudes on tsütoplasma pitsiline, taimerakkudes moodustub emaraku keskele vahesein. Nii moodustub ühest algrakust (emast) kaks uut tütarrakku.
meioos ja mitoos
Tabel – Mitoosi ja meioosi võrdlus
|
1 jaotus |
2 jaotus |
||
|
Interfaas |
Kromosoomikomplekt 2n Toimub intensiivne valkude, ATP ja teiste orgaaniliste ainete süntees Kromosoomid kahekordistuvad, kumbki koosneb kahest õdekromatiidist, mida hoiab koos ühine tsentromeer. |
Kromosoomide komplekt 2n Täheldatakse samu protsesse, mis mitoosis, kuid kauem, eriti munarakkude moodustumisel. |
Kromosoomide komplekt on haploidne (n). Orgaaniliste ainete süntees puudub. |
|
Lühiealine, kromosoomid spiraliseeruvad, tuumamembraan ja tuum kaovad, moodustub lõhustumise spindel |
Pikem. Faasi alguses samad protsessid, mis mitoosis. Lisaks toimub kromosoomide konjugatsioon, mille käigus homoloogsed kromosoomid lähenevad üksteisele kogu pikkuses ja keerduvad. Sel juhul võib toimuda geneetilise teabe vahetus (kromosoomide ristumine) üle minemine. Seejärel kromosoomid eralduvad. |
lühike; samad protsessid mis mitoosis, kuid n kromosoomiga. |
|
|
metafaas |
Kromosoomide edasine spiraliseerumine toimub, nende tsentromeerid paiknevad piki ekvaatorit. |
Seal on mitoosiga sarnased protsessid. | |
|
Õdekromatiide koos hoidvad tsentromeerid jagunevad, igaüks neist saab uueks kromosoomiks ja liigub vastaspoolustele. |
Tsentromeerid ei jagune. Üks homoloogsetest kromosoomidest, mis koosneb kahest kromatiidist, mida hoiab koos ühine tsentromeer, lahkub vastaspoolustele. |
Juhtub sama, mis mitoosi korral, kuid n kromosoomiga. |
|
|
Telofaas |
Tsütoplasma jaguneb, moodustub kaks tütarrakku, millest igaühel on diploidne kromosoomide komplekt. Jagunemisvõll kaob, moodustuvad nukleoolid. |
Ei kesta kaua Homoloogsed kromosoomid sisenevad erinevatesse rakkudesse haploidse kromosoomikomplektiga. Tsütoplasma ei jagune alati. |
Tsütoplasma on jagatud. Pärast kahte meiootilist jagunemist moodustub 4 haploidse kromosoomikomplektiga rakku. |
rakutsükkel- see on raku eksisteerimise periood alates selle moodustumise hetkest emaraku jagamise teel oma jagunemiseni.
rakutsükli kestus eukarüoot
Rakutsükli pikkus on rakuti erinev. Kiiresti paljunevad täiskasvanud rakud, nagu epidermise ja peensoole vereloome- või basaalrakud, võivad siseneda rakutsüklisse iga 12-36 tunni järel.Lühikest rakutsüklit (umbes 30 minutit) täheldatakse munarakkude kiirel purustamisel okasnahksed, kahepaiksed ja muud loomad. Katsetingimustes on paljudel rakukultuuriliinidel lühike rakutsükkel (umbes 20 tundi). Kõige aktiivsemalt jagunevates rakkudes ajavahemiku pikkus vahel mitoosid on umbes 10-24 tundi.
Rakutsükli faasid eukarüoot
rakutsükkeleukarüoot koosneb kahest perioodist:
Rakkude kasvu periood, mida nimetatakse " interfaas", mille käigus toimub süntees DNA ja valgud ja valmistub rakkude jagunemiseks.
Rakkude jagunemise periood, mida nimetatakse "faasiks M" (sõnast mitoos - mitoos).
Interfaas koosneb mitmest perioodist:
G1- faasid(alates Inglise lõhe- intervall) või faasid esialgne kasv mille käigus toimub süntees mRNA, valgud, muud rakulised komponendid;
S- faasid(alates Inglise süntees- süntees) mille jooksulDNA replikatsioon raku tuum , on ka kahekordistamine tsentrioolid(muidugi kui need on olemas).
G2- etapp, mille jooksul tehakse ettevalmistusimitoos .
Diferentseerunud rakkudel, mis enam ei jagune, võib rakutsüklis puududa G 1 faas. Selliseid rakke leidub puhkefaas G 0 .
