Die Bedeutung der Mitose für einen vielzelligen Organismus. Mitose, ihre Phasen, biologische Bedeutung
Mitose ist die häufigste Einteilung eukaryotische Zellen. Während der Mitose sind die Genome jeder der beiden resultierenden Zellen identisch und stimmen mit dem Genom der ursprünglichen Zelle überein.
Die Mitose ist der letzte und meist kürzeste Schritt im Zellzyklus. Mit ihrem Ende endet der Lebenszyklus der Zelle und es beginnen die Zyklen zweier neu gebildeter.
Das Diagramm veranschaulicht die Dauer der Stadien des Zellzyklus. Der Buchstabe M steht für Mitose. Höchstgeschwindigkeit Mitose wird in Keimzellen beobachtet, die kleinsten - in Geweben mit ein hohes Maß Differenzierung, wenn sich ihre Zellen überhaupt teilen.
Obwohl die Mitose unabhängig von der Interphase betrachtet wird, die aus den Perioden G 1 , S und G 2 besteht, erfolgt die Vorbereitung darauf genau in ihr. bei den meisten wichtiger Punkt ist die DNA-Replikation, die in der synthetischen (S)-Periode stattfindet. Nach der Replikation besteht jedes Chromosom aus zwei identischen Chromatiden. Sie liegen über ihre gesamte Länge dicht beieinander und sind im Bereich des Zentromers des Chromosoms miteinander verbunden.
In der Interphase befinden sich die Chromosomen im Zellkern und sind ein Gewirr dünner, sehr langer Chromatinfilamente, die nur unter einem Elektronenmikroskop sichtbar sind.
Bei der Mitose werden mehrere aufeinanderfolgende Phasen unterschieden, die man auch Stadien oder Perioden nennen kann. In der klassisch vereinfachten Betrachtungsweise werden vier Phasen unterschieden. Das Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Häufig werden mehrere Phasen unterschieden: Prometaphase(zwischen Prophase und Metaphase) Präprophase(typisch für Pflanzenzellen, geht der Prophase voraus).
Ein weiterer mit Mitose verbundener Prozess ist Zytokinese, die hauptsächlich während der Telophase auftritt. Man kann sagen, dass Zytokinese sozusagen Bestandteil Telophase, oder beide Prozesse laufen parallel ab. Unter Zytokinese versteht man die Teilung des Zytoplasmas (nicht des Zellkerns!) der Mutterzelle. Kernspaltung heißt Karyokinese, und es geht der Zytokinese voraus. Während der Mitose als solcher findet jedoch keine Kernteilung statt, weil zuerst eine zerfällt - die Elternzelle, dann werden zwei neue gebildet - die Tochterzellen.
Es gibt Fälle, in denen Karyokinese auftritt, aber keine Zytokinese. In solchen Fällen werden mehrkernige Zellen gebildet.
Die Dauer der Mitose selbst und ihrer Phasen ist individuell und hängt vom Zelltyp ab. Normalerweise sind Prophase und Metaphase die längsten Perioden.
Die durchschnittliche Dauer der Mitose beträgt etwa zwei Stunden. Tierische Zellen teilen sich normalerweise schneller als Pflanzenzellen.
Bei der Teilung eukaryotischer Zellen wird zwangsläufig eine bipolare Spaltspindel gebildet, die aus Mikrotubuli und damit assoziierten Proteinen besteht. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung Erbmaterial zwischen Tochterzellen.
Nachfolgend werden die Prozesse beschrieben, die in den verschiedenen Phasen der Mitose in der Zelle ablaufen. Der Übergang in die jeweils nachfolgende Phase wird in der Zelle durch spezielle biochemische Checkpoints gesteuert, in denen „geprüft“ wird, ob alle notwendigen Prozesse korrekt abgeschlossen sind. Wenn es Fehler gibt, kann die Teilung aufhören oder auch nicht. Im letzteren Fall treten abnorme Zellen auf.
Phasen der Mitose
In der Prophase laufen folgende Prozesse (meist parallel) ab:
Chromosomen kondensieren
Nukleolen verschwinden
Die Kernhülle löst sich auf
Es werden zwei Pole der Spindel gebildet
Die Mitose beginnt mit der Verkürzung der Chromosomen. Die Chromatidenpaare, aus denen sie bestehen, spiralisieren sich, wodurch die Chromosomen stark verkürzt und verdickt werden. Am Ende der Prophase können sie unter einem Lichtmikroskop gesehen werden.
Die Nukleolen verschwinden, weil die Teile der Chromosomen, die sie bilden (nukleoläre Organisatoren), bereits in spiralisierter Form vorliegen, daher inaktiv sind und nicht miteinander interagieren. Außerdem werden nukleoläre Proteine abgebaut.
In den Zellen von Tieren und niederen Pflanzen divergieren die Zentriolen der Zellmitte entlang der Zellpole und ragen heraus Organisationszentren der Mikrotubuli. Obwohl höhere Pflanzen keine Zentriolen haben, werden auch Mikrotubuli gebildet.
Von jedem Organisationszentrum beginnen kurze (astrale) Mikrotubuli zu divergieren. Es entsteht eine sternähnliche Struktur. Pflanzen produzieren es nicht. Ihre Spaltpole sind breiter, Mikrotubuli treten nicht aus einem kleinen, sondern aus einem relativ großen Bereich aus.
Der Zerfall der Kernhülle in kleine Vakuolen markiert das Ende der Prophase.
Rechts im Mikrobild in grün Mikrotubuli sind hervorgehoben, blau - Chromosomen, rot - Zentromere von Chromosomen.
