معنای بیولوژیکی میتوز چیست؟ میتوز، مراحل میتوز. اهمیت بیولوژیکی میتوز مفاهیم و اصطلاحات اساسی ژنتیک

چرخه زندگی یک سلول تقسیم طرفدار و سلول های یوکاریوتی

مهمترین اصل نظریه سلولی این است که سلولهای جدید توسط تولید مثل(خود تولید مثل) قبلی، به لطف انجام شد تقسیمسلول اصلی بنابراین، تعداد زیادی از سلول ها که یک ارگانیسم چند سلولی را تشکیل می دهند، در نتیجه تقسیمات متوالی از یک زیگوت منفرد (تخم مرغ بارور شده) به وجود می آیند.

هنگامی که سلول ها تولید مثل می کنند، اطلاعات ارثی در بین نسل های آنها (و ارگانیسم ها در طول تولید مثل غیرجنسی) حفظ می شود. این در درجه اول با دو برابر کردن مواد ژنتیکی تضمین می شود، زیرا آنها دو برابر می شوند مولکول های DNA- اتفاق می افتد همانند سازیسپس DNA تکثیر شده به طور مساوی توزیع می شود (در طول تقسیم سلولی) بین دو سلول دختر.

تقسیم سلولی پروکاریوتیخود تولید مثل یک سلول پروکاریوتی توسط تقسیم ساده(شکل 1 را ببینید).

برنج. 1. D تقسیم سلول باکتریایی. DNA دو برابر شده و به دو سلول دختر تقسیم می شود

این فرآیند با همانندسازی DNA آغاز می شود. دو مولکول دختر از دومی به پلاسمالما متصل می شوند و غشاء بین نقاط اتصال آنها به سرعت شروع به رشد می کند. در نتیجه، "جدا کردن" مکانیکی دو مولکول DNA دختر در قطب های مخالف سلول رخ می دهد. پس از این، سلول مادر به دو سلول دختر با مولکول های DNA یکسان تقسیم می شود.

تقسیم سلول های یوکاریوتیاطلاعات ژنتیکی آنها در کروموزوم های هسته وجود دارد که تعداد آنها می تواند به مقدار قابل توجهیو بنابراین توزیع یکنواخت و دقیق کروموزوم هایی که قبلاً دو برابر شده اند بین سلول های دختر توسط یک دستگاه خاص تضمین می شود - دوک. این شامل رشته هایی است که توسط میکروتوبول ها تشکیل شده است. یک اندامک خاص در تشکیل دوک تقسیم دخیل است - مرکز سلولی.

روش اصلی تقسیم سلول های یوکاریوتی است میتوز. سلول های جنسی در نتیجه تشکیل می شوند میوز.

در زندگی یک سلول دو دوره قابل تشخیص است: تقسیم آن قبل از انجام می شود بین فاز، و سپس اتفاق واقعی رخ می دهد میتوزدر طول اینترفاز، سلول رشد می کند، تعداد اندامک های موجود در آن افزایش می یابد، به بلوغ می رسد و برای تقسیم آماده می شود - تکثیر DNA (دوبرابر شدن) اتفاق می افتد.

مجموعه مراحلی که یک سلول از لحظه پیدایش (در حین تقسیم اصلی، مادری) تا تقسیم خودش با تشکیل دو سلول جدید عبور می کند، نامیده می شود. چرخه زندگی (سلولی).. چرخه زندگی یک سلول منعکس کننده تمام تغییرات ساختاری و عملکردی طبیعی است که در طول زمان در سلول رخ می دهد. بنابراین، چرخه زندگی یک سلول، زمان وجود یک سلول از لحظه تشکیل آن با تقسیم سلول مادر تا تقسیم خود یا مرگ طبیعی است.

در سلول ها ارگانیسم پیچیده(به عنوان مثال، انسان) چرخه زندگی یک سلول می تواند متفاوت باشد. سلول های بسیار تخصصی (گلبول های قرمز، سلول های عصبیسلول های ماهیچه ای مخطط) تولید مثل نمی کنند. چرخه زندگی آنها شامل تولد، انجام وظایف مورد نظر، مرگ است.

میتوز، مراحل آن، اهمیت بیولوژیکی

مراحل اصلی میتوز

1. تکثیر (خود تکراری) اطلاعات ژنتیکی سلول مادر و توزیع یکنواختبین سلول های دختر این با تغییراتی در ساختار و مورفولوژی کروموزوم ها همراه است که در آن بیش از 90 درصد اطلاعات یک سلول یوکاریوتی متمرکز شده است.

2. چرخه میتوزی شامل چهار است دوره های متوالی: G1 پیش سنتز، S مصنوعی، G2 پس سنتز و خود میتوز. آنها فاز میانی اتوکاتالیستی (دوره آماده سازی) را تشکیل می دهند.

مراحل چرخه سلولی:

بین فاز:

بلافاصله پس از تقسیم سلولی، سنتز DNA هنوز اتفاق نمی افتد. سلول به طور فعال در اندازه رشد می کند و مواد لازم برای تقسیم را ذخیره می کند: پروتئین ها، RNA، مولکول های ATP. تقسیم میتوکندری و کلروپلاست اتفاق می افتد. ویژگی های سازمانی سلول اینترفاز پس از تقسیم قبلی بازیابی می شود.

سپس دو برابر شدن ماده ژنتیکی از طریق همانندسازی DNA اتفاق می افتد، زمانی که مارپیچ دوگانه مولکول DNA به دو زنجیره واگرا می شود و یک زنجیره مکمل روی هر یک از آنها سنتز می شود.

نتیجه دو مارپیچ دوگانه DNA یکسان است که هر کدام از یک رشته DNA جدید و یک رشته قدیمی تشکیل شده است. مقدار مواد ارثی دو برابر می شود. علاوه بر این، سنتز RNA و پروتئین ها ادامه دارد.

میتوز

پس از این، میتوز مناسب رخ می دهد که از چهار مرحله تشکیل شده است. فرآیند تقسیم شامل چندین مرحله متوالی است و یک چرخه است. مدت آن متفاوت است و برای اکثر سلول ها از 10 تا 50 ساعت متغیر است.

مراحل میتوز

فرآیند میتوز معمولاً به چهار مرحله اصلی تقسیم می شود:

پروفاز، متافاز، آنافازو تلوفاز(شکل 1-3). از آنجایی که پیوسته است، تغییر فازها به آرامی انجام می شود - یکی به طور نامحسوس به دیگری منتقل می شود.

