inštruktor biologije 

2.7 Celica – genetska enota živega. Kromosomi, njihova zgradba (oblika in velikost) in funkcije

Video lekcija 1: Celična delitev. Mitoza

Video lekcija 2: Mejoza. Faze mejoze

Predavanje: Celica je genetska enota živega bitja. Kromosomi, njihova zgradba (oblika in velikost) in funkcije

Celica je genetska enota življenja

Ena celica je priznana kot osnovna enota življenja. Na celični ravni se dogajajo procesi, ki ločijo živo snov od nežive snovi. Vsaka od celic hrani in intenzivno uporablja dedno informacijo o kemijski strukturi beljakovin, ki se morajo v njej sintetizirati, zato jo imenujemo genetska enota živega. Tudi eritrociti brez jedra v začetnih fazah svojega obstoja imajo mitohondrije in jedro. Samo v zrelem stanju nimajo struktur za sintezo beljakovin.

Znanost do danes ne pozna celic, ki ne bi vsebovale DNK ali RNK kot nosilca genomske informacije. V odsotnosti genetskega materiala celica ni sposobna sinteze beljakovin in s tem življenja.

DNK ni prisotna le v jedrih, njene molekule so v kloroplastih in mitohondrijih, ti organeli se lahko razmnožujejo znotraj celice.

DNK v celici je v obliki kromosomov – kompleksnih proteinsko-nukleinsko kislinskih kompleksov. Evkariontski kromosomi se nahajajo v jedru. Vsak od njih je kompleksna struktura:

    Edina dolga molekula DNK, katere 2 metra je zapakirana v kompaktno strukturo (pri človeku) velikosti do 8 mikronov;

    Posebni histonski proteini, katerih vloga je pakiranje kromatina (kromosomske snovi) v znano paličasto obliko;

Kromosomi, njihova zgradba (oblika in velikost) in funkcije


To gosto pakiranje genskega materiala proizvede celica pred delitvijo. V tem trenutku lahko gosto zapakirane, oblikovane kromosome pregledamo pod mikroskopom. Ko se DNK zloži v kompaktne kromosome, imenovane heterokromatin, sinteza messenger RNA ni mogoča. V obdobju rekrutacije celične mase in njenega interfaznega razvoja so kromosomi v manj pakiranem stanju, ki se imenuje interkromatin in v njem se sintetizira mRNA, pride do replikacije DNA.

Glavni elementi strukture kromosomov so:

    centromera. To je del kromosoma s posebnim zaporedjem nukleotidov. Povezuje dve kromatidi skupaj, sodeluje pri konjugaciji. Nanj so pritrjeni proteinski filamenti vretenskih cevi celične delitve.

    Telomeri. To so končni deli kromosomov, ki se ne morejo povezati z drugimi kromosomi, imajo zaščitno vlogo. Sestavljeni so iz ponavljajočih se delov specializirane DNK, ki tvorijo komplekse z beljakovinami.

    Točke iniciacije replikacije DNK.

Kromosomi prokariontov se zelo razlikujejo od evkariontskih in predstavljajo strukture, ki vsebujejo DNA in se nahajajo v citoplazmi. Geometrijsko predstavljajo obročasto molekulo.

Kromosomski nabor celice ima svoje ime - kariotip. Vsaka vrsta živih organizmov ima svojo sestavo, število in obliko kromosomov, ki je značilna samo zanjo.

Somatske celice vsebujejo diploidni (dvojni) kromosomski nabor, ki ga je prejela polovica vsakega starša.

Kromosomi, odgovorni za kodiranje istih funkcionalnih proteinov, se imenujejo homologni. Ploidnost celic je lahko različna - praviloma so pri živalih gamete haploidne. Pri rastlinah je poliploidija zdaj dokaj pogost pojav, ki se uporablja za ustvarjanje novih sort kot rezultat hibridizacije. Kršitev količine ploidnosti pri toplokrvnih in ljudeh povzroča resne prirojene bolezni, kot je Downov sindrom (prisotnost treh kopij 21. kromosoma). Najpogosteje kromosomske nepravilnosti vodijo v nesposobnost preživetja organizma.

Pri človeku je celoten kromosomski nabor sestavljen iz 23 parov. Največje znano število kromosomov, 1600, so našli v najpreprostejših planktonskih organizmih, radiolarjih. Najmanjši nabor kromosomov pri mravljah avstralskega črnega buldoga je le 1.

Življenjski cikel celice. Fazi mitoze in mejoze


Interfaza, z drugimi besedami, dolžino časa med dvema delitvama znanost definira kot življenjski cikel celice.

Med interfazo se v celici odvijajo vitalni kemijski procesi, ta raste, se razvija in kopiči rezervne snovi. Priprava na razmnoževanje vključuje podvojitev vsebine - organele, vakuole s hranilno vsebino, volumen citoplazme. Prav z delitvijo, kot načinom za hitro povečanje števila celic, je možno dolgo življenje, razmnoževanje, povečanje velikosti telesa, njegovo preživetje v primeru poškodb in regeneracija tkiva. V celičnem ciklu ločimo naslednje faze:

    Interfaza.Čas med delitvami. Najprej celica raste, nato se poveča število organelov, poveča se volumen rezervne snovi, sintetizirajo se beljakovine. V zadnjem delu interfaze so kromosomi pripravljeni za nadaljnjo delitev - sestavljeni so iz para sestrskih kromatid.

    Mitoza. To je ime ene od metod jedrske delitve, ki je značilna za telesne (somatske) celice, pri čemer iz ene dobimo 2 celici z enakim naborom genetskega materiala.

Za gametogenezo je značilna mejoza. Prokariontske celice so ohranile starodavno metodo razmnoževanja - neposredno delitev.