Es sollte auch beachtet werden, dass während der Prophase der Mitose eine Fragmentierung des EPS auftritt, es zerfällt in kleine Vakuolen; Der Golgi-Apparat zerfällt in einzelne Dictyosomen.
Die Schlüsselprozesse der Prometaphase sind meist sequentiell:
Chaotische Anordnung und Bewegung von Chromosomen im Zytoplasma.
Verbinden sie mit Mikrotubuli.
Bewegung von Chromosomen in der Äquatorebene der Zelle.
Chromosomen befinden sich im Zytoplasma, sie bewegen sich zufällig. Sobald sie an den Polen angekommen sind, binden sie sich eher an das Plus-Ende der Mikrotubuli. Schließlich wird der Faden am Kinetochor befestigt.
Ein solcher Kinetochor-Mikrotubulus beginnt zu wachsen, wodurch das Chromosom vom Pol wegbewegt wird. Irgendwann wird ein weiterer Mikrotubulus am Kinetochor des Schwesterchromatids befestigt und wächst aus dem anderen Teilungspol heraus. Sie beginnt auch, das Chromosom zu schieben, aber in die entgegengesetzte Richtung. Als Ergebnis wird das Chromosom am Äquator.
Kinetochore sind Proteinstrukturen an den Zentromeren von Chromosomen. Jedes Schwesterchromatid hat seinen eigenen Kinetochor, der in der Prophase reift.
Zusätzlich zu den Astral- und Kinetochor-Mikrotubuli gibt es solche, die von einem Pol zum anderen gehen, als ob die Zelle in einer Richtung senkrecht zum Äquator platzen würde.
Ein Zeichen für den Beginn der Metaphase ist die Lage der Chromosomen entlang des Äquators, die sogenannte Metaphase oder äquatoriale Platte. In der Metaphase sind die Anzahl der Chromosomen, ihre Unterschiede und die Tatsache, dass sie aus zwei Schwesterchromatiden bestehen, die am Zentromer verbunden sind, deutlich sichtbar.
Chromosomen werden durch ausgeglichene Spannungskräfte von Mikrotubuli verschiedener Pole zusammengehalten.
Schwesterchromatiden trennen sich und bewegen sich jeweils auf ihren eigenen Pol zu.
Die Pole entfernen sich voneinander.
Anaphase ist die kürzeste Phase der Mitose. Es beginnt, wenn die Zentromere der Chromosomen in zwei Teile geteilt werden. Dadurch wird jedes Chromatid zu einem unabhängigen Chromosom und ist an einem Mikrotubulus eines Pols befestigt. Fäden "ziehen" Chromatiden zu entgegengesetzten Polen. Tatsächlich werden Mikrotubuli zerlegt (depolymerisiert), also verkürzt.
In der Anaphase tierischer Zellen bewegen sich nicht nur Tochterchromosomen, sondern auch die Pole selbst. Durch andere Mikrotubuli werden sie auseinandergedrückt, astrale Mikrotubuli haften an den Membranen und „ziehen“.
Chromosomen hören auf, sich zu bewegen
Chromosomen dekondensieren
Nukleolen erscheinen
Die Kernhülle wird wiederhergestellt
Großer Teil Mikrotubuli verschwinden
Die Telophase beginnt, wenn die Chromosomen aufhören sich zu bewegen und an den Polen anhalten. Sie despiralisieren, werden lang und filiform.
Mikrotubuli der Spaltspindel werden von den Polen bis zum Äquator zerstört, also von ihren Minusenden.
Um die Chromosomen herum bildet sich durch die Fusion von Membranvesikeln eine Kernhülle, in die der mütterliche Kern und EPS in der Prophase zerfallen. Jeder Pol hat seinen eigenen Tochterkern.
Wenn die Chromosomen despiralisieren, werden die nukleolären Organisatoren aktiv und Nukleolen erscheinen.
Die RNA-Synthese wird fortgesetzt.
Wenn die Zentriolen noch nicht an den Polen gepaart sind, wird ein Paar in der Nähe von jedem von ihnen vervollständigt. Somit wird an jedem Pol ein eigenes Zellzentrum nachgebildet, das an die Tochterzelle geht.
Typischerweise endet die Telophase mit der Teilung des Zytoplasmas, d. h. der Zytokinese.
Die Zytokinese kann bereits in der Anaphase beginnen. Zum Beginn der Zytokinese Zellorganellen relativ gleichmäßig über die Pole verteilt.
Die Teilung des Zytoplasmas von Pflanzen- und Tierzellen erfolgt auf unterschiedliche Weise.
In tierischen Zellen beginnt sich die Zytoplasmamembran im äquatorialen Teil der Zelle aufgrund der Elastizität nach innen zu wölben. Es bildet sich eine Furche, die sich schließlich schließt. Mit anderen Worten, die Mutterzelle teilt sich durch Ligation.
Bei Pflanzenzellen in der Telophase verschwinden die Spindelfäden im Bereich des Äquators nicht. Sie rücken näher an die Zytoplasmamembran heran, ihre Zahl nimmt zu und sie bilden sich Phragmoplast. Es besteht aus kurzen Mikrotubuli, Mikrofilamenten, Teilen des EPS. Ribosomen, Mitochondrien, der Golgi-Komplex bewegen sich hier. Die Golgi-Vesikel und ihr Inhalt bilden am Äquator die mittlere Zellplatte, Zellwände und Membran von Tochterzellen.
Bedeutung und Funktionen der Mitose
Dank der Mitose ist die genetische Stabilität gewährleistet: die exakte Reproduktion des Erbguts in mehreren Generationen. Die Kerne neuer Zellen enthalten die gleiche Anzahl an Chromosomen wie die enthaltene Elternzelle, und diese Chromosomen sind exakte Kopien der Elternzelle (es sei denn, es sind natürlich Mutationen aufgetreten). Mit anderen Worten, die Tochterzellen sind genetisch identisch mit den Elternzellen.
