bioloģijas pasniedzējs 

2.7 Šūna – dzīvā cilvēka ģenētiskā vienība. Hromosomas, to uzbūve (forma un izmērs) un funkcijas

1. video nodarbība: Šūnu dalīšanās. Mitoze

2. video nodarbība: Mejoze. Mejozes fāzes

Lekcija: Šūna ir dzīvas būtnes ģenētiskā vienība. Hromosomas, to uzbūve (forma un izmērs) un funkcijas

Šūna ir dzīvības ģenētiskā vienība

Vienšūna tiek atzīta par dzīves pamatvienību. Tieši šūnu līmenī notiek procesi, kas atšķir dzīvo vielu no nedzīvas. Katra no šūnām uzglabā un intensīvi izmanto iedzimto informāciju par tajā sintezējamo olbaltumvielu ķīmisko struktūru, un tāpēc to sauc par dzīvā ģenētisko vienību. Pat bez kodola eritrocītiem to pastāvēšanas sākumposmā ir mitohondriji un kodols. Tikai nobriedušā stāvoklī tiem trūkst olbaltumvielu sintēzes struktūru.

Līdz šim zinātne nezina šūnas, kas nesatur DNS vai RNS kā genoma informācijas nesēju. Ja nav ģenētiskā materiāla, šūna nav spējīga proteīnu sintēzi un līdz ar to dzīvību.

DNS atrodas ne tikai kodolos, tās molekulas atrodas hloroplastos un mitohondrijos, šīs organellas var vairoties šūnas iekšienē.

DNS šūnā ir hromosomu formā - kompleksi proteīna-nukleīnskābju kompleksi. Eikariotu hromosomas atrodas kodolā. Katrs no tiem ir sarežģīta struktūra, kurā ietilpst:

    Vienīgā garā DNS molekula, no kuras 2 metri ir iepakotas kompaktā struktūrā (cilvēkiem) līdz 8 mikroniem lielā;

    Īpaši histonu proteīni, kuru uzdevums ir iepakot hromatīnu (hromosomas vielu) pazīstamā stieņa formā;

Hromosomas, to uzbūve (forma un izmērs) un funkcijas


Šo blīvo ģenētiskā materiāla iepakojumu šūna ražo pirms dalīšanās. Tieši šajā brīdī mikroskopā var izmeklēt blīvi iesaiņotas, izveidojušās hromosomas. Kad DNS tiek salocītas kompaktās hromosomās, ko sauc par heterohromatīnu, ziņotāja RNS sintēze nav iespējama. Šūnu masas rekrutācijas un tās starpfāzu attīstības periodā hromosomas atrodas mazāk iesaiņotā stāvoklī, ko sauc par interhromatīnu un tajā sintezējas mRNS, notiek DNS replikācija.

Galvenie hromosomu struktūras elementi ir:

    centromērs.Šī ir hromosomas daļa ar īpašu nukleotīdu secību. Tas savieno kopā divus hromatīdus, piedalās konjugācijā. Tieši pie tā ir piestiprināti šūnu dalīšanās vārpstas cauruļu proteīna pavedieni.

    Telomēri. Šīs ir hromosomu gala sadaļas, kuras nespēj savienoties ar citām hromosomām, tām ir aizsargājoša loma. Tie sastāv no atkārtotām specializētas DNS sekcijām, kas veido kompleksus ar olbaltumvielām.

    DNS replikācijas sākuma punkti.

Prokariotu hromosomas ļoti atšķiras no eikariotu hromosomām, kas pārstāv DNS saturošas struktūras, kas atrodas citoplazmā. Ģeometriski tie attēlo gredzena molekulu.

Šūnas hromosomu kopai ir savs nosaukums - kariotips. Katrai dzīvo organismu sugai ir savs tikai tai raksturīgs sastāvs, hromosomu skaits un forma.

Somatiskās šūnas satur diploīdu (dubulto) hromosomu komplektu, ko saņēma puse no katra vecāka.

Hromosomas, kas ir atbildīgas par to pašu funkcionālo proteīnu kodēšanu, sauc par homologām. Šūnu ploiditāte var būt dažāda - kā likums, dzīvniekiem gametas ir haploīdas. Augos poliploīdija tagad ir diezgan izplatīta parādība, ko izmanto, lai hibridizācijas rezultātā radītu jaunas šķirnes. Siltasiņu un cilvēku ploidijas daudzuma pārkāpums izraisa nopietnas iedzimtas slimības, piemēram, Dauna sindromu (21. hromosomas trīs kopiju klātbūtne). Visbiežāk hromosomu anomālijas noved pie organisma dzīvotspējas.