در پروفازحجم هسته افزایش می یابد و در اثر مارپیچی شدن کروماتین، کروموزوم ها تشکیل می شوند. در پایان پروفاز مشخص می شود که هر کروموزوم از دو کروماتید تشکیل شده است. هسته و غشای هسته به تدریج حل می شوند و کروموزوم ها به طور تصادفی در سیتوپلاسم سلول قرار می گیرند. سانتریول ها به سمت قطب های سلول واگرا می شوند. یک دوک شکافت تشکیل می شود که برخی از رشته های آن از قطبی به قطب دیگر می رود و برخی به سانترومرهای کروموزوم ها متصل می شود. محتوای مواد ژنتیکی در سلول بدون تغییر باقی می ماند (2n4c).

برنج. 1.طرح میتوز در سلول های ریشه پیاز

برنج. 2.طرح میتوز در سلول های ریشه پیاز: 1- اینترفاز. 2.3 - پروفاز؛ 4 - متافاز; 5.6 - آنافاز؛ 7،8 - تلوفاز؛ 9- تشکیل دو سلول

برنج. 3.میتوز در سلول های نوک ریشه پیاز: آ- بین فاز؛ ب- پروفاز؛ V- متافاز؛ جی- آنافاز؛ ل, ه- تلوفازهای اولیه و دیررس

در متافازکروموزوم ها به حداکثر مارپیچی شدن می رسند و به صورت منظم در خط استوای سلول قرار می گیرند، بنابراین در این دوره شمارش و مطالعه می شوند. محتوای مواد ژنتیکی تغییر نمی کند (2n4c).

در آنافازهر کروموزوم به دو کروماتید تقسیم می شود که از این مرحله به بعد کروموزوم دختر نامیده می شود. رشته های دوک متصل به سانترومرها منقبض می شوند و کروماتیدها (کروموزوم های دختر) را به سمت قطب های مخالف سلول می کشند. محتوای مواد ژنتیکی در سلول در هر قطب با مجموعه ای دیپلوئیدی از کروموزوم ها نشان داده می شود، اما هر کروموزوم حاوی یک کروماتید (4n4c) است.

در تلوفازکروموزوم هایی که در قطب ها قرار دارند، از حالت دمی خارج می شوند و به خوبی قابل مشاهده نیستند. در اطراف کروموزوم ها در هر قطب، یک غشای هسته ای از ساختارهای غشایی سیتوپلاسم تشکیل می شود و هسته ها در هسته ها تشکیل می شوند. دوک شکافت از بین می رود. در همان زمان، سیتوپلاسم در حال تقسیم است. سلول های دختر دارای مجموعه ای از کروموزوم های دیپلوئیدی هستند که هر کدام از یک کروماتید (2n2c) تشکیل شده است.

اشکال غیر معمول میتوز

اشکال غیر معمول میتوز شامل آمیتوز، اندومیتوز و پلیتنی است.

1. آمیتوز تقسیم مستقیم هسته است. در همان زمان، مورفولوژی هسته حفظ می شود، هسته و غشای هسته قابل مشاهده است. کروموزوم ها قابل مشاهده نیستند و به طور مساوی توزیع نمی شوند. هسته بدون تشکیل دستگاه میتوزی (سیستمی از میکروتوبول ها، سانتریول ها، کروموزوم های ساختاریافته) به دو قسمت نسبتاً مساوی تقسیم می شود. اگر تقسیم به پایان برسد، یک سلول دو هسته ای ظاهر می شود. اما گاهی اوقات سیتوپلاسم نیز توری است.

این نوع تقسیم در برخی از بافت های تمایز یافته (در سلول ها) وجود دارد ماهیچه های اسکلتی، پوست، بافت همبند، و همچنین در بافت های آسیب شناسی تغییر یافته است. آمیتوز هرگز در سلول‌هایی که نیاز به حفظ اطلاعات ژنتیکی کامل دارند - تخم‌های بارور شده، سلول‌های یک جنین در حال رشد طبیعی رخ نمی‌دهد. این روش تقسیم را نمی توان یک روش تمام عیار برای تولید مثل سلول های یوکاریوتی در نظر گرفت.

2. اندومیتوز. با این نوع تقسیم، پس از همانندسازی DNA، کروموزوم ها به دو کروماتید دختر جدا نمی شوند. این منجر به افزایش تعداد کروموزوم‌ها در یک سلول می‌شود، گاهی اوقات ده‌ها برابر در مقایسه با مجموعه دیپلوئید. سلول های پلی پلوئید اینگونه به وجود می آیند. به طور معمول، این فرآیند در بافت هایی که به شدت کار می کنند، به عنوان مثال، در کبد، جایی که سلول های پلی پلوئید بسیار رایج هستند، انجام می شود. با این حال، از دیدگاه ژنتیک، اندومیتوز یک جهش جسمی ژنومی است.

3. پولیتنیا. افزایش چند برابری در محتوای DNA (chromonemata) در کروموزوم ها بدون افزایش محتوای خود کروموزوم ها وجود دارد. در این حالت، تعداد کرومونماها می تواند به 1000 یا بیشتر برسد و کروموزوم ها اندازه های غول پیکری پیدا می کنند. با پلی‌تنیا، تمام مراحل چرخه میتوزی به جز تولید مثل رشته‌های DNA اولیه از بین می‌رود. این نوع تقسیم در برخی از بافت های بسیار تخصصی (سلول های کبدی، غدد بزاقیحشرات دیپتران). کروموزوم‌های پلی‌تن مگس سرکه برای ساختن نقشه‌های سیتولوژیک ژن‌ها در کروموزوم‌ها استفاده می‌شوند.