Die Mitose erfüllt jedoch auch eine Reihe anderer wichtiger Funktionen:
Wachstum mehrzelliger Organismus,
asexuelle Reproduktion,
Substitution von Zellen verschiedener Gewebe in mehrzelligen Organismen,
Bei einigen Arten kann es zur Regeneration von Körperteilen kommen.
Die biologische Bedeutung der Mitose ist sehr hoch. Es ist sogar für den Laien schwer vorstellbar, welche Rolle der Prozess der einfachen Zellteilung im Körper im Leben spielt. Die Fähigkeit der Zellen, sich zu teilen, ist ihre wichtigste Funktion, grundlegend. Ohne dies ist es unmöglich, das Leben auf der Erde fortzusetzen, die Populationen einzelliger Organismen zu erhöhen, es ist unmöglich, einen großen mehrzelligen Organismus zu entwickeln und fortzusetzen, es ist auch unmöglich, ein neues Leben aus einer befruchteten Eizelle zu entwickeln.
Die biologische Bedeutung der Mitose wäre viel geringer, wenn sie nicht die Essenz der meisten biologischen Prozesse auf unserem Planeten wäre. Dieser Prozess erfolgt in mehreren Stufen. Jeder von ihnen umfasst mehrere Aktionen innerhalb der Zelle. Die Folge davon ist die obligatorische Vervielfältigung der genetischen Basis einer Zelle in zwei durch Verdoppelung der DNA, so dass die Mutterzelle anschließend zwei Tochterzellen gebiert.
Das gesamte Leben einer Zelle kann in der Zeit von der Bildung einer Tochterzelle bis zu ihrer anschließenden Zweiteilung abgeschlossen werden. Diese Periode wird in der Biologie genannt Zellzyklus».
Die allererste Phase der Mitose ist eigentlich die Vorbereitung auf die Interphase. Darin finden alle wichtigen Dinge statt, nämlich die Vervielfältigung der DNA-Kette und anderer Strukturen sowie die Synthese eine große Anzahl Eichhörnchen. Dadurch werden die Chromosomen der Zelle verdoppelt, und zwar jeweils die Hälfte davon doppeltes Chromosom wird als Chromatid bezeichnet.
Nach der Interphase beginnt direkt der Teilungsprozess selbst - die Mitose. Es durchläuft auch mehrere Schritte. Dadurch werden alle Dopplungen symmetrisch über die Zelle gespannt, so dass nach Bildung der Mittelwand in jeder neuen Zelle die gleiche Anzahl an Formteilen verbleibt.
Und die Meiose ist ähnlich, aber in letzterem (während der Teilung gibt es zwei Teilungen, und als Ergebnis werden nicht zwei, sondern vier „Tochterzellen“ erhalten. Außerdem gibt es vor der zweiten Teilung keine Verdoppelung der Chromosomen, also ihr Satz in Tochterzellen bleibt die Hälfte.
1. Prophase. In dieser Phase sind die Zentriolen der Zelle sehr gut sichtbar. Sie sind nur in der Zelle von Tieren und Menschen vorhanden. Pflanzen haben keine Zentriolen.
2. Prometaphase. An diesem Punkt endet die Prophase und die Metaphase beginnt.
3. Metaphase. An diesem Punkt liegen die Chromosomen auf dem „Äquator“ der Zelle.
4. Anaphase. Chromosomen bewegen sich zu verschiedenen Polen.
5. Telophase. Eine „Mutter“-Zelle teilt sich durch Bildung eines zentralen Septums in zwei „Tochter“-Zellen. Dies ist das Ende der Zellteilung oder Mitose.
Das Wichtigste biologische Bedeutung Mitose ist absolut die gleiche Teilung von duplizierten Chromosomen in 2 identische Teile und ihre Platzierung in zwei "Tochter" -Zellen. Verschiedene Arten von Zellen und Zellen verschiedene Organismen haben eine unterschiedliche Teilungsdauer - Mitose, aber im Durchschnitt dauert es etwa anderthalb Stunden. Es gibt viele Faktoren, die diesen sehr fragilen Prozess beeinflussen. Alle sich ändernden Bedingungen Außenumgebung B. Umgebungslufttemperatur, Lichtphasenmodus, Druck in der Umgebung und im Inneren von Körper und Zelle sowie viele andere Faktoren können sowohl die Dauer als auch die Qualität des Zellteilungsprozesses erheblich beeinflussen. Auch die Dauer der gesamten Mitose und ihrer einzelnen Schritte kann direkt von der Art des Gewebes abhängen, in dessen Zellen sie stattfindet.
Die biologische Bedeutung der Mitose wird mit jeder neuen Entdeckung auf dem Gebiet der Zytologie wertvoller, da ohne diesen Prozess kein Leben auf dem Planeten möglich ist.
Die indirekte Teilung von eukaryotischen Zellen, die einen Zellkern enthalten, wird als Mitose bezeichnet. In diesem Artikel erfahren Sie, was die biologische Bedeutung der Mitose ist, die Geschichte der Erforschung dieses Prozesses.
Stadien der Mitose
Die individuelle Entwicklung eines lebenden Organismus ist ohne den Prozess der Zellteilung unmöglich. Die Einzigartigkeit der Mitose liegt darin, dass während der Teilung des Diploiden Körperzelle Es werden zwei Tochterzellen gebildet, die die gleiche genetische Information und die gleiche Anzahl an Chromosomen haben. Mit anderen Worten wird die Kontinuität zwischen Generationen von eukaryotischen Zellen aufrechterhalten.