Mitoza je sestavljena iz 5 glavnih faz:

    Profaza. Za njen začetek velja trenutek, ko se kromosomi tako zgostijo, da so vidni pod mikroskopom. Prav tako se v tem času uničijo nukleoli, nastane delitveno vreteno. Mikrotubule se aktivirajo, trajanje njihovega obstoja se zmanjša na 15 sekund, vendar se tudi hitrost nastajanja znatno poveča. Centrioli se razhajajo na nasprotne strani celice in tvorijo ogromno število nenehno sintetizirajočih in razpadajočih beljakovinskih mikrotubulov, ki segajo od njih do centromer kromosomov. Tako nastane vreteno. Membranske strukture, kot sta ER in Golgijev aparat, razpadejo v ločene vezikle in tubule, ki se naključno nahajajo v citoplazmi. Ribosomi so ločeni od membran ER.

    metafaza. Oblikuje se metafazna plošča, sestavljena iz kromosomov, uravnoteženih v sredini celice s prizadevanji nasprotnih centriolnih mikrotubulov, ki jih vsak vleče v svojo smer. Hkrati se nadaljujeta sinteza in razpad mikrotubulov, njihove nekakšne "pregrade". Ta faza je najdaljša.

  • Anafaza. Prizadevanja mikrotubulov prekinejo povezave kromosomov v območju centromere in jih s silo raztegnejo do polov celice. V tem primeru imajo kromosomi včasih obliko V zaradi odpornosti citoplazme. V predelu metafazne plošče se pojavi obroč beljakovinskih vlaken.
  • Telofaza. Njegov začetek se šteje za trenutek, ko kromosomi dosežejo poli delitve. Začne se proces obnove notranjih membranskih struktur celice - EPS, Golgijev aparat, jedro. Razpakirajte kromosome. Jedrca se sestavijo in začne se sinteza ribosomov. Vreteno delitve razpade.
  • citokineza. Zadnja faza, v kateri se proteinski obroč, ki se je pojavil v osrednjem predelu celice, začne krčiti in potiska citoplazmo proti poloma. Pride do delitve celice na dvoje in tvorbe beljakovinskega obroča celične membrane.

Regulatorji procesa mitoze so specifični proteinski kompleksi. Rezultat mitotske delitve je par celic z enakimi genetskimi informacijami. V heterotrofnih celicah mitoza poteka hitreje kot v rastlinskih celicah. Pri heterotrofih lahko ta proces traja od 30 minut, pri rastlinah - 2-3 ure.

Za ustvarjanje celic s polovico normalnega števila kromosomov telo uporablja drugačen mehanizem delitve – mejoza.

Povezana je s potrebo po proizvodnji zarodnih celic, pri večceličnih organizmih se izogne ​​stalnemu podvajanju števila kromosomov v naslednji generaciji in omogoča pridobivanje novih kombinacij alelnih genov. Razlikuje se po številu faz, saj je daljši. Posledično zmanjšanje števila kromosomov povzroči nastanek 4 haploidnih celic. Mejoza sta dve delitvi, ki si sledita brez prekinitve.

Opredeljene so naslednje faze mejoze:

    Profaza I. Homologni kromosomi se približujejo drug drugemu in vzdolžno združujejo. Takšna povezava se imenuje konjugacija. Nato pride do križanja - dvojni kromosomi prekrižajo ramena in izmenjajo odseke.

    Metafaza I Kromosomi se ločijo in zavzamejo položaje na ekvatorju celičnega vretena ter zaradi napetosti mikrotubulov dobijo obliko črke V.

    Anafaza I Homologni kromosomi so raztegnjeni z mikrotubulami do polov celice. Toda za razliko od mitotske delitve se razhajajo kot celota, ne kot posamezne kromatide.

Rezultat prve delitve mejoze je nastanek dveh celic s polovičnim številom celih kromosomov. Med delitvami mejoze je interfaza praktično odsotna, podvojitev kromosomov se ne zgodi, že so dvokromatidni.

Takoj po prvi ponovljeni mejotski delitvi je popolnoma podobna mitozi – pri njej se kromosomi razdelijo na ločene kromatide, enakomerno porazdeljene med nove celice.

    oogonia gredo skozi stopnjo mitotičnega razmnoževanja v embrionalni fazi razvoja, tako da se žensko telo že rodi z nespremenjenim številom;

    spermatogonije so sposobne razmnoževanja kadarkoli v reproduktivnem obdobju moškega telesa. Nastane jih veliko več kot ženskih spolnih celic.


Gametogeneza živalskih organizmov poteka v spolnih žlezah - spolnih žlezah.

Proces preoblikovanja spermatogonije v spermatozoide poteka v več fazah:

    Mitotična delitev spremeni spermatogonijo v spermatocite 1. reda.

    Zaradi ene mejoze se spremenijo v spermatocite 2. reda.

    Druga mejotska delitev proizvede 4 haploidne spermatide.

    Obstaja obdobje nastajanja. V celici se jedro stisne, količina citoplazme se zmanjša in nastane flagelum. Prav tako se shranjujejo beljakovine in povečuje število mitohondrijev.

Nastajanje jajčec v telesu odrasle ženske poteka na naslednji način:

    Iz oocita 1. reda, ki ga je v telesu določena količina, kot posledica mejoze, z zmanjšanjem števila kromosomov za polovico, nastanejo oociti 2. reda.

    Kot rezultat druge mejotske delitve nastanejo zrelo jajčece in tri majhna redukcijska telesca.

Ta neravnovesna porazdelitev hranil med 4 celicami je zasnovana tako, da zagotovi velik vir hranil za nov živi organizem.

Jajčeca praproti in mahov se proizvajajo v arhegonijih. V bolj organiziranih rastlinah - v posebnih ovulah, ki se nahajajo v jajčniku.