اهمیت بیولوژیکی میتوز

این شامل این واقعیت است که میتوز انتقال ارثی ویژگی ها و خواص را در تعدادی از نسل های سلولی در طول رشد تضمین می کند. ارگانیسم چند سلولی. به دلیل توزیع دقیق و یکنواخت کروموزوم ها در طول میتوز، تمام سلول ها ارگانیسم واحداز نظر ژنتیکی همینطور

تقسیم سلولی میتوزی زمینه ساز همه اشکال تولید مثل غیرجنسی در موجودات تک سلولی و چند سلولی است. میتوز مهمترین پدیده زندگی را تعیین می کند: رشد، توسعه و ترمیم بافت ها و اندام ها و تولید مثل غیرجنسیارگانیسم ها

موضوعات بسیار جالب و مرموز در زیست شناسی وجود دارد که یکی از آنها ساختار سلول و فرآیندهای حیاتی آن است. در دانش در مورد سلول، تقسیم به حق جذاب ترین رویداد در نظر گرفته می شود. میتوز (تقسیم) چیست، ماهیت و اهمیت آن چیست؟ این چیزی است که این مقاله در مورد آن است.

انواع تکثیر سلولی

تولید مثل بخشی جدایی ناپذیر از تمام زندگی در سیاره ما است. این ویژگی در همه موجودات زنده و سلول ها به عنوان کوچکترین وجود دارد واحد ساختاریبدن برجسته انواع زیرتقسیم سلولی:

چرخه سلولی

برای تولید مثل سلول، تکثیر DNA (دوبرابر شدن) ضروری است، زیرا این تنها راه برای تقسیم ساده یک سلول به دو سلول دختر یکسان است. این همان چیزی است که میتوز است (mitosis، از یونانی mitos - نخ) - این روشی برای تقسیم سلولی با تقسیم دقیق مواد ژنتیکی بین سلول های دختر است. در این حالت فرآیند تکثیر ماده ژنتیکی و توزیع آن بین سلول های دختر به موقع از هم جدا می شود.

دوره قبل از میتوز سلولی اینترفاز نامیده می شود. در این دوره است که همانندسازی DNA اتفاق می افتد.

دوره های بین تقسیم سلولی (میتوز) یا مرگ سلولی را چرخه سلولی می نامند.

دوره بین فاز طولانی ترین دوره در چرخه سلولی است. برای انباشت انرژی و اجزای ساختاریکه برای تقسیم و سنتز نوکلئوتیدهای لازم برای تکثیر اسیدهای دئوکسی ریبونوکلئیک لازم خواهد بود.

سیتولوژی فرآیند

تشکیل دو سلول مادری یکسان همان میتوز است. این نوع تقسیم مشخصه تمام سلول های جسمی موجودات چند سلولی است و به یکی از روش های تولید مثل غیرجنسی موجودات تک سلولی تبدیل شده است. فرآیند میتوز به چهار مرحله تقسیم می شود که یکی پس از دیگری دنبال می شود. فازها مطابق با وضعیت فیزیکوشیمیایی سیتوپلاسم و محل و ظاهرکروموزوم ها طول مدت و ویژگی های این مراحل برای انواع مختلف سلول متفاوت است، اما توالی و ویژگی های اصلی برای هر میتوز یکسان باقی می مانند. مراحل این نوع تقسیم بندی چیست و چه تفاوت هایی با هم دارند، در ادامه به بررسی آن خواهیم پرداخت.

مرحله اول پروفاز است

در این مرحله، مارپیچ شدن کروموزوم ها (تراکم و تراکم) اتفاق می افتد که در اینترفاز دو برابر شده اند. در این مرحله است که کروموزوم ها در زیر میکروسکوپ نوری قابل مشاهده می شوند. سیتوپلاسم سلول چسبناک می شود، غشاهای هسته ای از بین می روند و سانتریول ها یک دوک را تشکیل می دهند - سیستمی از میکروتوبول های ساخته شده از توبولین پروتئینی که از قطب های سلول تا استوای آن کشیده می شوند. این دوک است که مسئول واگرایی واضح کروموزوم ها خواهد بود.

متافاز و آنافاز مراحل بعدی میتوز هستند

بعد چه اتفاقی می افتد؟ این دو فاز در طول تقسیم سلولی مهمترین آنها در نظر گرفته می شوند. در متافاز، کروموزوم ها در امتداد خط استوای سلول قرار می گیرند و صفحه استوایی را تشکیل می دهند که به آن ستاره مادر می گویند. هر کروموزوم توسط سانترومرهای خود به میکروتوبول های دوک متصل می شود. در آنافاز، رشته‌های میوفیبریل‌هایی که دوک را ثابت می‌کنند شروع به منقبض شدن می‌کنند و کروماتیدها را به سمت قطب‌های سلول می‌کشند. آنافاز مرحله ستارگان دختر نامیده می شود. قبل از پایان آنافاز، یک مجموعه دیپلوئیدی از کروموزوم ها در هر قطب جمع می شود.

مرحله نهایی میتوز

به آن تلوفاز می گویند. در این مرحله، فرآیند سیتوکینز - تقسیم سلولی فیزیکی - آغاز می شود. کروموزوم‌های قطب‌ها از حالت انقباضی خارج می‌شوند (باز می‌شوند و به پروتئین‌ها متصل می‌شوند)، یک غشای هسته‌ای و یک انقباض تشکیل می‌شود که سلول را به دو قسمت تقسیم می‌کند. در سلول گیاهی این انقباض از صفحه داخل سلولی ایجاد می شود و در سلول های حیوانی به دلیل تشکیل شیار شکافی تقسیم اتفاق می افتد.

مدت زمان مراحل و تنظیم فرآیند

مدت زمان چنین تقسیم بندی متفاوت است انواع متفاوتسلول ها. در سلول های حیوانی 30-60 دقیقه طول می کشد، در سلول های گیاهی - 2-3 ساعت. طول مدت مراحل میتوز نیز متفاوت است و به عوامل زیادی (اندازه سلول، پلوئیدی، شرایط) بستگی دارد. محیط خارجی). با این حال، مراحل تقسیم مرتبط با سنتز مواد طولانی تر است - پرو و ​​تلوفاز. به عنوان مثال، در سلول های پستانداران، پروفاز میتوزی 25-30 دقیقه، متافاز و آنافاز هر کدام حدود 15 دقیقه طول می کشد و تلوفاز می تواند تا 40 دقیقه طول بکشد. در ارگانیسم های چند سلولی، فعالیت میتوزی سلول ها به صورت عصبی-هومورال کنترل می شود. در آن شرکت می کنند سیستم عصبیو هورمون های اندام ترشح داخلی(به عنوان مثال، آدرنال، هیپوفیز، تیروئید و هورمون های جنسی). هنگامی که تنظیم عصبی-هومورال مختل می شود، تغییری در فعالیت میتوزی رخ می دهد که ما آن را در سلول ها مشاهده می کنیم تومورهای مختلف.