Cilvēkiem pilns hromosomu komplekts sastāv no 23 pāriem. Lielākais zināmais hromosomu skaits, 1600, tika konstatēts vienkāršākajos planktona organismos – radiolarānos. Mazākais hromosomu komplekts Austrālijas melno buldogu skudrām ir tikai 1.

Šūnas dzīves cikls. Mitozes un meiozes fāzes


Starpfāze, citiem vārdiem sakot, laika ilgumu starp diviem dalījumiem zinātne definē kā šūnas dzīves ciklu.

Starpfāzes laikā šūnā notiek vitāli ķīmiski procesi, tā aug, attīstās, uzkrājas rezerves vielas. Sagatavošanās reprodukcijai ietver satura dubultošanu - organellus, vakuolus ar uzturvielu saturu, citoplazmas tilpumu. Pateicoties dalīšanai, kā iespējai strauji palielināt šūnu skaitu, ir iespējams ilgs mūžs, vairošanās, ķermeņa izmēra palielināšanās, tā izdzīvošana traumu gadījumā un audu reģenerācija. Šūnu ciklā izšķir šādus posmus:

    Starpfāze. Laiks starp dalījumiem. Pirmkārt, šūna aug, tad palielinās organellu skaits, palielinās rezerves vielas apjoms, sintezējas olbaltumvielas. Starpfāzes pēdējā daļā hromosomas ir gatavas nākamajai dalīšanai – tās sastāv no māsu hromatīdu pāra.

    Mitoze. Tā sauc vienu no ķermeņa (somatiskām) šūnām raksturīgām kodoldalīšanās metodēm, tās gaitā no vienas tiek iegūtas 2 šūnas ar identisku ģenētiskā materiāla komplektu.

Mejoze ir raksturīga gametoģenēzei. Prokariotu šūnas ir saglabājušas seno pavairošanas metodi – tiešo dalīšanos.

Mitoze sastāv no 5 galvenajām fāzēm:

    Profāze. Par tās sākumu tiek uzskatīts brīdis, kad hromosomas kļūst tik blīvi iepakotas, ka tās ir redzamas zem mikroskopa. Arī šajā laikā nukleoli tiek iznīcināti, veidojas sadalīšanas vārpsta. Mikrotubulas tiek aktivizētas, to pastāvēšanas ilgums samazinās līdz 15 sekundēm, bet ievērojami palielinās arī veidošanās ātrums. Centrioli novirzās uz pretējām šūnas pusēm, veidojot milzīgu skaitu pastāvīgi sintezējošu un bojājošu olbaltumvielu mikrotubulu, kas stiepjas no tiem līdz hromosomu centromēriem. Tādā veidā tiek veidota vārpsta. Membrānas struktūras, piemēram, ER un Golgi aparāts, sadalās atsevišķās pūslīšos un kanāliņos, kas nejauši atrodas citoplazmā. Ribosomas ir atdalītas no ER membrānām.

    metafāze. Izveidojas metafāzes plāksne, kas sastāv no hromosomām, kas līdzsvarotas šūnas vidū ar pretējo centriolu mikrotubulu piepūli, katra velkot tās savā virzienā. Tajā pašā laikā turpinās mikrotubulu sintēze un sadalīšanās, to veida "starpsienas". Šis posms ir visilgākais.

  • Anafāze. Mikrotubulu pūles pārtrauc hromosomu savienojumus centromēra reģionā un ar spēku izstiepj tos līdz šūnas poliem. Šajā gadījumā hromosomas citoplazmas pretestības dēļ dažreiz iegūst V formu. Metafāzes plāksnes reģionā parādās proteīna šķiedru gredzens.
  • Telofāze. Par tās sākumu tiek uzskatīts brīdis, kad hromosomas sasniedz dalīšanās polus. Sākas šūnas iekšējo membrānu struktūru atjaunošanas process - EPS, Golgi aparāts, kodols. Hromosomas izpakotas. Nukleoli saliekas un sākas ribosomu sintēze. Sadalījuma vārpsta sadalās.
  • citokinēze. Pēdējā fāze, kurā proteīna gredzens, kas parādījās šūnas centrālajā reģionā, sāk sarukt, virzot citoplazmu uz poliem. Notiek šūnas sadalīšana divās daļās un vietā veidojas šūnas membrānas proteīna gredzens.