Perioodraku pooldumine (faas M) sisaldab kahte etappi:
-mitoos(raku tuuma jagunemine);
-tsütokinees(tsütoplasma jagunemine).
Omakorda mitoos on jagatud viieks etapiks.
Rakkude jagunemise kirjeldus põhineb valgusmikroskoopia andmetel koos mikrofilmimisega ja tulemustel valgus ja elektrooniline mikroskoopia fikseeritud ja värvitud rakud.
Rakutsükli reguleerimine
Rakutsükli perioodide regulaarne jada viiakse läbi selliste interaktsiooniga valgud, kuidas tsükliin-sõltuvad kinaasid ja tsükliinid. Rakud, mis on G 0 faasis, võivad kokkupuutel siseneda rakutsüklisse kasvufaktorid. Erinevad kasvufaktorid nagu trombotsüütide, epidermaalne, närvi kasvufaktor, suhtlemine nende retseptorid, käivitavad intratsellulaarse signaaliülekande kaskaadi, mis lõpuks viib transkriptsioonid geenid tsükliinid ja tsükliin-sõltuvad kinaasid. Tsükliinist sõltuvad kinaasid muutuvad aktiivseks ainult vastavaga suheldes tsükliinid. Sisu erinevat tsükliinid sisse puur muutused kogu rakutsükli jooksul. tsükliin on tsükliin-tsükliin-sõltuva kinaasi kompleksi reguleeriv komponent. kinaas on selle kompleksi katalüütiline komponent. kinaasid pole aktiivne ilma tsükliinid. Rakutsükli erinevatel etappidel sünteesitud mitmesugused tsükliinid. Jah, sisu tsükliin B sisse munarakud konnad saavutab hetkel maksimumi mitoos kui algab kogu reaktsioonide kaskaad fosforüülimine katalüüsib tsükliin-B/tsükliin-sõltuv kinaasi kompleks. Mitoosi lõpuks laguneb tsükliin kiiresti proteinaaside toimel.
Rakutsükli kontrollpunktid
Rakutsükli iga faasi lõppemise kindlakstegemiseks peavad selles olema kontrollpunktid. Kui rakk "läbib" kontrollpunkti, jätkab ta "liikumist" läbi rakutsükli. Kui mõned asjaolud, näiteks DNA kahjustus, takistavad raku läbimist kontrollpunktist, mida võib võrrelda teatud tüüpi kontrollpunktiga, siis rakk peatub ja rakutsükli uut faasi ei toimu, vähemalt enne takistuste eemaldamist. , takistades puuri läbimist kontrollpunktist. Rakutsükli kontrollpunkte on vähemalt neli: kontrollpunkt G1-s, kus kontrollitakse DNA terviklikkust enne S-faasi sisenemist, kontrollpunkt S-faasis, kus kontrollitakse DNA replikatsiooni õigsust, kontrollpunkt G2-s, kus kontrollitakse vahelejäänud kahjustusi. eelmiste kontrollpunktide läbimisel või rakutsükli järgmistel etappidel. G2 faasis tuvastatakse DNA replikatsiooni täielikkus ja rakud, milles DNA on alapaljunenud, ei sisene mitoosi. Spindli kokkupaneku kontrollpunktis kontrollitakse, kas kõik kinetokoorid on mikrotuubulite külge kinnitatud.
Rakutsükli häired ja kasvaja moodustumine
Valgu p53 sünteesi suurenemine põhjustab rakutsükli inhibiitori p21 valgu sünteesi indutseerimist
Rakutsükli normaalse regulatsiooni rikkumine on enamiku tahkete kasvajate põhjus. Rakutsüklis, nagu juba mainitud, on kontrollpunktide läbimine võimalik ainult siis, kui eelnevad etapid on normaalselt läbitud ja rikkeid ei esine. Kasvajarakke iseloomustavad muutused rakutsükli kontrollpunktide komponentides. Kui rakutsükli kontrollpunktid on inaktiveeritud, täheldatakse teatud kasvaja supressorite ja protoonkogeenide talitlushäireid, eriti lk 53, pRb, minu C ja Ras. Valk p53 on üks transkriptsioonifaktoritest, mis käivitab valgusünteesi lk 21, mis on CDK-tsükliini kompleksi inhibiitor, mis viib rakutsükli seiskumiseni G1 ja G2 perioodidel. Seega rakk, mille DNA on kahjustatud, S-faasi ei sisene. Kui mutatsioonid viivad p53 valgu geenide kadumiseni või kui need muutuvad, rakutsükli blokaadi ei toimu, rakud sisenevad mitoosi, mis viib mutantsete rakkude ilmumiseni, millest enamik ei ole elujõulised, samas kui teised põhjustavad pahaloomulisi rakke .
raku pooldumine
Kõik rakud tekivad vanemrakkude jagunemisel. Enamikku rakke iseloomustab rakutsükkel, mis koosneb kahest peamisest etapist: interfaas ja mitoos.