نقاط بحرانی

چرخه سلولی است روند دشوار، که نیاز به کنترل دقیق توسط سلول دارد. مراحل باید به شدت یکی پس از دیگری تکمیل شوند و تکمیل کامل مرحله قبلی مهم است. نقاط کنترل نقاطی هستند که انتقال به مراحل بعدی را تضمین می کنند و صحت انتقال اطلاعات را تضمین می کنند. سه نقطه از این قبیل در چرخه سلولی وجود دارد.

اولین مورد، آغاز فرآیند تکثیر DNA و آماده سازی برای تقسیم است. اگر اختلالاتی در این نقطه رخ دهد، منجر به شکستن DNA و اختلال در یکپارچگی کروموزوم می شود.

دوم بررسی کیفیت و کامل بودن تکثیر مواد ارثی است. در صورت بروز اختلال در این نقطه، کاریوتیپ سلول ها مختل می شود.

سوم شروع آنافاز میتوز است، زمانی که واگرایی کروموزوم ها به قطب ها باید رخ دهد.

مطالعه فرآیندهای رخ داده در این نقاط به بهبود روش‌های بازسازی بافت و اندام، یافتن راه‌هایی برای جلوگیری از اختلالات چرخه سلولی و جلوگیری از تقسیم سلولی کنترل نشده کمک می‌کند. اختلالات چرخه سلولی و میتوز پاتولوژیک نیز می تواند در اثر قرار گرفتن در معرض سموم یا سموم، عوامل شدید (گرم شدن بیش از حد، گرسنگی اکسیژن، تابش یونیزه کننده). میتوز پاتولوژیک نیز می تواند ناشی از عفونت های ویروسی.

اهمیت بیولوژیکی میتوز

این نوع تقسیم سلولی، انتقال دقیق اطلاعات ارثی را طی یک سری چرخه سلولی متوالی تضمین می کند. این انتقال باعث حفظ کاریوتیپ (مجموعه کروموزوم) موجودات هر گونه و پایداری گونه در فرآیند تکامل (توسعه تاریخی) می شود.

تمام سلول های سوماتیک یک ارگانیسم چند سلولی به صورت میتوز تقسیم می شوند که رشد ارگانیسم را تضمین می کند. علاوه بر این، اهمیت میتوز برای اطمینان از بازسازی بافت ها و اندام ها و جایگزینی سلول ها است. مثلا، مغز استخوانبه طور مداوم ترکیب خود را به روز می کند عناصر شکل گرفتهخون

بسیاری از حیوانات و گیاهان فقط این روش تولید مثل غیرجنسی (تک سلولی، کوئلنترات و نه تنها) را انتخاب کرده اند. اثبات طبیعی هویت کامل سلول های تشکیل شده توسط میتوز دوقلوهای همسان است که از یک زیگوت منشأ می گیرند که توسط میتوز به دو دسته تقسیم می شوند. مراحل اولیهرشد جنینی

میتوزروشی برای تقسیم سلول های یوکاریوتی است که منجر به تشکیل 2 سلول دختر می شود که دارای مجموعه کروموزوم های یکسان و یک سلول مادر هستند.

در طول میتوز، یک تقسیم سلولی رخ می دهد که شامل چهار مرحله است: پروفاز، متافاز، آنافاز و تلوفاز.مجموعه کروموزوم های سلول قبل و بعد از تقسیم دیپلوئید است. وضعیت اطلاعات ارثی پس از جدایی بدون تغییر باقی می ماند. میتوز در سلول های گیاهیدر سال 1874 توسط I. D. Chistyakov و در سلول های حیوانی کشف شد تقسیم میتوزیکمی بعد - در سال 1878 - توسط V. Fleming و Π. I. Peremezhko.

مراحل میتوز

پروفاز -مرحله مارپیچی شدن کروموزوم های دی کروماتید. فرآیندهای زیر در پروفاز رخ می دهد:

■ مارپیچ سازی (متراکم شدن) یعنی کوتاه شدن و ضخیم شدن کروموزوم های دو کروماتید.

■ تفاوت بین سانتریول ها به سمت قطب ها.

■ کاهش و ناپدید شدن هسته (هسته)

■ تجزیه به قطعات غشای هسته ای.

■ تشکیل دوک ها - سیستم میکروتوبولی در سلولی که در حال تقسیم است. جداسازی کروموزوم را در میتوز و میوز فراهم می کند. دوک دارای دو نوع میکرولوله است: آنهایی که از قطب ها (قطبی) و از سانترومرهای کروموزوم ها (کروموزومی) گسترش می یابند. واگرایی کروموزومی در نتیجه کاهش میکرولوله های کروموزومی رخ می دهد. دوک به همراه مراکز جمع آوری میکروتوبول، دستگاه میتوزی را تشکیل می دهد.

متافاز- مرحله آرایش کروموزوم های دو کروماتید در استوای سلول. در متافاز، کروموزوم ها در خط استوا قرار دارند

I-III- پروفاز IV- متافاز؛ V-VI - آنافاز؛ VII-VIII- تلوفاز

سلول ها در فاصله مساوی از قطب های هسته در همان صفحه، تشکیل به اصطلاح صفحه متافازلازم به ذکر است که آنها برای مدت طولانی در این موقعیت باقی می مانند. در این راستا، متافاز برای شمارش تعداد کروموزوم های یک سلول راحت است.

آنافاز- مرحله تمایز کروموزوم های تک کروماتید به قطب های سلولی. در آنافاز، کروموزوم ها به کروماتیدهای منفرد جدا می شوند و به سمت قطب های سلول حرکت می کنند.

تلوفاز -مرحله despiralization کروموزوم های تک کروماتید. به آن "پروفاز معکوس" نیز می گویند، زیرا فرآیندهایی برعکس فرآیندهای پروفاز رخ می دهند: ناامید شدنکروموزوم های تک کروماتید، محل سانتریول ها در نزدیکی هسته، تشکیل هسته (هسته)، تشکیل پوشش هسته و تخریب دوک.

اهمیت بیولوژیکی میتوز: 1) توزیع دقیق مواد ارثی بین دو سلول دختر را تضمین می کند. 2) پایداری کاریوتیپ را در هنگام تولید مثل غیرجنسی تضمین می کند. 3) زیربنای تولید مثل، بازسازی و رشد غیرجنسی است.