Mitozes procesa regulatori ir specifiski proteīnu kompleksi. Mitotiskās dalīšanās rezultāts ir šūnu pāris ar identisku ģenētisko informāciju. Heterotrofās šūnās mitoze norit ātrāk nekā augu šūnās. Heterotrofos šis process var ilgt no 30 minūtēm, augos - 2-3 stundas.

Lai ģenerētu šūnas ar pusi no parastā hromosomu skaita, ķermenis izmanto atšķirīgu dalīšanas mehānismu - mejoze.

Tas ir saistīts ar nepieciešamību ražot dzimumšūnas, daudzšūnu organismos tas ļauj izvairīties no pastāvīgas hromosomu skaita dubultošanās nākamajā paaudzē un ļauj iegūt jaunas alēlo gēnu kombinācijas. Tas atšķiras ar fāžu skaitu, jo ir garāks. Iegūtais hromosomu skaita samazinājums noved pie 4 haploīdu šūnu veidošanās. Mejoze ir divi sadalījumi, kas bez pārtraukuma seko viens otram.

Ir noteiktas šādas mejozes fāzes:

    I fāze. Homologās hromosomas tuvojas viena otrai un savienojas gareniski. Šādu asociāciju sauc par konjugāciju. Tad notiek krustošanās – dubultās hromosomas šķērso plecus un apmainās ar sekcijām.

    I metafāze Hromosomas atdalās un ieņem pozīcijas pie šūnas vārpstas ekvatora, mikrotubulu spriedzes dēļ iegūstot V formu.

    I anafāze Homologās hromosomas tiek izstieptas ar mikrotubulām līdz šūnas poliem. Bet atšķirībā no mitotiskās dalīšanas tie atšķiras kopumā, nevis kā atsevišķi hromatīdi.

Pirmās mejozes dalīšanas rezultāts ir divu šūnu veidošanās ar pusi mazāku veselu hromosomu skaitu. Starp mejozes dalījumiem starpfāzes praktiski nav, hromosomu dubultošanās nenotiek, tās jau ir divhromatīdas.

Tūlīt pēc pirmās atkārtotās meiotiskās dalīšanās ir pilnīgi līdzīga mitozei - tajā hromosomas tiek sadalītas atsevišķos hromatīdos, kas vienādi sadalīti starp jaunajām šūnām.

    oogonia embrionālajā attīstības stadijā iziet mitotiskās reprodukcijas stadiju, tā ka sievietes ķermenis jau piedzimst ar nemainīgu skaitu;

    spermatogonijas ir spējīgas vairoties jebkurā vīrieša ķermeņa reproduktīvā perioda laikā. To ģenerē daudz vairāk nekā sieviešu dzimumšūnas.


Dzīvnieku organismu gametoģenēze notiek dzimumdziedzeros – dzimumdziedzeros.

Spermatogonijas transformācijas process spermatozoīdos notiek vairākos posmos:

    Mitotiskā dalīšanās pārveido spermatogoniju par 1. kārtas spermatocītiem.

    Vienas mejozes rezultātā tie pārvēršas par 2. kārtas spermatocītiem.

    Otrais meiotiskais dalījums rada 4 haploīdus spermatīdus.

    Ir veidošanās periods. Šūnā kodols tiek sablīvēts, samazinās citoplazmas daudzums, veidojas karogs. Arī olbaltumvielas tiek uzglabātas un palielinās mitohondriju skaits.

Olu veidošanās pieaugušas sievietes ķermenī notiek šādi:

    No 1. kārtas oocīta, kura organismā ir noteikts daudzums, mejozes rezultātā, hromosomu skaitam samazinoties uz pusi, veidojas 2. kārtas olšūnas.

    Otrās meiotiskās dalīšanās rezultātā veidojas nobriedusi olšūna un trīs nelieli redukcijas ķermeņi.

Šis nelīdzsvarots barības vielu sadalījums starp 4 šūnām ir paredzēts, lai nodrošinātu lielu barības vielu resursu jaunam dzīvam organismam.

Paparžu un sūnu olas tiek ražotas arhegonijos. Augstāk organizētos augos - īpašās olnīcās, kas atrodas olnīcā.