Interfaas koosneb kolmest etapist. 4-8 tunni jooksul pärast sündi suurendab rakk oma massi. Mõned rakud (näiteks aju närvirakud) jäävad sellesse staadiumisse igaveseks, teistes aga kahekordistub kromosomaalne DNA 6–9 tunni jooksul. Kui raku mass kahekordistub, mitoos.
Laval anafaasis kromosoomid liiguvad raku poolustele. Kui kromosoomid jõuavad poolustele, telofaas. Rakk jaguneb ekvatoriaaltasandil kaheks, spindli niidid hävivad, kromosoomide ümber tekivad tuumamembraanid. Iga tütarrakk saab oma kromosoomide komplekti ja naaseb interfaasi staadiumisse. Kogu protsess võtab aega umbes tund.
Mitoosi protsess võib varieeruda sõltuvalt raku tüübist. Tsentrioolid taimerakus puuduvad, kuigi spindel on moodustunud. Seenerakkudes toimub mitoos tuuma sees, tuumamembraan ei lagune.
Kromosoomide olemasolu ei ole rakkude jagunemise vajalik tingimus. Teisest küljest võib üks või mitu mitoosi seiskuda telofaasi staadiumis, mille tulemuseks on mitmetuumalised rakud (näiteks mõnedes vetikates).
Paljunemist mitoosi teel nimetatakse aseksuaalseks või vegetatiivseks. kloonimine. Mitoosi korral on vanem- ja tütarrakkude geneetiline materjal identne.
Meioos, erinevalt mitoosist, on oluline element seksuaalne paljunemine. Meioosi käigus moodustuvad rakud, mis sisaldavad ainult ühte kromosoomikomplekti, mis võimaldab järgnevalt kahe vanema sugurakkude (gameetide) liitmist. Põhimõtteliselt on meioos mitoosi tüüp. See sisaldab kahte järjestikust raku jagunemist, kuid kromosoomid dubleeritakse ainult esimeses neist jagunemistest. Meioosi bioloogiline olemus seisneb kromosoomide arvu vähendamises poole võrra ja haploidsete sugurakkude (st sugurakkude, millel on üks kromosoomikomplekt) moodustumine.
Loomade meiootilise jagunemise tulemusena neli sugurakud. Kui isased sugurakud on ligikaudu ühesuurused, siis munade moodustumise ajal toimub tsütoplasma jaotumine väga ebaühtlaselt: üks rakk jääb suureks ja ülejäänud kolm on nii väikesed, et need on peaaegu täielikult hõivatud tuumaga. Need väikesed rakud on mõeldud ainult liigse geneetilise materjali majutamiseks.
Isased ja emased sugurakud sulanduvad, moodustades sügoot. Selles protsessis kombineeritakse kromosoomikomplekte (seda protsessi nimetatakse süngaamia), mille tulemusena taastatakse sügoodis kahekordne kromosoomide komplekt – üks kummaltki vanemalt. Kromosoomide juhuslik eraldamine ja geneetilise materjali vahetus homoloogsete kromosoomide vahel toovad kaasa uute geenikombinatsioonide tekkimise, suurendades geneetilist mitmekesisust. Saadud sigoot areneb iseseisvaks organismiks.
Hiljuti on tehtud katseid sama või erinevat tüüpi rakkude kunstliku liitmise kohta. Rakkude välispinnad liimiti kokku ja nendevaheline membraan hävis. Nii oli võimalik saada hiire ja kana, inimese ja hiire hübriidrakke. Kuid järgnevate jagunemiste käigus kaotasid rakud suurema osa ühe liigi kromosoomidest.
Teistes katsetes jagati rakk komponentideks, nagu tuum, tsütoplasma ja membraan. Pärast seda pandi erinevate rakkude komponendid uuesti kokku ja tulemuseks oli elusrakk, mis koosnes erinevat tüüpi rakkude komponentidest. Põhimõtteliselt võivad tehisrakkude kokkupanemise katsed olla esimene samm uute eluvormide loomise suunas.