Der gesamte Prozess besteht aus vier Phasen:
- Prophase;
- Metaphase;
- Anaphase;
- Telophase.
Reis. 1. Stadien der Mitose
In einigen Quellen finden Sie eine detaillierte Auflistung der Phasen der Mitose. So geht beispielsweise der Prophase die Präprophase voraus, die sogenannte Teilungsvorbereitung. Und auch zwischen Prophase und Metaphase ist das Stadium der Prometaphase zu berücksichtigen. Die meisten Wissenschaftler kombinieren jedoch Präprophase, Prophase und Prometaphase zu einem einzigen Stadium – der Prophase.
Geschichte der Prozessforschung
Die erste Erwähnung des Prozesses der Zellteilung findet sich in der wissenschaftlichen Literatur im Jahr 1870. Aber diese Beschreibungen waren unvollständig und betrafen nur Veränderungen im Verhalten der Zellkerne.
Die ersten Versuche, diesen Prozess zu untersuchen, gehören den russischen Wissenschaftlern Russov, Chistyakov sowie dem deutschen Wissenschaftler Schneider.
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1879 schlug Schleicher, ein deutscher Wissenschaftler, ein Verfahren vor Zellteilung nennen wir es Karyokinese. Das Konzept der "Mitose" wurde erstmals Anfang der 1880er Jahre vom deutschen Histologen W. Flemming eingeführt. Es ist dieser Begriff, der sich allgemein für den Namen des Prozesses durchgesetzt hat, der die Trennung von Chromosomen zwischen Tochterzellen vervollständigt.
Reis. 2. Walter Flemming
Die biologische Bedeutung der Mitose
Die Schlüsselrolle der Mitose besteht darin, den genetischen Code zu kopieren und an nachfolgende Generationen weiterzugeben. Dank dieses Prozesses unterstützt der Kernel konstante Zahl Chromosomen, die streng gleichmäßig auf die Tochterzellen verteilt ist. Mit Hilfe der mitotischen Teilung wachsen Zellen von Pflanzengeweben. In tierischen Organismen liegt die Mitose dem Zerkleinern einer befruchteten Eizelle und dem Gewebewachstum zugrunde.
Darüber hinaus ist die biologische Bedeutung der Mitose:
- Entwicklung und Wachstum eines lebenden Organismus;
Dank dieses Prozesses entwickelt und wächst aus einer einzelligen Zygote ein vielzelliger Organismus. Die Mitose ist die Grundlage der Embryonalentwicklung.
- Zellersatz;
Einige Teile des Körpers im Prozess des Lebens erfordern dauerhafter Ersatz B. Hautzellen, Darmepithel, rote Blutkörperchen.
- Regeneration und Wiederherstellung;
Durch Mitose können sich einige Organismen aus einem Teil des Körpers regenerieren. Beispielsweise kann sich ein Seestern von nur einem seiner Strahlen erholen. Einer Eidechse kann ein neuer Schwanz wachsen, während die Haut eines Menschen wiederhergestellt werden kann.
Reis. 3. Wiederherstellung von Seesternen
- asexuelle Reproduktion;
Dieser Prozess liegt der vegetativen Vermehrung von Pflanzen zugrunde. Bei Tieren vermehrt sich Hydra durch Mitose. Ein neues Individuum entsteht durch Knospung, die ohne Teilung und Zellvermehrung nicht möglich ist.
Was haben wir gelernt?
Als Mitose bezeichnet man den Prozess der indirekten Teilung eukaryotischer Zellen, bei dem Erbinformationen kopiert und gespeichert werden. Dieser Prozess findet in 4 Phasen statt: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Zum ersten Mal beschrieben Wissenschaftler den Prozess der Zellteilung in den 70-80er Jahren des 19. Jahrhunderts. Der Begriff „Mitose“ wurde von dem deutschen Wissenschaftler Walter Flemming eingeführt. Die biologische Bedeutung der Mitose besteht darin, die Bildung von Tochterzellen mit identischer genetischer Information sicherzustellen. Die indirekte Teilung liegt der Entwicklung und dem Wachstum aller lebenden Organismen, der Wiederherstellung und Regeneration von Körperteilen sowie der asexuellen Fortpflanzung zugrunde.
Mitose - indirekte Teilung Zellen, Karyokinese,[~ 1] die häufigste Art der Vermehrung eukaryotischer Zellen. Die biologische Bedeutung der Mitose liegt in der strikt identischen Verteilung der Chromosomen zwischen Tochterkernen, die die Bildung genetisch identischer Tochterzellen sicherstellt und die Kontinuität in mehreren Zellgenerationen bewahrt.
Die Mitose besteht aus vier Phasen: Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase.
in Prophase das Volumen des Zellkerns nimmt zu, die Chromosomen werden durch Spiralisierung sichtbar, zwei Zentriolen divergieren zu den Zellpolen hin. Durch die Spiralisierung der Chromosomen wird es unmöglich, genetische Informationen aus der DNA abzulesen
und die RNA-Synthese stoppt. Zwischen den Polen werden Fäden der Achromatinspindel gespannt: Es entsteht ein Apparat, der die Divergenz der Chromosomen zu den Polen der Zelle sicherstellt. Am Ende der Prophase zerfällt die Kernmembran in einzelne Fragmente, deren Ränder sich schließen. Es werden kleine Vesikel gebildet, ähnlich dem endoplasmatischen Retikulum.
Während der Prophase setzt sich die Spiralisierung der Chromosomen fort, die sich verdicken und verkürzen. Nach dem Zerfall der Kernmembran liegen die Chromosomen frei und zufällig im Zytoplasma.
