Bazele citogenetice ale reproducerii. Reproducerea celulelor
I. Modalități de reproducere a organismelor, esența lor
Reproducerea organismelor este reproducerea propriului lor tip. Reproducerea asigură continuarea vieții, continuitatea generațiilor și conservarea speciilor. Reproducerea poate fi asexuală și sexuală.
În reproducerea asexuală, are loc diviziunea celulelor somatice ale unui părinte. Materialul ereditar este transmis prin celule somatice, iar descendenții sunt absolut identici cu părinții.
In reproducere sexuată un nou organism se dezvoltă din celule speciale (zigotul), care se formează la confluență celulele parentale genitale. Atunci când se formează gameți (gameți), se produce recombinarea repetată a materialului ereditar (meiozei) și, prin urmare, gameții sunt genetic eterogeni. Când fertilizarea într-un zigot combină materialul ereditar al tatălui și al mamei, astfel încât descendenții nu sunt absolut identici cu părinții, ei au caracteristici individuale.
Tipuri speciale de reproducere sexuală: parthenogeneză și ginogeneză. În parthenogeneza, ouăle se pot dezvolta într-un organism întreg fără fertilizare (insecte, viermi roșii). În ginogeneză, spermatozoizii trebuie să fie prezenți în mediu pentru activarea ovocitelor și, uneori, spermatozoizii unei alte specii (pești, amfibieni etc.).
În dezvoltarea unei specii, pot fi alternate diferite moduri de reproducere. Metagenesis - alternarea reproducerii sexuale și asexuale (coelenterate, protozoare). Heterogeneza - alternarea reproducerii sexuale cu fertilizare și parthenogeneză (flukes).
Formele de reproducere sexuală și asexuală sunt diverse în organismele unicelulare și multicelulare.
Un tip special de reproducere asexuală, care apare la om - polimembrionie. De obicei, un organism se dezvoltă din zigot, dar, uneori, după una sau mai multe diviziuni mitotice (mai puțin dese), celulele (blastomerele) formate se pot dezvolta în organisme independente. Astfel se dezvoltă gemenii identici - organisme identice genetic.
În centrul oricărei reproduceri, creșterea și dezvoltarea corpului sunt procesele de reproducere a celulelor (proliferarea celulară). Procesele de reproducere, rata de proliferare, frecvența diviziunii celulare în diferite organe se află sub controlul regulator al aparatului genetic. Dacă acest control este încălcat, începe multiplicarea neregulată a celulelor - se dezvoltă neoplasme (tumori). În timpul vieții organismului, celulele îmbătrânesc și mor, deci există întotdeauna procese de auto-reînnoire, formarea de noi celule (regenerare fiziologică). Într-un organism tânăr predomină reproducerea celulelor, din cauza căreia crește numărul de celule, mărimea organelor crește și corpul crește. La adulți, reproducerea celulelor oferă doar înlocuirea morților, nu o creștere a numărului acestora.
II. Populațiile celulare
Ciclul de viață al celulei (LC) sau ciclul celular este perioada de la momentul apariției celulei ca rezultat al împărțirii mamei la moarte sau dispariție în procesul de divizare.
Ciclul mitotic (MC) este perioada de pregătire a celulei pentru divizare și divizare în sine.
În pregătirea pentru diviziunea celulară se extinde perioade speciale interfazice: presynthetic (G1), un material sintetic (S) și postsynthetic (G2).
Astfel, ciclul mitotic (MC) = mitoza G1 + S + G2 +. Parte din interfaza, care nu este legată de MC, caracterizează starea funcțională activă (starea de repaus în celulele cambiale) și este notată cu G0.
Ciclul de viață al celulelor diferitelor populații nu este același (figura 13).
Prin speranța de viață și în raport cu diviziunea, se disting trei populații celulare: stabile, în creștere și înnoire.
Populație stabilă. Celulele acestei populații au cea mai lungă durată de viață, sunt foarte diferențiate și incapabile de a le împărtăși. O astfel de populație include celulele nervoase, celulele miocardice.
Populația în creștere. Celulele acestei populații sunt foarte diferențiate, au o durată lungă de viață. Ele formează majoritatea celulelor organelor interne (ficat, pancreas, etc.). Aceste celule nu și-au pierdut capacitatea de a diviza, pot să-și reconstruiască metabolismul, să reducă nivelul de diferențiere și să împartă.
Reînnoirea populației. Există două tipuri printre această populație de celule: foarte diferențiate și nediferențiate (celule stem sau cambiale) Celulele .Vysokodifferentsirovnnye sunt de scurtă durată (ore, zile, luni), sunt în imposibilitatea de a diviza,
mor constant. De exemplu, celulele din stratul de suprafață al epidermei, celulele sanguine, celulele mucoasei intestinale.