زیست شناسی +کلشی سین- یک آلکالوئید که اثر ضد میکروبی قوی دارد. این ترکیب با جلوگیری از جمع آوری آن از زیر واحدهای پروتئین توبولین، از تشکیل رشته های دوک میتوزی جلوگیری می کند. کلشی سین در زیست شناسی برای مطالعه کاریوتیپ و برای تشخیص بالینیناهنجاری های کروموزومی، در پرورش برای به دست آوردن شانس پلی پلوئید، در پزشکی برای کاهش درد در نقرس و غیره. کلشی سین از بنه های کروکوس پاییزی به دست می آید. (Colchicum autumnale L.) که متعلق به خانواده ملانتیا از راسته Liliaceae است. Colchicum بسیار سمی است، اما در عین حال مهم است گیاه داروییو یک گیاه زینتی جالب

میتوز- این رایج ترین روش تقسیم سلول های یوکاریوتی است. در طول میتوز، ژنوم هر یک از دو سلول حاصل با یکدیگر یکسان بوده و با ژنوم سلول اصلی منطبق است.

میتوز آخرین و معمولا کوتاه ترین مرحله چرخه سلولی است. با پایان یافتن آن، چرخه زندگی سلول به پایان می رسد و چرخه دو سلول تازه تشکیل شده آغاز می شود.

نمودار طول مدت مراحل چرخه سلولی را نشان می دهد. حرف M نشان دهنده میتوز است. بالاترین سرعتمیتوز در سلول های زایا مشاهده می شود، کوچکترین - در بافت های با درجه بالاتمایز، اگر سلول های آنها اصلاً تقسیم شوند.

اگرچه میتوز به طور مستقل از اینترفاز، متشکل از دوره های G 1، S و G 2 در نظر گرفته می شود، اما آمادگی برای آن دقیقاً در آن رخ می دهد. بیشترین نکته مهمهمانندسازی DNA است که در دوره مصنوعی (S) رخ می دهد. پس از همانند سازی، هر کروموزوم از قبل از دو کروماتید یکسان تشکیل شده است. آنها در تمام طول خود به هم نزدیک هستند و در سانترومر کروموزوم به هم متصل هستند.

در طول اینترفاز، کروموزوم ها در هسته قرار دارند و درهم پیچیده ای از رشته های کروماتین نازک و بسیار طولانی هستند که فقط در زیر میکروسکوپ الکترونی قابل مشاهده هستند.

میتوز دارای تعدادی فاز متوالی است که ممکن است مراحل یا دوره نیز نامیده شوند. در نسخه کلاسیک ساده شده، چهار مرحله متمایز می شود. این پروفاز، متافاز، آنافاز و تلوفاز. اغلب فازهای بیشتری متمایز می شوند: پرومتافاز(بین پروفاز و متافاز)، پیش گفتار(ویژگی سلول های گیاهی، مقدم بر پروفاز است).

یکی دیگر از فرآیندهای مرتبط با میتوز این است سیتوکینز، که عمدتاً در دوره تلوفاز رخ می دهد. می توانیم بگوییم که سیتوکینزیس همان طور که بود، بخشی جدایی ناپذیرتلوفازها یا هر دو فرآیند به صورت موازی اتفاق می افتند. سیتوکینز به جداسازی سیتوپلاسم (اما نه هسته!) سلول مادر اشاره دارد. شکافت هسته ای نامیده می شود کاریوکینزیسو مقدم بر سیتوکینز است. با این حال، در طول میتوز، تقسیم هسته ای رخ نمی دهد، زیرا ابتدا یکی، والد، متلاشی می شود، سپس دو هسته جدید تشکیل می شود، آنهایی که دختر هستند.

مواردی وجود دارد که کاریوکینز رخ می دهد، اما سیتوکینز رخ نمی دهد. در چنین مواردی سلول های چند هسته ای تشکیل می شوند.

مدت زمان خود میتوز و مراحل آن فردی است و به نوع سلول بستگی دارد. معمولاً پروفاز و متافاز طولانی ترین دوره ها هستند.

میانگین مدت میتوز حدود دو ساعت است. سلول های حیوانی معمولا سریعتر از سلول های گیاهی تقسیم می شوند.

هنگامی که سلول های یوکاریوتی تقسیم می شوند، یک دوک شکافت دوقطبی لزوما تشکیل می شود که از میکروتوبول ها و پروتئین های مرتبط تشکیل شده است. به لطف آن، توزیع مساوی مواد ارثی بین سلول های دختر اتفاق می افتد.

در زیر به شرح فرآیندهایی خواهیم پرداخت که در طی مراحل مختلف میتوز در سلول رخ می دهد. انتقال به هر مرحله بعدی در سلول توسط نقاط کنترل بیوشیمیایی خاصی کنترل می شود که "بررسی" می کنند که آیا تمام فرآیندهای لازم به درستی انجام شده اند یا خیر. در صورت وجود خطا، تقسیم ممکن است متوقف شود یا نباشد. در مورد دوم، سلول های غیر طبیعی ظاهر می شوند.

مراحل میتوز

در پروفاز، فرآیندهای زیر (بیشتر به صورت موازی) رخ می‌دهند:

کروموزوم ها متراکم می شوند

هسته ها ناپدید می شوند

پوشش هسته ای متلاشی می شود

دو قطب دوکی تشکیل می شود

میتوز با کوتاه شدن کروموزوم ها شروع می شود. جفت کروماتیدهای تشکیل دهنده آنها مارپیچی هستند که در نتیجه کروموزوم ها بسیار کوتاه و ضخیم می شوند. در اواخر پروفاز می توان آنها را در زیر میکروسکوپ نوری مشاهده کرد.

هسته‌ها ناپدید می‌شوند زیرا قسمت‌هایی از کروموزوم‌هایی که آنها را تشکیل می‌دهند (سازمان‌دهنده هسته‌ای) قبلاً به شکل مارپیچی هستند، بنابراین غیرفعال هستند و با یکدیگر تعامل ندارند. علاوه بر این، پروتئین های هسته ای تجزیه می شوند.

در سلول‌های جانوران و گیاهان پایین‌تر، سانتریول‌های مرکز سلول از قطب‌های سلول جدا می‌شوند و بیرون می‌زنند. مراکز سازماندهی میکروتوبول. با اينكه گیاهان بالاترسانتریول وجود ندارد، میکروتوبول ها نیز تشکیل می شوند.