In der Metaphase Die Spiralisierung der Chromosomen erreicht ein Maximum, und verkürzte Chromosomen eilen zum Äquator der Zelle, der sich in gleichem Abstand von den Polen befindet. Es ist ersichtlich, dass die Chromosomen aus zwei Chromatiden bestehen, die nur am Zentromer verbunden sind. Die zentromeren Regionen der Chromosomen befinden sich in derselben Ebene. Die Mitosespindel ist zu diesem Zeitpunkt bereits vollständig ausgebildet. Ein Teil der Fäden der Spindel geht von Pol zu Pol – das sind durchgehende Fäden. Andere Fäden - chromosomal - verbinden die Pole mit den Zentromeren der Chromosomen.
in der Anaphase Zentromere werden getrennt, und von diesem Moment an werden Schwesterchromatiden zu unabhängigen Tochterchromosomen. Der Mechanismus der Bewegung von Tochterchromosomen zu den Polen der Zelle wird durch die folgenden Prozesse bereitgestellt. Erstens durch Abgleiten des Chromosomenfadens von der Spindel, an der das Chromosom befestigt ist. Zweitens durch Abspaltung von Bruchstücken des Chromosomenfadens durch Enzyme im Bereich der Zellmitte (oder Centromerregion), wodurch der Faden verkürzt wird und das Chromosom näher an den Pol bringt. In der Anaphase divergieren also die Chromatiden der noch in der Interphase befindlichen verdoppelten Chromosomen exakt zu den Zellpolen hin. An diesem Punkt enthält die Zelle zwei diploide Chromosomensätze. Die Mitose endet mit der Telophase. An den Polen angesammelte Chromosomen despiralisieren und werden kaum noch sichtbar. Die Kernhülle wird aus den Membranstrukturen des Zytoplasmas gebildet. In tierischen Zellen teilt sich das Zytoplasma aufgrund der Verengung des Zellkörpers in zwei kleinere, die jeweils einen diploiden Chromosomensatz enthalten. In Pflanzenzellen entsteht die Zytoplasmamembran in der Mitte der Zelle und erstreckt sich bis zur Peripherie, wodurch die Zelle in zwei Hälften geteilt wird. Nach der Bildung einer transversalen Zytoplasmamembran erscheint in Pflanzenzellen eine Zellulosewand. Ausgehend von einer befruchteten Eizelle – einer Zygote – enthalten alle durch Mitose entstandenen Tochterzellen den gleichen Chromosomensatz und die gleichen Gene, wodurch die Kontinuität des Erbguts in einer Reihe von Zellgenerationen gewährleistet ist. Die biologische Bedeutung der Mitose als Methode der Zellteilung liegt also in der genauen Verteilung des Erbguts zwischen Tochterzellen. Durch die Mitose erhalten beide Tochterzellen einen diploiden Chromosomensatz. Die biologische Bedeutung der Mitose. Die Konstanz der Struktur und das korrekte Funktionieren der Organe und Gewebe eines vielzelligen Organismus wäre ohne die Erhaltung des gleichen Satzes genetischen Materials in unzähligen Zellgenerationen unmöglich. Mitose bietet wichtige Manifestationen der Vitalaktivität: embryonale Entwicklung, Wachstum, Wiederherstellung von Organen und Geweben nach Schädigung, Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität von Geweben mit ständigem Zellverlust im Laufe ihrer Funktion (Ersatz von toten Erythrozyten, Hautzellen, Darmepithel usw.). Bei Protozoen sorgt die Mitose für die asexuelle Fortpflanzung.
Meiose und ihre Stadien.
MEIOSIS ist eine Zellteilung, bei der die Anzahl der Chromosomen und deren Rekombination in Tochterzellen im Vergleich zur Mutter reduziert wird. Meiose ist die Grundlage der sexuellen Fortpflanzung, bei der die Nachkommen nicht mit den Eltern identisch sind. Seine wichtigste evolutionäre Rolle ist eine Barriere für nicht lebensfähige Kombinationen von Chromosomen und Genen. Die Meiose verläuft in zwei Stadien, von denen das erste als Reduktion bezeichnet wird (während dieses speziellen Stadiums wird die Anzahl der Chromosomen in den Tochterzellen halbiert), und das zweite gleich ist (als Folge davon werden die Chromosomen gleichmäßig auf die Tochterzellen verteilt, es ist ähnlich wie Mitose). Mit einer Abnahme der Chromosomenzahl als Folge der Meiose in Lebenszyklus Es gibt einen Übergang von der diploiden Phase zur haploiden Phase.
Aufgrund der Tatsache, dass in der Prophase des ersten Reduktionsstadiums eine paarweise Fusion (Konjugation) homologer Chromosomen auftritt, ist der korrekte Verlauf der Meiose nur in diploiden Zellen oder sogar in polyploiden (tetra-, hexaploiden usw. Zellen) möglich ). Meiose kann auch in ungeraden polyploiden (tri-, pentaploiden usw. Zellen) auftreten, aber in ihnen tritt aufgrund der Unfähigkeit, eine paarweise Fusion von Chromosomen in Prophase I sicherzustellen, eine Chromosomendivergenz mit Störungen auf, die die Lebensfähigkeit der Zelle bedrohen oder die daraus entwickelt sich ein vielzelliger haploider Organismus.
Phasen der Meiose
Die Meiose besteht aus 2 aufeinanderfolgenden Teilungen mit einer kurzen Interphase dazwischen.