Celulele nediferențiate (stem) ale acestei populații se împart în mod constant, diferențiază și înlocuiesc morții. Deci, celulele stem ale epidermei se află în cel mai mic (malpighian) strat; celulele mucoasei intestinale stem - în partea profundă a criptelor intestinale, celule stem din sange - in maduva osoasa rosie.
Astfel, celulele celulelor populației stabile și celulelor diferențiate ale populației înnoitoare sunt egale cu G0, în ciclul lor de viață nu există nici un ciclu mitotic.
Celula stem a populației înnoitoare constă în pregătire pentru divizare și divizare, adică este egal cu MC (perioada G0 în acest caz poate fi neglijată, deoarece celulele sunt inactive din punct de vedere funcțional, sunt în repaus). Acest LC are, de asemenea, celule canceroase, deoarece acestea nu se diferențiază în celule normale, dar din nou și din nou intră în diviziune.
LC al celulelor unei populații în creștere constă în G0 + (G1 + S + G2 + M)
III. Reglementarea organizării temporale a celulei
În diferite perioade ale ciclului de viață, structura celulei și funcțiile acesteia sunt diferite.
În interfața din celulă există diferite procese metabolice, realizarea informațiilor genetice, celula îndeplinește funcțiile corespunzătoare, adică este activă din punct de vedere funcțional (G0). Atunci când celula trece în MC, caracterul proceselor metabolice este reconstruit; noi proteine (structurale și enzime) sunt sintetizate, ceea ce va asigura un proces de fisiune obișnuit. În această perioadă, celula pierde semnele de specializare (diferențiere) și acele funcții care sunt specifice celulelor de acest tip.
Sunt studiați câțiva factori și mecanisme care schimbă organizarea temporală a celulei și fie contribuie la divizarea sau inhibarea divizării:
1. Raportul plasma-nucleu, sfera de influență a nucleului (raportul dintre volumul nucleului și volumul citoplasmei). Dacă acest raport scade, celula începe pregătirea pentru divizare.
2. Creșterea concentrației în celula precursorilor ADN (în special timidina) promovează tranziția celulei la MC. 3. Când se suprimă sinteza proteinei și a ARN, se inhibă procesele de preparare pentru fisiune.
4. Prezența în celulă a proteinei Keyon inhibă tranziția celulei de la o perioadă la alta în orice etapă.
5. Unele substanțe provoacă diviziunea celulelor, care în condiții normale nu se împart. De exemplu, dacă leucocitele din sângele periferic (celule foarte diferențiate ale unei populații înnoitoare) sunt plasate într-un mediu cu fitohemaglutinină (PHA), atunci încep să se împartă. Acest lucru este folosit pentru a studia cariotipul.
6. Gena divizării celulare (gena CDC) care codifică o proteină protein kinază care promovează intrarea unei celule în MC a fost identificată.
IV. Conceptul de cariotip
Aparatul genetic al celulei eucariote este reprezentat de cromozomi. Cariotipul este un set de cromozomi ai unei celule somatice,
semnul este permanent și specific pentru specie. Cariotipurile diferitelor specii diferă în ceea ce privește numărul, dimensiunea și structura cromozomilor.
Numărul (setul) de cromozomi este denumit de obicei "n". Pentru diferite tipuri de organisme, coeficientul "n" este diferit.
Fiecare celulă somatică conține un set dublu (pereche) de cromozomi "2n". Un astfel de set este numit diploid. Cromozomii identici se numesc omologi (perechi). Celulele sexuale conțin un singur set de cromozomi "n". Un astfel de set este numit haploid. La om, celulele somatice contin 46 de cromozomi (23h2), dintre care 44 de cromozomi (22h2) - autozomi sunt aceleași pentru ambele cromozomi de sex masculin și feminin de sex și 2 (geterosomy) la femei - bărbați XX - XY. cromozomii chimic se deoxyribonucleoproteins (DNP). Un cromozom constă dintr-o moleculă de ADN. La diferite perioade ale ciclului de viață, celulele cromozomiale au o organizație morpofuncțională diferită. Cromozomii sub forma unor structuri dense detectate în timpul diviziunii celulare și interfazei ei despiralizovany și totalitatea materialului ereditar se numește - cromatinei. Principalul rol biologic al cromozomilor interfazici este transferul de informații genetice.
Principalul rol biologic al cromozomilor în diviziune este distribuția uniformă a acestora între celulele fiice.
Cea mai mare parte cromatinei interfazei este în stare decondensed la diferite sale site-uri ale proceselor de transcriere sunt - un cromatinei activ - eucromatină. Dar există zone de cromatină condensată (densă) - aceasta este heterocromatina inactivă.
Distingem structurile heterocromatice structurale (constitutive) constant condensate, neinformative. Cel de-al doilea tip de heterochromatină este opțional, acestea fiind zonele care se pot dezintegra și intra într-o stare activă. În pregătirea pentru fisiune, apare o condensare graduală generală a cromatinei și tot materialul genetic este un heterochromatin opțional; în microscopul luminos, se găsește sub formă de structuri dense - cromozomi.