میکروتوبول های کوتاه (اختری) از هر مرکز سازمان شروع به انحراف می کنند. یک ساختار ستاره مانند شکل می گیرد. در گیاهان تولید نمی شود. قطب های تقسیم آنها گسترده تر است، میکروتوبول ها نه از یک منطقه کوچک، بلکه از یک منطقه نسبتاً وسیع بیرون می آیند.

شکستن پوشش هسته ای به واکوئل های کوچک پایان پروفاز را نشان می دهد.

در سمت راست در میکروعکس سبزمیکروتوبول ها برجسته می شوند، کروموزوم ها با رنگ آبی، سانترومرهای کروموزوم با رنگ قرمز برجسته می شوند.

همچنین باید توجه داشت که در طول پروفاز میتوز، تکه تکه شدن EPS به واکوئل های کوچک رخ می دهد. دستگاه گلژی به دیکتوزوم های منفرد تجزیه می شود.

فرآیندهای کلیدی پرومتافاز عمدتاً به صورت متوالی رخ می دهند:

نظم و حرکت آشفته کروموزوم ها در سیتوپلاسم.

اتصال آنها با میکروتوبول ها.

حرکت کروموزوم ها به صفحه استوایی سلول.

کروموزوم ها به سیتوپلاسم ختم می شوند و به طور تصادفی حرکت می کنند. یک بار در قطب، آنها شانس بیشتربه انتهای مثبت میکروتوبول متصل شود. در نهایت رشته به کینتوکور متصل می شود.

چنین میکروتوبول kinetochore شروع به رشد می کند که کروموزوم را از قطب دور می کند. در نقطه ای، میکروتوبول دیگری به کینتوکور کروماتید خواهر متصل می شود که از قطب تقسیم دیگر رشد می کند. او همچنین شروع به هل دادن کروموزوم می کند، اما در جهت مخالف. در نتیجه کروموزوم در خط استوا قرار می گیرد.

کینتوکورها تشکیل پروتئین در سانترومر کروموزوم ها هستند. هر کروماتید خواهر دارای کینتوکور خاص خود است که در پروفاز "بلوغ" می‌شود.

علاوه بر میکروتوبول‌های اختری و کینتوکور، مواردی نیز وجود دارند که از یک قطب به قطب دیگر می‌روند و گویی سلول را در جهتی عمود بر استوا گسترش می‌دهند.

نشانه شروع متافاز، آرایش کروموزوم ها در امتداد استوا است، به اصطلاح متافاز یا صفحه استوایی. در طول متافاز، تعداد کروموزوم ها، تفاوت آنها و این واقعیت که آنها از دو کروماتید خواهر که در سانترومر متصل هستند به وضوح قابل مشاهده است.

کروموزوم ها توسط نیروهای کششی متعادل روی میکروتوبول ها در قطب های مختلف کنار هم نگه داشته می شوند.

کروماتیدهای خواهر جدا می شوند و هر کدام به سمت قطب خود حرکت می کنند.

قطب ها از یکدیگر دور می شوند.

آنافاز بیشترین است فاز کوتاهمیتوز زمانی شروع می شود که سانترومرهای کروموزوم ها به دو قسمت تقسیم می شوند. در نتیجه، هر کروماتید به یک کروموزوم مستقل تبدیل می شود و به یک میکروتوبول یک قطبی متصل می شود. نخ ها کروماتیدها را به قطب های مخالف "کشش" می کنند. در واقع میکروتوبول ها از هم جدا می شوند (دپلیمریزه می شوند) یعنی کوتاه می شوند.

در آنافاز سلول های حیوانی، نه تنها کروموزوم های دختر، بلکه خود قطب ها نیز حرکت می کنند. به دلیل ریزلوله‌های دیگر که از هم جدا می‌شوند، ریز لوله‌های اختری به غشاها متصل می‌شوند و همچنین "کشش" می‌کنند.

حرکت کروموزوم متوقف می شود

کروموزوم ها متراکم می شوند

هسته ها ظاهر می شوند

غشای هسته بازسازی شده است

اکثر میکروتوبول ها ناپدید می شوند

تلوفاز زمانی شروع می شود که کروموزوم ها حرکت خود را متوقف می کنند و در قطب ها متوقف می شوند. آنها ناامید می شوند، بلند و نخ مانند می شوند.

میکروتوبول‌های دوک از قطب‌ها به سمت استوا، یعنی از انتهای منهای آن‌ها تخریب می‌شوند.

یک پوشش هسته ای در اطراف کروموزوم ها از ادغام وزیکول های غشایی تشکیل می شود که هسته مادر و EPS در پروفاز در آن شکسته می شوند. در هر قطب، هسته دختر خود را تشکیل می دهد.

با از بین رفتن کروموزوم ها، سازمان دهنده های هسته فعال می شوند و هسته ها ظاهر می شوند.

سنتز RNA از سر گرفته می شود.

اگر سانتریول ها در قطب ها هنوز جفت نشده باشند، در نزدیکی هر یک جفت ساخته می شود. بنابراین، در هر قطب، مرکز سلولی خود را بازسازی می کند که به سلول دختر می رود.

به طور معمول، تلوفاز با جدا شدن سیتوپلاسم، یعنی سیتوکینزیس، به پایان می رسد.

سیتوکینز می تواند در همان اوایل آنافاز شروع شود. با شروع سیتوکینز، اندامک های سلولی به طور نسبتاً مساوی در سراسر قطب ها توزیع می شوند.

جداسازی سیتوپلاسم سلول های گیاهی و جانوری به روش های مختلفی صورت می گیرد.

در سلول های حیوانی به دلیل خاصیت ارتجاعی، غشای سیتوپلاسمی در قسمت استوایی سلول شروع به برآمدگی به سمت داخل می کند. یک شیار تشکیل می شود که در نهایت بسته می شود. به عبارت دیگر، سلول مادر با بستن تقسیم می شود.

در سلول های گیاهی در طول تلوفاز، رشته های دوک در استوا ناپدید نمی شوند. آنها به غشای سیتوپلاسمی نزدیک تر می شوند، تعداد آنها افزایش می یابد و تشکیل می شوند فراگموپلاست. این شامل میکروتوبول های کوتاه، میکروفیلامنت ها و بخش هایی از ER است. ریبوزوم ها، میتوکندری ها و مجموعه گلژی در اینجا حرکت می کنند. وزیکول های گلژی و محتویات آنها در استوا صفحه سلولی میانی، دیواره سلولی و غشای سلول های دختر را تشکیل می دهند.