Prophase I - die Prophase der ersten Liga ist sehr komplex und besteht aus 5 Phasen:
o Leptothena oder Leptonema - Packung von Chromosomen, Kondensation von DNA mit der Bildung von Chromosomen in Form dünner Fäden (Chromosomen verkürzen).
o Zygotän oder Zygonem - es kommt zur Konjugation - die Verbindung homologer Chromosomen mit der Bildung von Strukturen, die aus zwei verbundenen Chromosomen bestehen, die als Tetraden oder Bivalente bezeichnet werden, und deren weitere Verdichtung.
o Pachytene oder Pachinema - (das längste Stadium) Kreuzung (Crossover), Austausch von Abschnitten zwischen homologen Chromosomen; homologe Chromosomen bleiben miteinander verbunden.
o Diploten oder Diplonema – teilweise Dekondensation von Chromosomen, während ein Teil des Genoms arbeiten kann, Transkriptionsprozesse (RNA-Bildung), Translation (Proteinsynthese) stattfinden; homologe Chromosomen bleiben miteinander verbunden. Bei manchen Tieren werden in diesem Stadium der meiotischen Prophase Chromosomen in Oozyten erworben charakteristische Form Lampenbürsten-Chromosomen.
o Diakinese - DNA verdichtet sich so weit wie möglich wieder, Syntheseprozesse hören auf, die Kernhülle löst sich auf; Zentriolen divergieren zu den Polen hin; homologe Chromosomen bleiben miteinander verbunden.
Am Ende der Prophase I wandern Zentriolen zu den Zellpolen, es bilden sich Spindelfasern und die Kernmembran und Nukleolen werden zerstört.
Metaphase I - Zweiwertige Chromosomen reihen sich entlang des Äquators der Zelle auf.
Anaphase I – Mikrotubuli ziehen sich zusammen, zweiwertige Teile teilen sich und Chromosomen divergieren in Richtung der Pole. Es ist wichtig zu beachten, dass aufgrund der Konjugation von Chromosomen in der Zygotäne ganze Chromosomen, die aus jeweils zwei Chromatiden bestehen, zu den Polen hin divergieren und nicht einzelne Chromatiden wie bei der Mitose.
Telophase I - Chromosomen despiralisieren und die Kernhülle erscheint.
Die zweite Teilung der Meiose folgt unmittelbar auf die erste, ohne ausgeprägte Interphase: Es gibt keine S-Periode, da vor der zweiten Teilung keine DNA-Replikation stattfindet.
Prophase II - Kondensation von Chromosomen tritt auf, das Zellzentrum teilt sich und die Produkte seiner Teilung divergieren zu den Polen des Kerns, die Kernhülle wird zerstört, eine Spaltspindel wird gebildet.
Metaphase II - einwertige Chromosomen (bestehend aus jeweils zwei Chromatiden) befinden sich am "Äquator" (in gleichem Abstand von den "Polen" des Zellkerns) in derselben Ebene und bilden die sogenannte Metaphasenplatte.
Anaphase II - Univalente teilen sich und Chromatiden divergieren in Richtung der Pole.
Telophase II - Chromosomen despiralisieren und die Kernmembran erscheint.
Dadurch werden aus einer diploiden Zelle vier haploide Zellen gebildet. In den Fällen, in denen Meiose mit Gametogenese verbunden ist (z. B. bei mehrzelligen Tieren), sind die erste und zweite Teilung der Meiose während der Entwicklung von Eiern stark ungleichmäßig. Als Ergebnis werden ein haploides Ei und zwei sogenannte Reduktionskörperchen gebildet.
Mitose-mitos (griechisch - Fäden) - indirekte Zellteilung, universelle Art der Teilung eukaryotischer Zellen.
Wichtige Ereignisse des mitotischen Zyklus sind in Verdoppelung (Selbstverdopplung) das Erbmaterial der Mutterzelle und gleichmäßige Verteilung dieses Materials zwischen Tochterzellen. Diese Ereignisse werden von regelmäßigen Änderungen in der chemischen und morphologischen Organisation begleitet Chromosomen- Kernstrukturen, in denen mehr als 90% des genetischen Materials einer eukaryotischen Zelle konzentriert sind (der Hauptteil der extranukleären DNA Tierzelle in Mitochondrien gefunden).
Chromosomen sorgen in Wechselwirkung mit extrachromosomalen Mechanismen für: a) Speicherung genetischer Informationen; b) Verwenden dieser Informationen zum Erstellen und Aufrechterhalten einer zellularen Organisation; c) Regulierung des Lesens von Erbinformationen; d) Verdoppelung des genetischen Materials; e) seine Übertragung von der Mutterzelle auf die Tochterzellen.
Die Mitose ist ein kontinuierlicher Prozess, der in Phasen unterteilt ist.
Bei Mitose kann man unterscheiden vier Phasen. Im Folgenden werden die wichtigsten Ereignisse für die einzelnen Phasen dargestellt.