Procesul de condensare a cromatinei este foarte important pentru reglarea activității materialului genetic și pentru distribuția liberă a cromozomilor în citoplasma celulei în timpul fisiunii. Ca condensare, activitatea cromatinei scade. Ca rezultat, câștigul de compactare a cromatinei și metafază cromozomii proces spiralate reduce lungimea de câteva mii de ori și plasate liber în citoplasmă celulei, si apoi diverg spre poli. Forma cromozomilor metafază depinde de localizarea centromerelor.
Există cromozomi metacentrici, submetacentrici, acrocentrici și cromozomi cu constricție secundară (satelit) (figura 14).
Există mai multe niveluri de organizare a cromatinei (Figura 15):
1. Firele îndreptate. Această structură constă din 1 moleculă ADN și molecule de histonă situate în paralel. Cromatină inactivă.
2. Nivelul nucleozomilor. Structurile compacte sunt formate din 8 molecule histone și o porțiune a moleculei de ADN (aproximativ 200 de perechi de nucleotide), nucleozomii. Firele cromatice sunt scurtate de 7 ori. Cromatina cea mai activă.
3. Nucleomic. Ele sunt unite de 8-10 nucleozomi, se formează un nucleomer. Scurgerea firului este de 20 de ori.
4. Cromomere. Filamentul nucleomeric formează bucle legate de proteine. Scurtarea este de 200 de ori.
5. Nivelul cromomnemic se formează ca urmare a convergenței cromomerilor de-a lungul lungimii.
6. Cromatic. Cromonema este pliată de mai multe ori, formând corpul cromatidului. Cromatismul poate fi numit un cromozom nereplicat. După replicare, ADN-ul cromozomului conține 2 cromatide - un cromozom replicat.
V. Metode de reproducere a celulelor
Există mai multe modalități de divizare a celulelor: mitoză, amitoză, meioză.
Mitoza este un mod universal de divizare a celulelor. Aceasta este o diviziune indirectă complexă, caracteristică celulelor somatice. Semnificația biologică a mitozei este o creștere a numărului de celule identice genetic.
Amitoza este o divizare simplă, directă a nucleului în două sau mai multe părți. Aparatul de divizare nu este format, ceea ce contribuie la o distribuție strict uniformă a materialului genetic între nucleele fiice. Nucleele nucleare pot conține un volum diferit de material genetic. Astfel, amitoza nu poate fi considerată o diviziune completă. Divizarea citoplasmei nu se întâmplă adesea și apoi se formează celule binucleare (multinucleare). Astfel de celule își pierd capacitatea de a intra în continuare într-o divizie mitotică cu drepturi depline. Există trei tipuri de amitoză: reactivă, degenerativă și generatoare.
Meioza este o diviziune complexă, ca urmare a formării celulelor sexuale (gameți). Se compune din două divizii consecutive. Este deosebit de complexă prima diviziune a meiozei (proza I). Când meiozei apare o recombinare a materialului genetic (traversarea, discrepanța independentă a cromozomilor întregi în anafază I și discrepanța independentă a cromatidelor în anafaza II). Ca rezultat al meiozei, se formează celule haploide ("nc") și variabilitatea combinativă. Semnificația biologică a meiozei este menținerea permanenței cariotipului și apariția gameților genetic neidenici, care determină formarea de organisme cu caracteristici individuale. Meiozei apare în procesul de gametogeneză (formarea de celule sexuale) în glandele sexuale (gonade).
VI. Endoreproduktsiya
Endoreproduktsiya - un fenomen asociat nu cu o creștere a numărului de celule, dar cu o creștere (reproducere) a materialului genetic în celulă. Există două tipuri de endo-produse: endomitoză și polietilenă.
Endomitoza apare atunci când este tulburat cursul normal al mitozei (conservarea pachetului nuclear în profază, distrugerea aparatului mitotic la începutul anafazei) și conduce la o creștere a ploidiei celulei, un multiplu de "n". Dacă o celulă care conține 2n intră în endomitoză, atunci se formează o celulă - 4n, etc. Astfel, rezultatul endomitozelor este poliploidia.
Politici - formarea de cromozomi giganți politeni (multinuclei). În perioada S, o replicare a ADN-ului urmează alte zeci și sute de ori, deci se creează cromozomi care conțin sute de molecule de ADN. Este important ca acestea să fie cromozomi interfazici, pe care se produc procese de transcriere (zone de bufeuri) și acest lucru poate fi observat într-un microscop luminos. Comparând localizarea puffurilor și sinteza anumitor proteine, se pot compila hărți citologice ale cromozomilor, adică determinarea cu tentativă a localizării genelor individuale pe cromozom (fig.16). Semnificația biologică a polietenelor este o creștere a numărului de gene identice și, ca rezultat, o intensificare accentuată a sintezei anumitor proteine.