معنی و عملکرد میتوز

میتوز ثبات ژنتیکی را تضمین می کند: تولید مثل دقیق مواد ژنتیکی در طی یک سری از نسل ها. هسته‌های سلول‌های جدید دارای همان تعداد کروموزوم هستند که سلول والد موجود است، و این کروموزوم‌ها کپی‌های دقیقی از کروموزوم‌های مادر هستند (مگر اینکه جهش‌هایی رخ داده باشد). به عبارت دیگر، سلول های دختر از نظر ژنتیکی با سلول مادر یکسان هستند.

با این حال، میتوز همچنین تعدادی عملکرد مهم دیگر را انجام می دهد:

رشد یک ارگانیسم چند سلولی،

تولید مثل غیر جنسی،

جایگزینی سلول های بافت های مختلف در موجودات چند سلولی،

در برخی گونه ها، بازسازی اعضای بدن ممکن است رخ دهد.

میتوز - تقسیم غیر مستقیمسلول ها، کاریوکینزیس، [~ 1] رایج ترین روش تولید مثل سلول های یوکاریوتی است. اهمیت بیولوژیکی میتوز توزیع کاملاً یکسان کروموزوم ها بین هسته های دختر است که تشکیل سلول های دختر از نظر ژنتیکی یکسان را تضمین می کند و تداوم را در تعدادی از نسل های سلولی حفظ می کند.

میتوز از چهار مرحله تشکیل شده است: پروفاز، متافاز، آنافاز، تلوفاز.

در پروفازحجم هسته افزایش می یابد، کروموزوم ها به دلیل مارپیچی شدن قابل مشاهده می شوند و دو سانتریول به سمت قطب های سلول جدا می شوند. در نتیجه مارپیچی شدن کروموزوم ها، خواندن اطلاعات ژنتیکی از DNA غیرممکن می شود.

و سنتز RNA متوقف می شود. رشته های دوک آکروماتین بین قطب ها کشیده می شوند: دستگاهی تشکیل می شود که واگرایی کروموزوم ها را به قطب های سلول تضمین می کند. در پایان پروفاز، پوشش هسته ای به قطعات جداگانه ای تقسیم می شود که لبه های آن به هم نزدیک می شوند. وزیکول های کوچکی شبیه به شبکه آندوپلاسمی تشکیل می شود.

در طول پروفاز، مارپیچی شدن کروموزوم ها ادامه می یابد که ضخیم و کوتاه می شوند. پس از فروپاشی غشای هسته ای، کروموزوم ها آزادانه و به طور تصادفی در سیتوپلاسم قرار می گیرند.

در متافازمارپیچی شدن کروموزوم ها به حداکثر می رسد و کروموزوم های کوتاه شده به سمت استوای سلول که در فاصله مساوی از قطب ها قرار دارد می شتابند. مشاهده می شود که کروموزوم ها از دو کروماتید تشکیل شده اند که فقط در سانترومر به هم متصل هستند. مناطق سانترومر کروموزوم ها در یک صفحه قرار دارند. دوک میتوزی در حال حاضر به طور کامل در این زمان تشکیل شده است. برخی از نخ های دوک از قطبی به قطب دیگر می روند - اینها رشته های پیوسته هستند. رشته های دیگر - کروموزومی - قطب ها را به سانترومرهای کروموزوم ها متصل می کند.

در آنافازسانترومرها از هم جدا می شوند و از این لحظه کروماتیدهای خواهر به کروموزوم های دختر مستقل تبدیل می شوند. مکانیسم حرکت کروموزوم های دختر به قطب های سلول توسط فرآیندهای زیر تضمین می شود. ابتدا با لغزش رشته کروموزومی دوکی که کروموزوم به آن متصل است. ثانیاً با برش قطعات نخ کروموزومی توسط آنزیم ها در ناحیه مرکز سلول (یا ناحیه سانترومر) که در نتیجه نخ کوتاه می شود و کروموزوم را به قطب نزدیک می کند. بنابراین، در آنافاز، کروماتیدهای کروموزوم ها در اینترفاز دو برابر می شوند، دقیقاً به قطب های سلول واگرا می شوند. در این لحظه، سلول شامل دو مجموعه دیپلوئید کروموزوم است میتوز با تلوفاز به پایان می رسد.کروموزوم‌هایی که در قطب‌ها جمع شده‌اند به حالت استهلاک رفته و به سختی قابل رویت می‌شوند. پوشش هسته ای از ساختارهای غشایی سیتوپلاسم تشکیل شده است. در سلول های حیوانی، سیتوپلاسم به دلیل انقباض بدنه سلولی به دو قسمت کوچکتر تقسیم می شود که هر کدام شامل یک مجموعه دیپلوئید کروموزوم است. در سلول‌های گیاهی، غشای سیتوپلاسمی از وسط سلول ایجاد می‌شود و تا محیط اطراف گسترش می‌یابد و سلول را به نصف تقسیم می‌کند. پس از تشکیل غشای سیتوپلاسمی عرضی، دیواره سلولزی در سلول های گیاهی ظاهر می شود. با شروع از یک تخمک بارور شده - یک زیگوت - همه سلول های دختر تشکیل شده در نتیجه میتوز حاوی مجموعه کروموزوم های مشابه و ژن های یکسان هستند که تداوم ژنوتیپ را در یک سری از نسل های سلولی تضمین می کند. بدین ترتیب، معنای بیولوژیکیمیتوز به عنوان روشی برای تقسیم سلولی، شامل توزیع دقیق مواد ژنتیکی بین سلول های دختر است. در نتیجه میتوز، هر دو سلول دختر یک مجموعه دیپلوئیدی از کروموزوم ها را دریافت می کنند. اهمیت بیولوژیکی میتوز پایداری ساختار و عملکرد صحیح اندام‌ها و بافت‌های موجودات چند سلولی بدون حفظ مجموعه‌ای از مواد ژنتیکی مشابه در نسل‌های بی‌شماری سلولی غیرممکن خواهد بود. میتوز تظاهرات مهم زندگی را ارائه می دهد: رشد جنینی، رشد، ترمیم اندام ها و بافت ها پس از آسیب، حفظ یکپارچگی ساختاری بافت ها با از دست دادن مداوم سلول ها در روند عملکرد آنها (جایگزینی گلبول های قرمز مرده، سلول های پوستی آسیب دیده، اپیتلیوم روده و غیره). در تک یاخته ها، میتوز تولید مثل غیرجنسی را تضمین می کند.