| Mitose-Phase | Inhalt der Änderungen | |
| Prophase (Zeit 0,60 ab totaler Mitose, 2n4c) | Das Volumen des Kerns nimmt zu. Chromosomen spiralisieren sich, werden sichtbar, verkürzen sich, verdicken sich, nehmen die Form von Fäden an. Im Zytoplasma nimmt die Zahl der groben Netzwerkstrukturen ab. Die Zahl der Policen wird stark reduziert. Die Zentriolen des Zellzentrums divergieren zu den Polen der Zelle, zwischen ihnen bilden die Mikrotubuli eine Teilungsspindel. Der Kern wird zerstört. Die Kernmembran löst sich auf, die Chromosomen befinden sich im Zytoplasma | |
| Metaphase (Zeit 0,05) | Die Spiralisierung erreicht ihr Maximum. Chromosomen reihen sich in der Äquatorialebene der Zelle (Metaphasenplatte) aneinander. Spindel-Mikrotubuli sind mit Chromosomen-Kinetochoren assoziiert. Die mitotische Spindel ist vollständig ausgebildet und besteht aus Netzen, die die Pole mit den Zentromeren der Chromosomen verbinden. Jedes Chromosom teilt sich in Längsrichtung in zwei Chromatiden (Tochterchromosomen), die an der Kinetochorregion verbunden sind. | |
| Anaphase (0,05-mal) | Die Zentromere werden getrennt, die Verbindung zwischen den Chromatiden wird unterbrochen und sie bewegen sich als unabhängige Chromosomen mit einer Geschwindigkeit von 0,2–5 µm/min zu den Polen der Zelle. Die Bewegung der Chromosomen wird durch die Wechselwirkung der zentromeren Regionen der Chromosomen mit den Mikrotubuli der Teilungsspindel bereitgestellt. Am Ende der Bewegung werden an den Polen zwei gleichwertige vollständige Chromosomensätze zusammengesetzt. | |
| Telophase (0,3-mal) | Interphasekerne von Tochterzellen werden rekonstruiert. Chromosomen, bestehend aus einem Chromatid, befinden sich an den Polen der Zelle. Sie despiralisieren und werden unsichtbar. Die Kernmembran wird gebildet, die Fäden der Achromatinspindel zerfallen. Der Nukleolus wird im Zellkern gebildet. Es kommt zu einer Teilung des Zytoplasmas (Zytotomie und Zytokinese) und zur Bildung von zwei Tochterzellen. In tierischen Zellen wird das Zytoplasma durch Verengung, durch Invagination der Zytoplasmamembran von den Rändern zur Mitte geteilt. In Pflanzenzellen wird im Zentrum ein Membranseptum gebildet, das zu den Zellwänden hin wächst. Nach der Bildung der transversalen Cytoplasmamembran in Pflanzen wird eine Zellwand gebildet. |
Die biologische Bedeutung der Mitose: die Bildung von Zellen mit Erbinformationen, die qualitativ und quantitativ mit den Informationen der Mutterzelle identisch sind. Gewährleistung der Konstanz des Karyotyps in mehreren Zellgenerationen. Mitose dient zellulärer Mechanismus Prozesse des Wachstums und der Entwicklung des Organismus, seiner Regeneration und asexuellen Fortpflanzung. Somit ist die Mitose ein allgemeiner Mechanismus zur Reproduktion der Zellorganisation des eukaryotischen Typs in individuelle Entwicklung.
Pathologie der Mitose
Verletzungen der einen oder anderen Phase der Mitose führen zu pathologische Veränderungen Zellen. Eine Abweichung vom normalen Verlauf des Spiralisierungsprozesses kann zu einer Schwellung und Adhäsion von Chromosomen führen. Manchmal gibt es eine Ablösung eines Chromosomensegments, das, wenn es kein Zentromer enthält, nicht an der Anaphasenbewegung zu den Polen teilnimmt und verloren geht. Einzelne Chromatiden können während der Bewegung zurückbleiben, was zur Bildung von Tochterkernen mit unausgeglichenen Chromosomensätzen führt. Schäden durch die Spaltspindel führen zu einer Verzögerung der Mitose in der Metaphase, Streuung von Chromosomen. Bei einer Änderung der Anzahl der Zentriolen treten multipolare oder asymmetrische Mitosen auf. Eine Verletzung der Zytotomie führt zum Auftreten von zwei- und mehrkernigen Zellen.
Auf der Grundlage des mitotischen Zyklus sind eine Reihe von Mechanismen entstanden, durch die bei gleichbleibender Zellzahl die Menge an genetischem Material in einem bestimmten Organ und damit die Intensität des Stoffwechsels gesteigert werden kann.
Endomitose. Die Vervielfältigung der DNA einer Zelle geht nicht immer mit ihrer Zweiteilung einher. Da der Mechanismus einer solchen Duplikation mit der prämitotischen DNA-Replikation zusammenfällt und von einer mehrfachen Zunahme der Chromosomenzahl begleitet wird, wird dieses Phänomen genannt Endomitose. Wenn Zellen Substanzen ausgesetzt werden, die Spindelmikrotubuli zerstören, stoppt die Teilung und die Chromosomen setzen den Zyklus ihrer Transformationen fort: replizieren, was zur allmählichen Bildung polyploider Zellen führt - 4n, 8n usw. Dieser Transformationsprozess wird auch als Endoreproduktion bezeichnet. Aus genetischer Sicht ist die Endomitose eine genomische somatische Mutation. Die Fähigkeit von Zellen zur Endomitose wird in der Pflanzenzüchtung genutzt, um Zellen mit einem mehrfachen Chromosomensatz zu erhalten. Dazu werden Colchicin, Vinblastin verwendet, die die Fäden der Achromatinspindel zerstören. Polyploide Zellen (und dann erwachsene Pflanzen) unterscheiden sich große Größen, vegetative Organe aus solchen Zellen sind groß, mit einem großen Rand Nährstoffe. Beim Menschen tritt Endoreproduktion in einigen Hepatozyten und Kardiomyozyten auf.
Polythenien. Bei Polythenie in der S-Periode wird als Ergebnis der Replikation und Nicht-Disjunktion von Chromosomensträngen eine multifilamentöse Polytänstruktur gebildet. Sie unterscheiden sich von mitotischen Chromosomen in großen Größen (200-mal länger). Diese Zellen befinden sich in Speicheldrüsen Zweiflügler-Insekten, in bewimperten Makrokernen. Auf polytänen Chromosomen sind Schwellungen, Puffs (Transkriptionsstellen) sichtbar - ein Ausdruck der Genaktivität. Diese Chromosomen sind das wichtigste Objekt genetische Forschung. Endomitose und Polythenie führen zur Bildung polyploide Zellen, gekennzeichnet durch eine mehrfache Zunahme des Erbgutvolumens. In solchen Zellen wiederholen sich die Gene im Gegensatz zu diploiden Zellen mehr als zweimal. Proportional zur Zunahme der Anzahl der Gene nimmt die Masse der Zelle zu, was ihre erhöht Funktionalität. Bei Säugetieren ist die Polyploidisierung mit zunehmendem Alter charakteristisch für Leberzellen.
Anomalien des mitotischen Zyklus. Der mitotische Rhythmus, der normalerweise der Notwendigkeit entspricht, alternde, tote Zellen wiederherzustellen, kann unter pathologischen Bedingungen verändert werden. Eine Rhythmusverlangsamung wird in alternden oder wenig vaskularisierten Geweben beobachtet, eine Zunahme des Rhythmus wird in Geweben mit beobachtet verschiedene Typen Entzündungen, hormonelle Einflüsse, bei Tumoren etc.
Anomalien in der Entwicklung der Mitose. Einige aggressive Mittel, die auf die S-Phase einwirken, verlangsamen die Synthese und Duplikation von DNA. Dazu gehören ionisierende Strahlung, verschiedene Antimetaboliten (Methatrexat, Mercapto-6-Purin, Fluor-5-Uracil, Procarbosin etc.). Sie werden für die Chemotherapie gegen Krebs eingesetzt. Andere aggressive Mittel wirken auf die Phasen der Mitose und verhindern die Bildung einer achromatischen Spindel. Sie verändern die Viskosität des Plasmas, ohne die Chromosomenstränge zu spalten. Eine solche zytophysiologische Veränderung kann zu einer Blockade der Mitose in die Metaphase führen, und dann - akuter Tod Zellen oder Mitonekrose. Mitonekrose wird häufig beobachtet, insbesondere bei Tumorgewebe, in den Herden einiger Entzündungen mit Nekrose. Sie können mit Hilfe von Podophyllin verursacht werden, das zur Behandlung von bösartigen Neubildungen verwendet wird.
Anomalien in der mitotischen Morphologie. Bei Entzündungen, Einwirkung ionisierender Strahlung, chemischer Mittel und insbesondere bei bösartige Tumore morphologische Anomalien von Mitosen werden gefunden. Sie sind mit schweren Stoffwechselveränderungen in Zellen verbunden und können als "abortive Mitosen" bezeichnet werden. Ein Beispiel für eine solche Anomalie ist eine Mitose mit einer abnormalen Anzahl und Form von Chromosomen; drei-, vier- und multipolare Mitosen.
Mehrkernige Zellen. Zellen mit vielen Zellkernen finden sich auch in normale Vorraussetzungen zB: Osteoklasten, Megakaryozyten, Synzytiotrophoblasten. Aber sie werden oft bei pathologischen Zuständen eingesetzt - zum Beispiel: Langans-Zellen bei Tuberkulose, Riesenzellen Fremdkörper viele Tumorzellen. Das Zytoplasma solcher Zellen enthält Körnchen oder Vakuolen, die Anzahl der Kerne kann von einigen bis zu mehreren Hundert variieren, und das Volumen spiegelt sich im Namen wider - Riesenzellen. Ihr Ursprung ist variabel: epithelial, mesenchymal, histiozytär. Der Mechanismus der Bildung von riesigen mehrkernigen Zellen ist anders. In einigen Fällen beruht ihre Bildung auf der Fusion mononukleärer Zellen, in anderen auf der Kernspaltung ohne Teilung des Zytoplasmas. Es wird auch angenommen, dass ihre Bildung das Ergebnis einiger Anomalien der Mitose nach Bestrahlung oder der Verabreichung von Zytostatika sowie während des malignen Wachstums sein kann.
Amitose
Direkte Teilung oder Amitose- Dies ist die Teilung einer Zelle, bei der sich der Zellkern in einem Interphasezustand befindet. In diesem Fall gibt es keine Kondensation von Chromosomen und die Bildung einer Teilungsspindel. Formal sollte die Amitose zum Auftreten von zwei Zellen führen, aber meistens führt sie zur Teilung des Kerns und zum Auftreten von zwei- oder mehrkernigen Zellen.
Die amitotische Teilung beginnt mit der Fragmentierung der Nukleolen, gefolgt von der Teilung des Kerns durch Einengung (oder Einstülpung). Es kann zu mehreren Kernspaltungen kommen, normalerweise von ungleicher Größe (mit pathologische Prozesse). Zahlreiche Beobachtungen haben gezeigt, dass Amitosis fast immer in Zellen auftritt, die veraltet, degeneriert und unfähig sind, in Zukunft wertvolle Elemente zu produzieren. Normalerweise findet die amitotische Teilung in den embryonalen Membranen von Tieren statt, in Follikelzellen Eierstock, in riesigen Trophoblastzellen. Positiver Wert Amitose tritt im Prozess der Gewebe- oder Organregeneration auf (regenerative Amitose). Amitosis in seneszenten Zellen wird von Störungen in biosynthetischen Prozessen begleitet, einschließlich Replikation, DNA-Reparatur sowie Transkription und Translation. verändern sich physikochemische Eigenschaften Chromatinproteine von Zellkernen, die Zusammensetzung des Zytoplasmas, die Struktur und Funktionen von Organellen, die zur Folge haben Funktionsstörungen auf allen nachfolgenden Ebenen - Zelle, Gewebe, Organ und Organismus. Wenn die Zerstörung zunimmt und die Erholung nachlässt, tritt der natürliche Zelltod ein. Amitosis tritt häufig auf in entzündliche Prozesse und bösartige Neubildungen(induzierte Amitose).