میوز و مراحل آن

MEIOSIS یک تقسیم سلولی است که در آن تعداد کروموزوم ها کاهش می یابد و نوترکیبی آنها در سلول های دختر در مقایسه با سلول مادر رخ می دهد. میوز اساس تولید مثل جنسی است که در آن فرزندان با والدین یکسان نیستند. مهمترین نقش تکاملی آن به عنوان مانعی برای ترکیب غیرقابل دوام کروموزوم ها و ژن ها است. میوز در دو مرحله رخ می دهد که مرحله اول کاهش نامیده می شود (در این مرحله خاص تعداد کروموزوم های سلول های دختر به نصف می رسد) و مرحله دوم معادله ای است (در نتیجه کروموزوم ها به طور مساوی بین سلول های دختر توزیع می شوند. مشابه میتوز). با کاهش تعداد کروموزوم ها در نتیجه میوز در چرخه زندگیانتقال از فاز دیپلوئید به فاز هاپلوئید وجود دارد.

با توجه به اینکه در پروفاز مرحله اول کاهشی، همجوشی (همجوشی) دوتایی کروموزوم های همولوگ اتفاق می افتد، سیر صحیح میوز فقط در سلول های دیپلوئید یا حتی در پلی پلوئیدها (سلول های تترا، هگزاپلوید و غیره) امکان پذیر است. . میوز همچنین می تواند در پلی پلوئیدهای عجیب و غریب (سلول های سه گانه، پنتاپلوئیدی و غیره) رخ دهد، اما در آنها، به دلیل عدم اطمینان از همجوشی کروموزوم های دوتایی در پروفاز I، واگرایی کروموزوم با اختلالاتی رخ می دهد که حیات سلولی یا در حال رشد را به خطر می اندازد. از آن یک ارگانیسم هاپلوئید چند سلولی است.

مراحل میوز

میوز شامل 2 بخش متوالی با فاصله کوتاه بین آنها است.

Prophase I - پروفاز بخش اول بسیار پیچیده است و شامل 5 مرحله است:

o لپتوتن یا لپتونما - بسته بندی کروموزوم ها، تراکم DNA برای تشکیل کروموزوم ها به شکل رشته های نازک (کروموزوم ها کوتاه می شوند).

o زیگوتن یا زیگونما - کونژوگه اتفاق می افتد - به هم پیوستن کروموزوم های همولوگ با تشکیل ساختارهایی متشکل از دو کروموزوم متصل به هم که چهار ظرفیتی یا دو ظرفیتی نامیده می شوند و تراکم بیشتر آنها.

o Pachytene یا pachynema - (طولانی ترین مرحله) عبور از روی (متقاطع)، تبادل مقاطع بین کروموزوم های همولوگ. کروموزوم های همولوگ به یکدیگر متصل می مانند.

o دیپلوتن یا دیپلونما - تراکم نسبی کروموزوم ها رخ می دهد، در حالی که بخشی از ژنوم می تواند کار کند، فرآیندهای رونویسی (تشکیل RNA)، ترجمه (ساخت پروتئین) رخ می دهد. کروموزوم های همولوگ به یکدیگر متصل می مانند. در برخی از حیوانات، در تخمک ها کروموزوم ها در این مرحله از پروفاز میوز به دست می آیند. شکل مشخصهکروموزوم ها مانند برس های لامپ.

o دیاکینزیس - DNA دوباره به حداکثر متراکم می شود، فرآیندهای مصنوعی متوقف می شوند، غشای هسته ای حل می شود. سانتریول ها به سمت قطب ها واگرا می شوند. کروموزوم های همولوگ به یکدیگر متصل می مانند.

در پایان پروفاز I، سانتریول ها به قطب های سلولی مهاجرت می کنند، رشته های دوکی تشکیل می شوند و غشای هسته و هسته از بین می روند.

متافاز I - کروموزوم های دو ظرفیتی در امتداد خط استوای سلول قرار می گیرند.

آنافاز I - میکروتوبول ها منقبض می شوند، دو ظرفیتی تقسیم می شوند و کروموزوم ها به سمت قطب ها حرکت می کنند. توجه به این نکته ضروری است که به دلیل پیوند کروموزوم ها در زیگوتن، کل کروموزوم ها که هر کدام از دو کروماتید تشکیل شده اند، به سمت قطب ها واگرا می شوند و نه کروماتیدهای منفرد، مانند میتوز.

تلوفاز I - کروموزوم ها از بین می روند و یک پوشش هسته ای ظاهر می شود.

تقسیم دوم میوز بلافاصله پس از اولین، بدون اینترفاز مشخص انجام می شود: هیچ دوره S وجود ندارد، زیرا همانندسازی DNA قبل از تقسیم دوم رخ نمی دهد.

پروفاز II - تراکم کروموزوم رخ می دهد، مرکز سلول تقسیم می شود و محصولات تقسیم آن به قطب های هسته منحرف می شود، غشای هسته از بین می رود و دوک شکافت تشکیل می شود.

متافاز II - کروموزوم های یک ظرفیتی (شامل هر کدام از دو کروماتید) در "استوا" (در فاصله مساوی از "قطب های" هسته) در همان صفحه قرار دارند و به اصطلاح صفحه متافاز را تشکیل می دهند.

آنافاز II - تک ظرفیتی ها تقسیم می شوند و کروماتیدها به سمت قطب ها حرکت می کنند.

تلوفاز II - کروموزوم ها از بین می روند و یک پوشش هسته ای ظاهر می شود.

در نتیجه چهار سلول هاپلوئید از یک سلول دیپلوئیدی تشکیل می شود. در مواردی که میوز با گامتوژنز همراه است (به عنوان مثال، در حیوانات چند سلولی)، در طول رشد تخم ها، تقسیم اول و دوم میوز به شدت ناهموار است. در نتیجه یک تخمک هاپلوئید و دو جسم به اصطلاح کاهشی تشکیل می شود.